(57)【要約】【課題】形態画像と機能画像のレジストレーション処理を良好に行うことができる医用画像のレジストレーション処理装置、方法およびプログラムを提供する。【解決手段】形態画像データと機能画像データを各々取得する画像データ取得手段１１Ａ、Ｂと、形態画像データと機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段１２Ａ、Ｂと、形態画像データから、所望の臓器領域の画像データを抽出する形態画像データ抽出手段１３と、この抽出された形態画像データを所望の臓器領域では所定の高い信号値に、一方、該臓器領域外では０に、各々信号値変換を行う形態画像データ２値化手段１４と、該２値化された形態画像データと画像データ記憶手段１２Ｂからの機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段１５とを備えている。【選択図】図３
2013223620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理装置であって、
前記形態画像データと前記機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段と、
前記形態画像データから、所望の対象領域の形態画像データを抽出する形態画像データ抽出手段と、
前記抽出された形態画像データを前記所望の対象領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値の２値化処理を行う形態画像データ２値化手段と、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段と、
を備えたことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項２】
前記形態画像データ抽出手段は、前記所望の対象領域の内外の領域のいずれか一方に対してマスキング処理を施すものであることを特徴とする請求項１記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項３】
前記形態画像データ２値化手段は、前記所望の対象領域内の画像データの各画素を、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に、前記所望の対象領域外の画像データの各画素を０に、各々置き換えるものであることを特徴とする請求項１または２記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項４】
前記レジストレーション処理手段は、前記形態画像データと前記機能画像データの位置を合わせる際には、これら両画像の相対的な回転移動および平行移動を行う剛体レジストレーション処理と、検出された前記両画像の特徴点から画像の形状を湾曲させて補正を行う非剛体レジストレーション処理とを行うように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項５】
前記形態画像データが、CT装置またはMRI装置により得られた画像データであり、
前記機能画像データが、CT装置において造影剤投与により得られた画像データ、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像データ、またはSPECT（単一放射線強調断層画像取得装置）やPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像データであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項６】
特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データから、所望の対象領域の画像データを抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記抽出された形態画像データを、前記対象領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理方法。
【請求項７】
特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データから、所望の対象領域の画像データを抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記抽出された形態画像データを、前記対象領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とする医用画像のレジストレーション処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として形態情報を有する画像と主として機能情報を有する画像を対応させて、目的とする部位がどのような機能状態にあるかを判断し得る医用画像のレジストレーション処理装置、方法およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
CTやMRIなどにより得られる医用画像は、一般に、臓器の各部位の形態情報（形態画像）を表わすことができる。その一方で、造影剤を使用してCT画像を撮像したり、血液中に放射性物質を投与し、その動態や臓器集積を調べる手法であるSPECTやPETを利用して、所望の部位を撮像することにより、各部位の所望とする機能情報（機能画像）を得ることができる。
【０００３】
そこで、従来より、同じ部位の形態画像と機能画像を取得し、そのズレを補正するようにして重ね合わせるレジストレーション処理（位置合わせ処理：以下同じ）を実行し、表示することにより、どの部分がどのような機能状態にあるか、またはどの部分に癌による薬剤集積が存在するか等を認識するようにした検査手法が知られている（下記特許文献１および下記非特許文献１を参照）。
【０００４】
上記ズレの補正処理は、重ね合わせた形態画像と機能画像を各座標位置毎に差分し、両画像を互いに平行移動したり回転移動したりして、誤差量の合計が最も少なくなる相対重ね合せ位置に設定するようにしていた。
【０００５】
