(57)【要約】【課題】血管等の管状構造物内の経路に沿ってその内側から断層撮影して取得した管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を、その管状構造物を表す３次元画像に投影して表示する。  【解決手段】  被写体の管状構造物１０を表す３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ管状構造物１０を抽出し、抽出した３次元画像の管状構造物１０の任意の範囲Ｗ１と該任意の範囲に対応する３次元管状構造物内画像の管状構造物１０の範囲Ｗ２を対応付けし、３次元管状構造物内画像の任意の範囲１０に含まれる特定の構造物の画像を、３次元画像の対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する。【選択図】図６
2012075702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、
前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得する３次元管状構造物内画像取得手段と、
前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出する構造物抽出手段と、
前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付ける対応付け手段と、
前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する投影３次元画像生成手段とを備えたことを特徴とする管状構造物内画像再構成装置。
【請求項２】
前記対応付け手段は、前記３次元画像および前記３次元管状構造物内画像の前記管状構造物の経路を基準として、前記３次元画像および前記３次元管状構造物内画像の前記管状構造物を対応付けるものであることを特徴とする請求項１記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項３】
前記特定の構造物は、前記管状構造物および／または前記管状構造物内に存在する構造物であることを特徴とする請求項１または２記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項４】
前記構造物抽出手段が、前記管状構造物の分岐部または凹凸部の位置をさらに抽出するものであり、
前記対応付け手段が、抽出した前記管状構造物の前記分岐部または前記凹凸部の前記管状構造物の長手方向の位置を一致させるように、前記抽出した３次元画像の管状構造物の範囲と前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲とを対応付けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項５】
前記対応付け手段が、前記管状構造物の分岐部または前記凹凸部の前記管状構造物の周方向の位置を一致させるように、前記３次元画像の管状構造物内の周方向の位置と前記３次元管状構造物内画像の周方向の位置を対応付けることを特徴とする請求項４記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項６】
前記構造物抽出手段が、前記３次元画像の前記管状構造物と前記３次元管状構造物内画像から、それぞれ前記管状構造物の長手方向に沿って前記管状構造物の１カ所以上の半径を計測するものであり、
前記対応付け手段は、前記両画像から計測した各管状構造物の半径が等しい位置を一致させるように、前記３次元画像の前記管状構造物の範囲と前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項７】
前記３次元管状構造物内画像取得手段が、３次元血管内超音波診断画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項８】
前記３次元管状構造物内画像取得手段が、３次元光干渉断層撮影画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項９】
前記管状構造物が血管であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の管状構造物内画像再構成装置。
【請求項１０】
被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得し、
前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得し、
前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出し、
前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けし、
前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成することを特徴とする管状構造物内画像再構成方法。
【請求項１１】
コンピュータを、
被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、
前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得する３次元管状構造物内画像取得手段と、
前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出する構造物抽出手段と、
前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付ける対応付け手段と、
前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する投影３次元画像生成手段として機能させることを特徴とする管状構造物内画像再構成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管内超音波診断（IntraVascular UltraSound：ＩＶＵＳ）や光干渉断層撮影（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）等に由来する管状構造物内の画像を再構成する管状構造物内画像再構成装置及び管状構造物内画像再構成方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、血管等の管状構造物の画像診断において、カテーテルの先端部に装着されたプローブを回転させて管状構造物内をスキャンして管状構造物の画像信号を取得し、取得した画像信号から管状構造物の２次元の断面画像を形成して利用することが知られている。この代表的なものとして、血管内超音波診断（ＩＶＵＳ）やＯＣＴ（Optical  Coherence  Tomography）技術が広く利用されている。
【０００３】
さらに、血管内超音波診断（ＩＶＵＳ）においては、従来のＩＶＵＳ画像のような白黒表示に替えて、ＶＨ−ＩＶＵＳ（バーチャルヒストロジー（登録商標）血管内超音波診断）などに代表される、超音波高周波信号を解析することにより、プラークの組織組成を、繊維性組織、繊維脂質組織、石灰化組織、壊死性組織の４成分に分け、各成分を色分け表示する方法も提案されている。これらの血管内超音波診断（ＩＶＵＳ）により得られた血管の断層画像（ＩＶＵＳ画像）は、血管内腔、血管壁、血管壁に付着したプラークの性状を詳細に表すため、血管内の異常の評価に有用である。
【０００４】
さらに、上記のＩＶＵＳ装置を応用して、超音波プローブを血管内で回転させるとともに一定速度で血管の長手方向に移動させながら血管内をスキャンすることにより、超音波プローブの経路に沿って連続してＩＶＵＳ画像を生成し、連続するＩＶＵＳ画像を積み重ねた３Ｄ−ＩＶＵＳ画像を取得する方法がある。この３Ｄ−ＩＶＵＳ画像では、血管内のプラークの分布やサイズを３次元的に把握することを可能にするため、医療分野において注目されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、カテーテルの先端位置をカテーテルの先端に配置したＭＰＳセンサにより、複数のタイミングでカテーテル先端の位置および向きを取得し、各取得した位置および向きに基づいて各タイミングにおいて取得した断層画像を再構成した３Ｄ―ＩＶＵＳ画像を生成する技術が提案されている。
【０００６】