このような従来技術は、重ね合せる２つの画像のコントラストが互いに近似している場合に特に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平10-282268号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】画像誘導放射線治療を支える医用画像処理技術、有村秀孝（九州大学大学院医学研究院保健学部門医用量子線科学分野）、日本医学物理学会  講習会資料原稿（医学物理、第３０巻、Sup.4、pp25-44、2010）
【発明の概要】
【０００８】
しかし、CTやMRI等の形態画像とSPECTやPET等の機能画像を重ね合せてレジストレーションする場合、機能画像は、一般に、対象となる部位のみの信号値が高く表示されるという特徴を有しているのに対して、形態画像は、そのような特徴を有していない。
【０００９】
したがって、上述した従来技術においては、形態画像と機能画像を重ね合せてそのままレジストレーションを行った場合には、誤差の大小が、必ずしも画像の一致度を表す指標とはならず、レジストレーションを良好に行うことが難しかった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、形態画像と機能画像のレジストレーション処理を良好に行うことができる医用画像のレジストレーション処理装置、方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理装置は、
特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理装置であって、
前記形態画像データと前記機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段と、
前記形態画像データから、所望の対象領域の形態画像データを抽出する形態画像データ抽出手段と、
前記抽出された形態画像データを前記所望の対象領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値の２値化処理を行う形態画像データ２値化手段と、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、形態画像とは、CT画像やMRI画像のように、物体の形態を反映させた画像のことをいい、一方、機能画像とは、RI画像（核医学画像）や一部のMRI画像のように対象部位の機能強度を反映させた画像をいう。ただし、この場合、形態画像および機能画像は相対的に用いられる用語とし、広くは、レジストレーション処理に係る２つの画像のうち、対象部位の形態をより反映させた画像を形態画像、対象部位の機能強度をより反映させた画像を機能画像というものとする。
【００１３】
また、前記形態画像データ抽出手段は、前記所望の対象領域の内外の領域のいずれか一方に対してマスキング処理を施すものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記形態画像データ２値化手段は、前記所望の対象領域内の画像データの各画素を、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に、前記所望の対象領域外の画像データの各画素を０に、各々置き換えるものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記レジストレーション処理手段は、前記形態画像データと前記機能画像データの位置を合わせる際には、これら両画像の相対的な回転移動および平行移動を行う剛体レジストレーション処理と、検出された前記両画像の特徴点から画像の形状を湾曲させて補正を行う非剛体レジストレーション処理とを行うように構成されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記形態画像データが、CT装置またはMRI装置により得られた画像データであり、
前記機能画像データが、CT装置において造影剤投与により得られた画像データ、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像データ、またはSPECT（単一放射線強調断層画像取得装置）やPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像データであることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理方法は、特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データから、所望の対象領域の画像データを抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記抽出された形態画像データを、前記対象領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理プログラムは、特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データから、所望の対象領域の画像データを抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記抽出された形態画像データを、前記対象領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る医用画像のレジストレーション処理装置、方法およびプログラムは、特定被検体の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う際に、まず、該形態画像データから、所望の対象領域を抽出し、抽出された形態画像データを２値化した上で、この２値化された形態画像データと前記機能画像データとのレジストレーション処理を行うようにしている。
【００２０】
すなわち、一般に、形態を反映した画像同士についてレジストレーション処理を行う場合、２つの画像を差分し、その誤差が最も少なくなる方向に平行移動したり、回転移動したりして両画像の相対位置を調整する。しかし、形態画像と機能画像のレジストレーション処理を行う場合には、機能画像は対象とする部位の信号値が高く表示される、という特徴を有しているため、この状態で前述の両画像の差分誤差を指標にしたレジストレーション処理の調整を行った場合、誤差を小さくすることが、必ずしも画像の位置合わせを良好なものとすることにはなっていない。
【００２１】