一方、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）は、血管内に挿入されたカテーテルを血管内で回転させながら、カテーテル内を通る光ファイバから発せられる近赤外線をカテーテル先端の光学素子を介して検出することにより、血管の断層画像（ＯＣＴ画像）を得るものであり、３Ｄ−ＩＶＵＳと同様に、カテーテルを一定速度で血管の長手方向に移動させながら、カテーテルの経路に沿って連続してＯＣＴ画像を生成することにより、取得した連続するＯＣＴ画像を積み重ねた３次元のＯＣＴ画像を取得可能である。ＯＣＴ画像は、ＩＶＵＳ画像よりさらに超高解像度の情報を有するため、医療分野において利用価値が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２２６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像またはＯＣＴ画像を積み重ねて生成した３次元画像は、超音波プローブが移動した経路を中心線として、血管の断層画像を中心線に沿って積み重ねたものとなるため、実際の血管の形態とは異なる形態で血管を表している。このため、医師等は、別途、血管を造影して撮像した血管造影画像等の比較画像を用意し、用意した比較画像と比較読影することにより、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像またはＯＣＴ画像を積み重ねて生成した３次元画像が、血管のどの位置を表しているかを推定する必要があり、血管中心線に沿った座標系で表された３Ｄ−ＩＶＵＳ画像の血管と実際の３次元空間の血管と位置の対応関係が理解しにくいものとなっていた。
【０００９】
また、特許文献１に記載した方法では、上記問題を解決できないばかりでなく、ＭＰＳセンサや、ＭＰＳセンサの信号値の解析システムなどのハードウェアを必要とするため、容易に適用することができない。
【００１０】
そこで、本発明では、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元の管状構造物内断層画像を、実空間における管状構造物の形態に沿って直感的に把握することが容易な再構成画像を生成する管状構造物内画像再構成装置、方法およびプログラム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】
【００１１】
本発明の管状構造物内画像再構成装置は、被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得する３次元管状構造物内画像取得手段と、前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出する構造物抽出手段と、前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付ける対応付け手段と、前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する投影３次元画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の管状構造物内画像再構成方法は、被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得し、前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得し、前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出し、前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けし、前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の管状構造物内画像再構成プログラムは、コンピュータを、被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、前記管状構造物内の経路に沿って前記管状構造物の内側から前記管状構造物を複数回断層撮影して取得した前記管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得する３次元管状構造物内画像取得手段と、前記取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ前記管状構造物を抽出する構造物抽出手段と、前記抽出された前記３次元画像の管状構造物の任意の範囲と該任意の範囲に対応する前記３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付ける対応付け手段と、前記３次元管状構造物内画像の前記任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、前記３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する投影３次元画像生成手段として機能させることを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、本発明における「管状構造物」は、３次元管状構造物内画像を取得可能なものであれば何でもよく、代表的には、血管があげられる。また、「３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる特定の構造物」は、３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる構造物であれば何でもよく、前記管状構造物および／または前記管状構造物内に存在する構造物であってもよく、管状構造物外に存在する構造物であってもよく、前記管状構造物を内包する構造物であってもよい。一例として、管状構造物内が血管である場合、血管内に存在する構造物とは、ソフトプラーク、ハードプラークを含み、血管領域からソフトプラーク、ハードプラーク等のプラーク領域を除いた血管内腔領域も含む。また、プラークを構成する、繊維性組織、繊維脂質組織、石灰化組織、壊死性組織等の各組織を血管内に存在する構造物とすることもできる。
【００１５】
また、「３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を投影する」とは、３次元管状構造物内画像に含まれる１以上の構造物の画像を投影するものであればよく、例えば、３次元管状構造物内画像から周知の構造物抽出方法により抽出された構造物の画像を投影してもよく、３次元管状構造物内画像を構成する全ての画素の画素値を投影することによって３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる全ての特定の構造物の画像を投影してもよい。また、投影３次元画像に投影する特定の構造物の画像として、特定の構造物の画像を全部投影してもよく、特定の構造物の画像の一部を投影してもよい。例えば、特定の構造物を構成する画素値の全部を投影してもよく、特定の構造物を構成する画素値の一部を投影してもよく、特定の構造物の輪郭のみを投影してもよい。
【００１６】
また、本発明における３次元画像は、管状構造物の形態を表す３次元画像であればよく、例えば、ＣＴ画像やＭＲＩ画像により生成された３次元画像があげられる。
【００１７】
また、本発明における管状構造物内画像再構成装置において、前記対応付け手段は、前記３次元画像および前記３次元管状構造物内画像の前記管状構造物の経路を基準として、前記３次元画像および前記３次元管状構造物内画像の前記管状構造物を対応付けるものであることが望ましい。
【００１８】
前記３次元管状構造物内画像取得手段は、管状構造内を通過する経路に沿って撮影された断層画像により生成された３次元管状構造物内画像であれば種々の画像を取得することができ、例えば、３次元血管内超音波診断画像（３Ｄ−ＩＶＵＳ画像）を取得するものであってもよく、バーチャルヒストロジー（登録商標）ＩＶＵＳ画像などのように、ＩＶＵＳにより取得したＲＦ信号にスペクトル解析を行った情報を有する３次元血管内超音波診断画像を取得するものであってもよく、３次元光干渉断層撮影画像を取得するものであってもよい。なお、３次元光干渉断層撮影画像は、光干渉断層撮影画像（ＯＣＴ画像）を管状構造物内の経路に沿って積み重ねて得られた３次元画像を意味する。
【００１９】
また、「経路」とは、３次元管状構造物内画像においては、管状構造物内を撮影する撮像素子が管状構造物内を移動する経路であり、例えば、ＩＶＵＳでは、カテーテル先端に取り付けられた超音波プローブの血管内を移動する経路が相当し、ＯＣＴでは、カテーテル先端に取り付けられた光学素子の血管内を移動する経路が相当する。また、３次元画像においては、管状構造の長手方向に沿って管状構造内を通過する線であれば何でもよく、例えば、血管の中心線などがこれにあたる。
【００２０】
また、本発明の管状構造物内画像再構成装置において、前記構造物抽出手段が、前記管状構造物の分岐部または凹凸部の位置をさらに抽出するものであり、前記対応付け手段が、抽出した前記管状構造物の前記分岐部または前記凹凸部の前記管状構造物の長手方向の位置を一致させるように、前記抽出した３次元画像の管状構造物内の位置と３次元管状構造物内画像の経路上の位置とを対応付けることを特徴とするものであることが好ましい。さらに、前記対応付け手段が、前記管状構造物の分岐部または前記凹凸部の前記管状構造物の周方向の位置を一致させるように、前記３次元画像の管状構造物内の周方向の位置と前記３次元管状構造物内画像の周方向の位置を対応付けることが好ましい。
【００２１】
管状構造の凹凸部は、管状構造の内表面が突出または陥没した部分であり、一例として、血管内に存在するプラーク等の突出部等があげられる。
【００２２】
また、本発明の管状構造物内画像再構成装置において、前記構造物抽出手段が、前記３次元画像の前記管状構造物と前記３次元管状構造物内画像から、それぞれ前記管状構造物の長手方向に沿って前記管状構造物の１カ所以上の半径を計測するものであり、前記対応付け手段は、前記両画像から計測した各管状構造物の半径が等しい位置を一致させるように、前記３次元画像の前記管状構造物内の位置と前記３次元管状構造物内画像の管状構造物経路上との位置を対応付けるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の管状構造物内画像再構成装置、方法およびプログラムによれば、被写体の管状構造物を表す３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ管状構造物を抽出し、抽出した３次元画像の管状構造物の任意の範囲と任意の範囲に対応する３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けし、３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、３次元画像の対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成することにより、３次元管状内画像の特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができ、かかる投影３次元画像に基づいて容易に管状構造物内画像に含まれる特定の構造物の画像を把握することができる。
【００２４】
また、本発明の管状構造物内画像再構成において、構造物抽出手段が、管状構造物の分岐部または凹凸部の位置をさらに抽出するものであり、対応付け手段が、抽出した管状構造物の分岐部または凹凸部の管状構造物の長手方向の位置を一致させるように、抽出した３次元画像の管状構造物の範囲と３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けることを特徴とするものである場合には、管状構造物の中心線に沿った、管状構造物の長手方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。
【００２５】
さらに、対応付け手段が、管状構造物の分岐部または凹凸部の管状構造物の周方向の位置を一致させるように、３次元画像の管状構造物内の周方向の位置と３次元管状構造物内画像の周方向の位置を対応付けるものである場合には、管状構造物の中心線を中心軸とした、管状構造物の周方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。
【００２６】
また、本発明の管状構造物内画像再構成装置において、構造物抽出手段が、３次元画像の管状構造物と３次元管状構造物内画像から、それぞれ管状構造物の長手方向に沿って管状構造物の１カ所以上の半径を計測するものであり、対応付け手段は、両画像から計測した各管状構造物の半径が等しい位置を一致させるように、３次元画像の管状構造物の範囲と３次元管状構造物内画像の管状構造物の範囲を対応付けるものである場合には、管状構造物の中心線に沿った管状構造物の長手方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態における管状構造物内画像再構成装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の一実施形態における管状構造物内画像再構成装置の処理の流れを示す図
【図３】構造物抽出手段により抽出された心臓領域を例示した図
【図４】構造物抽出手段により検出された候補点を例示した図
【図５】抽出された候補点を連結することにより構築される木構造を例示した図
【図６】３次元画像と３次元管状構造物内画像の経路に沿った対応付けを説明する図
【図７】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けを説明する図（経路の始点）
【図８Ａ】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けを説明する図（経路の分岐部）
【図８Ｂ】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けを説明する図（経路の他の分岐部）
【図８Ｃ】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けの他の例を説明する図（経路の分岐部）
【図９Ａ】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けを説明する図（経路のプラーク部）
【図９Ｂ】３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けの他の例を説明する図（経路のプラーク部）
【図１０】第１の実施形態の変形例による３次元画像と３次元管状構造物内画像の経路に沿った対応付けを説明する図
【図１１Ａ】第１の実施形態により得られた再構成画像の表示例
【図１１Ｂ】図１１Ａの領域１０Ａの部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の管状構造物内画像再構成装置、管状構造物内画像再構成プログラムおよび管状構造物内画像再構成方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１に、本発明の一実施形態における管状構造物内画像再構成装置６を含む病院システム１の概略構成を示す。病院システム１は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２を介して互いに接続された検査室システム３、データサーバ４、および診断用ワークステーション（ＷＳ）６により構成される。
【００３０】
検査室システム３は、被検体を撮影する各種のモダリティ３２と、各モダリティから出力された画像の確認や調整を行う検査室ワークステーション（ＷＳ）３１により構成される。モダリティ３２としては、ＩＶＵＳ装置と、血管の形態情報を表す形態画像を取得可能なモダリティであるＣＴ（Computed Tomography）装置が備えられさらに、ＯＣＴ装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）などが備えられているものとする。これらのモダリティ３２は、いずれもＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）規格に準拠した装置であり、取得したボリュームデータに付帯情報を付し、ＤＩＣＯＭファイルとして出力する。
【００３１】
モダリティ３２から出力されたファイルは、検査室ＷＳ３１により、データサーバ４に転送される。データサーバ４は、高性能プロセッサと大容量メモリを備えた比較的処理能力の高いコンピュータに、データベースマネージメントサーバ（ＤＢＭＳ：Database Management Server）の機能を提供するソフトウェアプログラムを実装したものである。プログラムはストレージに記憶され、起動時にメモリにロードされ、プロセッサにより実行される。データサーバ４は、検査室ＷＳ３１から転送されたファイルを、大容量ストレージ５に記憶させる。また、データサーバ４は、診断用ＷＳ６からの検索要求に応じて、大容量ストレージ５に記憶されている複数のファイルの中から、検索条件に適ったファイルを選出し、診断用ＷＳ６に送信する。
【００３２】
診断用ＷＳ６は、標準的なプロセッサ、メモリおよびストレージを備えた汎用のワークステーションに、診断支援するための管状構造物内画像再構成プログラムを実装したものである。管状構造物内画像再構成プログラムは、ＤＶＤ等の記録媒体から、またはネットワーク上のサーバコンピュータからのダウンロードにより、診断用ＷＳ６にインストールされる。また、診断用ＷＳ６には、ディスプレイ７と、マウス、キーボード等の入力装置８が接続されている。