これに対して、本願発明のレジストレーション処理装置、方法およびプログラムによれば、形態画像の中から対象とする部位を抽出し、この対象となる領域を所定の相対的に高い信号値で置き換えるとともに、対象となる部位以外の領域の信号値を所定の相対的に低い信号値で置き換えるようにしている。すなわち、機能画像は、対象となる部位に放射性薬剤を特異的に集積させるようにして取得されるため、対象となる部位の領域の信号値が最も高くなることから、形態画像を機能画像の信号値分布に近似させる処理を行うことができる。
【００２２】
このように、形態画像と機能画像とを、互いにコントラストが近似した画像とすることができるので、両画像の差分値が最低になるような処理を行うことで、両画像の位置の対応がとりやすくなり両画像のレジストレーション処理を、簡易かつ良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るレジストレーション処理装置を具体的に示す図である。
【図２】図１に示すレジストレーション処理装置のハード的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すレジストレーション処理装置の機能的な構成を具体的に示すブロック図である。
【図４】図２に示す画像表示装置上に表示される各画像を説明するための概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るレジストレーション処理方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示すレジストレーション処理方法において用いられるCT画像（形態画像）を示す図である。
【図７】図６に示す形態画像のデータから肝臓領域の形態画像データを抽出し、この抽出された肝臓領域の形態画像データを肝臓領域の内か外かで２値化して得られた２値化形態画像を示す図である。
【図８】図５に示すレジストレーション処理方法において用いられるSPECT画像（機能画像）を示す図である。
【図９】図７に示す機能画像と図８に示す２値化形態画像との間でレジストレーション処理を行って得られた重ね合わせ画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について上述の図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１および図２を参照しながら本発明の一実施形態に係る医用画像のレジストレーション処理装置について説明する。
【００２５】
図１に示す医用画像のレジストレーション処理装置１は、第１種画像診断装置により得られた、特定被検体（特定の患者）の標的組織の形態情報を担持した第１医用画像データ（形態画像データ）と、第２種画像診断装置により得られた、特定被検体の標的組織の機能情報を担持した第２医用画像データ（機能画像データ）との位置合せを行うものであり、コンピュータ等からなる画像処理装置１０と、マウスやキーボード等からなる入力装置２０と、画像表示装置等からなる出力装置３０とを備えてなる。
【００２６】
なお、本実施形態では、第１種画像診断装置がＸ線CT装置、第２種画像診断装置がSPECT装置であり、また、標的組織が、肝臓疾患が疑われる患者の肝臓である場合を例にとって説明する。また、以下の説明では、第１医用画像データを「患者CT」、第２医用画像データを「患者SPECT」とそれぞれ略称することがある。
【００２７】
図１に示す医用画像レジストレーション処理装置１は、Ｘ線CT装置等の画像診断装置により得られた３次元の医用画像データに基づき構築される医用画像空間において、診断対象となる臓器や骨、腫瘍等の注目部位に相当する関心領域を抽出したり、色分けしたりした識別画像を作成する機能を有するものであり、コンピュータ等からなる演算処理装置１０と、キーボード２１やマウス２２等からなる入力装置２０と、画像表示装置３０とを備えてなる。
【００２８】
上記演算処理装置１０は、図２に示すように、画像処理等の各種演算を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、処理プログラムや処理すべき画像データ等が置かれる、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等からなるメインメモリ１０２と、ＣＰＵ１０１やメインメモリ１０２等へのデータの入出力を制御するチップセット１０３とを備えている。また、ＣＰＵ１０１から送られた画像データや処理命令に基づき表示用画像を構成するＧＰＵ（Graphic Processing Unit）１０５および該ＧＰＵ１０５により構成された表示用画像を記憶するＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）１０６を有するグラフィックスボード１０４と、ハードディスク等からなる記憶装置１０７と、これら各構成要素間におけるデータ等のやり取りを仲介するデータバス１０８と、入力装置２０および画像表示装置３０と当該演算処理装置１０との間におけるデータ等のやり取りを仲介するインターフェース１０９とを備えている。
【００２９】
また、この演算処理装置１０は、機能的な観点から説明すれば、図３に示すように、形態画像データ取得部１１Ａおよび機能画像データ取得部１１Ｂと、画像データ記憶部１２Ａ、１２Ｂと、形態画像データ抽出部１３と、形態画像データ２値化部１４と、レジストレーション処理部１５と、から構成されている。
【００３０】
これらのブロックは、図２に示すＣＰＵ１０１、メインメモリ１０２、グラフィックスボード１０４、記憶装置１０７等のハードウェアや、ＣＰＵ１０１やＧＰＵ１０５が実行する各種プログラム（本発明に係る医用画像のレジストレーション処理プログラムを含む）等により実現される各機能を具象化し、構成要素として示したものである。
【００３１】
上記形態画像データ取得部１１Ａは、例えば、Ｘ線CT装置やMRI装置等の画像診断装置により得られた３次元の医用画像データを取得するように構成されている。なお、以下では、形態画像データ取得部１１Ａが、マルチスライスＸ線CT装置である場合を例にとって説明する。また、上記機能画像データ取得部１１Ｂは、例えば、CT装置において造影剤投与により得られた画像データ、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像データ、またはSPECT（単一放射線強調断層画像取得装置）やPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像データを取得するように構成されている。なお、以下では、機能画像データ取得部１１Ａが、SPECTにより得られたSPECT画像データを取得する場合を例にとって説明する。
【００３２】
また、画像データ記憶部１２Ａ、１２Ｂは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等からなるメインメモリ１０２により構成されている。
【００３３】
上記形態画像データ抽出部１３は、画像データ取得部１１により取得されたCT画像データにより構築される画像空間（以下、適宜「ボクセル空間」と称する）において、診断対象となる肝臓領域を抽出するように構成されている特定被検体抽出部１３１と、肝臓領域以外の領域に対してマスキング処理を施すマスキング処理部１３２とを備え、以下では、SPECT画像データにより構築される画像空間において、診断対象となる肝臓領域を抽出する場合を例にとって説明する。
【００３４】
また、形態画像データ２値化部１４は、肝臓領域の画像データを、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に置き換える特定被検体内領域画像変換部１４１と、肝臓領域以外の領域の画像データを０に置き換える特定被検体外領域画像変換部１４２を備えている。
【００３５】
上記レジストレーション処理部１５は、形態画像データ２値化部１４からの２値化された肝臓領域のCT画像データに基づくCT画像と、画像データ記憶部１２Ｂからの機能画像データに基づく機能画像である肝臓領域のSPECT画像とのレジストレーション処理を施すように構成されており、剛体レジストレーション処理部１５１と非剛体レジストレーション処理部１５２とを備えてなる。
【００３６】
上記レジストレーション処理部１５によってレジストレーション処理された統合画像は、画像データ記憶部１２Ａからの形態画像、画像データ記憶部１２Ｂからの機能画像、および形態画像データ２値化部１４からの２値化形態画像と共に、画像表示装置３０に送出される。
【００３７】
本実施形態では、図４に示すように、画像表示部３１内に、複数の表示領域（図４では、表示領域Ｗ１〜Ｗ４の４つの表示領域が例示されている）が同時に表示されるように構成されている。すなわち、表示領域Ｗ１は、画像データ記憶部１２Ａからの形態画像であるＣＴ画像が表示される領域とされており、表示領域Ｗ２は、形態画像データ２値化部１４からの２値化形態画像が表示される領域とされており、表示領域Ｗ３は、画像データ記憶部１２Ｂからの機能画像が表示される領域とされており、さらに、表示領域Ｗ４は、レジストレーション処理部１５によってレジストレーション処理された統合画像が表示される領域とされている。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態に係る医用画像のレジストレーション処理方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る医用画像のレジストレーション処理方法における基本手順は、本発明の一実施形態に係る医用画像のレジストレーション処理プログラムに従って作動する上述の医用画像のレジストレーション処理装置１により実行されるものである。
【００３９】
すなわち、この実施形態方法は、形態画像と機能画像を取得するステップ（Ｓ１）を実行し、形態画像において肝臓領域の領域抽出を行うステップ（Ｓ２）を実行し、形態画像において領域抽出された画像データを２値化するステップ（Ｓ３）を実行し、２値化された形態画像と、機能画像とのレジストレーション処理を行うステップ（Ｓ４）を実行する。
【００４０】
本実施形態においては、レジストレーション処理の精度を高めるために、形態画像について、肝臓領域を抽出した後、上記ステップ３（Ｓ３）において、肝臓領域とそれ以外の領域にそれぞれ単一の信号値を与え、形態画像の信号値分布を機能画像の信号値分布に似せた状態（疑似形状）としてレジストレーション処理を実行するようにしている。このことは、図７に示す２値化形態画像が図８に示す機能画像に近似したような形状とされていることからも明らかである。
【００４１】
通常、レジストレーション処理が形態を反映した画像で行われる場合、２つの画像を差分し誤差が最も少なくなるような方向へ平行移動させたり、回転移動させたりして位置調整を行う。ただし、このような手法は、対象が、コントラストがよく似ている２つの画像の位置合わせの場合に特に良好となる。例えば、同一の２つの画像についてレジストレーション処理を実行した場合は差分した誤差が0になるように、画像の平行移動量と回転移動量を調節することになる。しかし、機能画像は対象の臓器に特異的に集積する放射性薬剤を使用することから対象とする臓器の信号値が最も高くなっているのに対し、形態画像はそのような信号値分布を有していない。したがって、形態画像と機能画像についてレジストレーション処理を行う場合、前述の差分誤差を指標にした画像統合の調整を行う手法を実行しても、誤差が低いことが、必ずしも画像の一致の良好さを表すものとはいえず、位置合わせの精度は不良なものとなる。
【００４２】
そこで本実施形態においては、形態画像の中から対象の臓器（ここでは肝臓）を抽出し、臓器内領域を所定の信号値で置き換え、臓器外領域の信号値を0に置き換えることで、形態画像の信号値分布を機能画像の信号値分布に類似（疑似化）させる処理を行う。このような２値化処理を施すことにより、２つの画像間でのレジストレーション処理を、前述の差分誤差を指標にした画像統合の調整を行う手法によっても良好な結果を得ることができる。
【００４３】
以下、本実施形態方法を上記各ステップ毎に説明する。
【００４４】
〈１〉形態画像と機能画像を取得する（Ｓ１）
前述したように、マルチスライスＸ線CT装置により得られた肝臓領域データを含むCT画像データを取得する（形態画像データ、図６参照、図中下方の三日月状の白線領域は被検体載設台）とともに、SPECTにより得られた肝臓領域データを含むSPECT画像データ（肝臓領域の機能が強調された機能画像データ、図８参照）を取得する。取得された画像データは、各々対応する画像データ記憶部１２Ａ、Ｂに格納される。
【００４５】
〈２〉形態画像において肝臓領域の領域抽出を行う（Ｓ２）
ここで、領域抽出とは、対象となる領域を自動的または半自動的に認識する技術である。
【００４６】