【００３３】
診断用ＷＳ６に実装される管状構造物内画像再構成プログラムは、各種機能を実現するプログラムモジュール群により構成され、その中には、管状構造物内画像再構成機能を実現するためのプログラムモジュール群が含まれている。これらのプログラムはストレージに記憶され、起動時にメモリにロードされ、プロセッサにより実行される。これにより、診断用ＷＳ６は、図１に示される被写体の管状構造物を表す３次元画像を取得する３次元画像取得手段６１と、管状構造物内の経路に沿って管状構造物の内側から管状構造物を複数回断層撮影して取得した管状構造物の複数の断層像から生成した３次元管状構造物内画像を取得する３次元管状構造物内画像取得手段６２と、取得された３次元画像および３次元管状構造物内画像からそれぞれ管状構造物を抽出する構造物抽出手段６３と、抽出された３次元画像Ｖ１の管状構造物の任意の範囲Ｗ１と該任意の範囲に対応する３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物の範囲Ｗ２を対応付ける対応付け手段６５と、３次元管状構造物内画像Ｖ２の任意の範囲Ｗ２に含まれる特定の構造物の画像を、３次元画像Ｖ１の対応付け手段６５により対応付けられた範囲Ｗ１に投影した投影３次元画像Ｖ３を生成する投影３次元画像生成手段６６と、再構成された投影３次元画像から再構成した画像を生成する画像生成手段６７と、再構成した画像を表示装置に表示させる表示制御手段６８として動作するようになる。
【００３４】
図２は、本実施形態の管状構造物内画像の生成処理の流れを表すフローチャートである。図２に従って、本実施形態におけるＷＳ６（管状構造内画像生成装置）の各機能処理の流れについて、以下詳細に説明する。本実施形態では、心臓の検査を行う場合を例に、管状の構造物が血管、特に冠動脈である場合について説明する。
【００３５】
本実施形態の処理に先立って、心臓の検査では、ＣＴ装置等を用いて被写体の胸部の撮影が行われ、ボリュームデータを取得して、ボリュームデータに付帯情報を付してＤＩＣＯＭファイルとしてデータサーバ４に転送され、大容量ストレージ５に記憶される。ボリュームデータは、３次元空間内の濃度や密度の分布を表す多数のボクセルデータの集合で構成され、各ボクセルデータ内にＸ線の吸収量等が画素値として表われる。
【００３６】
まず、初期画面において心臓の管状構造物内画像再構成機能が選択され、所定の入力画面において患者の識別番号や検査番号などが入力されると、３次元画像取得手段６１は、入力された情報をデータサーバ４へと送信し、大容量ストレージ５に保存されているファイルの検索および転送を要求する。
【００３７】
上記要求を受けたデータサーバ４は、大容量ストレージ５内のファイルを検索し、３次元画像取得手段６１に対し、要求されたファイルを転送する。３次元画像取得手段６１は、データサーバ４から転送されたファイルに含まれる３次元画像Ｖ１を、メモリに保存する（Ｓ０１）。
【００３８】
また、３次元管状構造物内画像取得手段６２は、データサーバ４から転送されたファイルに含まれる３次元管状構造物内画像である、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２を取得し、メモリに保存する（Ｓ０２）。なお、３次元管状構造物内画像とは、管状構造物内の経路に沿って管状構造物の内側から管状構造物を複数回断層撮影して取得した管状構造物の複数の断層像から生成した３次元画像である。本実施形態では、３次元管状構造物内画像として、血管内の経路Ｂに沿って、血管内超音波診断画像（ＩＶＵＳ画像）を複数回取得することにより得られた３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２を取得する。
【００３９】
続いて構造物抽出手段６３は、上記処理によりメモリに保存された３次元画像Ｖ１および３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２から、それぞれ管状構造物領域１０、すなわち冠動脈の血管壁および血管内腔に相当する領域を抽出して、３次元構造物抽出データを取得する（Ｓ０３）。また、両画像Ｖ１、Ｖ２から冠動脈領域を抽出する過程で、冠動脈の経路である冠動脈中心線をそれぞれ特定する。３次元画像Ｖ１から抽出された管状構造物の中心線を経路Ａ、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２における血管内のプローブの経路を経路Ｂと以下記す。
【００４０】
本実施形態による構造物抽出処理には、特願２００９−０４８６７９号および特願２００９−０６９８９５号において出願人が提案した方法を適用する。以下、それらの文献に記された処理の概要を説明する。なお、管状構造物が血管である場合、ボリュームデータから冠動脈領域を抽出する方法としては、Andrzej Szymczak, et al. Coronary vessel tree frin 3D imagery: A topological approach. Medical Image Analysis 2006に示される方法をはじめ、種々の方法が提案されており、領域抽出には、管状構造物を抽出可能な公知のいずれの手法をも採用することができる。
【００４１】
構造物抽出手段６３は、所定のアルゴリズムに基づいて、ボリュームデータから、心臓に相当する領域（以下、心臓領域）を抽出する。図３に、構造物抽出手段６３により抽出された心臓領域９を例示する。
【００４２】
次に、構造物抽出手段６３は、ボリュームデータ内の心臓領域９を含む直方体領域を探索範囲として設定し、所定のアルゴリズムに基づいて探索範囲に含まれる管状の構造物を探索する。さらに、探索により検出された管状の構造物に基づいて、冠動脈の芯線上の点と推定される点を検出する。以下の説明では、冠動脈の経路上の点と推定される点を候補点またはノードと称する。図４に、抽出された３次元構造物抽出データの管状構造物領域１０と、検出された候補点Ｎｉを例示する。
【００４３】
管状の構造物の探索は、探索範囲内の局所領域ごとに、３×３のヘシアン（Hessian）行列の固有値を算出することにより行う。管状の構造物が含まれる領域では、ヘシアン行列の３つの固有値のうち１つは０に近い値となり、他の２つは相対的に大きな値となる。また、値が０に近い固有値に対応する固有ベクトルは、管状の構造物の主軸方向を示すものとなる。構造物抽出手段６３は、局所領域ごとに、ヘシアン行列の固有値に基づいて管状の構造物らしさを判定し、管状の構造物が識別された局所領域については、その中心点を候補点として検出する。
【００４４】
なお、管状の構造物の探索では、探索範囲のデータを解像度変換することにより、解像度が異なる複数の解像度別データ（ガウシアンピラミッド）を生成し、異なる解像度で繰り返し探索（走査）を行なうことが好ましい。上記探索方法では、局所領域の径（幅）が血管径よりも小さい場合に管状の構造物を識別できないが、解像度を異ならせて探索を行うことであらゆる大きさの管状の構造物の識別が可能になる。これにより、基幹となる太い血管から末端の細い血管まで、候補点を漏れなく検出することができる。
【００４５】
次に、構造物抽出手段６３は、探索により検出された候補点を、最小全域木などの所定のアルゴリズムに基づいて連結する。これにより、図５に例示するように、候補点および候補点同士を連結する枝（エッジ）からなる木構造が構築される。検出された複数の候補点の座標情報や、枝の方向を示すベクトル情報は、候補点や枝の識別子とともにメモリに記憶される。
【００４６】
続いて、構造物抽出手段６３は、検出された候補点ごとに、周辺のボクセルの値（ＣＴ値）に基づき、冠動脈の形状を詳細に識別する。具体的には、冠動脈経路に垂直な断面において、冠動脈の輪郭（血管の外壁）を識別する。形状の識別は、Graph-Cutsに代表される公知のセグメンテーション手法を用いて行う。さらに、血管輪郭内部のＣＴ値を解析し、ソフトプラーク領域（所定のしきい値より低いＣＴ値領域）、ハードプラーク領域（所定のしきい値より高いＣＴ値領域）、血管内腔領域（外壁内部でソフトプラーク領域とハードプラーク領域を除外した領域）とに分割する。
【００４７】
なお、一般に、ソフトプラークのＣＴ値は、正常な内腔のＣＴ値よりも低く、ハードプラークのＣＴ値は、正常な内腔のＣＴ値よりも高い。ＣＴに限らずＭＲＩでも、プラークの信号値は、正常な内腔の信号値の範囲から外れた値となることが知られている。ここでは、この信号値の関係を利用してプラーク領域と内腔領域とを判別する。詳細には、断面を構成する各ボクセルの値を所定の閾値と比較することによりボクセルごとにプラーク、内腔のいずれであるかを判定し、プラークと判定されたボクセルにより構成される領域をプラーク領域、内腔と判定されたボクセルにより構成される領域を内腔領域として識別する。なお、プラークについては、ソフトプラーク／ハードプラークの判別も行う。
【００４８】
また、構造物抽出手段６３は、３次元管状構造物内画像Ｖ２からも管状構造物を抽出する。３次元管状構造物内画像Ｖ２は、血管の経路に沿って経路と直交する方向に断層撮影された複数の２次元画像である。そこで元の２次元の断層画像ごとに、その血管の輪郭（血管の外壁）を検出する。輪郭の検出には、３次元画像Ｖ１と同様にGraph-Cutsに代表される公知のセグメンテーション手法を用いる。さらに、血管領域をソフトプラーク、ハードプラーク、内腔領域に分割する。次に、セグメンテーションされた血管領域の重心位置を血管の中心位置とし、これを連続的に接続して管状構造物の経路とする。しかし単純に、各２次元断層画像の中心位置を血管経路とみなしてもよい。
【００４９】
なお、３次元管状構造物内画像Ｖ２が、ＩＶＵＳ画像の高周波信号のスペクトル解析等により、血管内のプラーク領域などの３次元管状構造物画像Ｖ２内に含まれる特定の構造物をセグメンテーションした情報を既に有するものであれば、構造物抽出手段６３は、特定の構造物をセグメンテーションした情報をそのまま利用し、３次元管状構造物画像Ｖ２内に含まれる構造物のうち必要な構造物についてのみセグメンテーションを行ってよい。
【００５０】
また、本実施形態における構造物抽出手段６３は、管状構造物の分岐部または凹凸部の位置をさらに抽出するものである。図７は、３次元画像と３次元管状構造物内画像の周方向の対応付けを説明する図（経路の始点）であり、図８Ａは、経路の分岐部ＢＲａを含む３次元画像の断層画像Ｓ１ｋ１と３次元管状構造物内画像の断層画像Ｓ２ｋ１であり、図８Ｂは、経路の分岐部ＢＲｂを含む３次元画像の断層画像Ｓ１ｋ２と３次元管状構造物内画像の断層画像Ｓ２ｋ２であり、図９Ａは、経路のプラーク部ＰＬを含む３次元画像の断層画像Ｓ１ｋ３と３次元管状構造物内画像の断層像Ｓ２ｋ３である。
【００５１】
具体的には、構造物抽出手段６３は、図８Ａ、８Ｂにそれぞれ示すように、２つの３次元画像Ｖ１、Ｖ２（３次元画像Ｖ１および３Ｄ―ＩＶＵＳ画像Ｖ２）のそれぞれを構成する断層像から、管状構造物の輪郭に分岐部ＢＲａを表す突出形状のある断層像Ｓ１ｋ１、Ｓ２ｋ１をそれぞれ抽出し、管状構造物の輪郭に分岐部ＢＲｂを表す突出形状のある断層像Ｓ１ｋ２、Ｓ２ｋ２をそれぞれ抽出する。なお、以下本明細書においては、断層像Ｓ１（またはＳ２）は、３次元画像Ｖ１（またはＶ２）の経路Ａ（またはＢ）に直交する断層像である。また、２つの３次元画像Ｖ１、Ｖ２のそれぞれを構成する断層像から、図９Ａに示すような、管状構造物の輪郭に凹凸部であるプラークＰＬを表す管状構造物の輪郭に陥没形状のある断層像Ｓ１ｋ３、Ｓ２ｋ３をそれぞれ抽出する。
【００５２】
本実施形態では、先述のように断層像において血管の外腔(壁)領域と内腔領域をそれぞれセグメンテーションし、セグメンテーションされた断層像から各領域の輪郭部を検出し長軸と短軸を求め、求められた長軸と短軸の比に基づいて解剖学的構造物の分岐部や凹凸部を検出する。図８Ｃは、分岐部ＢＲａにおける２つの３次元画像Ｖ１、Ｖ２の断層像Ｓ１ｋ１、Ｓ２ｋ１の各長軸ＬＡ１ｋ１、ＬＡ２ｋ１および各短軸ＳＡ１ｋ１、ＳＡ２ｋ１を表す図であり、図９Ｂは、プラーク部Ｒａにおける２つの３次元画像Ｖ１、Ｖ２の断層像Ｓ１ｋ３、Ｓ２ｋ３の各長軸ＬＡ１ｋ３、ＬＡ２ｋ３および各短軸ＳＡ１ｋ３、ＳＡ２ｋ３を表す図である。図８Ｃおよび図９Ｂに示すように、分岐部の血管長手方向の位置を、血管外腔の長軸/短軸比が大きい位置として検出し、このときの長軸の方向を分岐の方向として検出する。また、プラーク部の血管の長手方向の位置を、血管外腔に比べて血管内腔が小さい位置として検出し、このとき血管内腔の短軸の方向を断層上でプラークが偏在している方向（経路からプラークに向かう方向）として検出する。なお、３次元画像Ｖ１については、抽出した木構造がすでに分岐の情報を有している（図５参照）。
【００５３】
なお、構造物抽出手段６３は、解剖学的構造物の分岐部や凹凸部等の解剖学的構造物の特徴部を２つの３次元画像Ｖ１、Ｖ２から抽出できる方法であれば、周知の種々の方法を適用することができる。例えば、ユーザが手動で血管分岐部を表す断層像およびプラーク部を表す断層像を各３次元画像Ｖ１、Ｖ２ごとに選択して、選択した断層像を特定する情報を入力手段から入力し、かかる入力を取得して、血管分岐部を表す断層像およびプラーク部を表す断層像として抽出してもよい。
【００５４】
次に、対応付け手段６５は、３次元画像Ｖ１および３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の管状構造物の各経路Ａ，Ｂに沿って、両画像を対応付ける対象範囲を決定する（Ｓ０４）。図６は、本実施形態の３次元画像Ｖ１と３次元管状構造内画像Ｖ２の対応付け方法を説明するイメージ図である。図６に示すように、対応付け手段６５は、ＣＴ撮影により得られた３次元画像Ｖ１から経路Ａに沿って始点Ａｓから終点Ａｅまでの対象範囲Ｗ１を決定し、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の経路Ｂに沿って始点Ｂｓと終点Ｂｅまでの対象範囲Ｗ２を決定する。
【００５５】
具体的には、対応付け手段６５は、まず３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の撮影を行った管状構造物内の経路上の撮影開始点Ｂｓから撮影終了点Ｂｅまでの範囲を、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の管状構造物１０の対応付け手段６５による対応付け処理の対象範囲Ｗ２として決定する。
【００５６】
そして、対応付け手段６５は、ＣＴ撮影により得られた３次元画像Ｖ１から冠動脈および冠動脈中心線を表すボリュームレンダリング画像を生成して、表示制御手段６８によりディスプレイ７に表示させ、ユーザに対応付け手段６５による対応付け処理の対象範囲Ｗ２を指定するように促す。対応付け手段６５は、表示画面上でユーザの入力装置８のマニュアル操作による冠動脈中心線Ａの位置の指定を検出し、検出した位置により３次元画像Ｖ１の管状構造物１０の対応付け処理の対象範囲Ｗ１を決定する。
【００５７】
具体的には、対応付け手段６５は、図６に示すようにユーザには３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の対象範囲Ｗ２に相当する３次元画像Ｖ１の冠動脈中心線Ａの範囲を、冠動脈中心線上の位置を始点と終点をマウスでクリックすることにより指示するように促し、ユーザが冠動脈中心線Ａの始点Ａｓと終点Ａｅをクリックする操作を検出して、冠動脈中心線Ａに沿って始点Ａｓから終点Ａｅまでの範囲を３次元画像Ｖ１の対象範囲Ｗ１として決定する。
【００５８】
対応付け手段６５は、指定された２つの範囲Ｗ１、Ｗ２を一致させることにより、抽出した３次元画像Ｖ１の構造物内の中心線Ａ上の位置と３次元管状構造物内画像Ｖ２の経路Ｂ上の位置とを対応付ける（Ｓ０５）。具体的には、図６に示すように、決定した２つの範囲Ｗ１、Ｗ２の経路に沿った位置が一致するように、３次元画像Ｖ１と３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の経路Ａ、Ｂ上の始点Ａｓ、Ｂｓと終点Ａｅ、Ｂｅをそれぞれ対応付ける。
【００５９】
ここで、３Ｄ―ＩＶＵＳ画像等に代表される３次元管状構造物内画像は、撮像素子を先端に配置したカテーテルを管状構造物内で一定の回転速度で回転させるとともに管状構造物の長手方向に沿って一定速度で移動させながら撮影した断層画像を積み重ねることにより３次元画像として再構成される。しかし、実際の撮影においては、複雑な管状構造物の形態により、長手方向の移動速度や回転速度が実際は一定に保たれない場合がある。この場合、長手方向の移動速度の誤差は、３次元管状構造物内画像に表される管状構造の長さの誤差を発生させ、長手方向の回転速度の誤差は、３次元管状構造物内画像に表される管状構造の周方向の位置の誤差を発生させることになる。
【００６０】
そこで、本実施形態における対応付け手段６５はこのような誤差の補正のために、経路の始点と終点以外の管状構造物１０の特徴部分である分岐部ＢＲや突出部ＰＬの位置でも経路Ａ、Ｂに沿った位置、および経路Ａ、Ｂに直交する平面上のＺ軸を中心とした周方向の角度の対応付けを行う。
【００６１】