本実施形態における、CT画像の領域抽出法としては、しきい値処理法、領域拡張法、Watershed法、動的輪郭モデル法（snakes法、レベルセット法等）、およびモデルベース法などの種々の周知の手法を採用し得る。
【００４７】
より具体的には、例えば、本出願人が既に開示している特願2001-152523（特開2002-345802号、特許第3486615号）に、CT画像の領域抽出法が記載されている。
この領域抽出法は、まず、生体部位の略同一の領域が相異なる測定状態の下で撮像された複数の前記画像のデータから、各画像間で対応した位置にあるそれぞれの画素について、画像別に定めた所定の特徴に関する測定値を求める。次に、この画像別の特徴を各座標軸とした多次元の特徴空間において、生体部位の領域に関連した各画素の標本分布を求めると共に、この標本分布に対して画像別の特徴間の相関度を考慮した分布関数を適用して母体分布の範囲を推定して、組織の領域を抽出する。これにより、生体部位の領域抽出を一意的に安定して行なうことが可能となる。
【００４８】
〈３〉形態画像において領域抽出画像の画像データを２値化する（Ｓ３）
前述したように、抽出された肝臓領域内のCT画像データを、その画像データ中で最大となる信号値に置き換えるとともに、抽出されなかった肝臓領域外のCT画像データを０に置き換えるようにしている（図７参照）。このように、ステップ２（Ｓ２）において、形態画像の中から対象の肝臓領域を抽出し、ステップ３（Ｓ３）において、肝臓領域が高い信号値となるように、かつ肝臓領域以外の信号値が0となるように画素ごとの信号値の置換えを図ることで、肝臓領域は信号値が高く、一方肝臓領域外では信号値が低くなるように設定し、コントラストを高い状態とすることで、形態画像を機能画像の信号値分布に似せるという処理（以下、擬制処理と称する）を行うようにしている。
【００４９】
〈４〉２値化された形態画像と、機能画像とのレジストレーション処理を行う（Ｓ４）
【００５０】
ここで、レジストレーションとは、互いに異なる画像間で同一の対象物の位置を合わせるようにしてこれらの画像を重ね合せる処理をいう。
この処理では，２つの画像間で互いに似ている部位（特徴点）が最も良く一致するように変換関数を求める．図９にレジストレーション処理を経て形態画像と機能画像の位置合わせが行われた結果の図を示す。
【００５１】
一般的なレジストレーションの手順は，（1）前処理（例:ノイズ減弱），（2）２つの画像間の対応特徴点決定，（3）対応する特徴点に基づく変換関数算出，（4）変換後の補間，（５）画像間の類似度の算出の順に行われる．本実施例においては、まず剛体レジストレーションによって大まかに位置合わせを行い、その後、非剛体レジストレーションを用いて細かい位置合わせを行う。
【００５２】
すなわち、ここで、剛体レジストレーション処理により、上記形態画像と上記機能画像との間に生じる信号値の分布誤差が補正されるように、いずれか一方の画像の回転移動量および平行移動量が計算され、この計算値に基づき両者間の画像間誤差を低減させる画像処理がなされる。
【００５３】
すなわち、位置合せの対象となる肝臓領域が剛体と考えて位置合わせを行う（物体の向きや位置は変化するが物体の形状や大きさは変化しないと仮定して、平行移動と回転運動の６つの運動パラメータを推定して位置合せを行う）ことになる。
【００５４】
このようにして、CT画像（形態画像）およびSPECT画像（機能画像）の座標上の位置合わせが剛体レジストレーション処理を用いて行われるが、特に肝臓等の軟部組織においては、２つの画像間で変形が生じているので、非剛体レジストレーション処理を用いて該変型を吸収するようにして２つの画像間の位置合わせを行う。
【００５５】
本実施形態における非剛体レジストレーション処理は、CT画像（形態画像）とSPECT画像（機能画像）との間に生じる信号値分布誤差が補正されるように、３次元スプライン補間法を用いて画像間の湾曲補正を行い、両画像間の画像誤差を低減させる画像処理とすることができる。すなわち、剛体レジストレーション処理が行われた後、再度対応点探索を行い、ローカルな変形（画像のボケや信号の誤差）を３次元のＢ-スプライン補間に基づく運動モデルで表わし、この運動パラメータをGauss-Newton法で求めることになる。
【００５６】
なお、２値化された形態画像（図７参照）は位置合わせについてのみ用いられ、位置合わせが行われた後に、機能画像（図８参照）と重ね合わせられる（例えば、画素毎の加算演算処理がなされる）形態画像は画像データ記憶部１２Ａに記憶されている形態画像（図６参照）である。
【００５７】
このように、本実施例においては、剛体レジストレーション処理を行った後に非剛体レジストレーション処理を行うようにしているので、２つの画像間の位置合わせが確実に行われる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。
【００５９】
例えば上記実施形態では、形態画像をＸ線CT画像、機能画像をSPECT画像、標的組織が肝臓である場合を説明しているが、形態画像をMRI画像等とした場合でもよく、また、機能画像を、CT装置において造影剤投与により得られた画像、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像、またはPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像等とした場合でも本実施形態を有用に適用することが可能である。
【００６０】
また、標的組織に関しては、肝臓以外に心臓・膵臓・腎臓・脾臓等の臓器や脳・肺あるいは腫瘍といった生体組織を、その対象とすることが可能である。他の組織を標的組織とした場合に本発明を適用するのに際して特段の困難はなく、上述した本発明の手順を標的組織の種別に関係なく略同様に適用することが可能である。
【００６１】
また、上記マスキング処理は、対象領域外のみについて行う場合のほか、対象領域（肝臓領域）について行って、対象領域の内と外を良好に識別させることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１        医用画像のレジストレーション処理装置
１０      画像処理装置
２０      入力装置
２１      キーボード
２２      マウス
３０      出力装置
１１Ａ      形態画像データ取得部
１１Ｂ      機能画像データ取得部
１２Ａ、１２Ｂ      画像データ記憶部
１３      形態画像データ抽出部
１４      形態画像データ２値化部
１５      レジストレーション処理部
１０１      ＣＰＵ
１０２      メインメモリ
１０３      チップセット
１０４      グラフィックスボード
１０５      ＧＰＵ
１０６      ＶＲＡＭ
１０７      記憶装置
１０８      データバス
１０９      インターフェース
１３１      特定被検体抽出部
１３２      マスキング処理部
１４１      特定被検体内領域画像変換部
１４２      特定被検体外領域画像変換部
１５１      剛体レジストレーション処理部
１５２      非剛体レジストレーション処理部
Ｗ１〜Ｗ４      表示領域
【図１】
2013223620.tif 000003
【図２】
2013223620.tif 000004
【図３】
2013223620.tif 000005
【図５】
2013223620.tif 000006
【図４】
2013223620.tif 000007
【図６】
2013223620.tif 000008
【図７】
2013223620.tif 000009
【図８】
2013223620.tif 000010
【図９】
2013223620.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月26日(2013.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理装置であって、
前記形態画像データと前記機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段と、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出手段と、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値の２値化処理を行う形態画像データ２値化手段と、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段と、
を備えたことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項２】
前記形態画像データ２値化手段は、前記標的組織の領域内の画像データの各画素を、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に、前記標的組織の領域外の画像データの各画素を０に、各々置き換えるものであることを特徴とする請求項１記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項３】
前記標的組織が肝臓であることを特徴とする請求項１または２記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項４】
前記レジストレーション処理手段は、前記形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせる際には、これら両画像の相対的な回転移動および平行移動を行う剛体レジストレーション処理と、検出された前記両画像の特徴点から画像の形状を湾曲させて補正を行う非剛体レジストレーション処理とを行うように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項５】
前記形態画像データが、CT装置またはMRI装置により得られた画像データであり、
前記機能画像データが、CT装置において造影剤投与により得られた画像データ、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像データ、またはSPECT（単一放射線強調断層画像取得装置）やPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像データであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項６】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データにより構築される画像空間から、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間において、前記標的組織の領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理方法。
【請求項７】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とする医用画像のレジストレーション処理プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理装置は、
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理装置であって、
前記形態画像データと前記機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段と、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出手段と、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値の２値化処理を行う形態画像データ２値化手段と、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、前記形態画像データ２値化手段は、前記標的組織の領域内の画像データの各画素を、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に、前記標的組織の領域外の画像データの各画素を０に、各々置き換えるものであることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、前記標的組織を肝臓組織とすることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記レジストレーション処理手段は、前記形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせる際には、これら両画像の相対的な回転移動および平行移動を行う剛体レジストレーション処理と、検出された前記両画像の特徴点から画像の形状を湾曲させて補正を行う非剛体レジストレーション処理とを行うように構成されていることが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理方法は、