この管状構造物の経路に沿った位置の対応付け処理として、本実施形態における対応付け手段６５は、構造物抽出手段６３が抽出した管状構造物の分岐部を含む断層像Ｓ１ｋ１、Ｓ２ｋ１（または、Ｓ１ｋ２、Ｓ２ｋ２）に含まれる経路上の点Ａｋ１、Ｂｋ１（または、Ａｋ２、Ｂｋ２）および、凹凸部を含む断層像Ｓ１ｋ３、Ｓ２ｋ３に含まれる経路上の点Ａｋ３、Ｂｋ３を、対応付ける。すなわち、図６に示すように、抽出した３次元画像Ｖ１の管状構造物内の経路上の位置Ａｋ１、Ａｋ２、Ａｋ３と３次元管状構造物内画像Ｖ２の経路上の位置Ｂｋ１、Ｂｋ２、Ｂｋ３とがそれぞれ対応付けられる。
【００６２】
そして、対応付け手段６５は、経路Ａに沿って点ＡｓからＡｋ１までの経路Ｚ１ｋ１の区間と、経路Ｂに沿って点ＢｓからＢｋ１までの経路Ｚ２ｋ１の区間とを、所定の間隔または個数の分割点で分割し、各分割点を互いに対応付ける。
【００６３】
対応付け手段６５は、経路Ａに沿って点Ａｋ１からＡｋ２までの経路Ｚ１ｋ２の区間および経路Ｂに沿って点Ｂｋ１からＢｋ２までの経路Ｚ２ｋ２の区間と、経路Ａに沿って点Ａｋ２からＡｋ３までの経路Ｚ１ｋ３の区間および経路Ｂに沿って点Ｂｋ２からＢｋ３までの経路Ｚ２ｋ３の区間、経路Ａに沿って点Ａｋ３からＡｅまでの経路Ｚ１ｋ３の区間および経路Ｂに沿って点Ｂｋ３からＢｅまでの経路Ｚ２ｋ４の区間についても、同様に、所定の間隔または個数の分割点で分割し、各分割点を互いに対応付ける。
【００６４】
そして、以上の結果、図６に示すように、始点Ａｓ、Ｂｓから終点Ａｅ、Ｂｅまでの経路Ａ、Ｂ上にそって、互いに対応する点Ａｉ、Ｂｉ（０≦ｉ≦ｋ）が設けられる。なお、Ａ０はＡｓ、ＡｋはＡｅ、Ｂ０はＢｓ、ＢｋはＢｅに相当する。これにより、３次元画像Ｖ１、Ｖ２の始点Ａｓ、Ｂｓから終点Ａｅ、Ｂｅまでの範囲で、経路Ａ、Ｂ上の各点の経路に沿った位置（Ｚ軸方向の位置）が対応付けられる。
【００６５】
さらに、本実施形態による対応付け手段６５は、管状構造物の分岐部ＢＲまたは凹凸部ＰＬの管状構造物１０の周方向の位置を一致させるように、３次元画像Ｖ１の管状構造物内の周方向の位置と３次元管状構造物内画像Ｖ２の周方向の位置を対応付ける（Ｓ０６）。
【００６６】
この管状構造物の周方向の対応付け処理として、対応付け手段６５は、３次元画像Ｖ１の始点Ａｓおよび３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の始点Ａｓの位置で、３次元画像Ｖ１と３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の経路Ａ、Ｂに直交する平面上の位置を一致させるための相対角度θｓを算出する。
【００６７】
すなわち、対応付け手段６５は、図６に示すように、断層像Ｓ２ｓを、ＸＹ平面上の縮尺を変化させつつＺ軸を回転軸として回転させて、断層像Ｓ１ｓの管状構造物の輪郭がＳ２ｓの管状構造物の輪郭とが最も重なるような、ＸＹ平面上の回転角度θｓを算出する。また、同時に、対応付け手段６５は、断層像Ｓ１ｓの管状構造物の輪郭がＳ２ｓの管状構造物の輪郭が最も重なる際の断層像Ｓ１ｓの管状構造物の半径ｒ１ｓに対する断層像Ｓ２ｓの管状構造物の半径ｒ２ｓの比率を断層像Ｓ１ｓに対する断層像Ｓ２ｓの相対的なサイズＲｓとして取得する。
【００６８】
また、かかる３次元画像Ｖ１の経路に直交する断層像Ｓ１の管状構造物の輪郭が３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の断層像Ｓ２の管状構造物の輪郭が最も重なるような、経路を中心とした周方向の角度を、３次元画像Ｖ１に対する３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の相対角度と場合により称する。なお、２つの画像の輪郭の重なりの判断について、周知の方法により２つの画像の管状構造物の輪郭の類似度を定義するコスト関数を定義し、該関数により、断層像Ｓ１における管状構造物の輪郭と、複数の異なる角度に角度を変化させた断層像Ｓ２上の管状構造物の輪郭とを比較して、コスト関数が最も小さくなる際の断層像Ｓ２の角度を、２つの画像の輪郭の重なりが大きくなる角度として判定するものとする。
【００６９】
続いて、本実施形態による対応付け手段６５は、各分岐部およびプラーク部を含む断層像に対しても同様の処理を行い、断層像Ｓ２ｈ（ｈ＝ｋ１，Ｋ２，ｋ３）をＸＹ平面上の縮尺を変化させつつＺ軸を回転軸として回転させて、各断層像Ｓ１ｈの管状構造物の輪郭がＳ２ｈの管状構造物の輪郭とが最も重なるような、断層像Ｓ１ｋ１に対する断層像Ｓ２ｋ１の相対角度θｋ１、断層像Ｓ１ｋ２に対する断層像Ｓ２ｋ２の相対角度θｋ２、断層像Ｓ１ｋ３に対する断層像Ｓ２ｋ３の相対角度θｋ３を算出する。
【００７０】
図７、８Ａ、８Ｂ、９Ａにおいて、各断層像Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈ（ｈ＝ｋ１，Ｋ２，ｋ３）上において、各断層像Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈに含まれる経路上の点Ａｊ、Ｂｊからそれぞれ同断層像Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈ上の管状構造物領域の同じ部分を表す点に向かうベクトルＶ１ｈ（ｈ＝ｋ１，Ｋ２，ｋ３）、Ｖ２ｈ（ｈ＝ｋ１，Ｋ２，ｋ３）を例示する。ベクトルＶ１ｈ、Ｖ２ｈ間の角度が、断層像Ｓ１ｈに対する断層像Ｓ２ｈの相対角度θｈとなる。図７、８Ａ、８Ｂ、９Ａにおいて、経路Ａ、Ｂに沿った各位置Ａｈ、Ｂｈ（ｈ＝ｋ１，Ｋ２，ｋ３）で、ＩＶＵＳ装置の回転速度の変化により、相対角度θｈが少しずつ変化していることがわかる。このことにより、図６に示すように、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２では、血管の分岐部ＢＲｂの周方向の位置が、実際の形態の周方向の位置とずれたものとなっている。
【００７１】
そして、対応付け手段６５は、経路Ａ、Ｂに沿って設定した対応する点Ａｉ、Ｂｉ（０≦ｉ≦ｋ）ごとに、各点Ａｉ、Ｂｉ（０≦ｉ≦ｋ）を含み経路Ａ、Ｂに直交する平面における相対角度を決定する。例えば、本実施形態においては、区間Ｚ１ｋ１、Ｚ２ｋ１の各点Ａｉ、Ｂｉ（０≦ｉ≦ｋ１）について、相対角度がθｓからθｋ１までなめらかに変化するように、例えば、θｓからθｋ１まで段階的に大きくなる（小さくなる）ように相対角度θｉをそれぞれ設定し、区間Ｚ１ｋ２、Ｚ２ｋ２の各点Ａｉ、Ｂｉ（ｋ１＜ｉ≦ｋ２）について、相対角度がθｋ１からθｋ２までなめらかに変化するように、相対角度θｉをそれぞれ設定し、区間Ｚ１ｋ３、Ｚ２ｋ３の各点Ａｉ、Ｂｉ（ｋ２＜ｉ≦ｋ３）について、相対角度がθｋ２からθｋ３までなめらかに変化するように、相対角度θｉをそれぞれ設定し、区間Ｚ１ｋ４、Ｚ２ｋ４の各点Ａｉ、Ｂｉ（ｋ３＜ｉ≦ｋ）について、相対角度がθｋ３となるように、相対角度θｉを設定する。
【００７２】
なお、断層像Ｓ１ｈとＳ２ｈの相対角度θｈ（ｈ＝ｋ１、ｋ２、ｋ３）の算出方法として、上記のように各断層像Ｓ１ｈの管状構造物の輪郭とＳ２ｈの管状構造物の輪郭の最も重複する角度として算出する方法に替えて、図８Ｃおよび図９Ｂに示すように、断層像Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈ（ｈ＝ｋ１、ｋ２、ｋ３）上の管状構造物の長軸ＬＡ１ｈ、ＬＡ２ｈと短軸ＳＡ１ｈ、ＳＡ２ｈを一致させる角度を相対角度θｈとして算出する方法を適用してもよい。経路Ａ、Ｂ上の対応する各位置において、経路Ａ、Ｂに直交する断層像上の管状構造物の長軸と短軸を一致させることにより、この両画像Ｖ１、Ｖ２の分岐方向および、プラークの偏心方向を一致させることができるためである。
【００７３】
そして、対応付け手段６５は、断層像Ｓ１ｓに対する断層像Ｓ２ｓの相対的なサイズＲｓ、および、設定された相対角度θｉに基づいて、点Ａｉ、Ｂｉ（を含み、Ｚ軸に直交する断層像Ｓ１ｉ、Ｓ２ｉ上の各点を対応付ける（Ｓ０７）。そして、該対応付けを、３次元画像Ｖ１、Ｖ２の始点Ａｓ、Ｂｓから終点Ａｅ、Ｂｅまでの範囲で、経路Ａ、Ｂに直交する各断層像Ｓ１ｉ、Ｓ２ｉ（０≦ｉ≦ｋ）について繰り返すことにより、３次元画像Ｖ１を構成する任意の画素Ｐｊ(xｊ,yｊ,zｊ)および３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２を構成する画素Ｑｊ(xｊ,yｊ, zｊ)とを対応付けることができる。
【００７４】
なお、３次元画像Ｖ１の座標系で、断層像Ｓ１ｉの各点Ｐｊ(xｊ,yｊ,zｊ)の座標を、中心軸Ｚを中心としたＸ軸からの周方向の角度θおよび中心軸Ｚから各点Ｐｊまでの距離ｄ１により表すと、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像Ｖ２の座標系で、各点Ｐｊに対応する断層像Ｓ２ｉの各点Ｑｊ(xｊ,yｊ, zｊ)の座標は、中心軸Ｚを中心としたＸ軸からの周方向の角度が角度θ＋θｉであり、中心軸Ｚから各点Ｑｊまでの距離ｄ２がｄ１×Ｒｓである点として特定することができる。すなわち、相対的なサイズＲｓおよび設定された相対角度θｉに基づいて断層像Ｓ１ｉの各点Ｐｊ(xｊ,yｊ,zｊ)の座標に対応する断層像Ｓ２ｉの各点Ｑｊ(xｊ,yｊ, zｊ)の座標を算出することができる。
【００７５】
投影３次元画像生成手段６６は、３次元管状構造物内画像の任意の範囲に含まれる特定の構造物の画像を、３次元画像の前記対応付け手段により対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成する。ここでは、対応付けられた位置に基づいて、特定の構造物のうち、３次元管状内画像Ｖ２から分離認識したソフトプラーク、ハードプラーク、血管内腔の各々について、各構造物領域を構成する各画素Ｑｊ(xｊ,yｊ, zｊ)の画素値を、３次元画像Ｖ１の対応する位置Ｐｊ(xｊ,yｊ,zｊ)に投影した投影３次元画像Ｖ３を生成し、ストレージ５に記憶する（Ｓ０８）。
【００７６】
画像生成手段６７は、投影３次元画像Ｖ３からボリュームレンダリング法等の各種の再構成法により再構成された再構成画像Ｉｍｇ１を生成し、ストレージ５に記憶する。ここでは、画像生成手段６７は、投影３次元画像Ｖ３から、ボリュームレンダリング法で表された擬似３次元画像を生成し、ストレージ５に記憶する（Ｓ０９）。
【００７７】
表示制御手段６８は、各手段の要請に応じて、各種の画像を取得しディスプレイ７に表示する。本実施形態では、画像生成手段６７に再構成された再構成画像Ｉｍｇ１を取得し、再構成画像Ｉｍｇをディスプレイ７に表示させる（Ｓ１０）。
【００７８】
図１１Ａに、投影３次元画像Ｖ３から再構成されたボリュームレンダリング画像Ｉｍｇ１の表示例を示す。図１１Ａのように、ボリュームレンダリング画像Ｉｍｇ１は、ＣＴ撮影により取得された３次元画像Ｖ１により再構成された心臓全体と冠動脈１０を表しており、冠動脈１０の一部分１０Ａに、３Ｄ―ＩＶＵＳ画像Ｖ２から得られた特定の構造物領域を構成する各画素値を投影したものである。図１１Ｂは、ボリュームレンダリング画像Ｉｍｇ１の領域Ｉｍｇ１ａの領域について拡大表示した図Ｉｍｇ２ａを示す。
【００７９】
また、本実施形態では、表示制御手段６８は、図１１Ｂに示すように、対応付けられた血管の範囲に含まれる領域１０Ａについて、各分離認識された血管内腔領域１０ａおよびソフトプラーク領域１０ｂおよびハードプラーク領域１０ｃを構成する各画素に対して、設定された異なる色および透明度を設定して、各領域を識別表示する。
【００８０】
以上、本第１の実施形態によれば、被写体の管状構造物１０を表す３次元画像Ｖ１および３次元管状構造物内画像Ｖ２からそれぞれ管状構造物１０を抽出し、抽出した３次元画像Ｖ１の管状構造物１０の任意の範囲Ｗ１と任意の範囲Ｗ１に対応する３次元管状構造物内画像の管状構造物１０の範囲Ｗ２を対応付けし、３次元管状構造物内画像Ｖ２の任意の範囲Ｗ２に含まれる特定の構造物の画像を、３次元画像の対応付けられた範囲に投影した投影３次元画像を生成することにより、３次元管状内画像の特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができ、かかる投影３次元画像に基づいて容易に管状構造物内画像に含まれる特定の構造物の画像を把握することができる。
【００８１】
また、本実施形態のように、３次元管状内画像Ｖ２に含まれる特定の構造物を、識別可能に表示した場合は、３次元画像による管状構造物の形態と対応付けて管状構造物内の各セグメンテーションされた領域を容易に把握することができ、医師らの診断効率と診断精度の向上に貢献できる。また、３次元管状内画像Ｖ２に含まれる構造物のうち、所望の特定の構造物の画像のみを投影して投影３次元画像を生成することにより、ユーザの要望に適した３次元管状内画像Ｖ２を柔軟に生成できる。
【００８２】
なお、本実施形態に限られず、投影３次元画像に投影する特定の構造物は、３次元管状内画像Ｖ２に含まれる構造物であれば何でもよく、例えば、管状構造物および／または管状構造物内に存在する構造物であってもよい。一例として、管状構造物内が血管である場合、血管内に存在する構造物とは、ソフトプラーク、ハードプラークを含み、血管領域からソフトプラーク、ハードプラーク等のプラーク領域を除いた血管内腔領域を構造物と捉えてよい。また、プラークを構成する、繊維性組織、繊維脂質組織、石灰化組織、壊死性組織等の各組織を血管内の構造物と捉えてもよい。また、３次元管状内画像Ｖ２に含まれる構造物を全て含むように、３次元管状内画像Ｖ２を構成する画素の画素値を全て３次元画像Ｖ１の対応する位置の画素に投影してもよい。
【００８３】
また、投影３次元画像に投影する特定の構造物は１つであってもよく、複数であってもよい。さらに、投影３次元画像に投影する特定の構造物の画像として、３次元管状内画像Ｖ２の特定の構造物を構成する画素の画素値を対応する３次元画像Ｖ１の位置に挿入するものでもよく、３次元管状内画像Ｖ２の特定の構造物の輪郭等、特定の構造物を特定する情報のみを対応する３次元画像Ｖ１の位置に投影してもよい。
【００８４】
また、３次元画像Ｖ１自身に画素値等を直接挿入することにより投影３次元画像Ｖ３を生成してもよく、３次元画像Ｖ１と同じ座標系を有する新たな３次元画像Ｖ１’を用意し、新たな３次元画像Ｖ１’に画像を投影して投影３次元画像Ｖ３を生成してもよい。後者の場合、生成した投影３次元画像Ｖ３と３次元画像Ｖ１からそれぞれ再構成画像を生成し、両再構成画像を重ね合わせて表示することが好ましい。
【００８５】
また、対応付け手段６５が、３次元画像Ｖ１および３次元管状構造物内画像Ｖ２のそれぞれの経路を基準として、３次元画像Ｖ１および３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物１０を対応付けるため、精度よく対応付けを行うことができる。
【００８６】
また、本第１の実施形態によれば、３次元管状内画像の各画素値を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した再構成画像を生成することができるため、かかる再構成画像を表示観察することにより医師らは容易に管状構造物の各位置における画素値を把握することができる。また本第１の実施形態のように、ＣＴ撮影等により得られた形態を表す画像の一部分に、管状構造物内画像による高精度な血管内の画像を投影して表示した場合には、管状構造物内画像による詳細な情報および影響を心臓全体の位置と関連付けて容易に把握することができ、医師らの診断効率と診断精度の向上に貢献できる。
【００８７】
また、本第１の実施形態における対応付け手段６５が、構造物抽出手段６３が抽出した管状構造物の分岐部ＰＲａ、ＰＲｂまたは凹凸部ＰＬの管状構造物１０の長手方向の位置を一致させるように、抽出した３次元画像の管状構造物内の位置と３次元管状構造物内画像の経路上の位置とを対応付けるため、管状構造物の中心線に沿った、管状構造物の長手方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。この結果、３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物の湾曲や伸縮による誤差を意識しないで、医師らは投影３次元画像により管状構造物の形態および管状構造物の各位置における画素値の両方を直感的に把握でき、医師らの診断効率と診断精度の向上に資する。
【００８８】
さらに、第１の実施形態において、対応付け手段６５が、管状構造物の分岐部または凹凸部の管状構造物の周方向の位置が一致するように、３次元画像の管状構造物内の周方向の位置と３次元管状構造物内画像の周方向の位置を位置合わせするものであるため、管状構造物の中心線を中心軸とした、管状構造物の周方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。この結果、３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物の周方向の誤差を意識しないで、医師らは投影３次元画像により管状構造物の形態および管状構造物の各位置における画素値の両方を直感的に把握でき、医師らの診断効率と診断精度向上に資する。
【００８９】