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データにより構築される画像空間から、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間において、前記標的組織の領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理プログラムは、
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内か外かに応じて２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とするものである。
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月8日(2013.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理装置であって、
前記形態画像データと前記機能画像データとを記憶する画像データ記憶手段と、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出手段と、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値の２値化処理を行う形態画像データ２値化手段と、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理手段と、
を備えたことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項２】
前記形態画像データ２値化手段は、前記標的組織の領域内の画像データの各画素を、前記機能画像の画像データ中で最大となる信号値に、前記標的組織の領域外の画像データの各画素を０に、各々置き換えるものであることを特徴とする請求項１記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項３】
前記標的組織が肝臓であることを特徴とする請求項１または２記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項４】
前記レジストレーション処理手段は、前記形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせる際には、これら両画像の相対的な回転移動および平行移動を行う剛体レジストレーション処理と、検出された前記両画像の特徴点から画像の形状を湾曲させて補正を行う非剛体レジストレーション処理とを行うように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項５】
前記形態画像データが、CT装置またはMRI装置により得られた画像データであり、
前記機能画像データが、CT装置において造影剤投与により得られた画像データ、MRI装置において造影剤投与あるいは拡散強調により得られた画像データ、またはSPECT（単一放射線強調断層画像取得装置）やPET（陽電子放射線強調断層画像取得装置）により得られた画像データであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の医用画像のレジストレーション処理装置。
【請求項６】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値を２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とする医用画像のレジストレーション処理方法。
【請求項７】
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値を２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とする医用画像のレジストレーション処理プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理方法は、
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を行う医用画像のレジストレーション処理方法であって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分け、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値を２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と、前記機能画像データにおける前記標的組織の領域の位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップを、この順に行うことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに、本発明に係る医用画像のレジストレーション処理プログラムは、
特定被検体の標的組織の形態情報を担持した形態画像データと、該特定被検体の標的組織の機能情報を担持した機能画像データとのレジストレーション処理を、コンピュータにおいて実行せしめる医用画像のレジストレーション処理プログラムであって、
前記形態画像データにより構築される画像空間において、前記標的組織の領域を抽出する形態画像データ抽出ステップと、
前記標的組織の領域が抽出された前記画像空間を前記標的組織の領域の内外で分けて、前記領域内の各画素では相対的に高い所定の信号値となるように、一方前記領域外の各画素では相対的に低い所定の信号値となるように信号値を２値化する形態画像データ２値化ステップと、
該２値化された形態画像データにおける前記標的組織の領域と前記機能画像データにおける前記標的組織の領域との位置を合わせるレジストレーション処理を行うレジストレーション処理ステップと、
を前記コンピュータにおいて実行せしめることを特徴とするものである。