なお、このような特徴部分における対応付けは、３次元管状構造物内画像Ｖ２および３次元画像Ｖ１の両画像から同じ特徴を判別できる部分であれば、分岐部や突出部以外の部分でも対応付けを行うことができ、例えば、管状構造物の彎曲部や管状構造物の半径などを用いることもできる。この場合、構造物抽出手段６３は、両画像Ｖ１、Ｖ２の両方から同じ特徴を判別できる周知の種々の方法を用いることができ、例えば、両画像Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの特徴部分に最も近い経路上の位置同士を対応付けてもよい。また、同じ特徴が、経路を中心軸とした場合に、周方向の位置が等しくなるように特徴部分に最も近い経路上の位置同士を対応付けることが考えられる。
【００９０】
以下、第１の実施形態のさらなる変形例として、３次元画像Ｖ１および３次元管状構造物内画像Ｖ２のそれぞれの管状構造物の半径が等しい位置を一致させるように、対応する位置を対応付ける例を説明する。
【００９１】
第１の実施形態のさらなる変形例における構造物抽出手段６３は、３次元画像Ｖ１の管状構造物１０と３次元管状構造物内画像Ｖ２から、それぞれ管状構造物１０の長手方向に沿って管状構造物の１カ所以上の半径を計測するものであり、対応付け手段６５は、両画像Ｖ１およびＶ２から計測した各管状構造物の半径が等しい位置を一致させるように、３次元画像Ｖ１の前記管状構造物内の位置と３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物経路上との位置を対応付ける点が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心として説明し、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９２】
第１の実施形態のさらなる変形例における構造物抽出手段６３は、３次元画像Ｖ１の管状構造物１０と３次元管状構造物内画像Ｖ２の経路Ａ、Ｂに直交する複数の断層像から、それぞれ管状構造物１０の経路Ａ、Ｂの長手方向に沿った範囲Ｗ１、Ｗ２の複数箇所において半径ｒ１ｍ、ｒ２ｍ（０＜ｍ≦ｍａ）を計測する。そして、断層像に含まれる経路上の点Ａｍ、Ｂｍにおいて計測した複数の半径ｒ１ｍ、ｒ２ｍ（０＜ｍ≦ｍａ）をメモリに保存する。
【００９３】
そして、対応付け手段６５は、計測した複数の半径ｒ１ｍ、ｒ２ｍ（０＜ｍ≦ｍａ）が一致する、経路Ａ、Ｂ上の点Ａｍ、Ｂｍ’を対応付ける。なお、ここでいう計測した複数の半径が一致するとは、経路Ａ上の始点Ａｓにおける半径ｒ１ｓに対する各半径ｒ１ｍの相対的な大きさと、経路Ｂ上の始点Ｂｓにおける半径ｒ２ｓに対する各半径ｒ２ｍの相対的な大きさが一致するということを意味する。
【００９４】
図１０は、第１の実施形態のさらなる変形例における、位置合わせ処理を説明する図である。図１０に示すように、半径ｒ１ｍ１、ｒ２ｍ１’が一致すると、半径ｒ１ｍ１、ｒ２ｍ１’を計測したそれぞれの断層像上の経路Ａ、Ｂ上の点Ａｍ１、Ｂｍ１’が対応付けられる。同様に、半径ｒ１ｍ２、ｒ２ｍ２’が一致すると、半径ｒ１ｍ２、ｒ２ｍ２’を計測したそれぞれの断層像上の経路Ａ、Ｂ上の点Ａｍ２、Ｂｍ２’が対応付けられる。なお、ここでは、０＜ｍ１＜ｍ１’＜ｍ２’＜ｍ２＜ｍａとする。つまり、経路Ａ、Ｂに沿って半径の等しい位置の経路上の点Ａｍ、Ｂｍ’が対応付けられる。なお、図８では、説明のために、対応付けられる点を２つとしているが、これに限られず、半径の等しい位置であれば、１箇所以上何箇所でも対応付けてよい。
【００９５】
そして、対応付け手段６５は、管状構造物１０の経路Ａ上の始点Ａ０（Ａｓ）から点Ａ１ｍ１までの区間および、管状構造物１０の経路Ｂ上の始点Ｂ０（Ｂｓ）から点Ｂｍ１’までの区間を、所定の間隔又は所定数により分割する分割点をそれぞれ設定し、各分割点をそれぞれ対応付ける。対応付け手段６５は、同様に、管状構造物１０の経路Ａ上の始点Ａｍ１から点Ａｍ２までの区間および、管状構造物１０の経路Ｂ上の始点Ｂｍ１’から点Ｂｍ２’までの区間を、所定の間隔又は所定数により分割する分割点をそれぞれ設定し、各分割点をそれぞれ対応付けする。また、管状構造物１０の経路Ａ上の始点Ａｍ２から点Ａｍａまでの区間および、管状構造物１０の経路Ｂ上の始点Ｂｍ２’から点Ｂｍａまでの区間についても、所定の間隔又は所定数により分割する分割点をそれぞれ設定し、各分割点をそれぞれ対応付ける。そして、上記対応付けられた各分割点をそれぞれメモリに保存する。
【００９６】
そして、図１０に示すように、始点Ａｓ、Ｂｓから終点Ａｅ、Ｂｅまでの経路Ａ、Ｂ上にそって、互いに対応する点Ａｉ、Ｂｉ（０≦ｉ≦ｍａ）が設けられる。なお、Ａ０はＡｓ、ＡｍａはＡｅ、Ｂ０はＢｓ、ＢｍａはＢｅに相当する。これにより、３次元画像Ｖ１、Ｖ２の始点Ａｓ、Ｂｓから終点Ａｅ、Ｂｅまでの範囲で、経路Ａ、Ｂ上の各点の経路に沿った位置（Ｚ軸方向の位置）が対応付けられる。
【００９７】
第１の実施形態のさらなる変形例によれば、管状構造物の長手方向に沿って半径が等しい位置を一致させることにより、管状構造物の中心線に沿った管状構造物の長手方向の誤差を補正することができ、より正確に、管状構造物の中心線に沿った座標系で表された３次元管状内画像に含まれる特定の構造物の画像を、実空間における管状構造物の形態に即して投影した投影３次元画像を生成することができる。この結果、３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物の長手方向の誤差による管状構造物の伸縮を意識しないで、医師らは投影３次元画像により管状構造物の形態および管状構造物の各位置における画素値の両方を直感的に把握でき、医師らの診断効率と診断精度を向上に資する。
【００９８】
上記、冠動脈等の血管は、先端に向かうほど血管の太さが細くなる形態をしているため、血管の長手方向の各位置において、血管の太さが一致するように位置合わせをすることで、効果的に管状構造物の中心線に沿った管状構造物の長手方向の誤差を補正することができる。
【００９９】
また、血管の半径だけでなく、血管の太さを指標とした種々の指標により経路に沿った方向の位置あわせをしてもよい。一例として、血管径のみならず血管の面積を基準とすることができる。
【０１００】
また、３次元画像Ｖ１、３次元管状構造物内画像Ｖ２の管状構造物の経路Ａ、Ｂの長手方向または周方向の位置の対応付けは、両画像Ｖ１およびＶ２の管状構造物の特徴部分の長手方向または周方向の位置を一致させるように対応付ける方法であれば、周知の種々の方法で行ってよい。
【０１０１】
上記各実施形態では、３Ｄ−ＩＶＵＳ画像を例に説明したが、当業者にとっては明らかであるように、同様に管状構造物内画像を積み重ねて生成した３次元管状構造物内画像であれば各実施形態の適用可能であり、ＨＶ−ＩＶＵＳ画像などの、超音波ＲＦ信号の各種解析を行ったセグメンテーション結果の情報を有するＩＶＵＳ画像を積み重ねて生成した３次元画像や、ＯＣＴ画像を積み重ねて生成した３次元画像にも適用可能である。
【０１０２】
なお、３次元管状構造物内画像Ｖ２に含まれる特定の構造物のうち、管状構造物以外の構造物が３次元画像Ｖ１と対応付け可能な形態の管状形状である場合には、３次元管状構造物内画像Ｖ２に替えて、３次元管状構造物内画像Ｖ２から抽出した該管状形状の特定の構造物を表す３次元画像Ｖ２’を取得し、取得した３次元画像Ｖ２’の所定の範囲と３次元画像Ｖ１の所定の範囲を対応付けることにより、３次元画像Ｖ２’に含まれる特定の構造物を３次元画像Ｖ１に投影してもよい。
【０１０３】
また、各実施形態において、管状構造物の経路の設定は、コンピュータにより行ってもよく、ユーザのマニュアル操作により、管状構造物内の任意の点を複数箇所設定し、設定した複数の点をスプライン補間処理などのアルゴリズムを用いて滑らかに連結し、連結した曲線を管状構造物の経路としてもよい。
【０１０４】
また、各実施形態において、本発明の管状構造物内画像再構成プログラムが一台の診断用ＷＳに実装されて管状構造物内画像再構成装置として機能する場合について説明したが、管状構造物内画像再構成プログラムを複数台のコンピュータに分散させてインストールして、複数台のコンピュータが管状構造物内画像再構成装置として機能するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１        病院システム
３        検査室システム
４        データサーバ
５        大容量ストレージ
６        診断用ワークステーション
７        ディスプレイ
８        入力装置
３２      モダリティ
６１      ３次元画像取得手段
６２      ３次元管状構造物内画像取得手段
６３      構造物抽出手段
６５      対応付け手段
６６      投影３次元画像生成手段
６７      画像生成手段
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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