(57)【要約】【課題】  撮影時とは異なる呼吸状態の臓器の画像を追加の撮影等による被曝量の増加なしに作成することが可能な画像処理装置、Ｘ線ＣＴ装置、及び画像処理方法を提供する。【解決手段】  画像処理装置１２２は、Ｘ線ＣＴ装置１により被検者が息を吸った状態で撮影した計測データを用いて吸期の断層像を作成し、作成した吸期の断層像に基づいて注目領域の３次元画像を作成する。また、画像処理装置１２２は、吸期の計測データを用いて上述の吸期の断層像より時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成する。画像処理装置１２２は吸期の断層像及び低時間分解能断層像に基づいて注目領域の移動情報を算出し、算出した移動情報に基づいて注目領域の３次元画像を変形し、撮影時とは呼吸状態の異なる３次元画像を作成する。【選択図】図２
2016189956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者が息を吸った状態でＸ線ＣＴ装置により撮影した計測データを用いて吸期の断層像を作成する吸期断層像作成部と、
前記吸期の断層像に基づいて注目領域の３次元画像を作成する吸期３次元画像作成部と、
前記計測データを用いて前記吸期の断層像より時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成する低時間分解能断層像作成部と、
前記吸期の断層像及び前記低時間分解能断層像に基づいて前記注目領域の移動情報を算出する移動情報算出部と、
算出した移動情報に基づいて前記注目領域の３次元画像を変形し、撮影時と呼吸状態が異なる３次元画像を作成する３次元画像変形部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記移動情報算出部は、前記吸期の断層像及び前記低時間分解能断層像からそれぞれ同一曲面の曲面多断面再構成画像を作成し、各曲面多断面再構成画像における対応点の差分をとることで前記注目領域の移動情報を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記移動情報算出部は、前記差分により求めた移動情報に所定の係数を乗じることで、吸期から呼期までの移動量を求めることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記被検者の呼吸に関する情報を取得する呼吸情報取得部を更に備え、
前記移動情報算出部は、取得した前記呼吸に関する情報と前記移動情報算出部により求めた移動情報とに基づいて吸期から呼期までの移動量を求めることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記低時間分解能断層像作成部は、前記計測データからスライス厚が大きい断層像を作成することで前記低時間分解能断層像を作成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記吸期の断層像が３６０度未満の投影角度の計測データを用いて作成される場合、
前記低時間分解能断層像作成部は、３６０度分以上の投影角度の計測データを用いることで前記低時間分解能断層像を作成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の画像処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
コンピュータが、
被検者が息を吸った状態でＸ線ＣＴ装置により撮影した計測データを用いて吸期の断層像を作成するステップと、
前記吸期の断層像に基づいて注目領域の３次元画像を作成するステップと、
前記計測データを用いて前記吸期の断層像より時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成するステップと、
前記吸期の断層像及び前記低時間分解能断層像に基づいて前記注目領域の移動情報を算出するステップと、
算出した移動情報に基づいて前記注目領域の３次元画像を変形し、撮影時と呼吸状態が異なる３次元画像を作成するステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置におけるＣＴ画像の画像処理技術に関し、特に胸部組織の３次元画像の作成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺がんの切除手術には、肺葉切除、区域切除、部分切除（または楔状切除）等、様々な切除方法がある。切除領域を最小限に抑えることは、肺機能温存の観点から重要であり、可能な限り区域切除や部分切除を選択することが望ましい。しかしながら、肺血管や気管支の走行は複雑であるため、区域切除や部分切除等、切除範囲を限定した手術を行うには、事前の十分な手術計画や術者の経験が要求される。
【０００３】
こうした要求に対応するため、術前にＸ線ＣＴ装置による胸部の撮影を実施し、得られた胸部ＣＴ画像から肺血管や気管支を含む肺の仮想的な３次元画像を作成し、モニタに表示して、切除位置や対象部位までのアクセス経路を計画する方法がある（特許文献１）。また、仮想的な３次元画像を３Ｄプロジェクションマッピングの方法を用いて手術時に患者の体表に投影することで、手術時の参考とする方法もある。更には胸部ＣＴ画像等の事前に取得した画像を３Ｄプリンタに入力し、肺の３Ｄモデルを作成して手術計画や手術時の参考に使用するといった方法も考えられている。上述の方法はいずれも患者が息を吸った状態（以下、「吸期」と呼ぶ）で撮影した胸部ＣＴ画像を用いるのが一般的である。これは、患者が息を吐いた状態（以下、「呼期」と呼ぶ）で胸部を撮影すると、吸期と比較して狭い範囲により多くの肺血管や気管支が存在することとなり、手術計画に重要な肺血管や気管支の位置関係を描出するためには、十分な空間分解能や濃度分解能が要求されるからである。十分な空間分解能や濃度分解能が期待できない場合は、Ｘ線量を増やして撮影する方法もあるが、被曝量が増加することは好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０００１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の切除手術等の時には患者の肺には空気が入っておらず、肺がつぶれている場合がほとんどである。つまり、呼期に近い状態の肺に対して手技を行うのに対して、手術計画や手術時の参考に使用する画像は吸期で撮影された画像である。そのため、実際には肺血管や気管支等の臓器の位置関係が画像と一致するものではなく、術者が頭の中で臓器位置や形状の補正をする必要があった。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、撮影時とは異なる呼吸状態の臓器の画像を追加の撮影等による被曝量の増加なしに作成することが可能な画像処理装置、Ｘ線ＣＴ装置、及び画像処理方法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】
【０００７】
前述した目的を達成するために第１の発明は、被検者が息を吸った状態でＸ線ＣＴ装置により撮影した計測データを用いて吸期の断層像を作成する吸期断層像作成部と、前記吸期の断層像に基づいて注目領域の３次元画像を作成する吸期３次元画像作成部と、前記計測データを用いて前記吸期の断層像より時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成する低時間分解能断層像作成部と、前記吸期の断層像及び前記低時間分解能断層像に基づいて前記注目領域の移動情報を算出する移動情報算出部と、算出した移動情報に基づいて前記注目領域の３次元画像を変形し、撮影時と呼吸状態が異なる３次元画像を作成する３次元画像変形部と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明の画像処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置である。
【０００９】
第３の発明は、コンピュータが、被検者が息を吸った状態でＸ線ＣＴ装置により撮影した計測データを用いて吸期の断層像を作成するステップと、前記吸期の断層像に基づいて注目領域の３次元画像を作成するステップと、前記計測データを用いて前記吸期の断層像より時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成するステップと、前記吸期の断層像及び前記低時間分解能断層像に基づいて前記注目領域の移動情報を算出するステップと、算出した移動情報に基づいて前記注目領域の３次元画像を変形し、撮影時と呼吸状態が異なる３次元画像を作成するステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、撮影時とは異なる呼吸状態の臓器の画像を追加の撮影等による被曝量の増加なしに作成することが可能な画像処理装置、Ｘ線ＣＴ装置、及び画像処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成を示す図
【図２】本発明に係る画像処理装置１２２の機能構成を示すブロック図
【図３】画像作成処理の流れを説明するフローチャート
【図４】低時間分解能断層像作成処理の流れを説明するフローチャート
【図５】移動情報算出処理の流れを説明するフローチャート
【図６】曲面多断面再構成画像（ＣＰＲ画像）の作成例
【図７】（ａ）時間分解能が高い画像６００、（ｂ）時間分解能が高い画像のある注目点６０４と低時間分解能画像６０２上における対応点６０５の位置から求められる移動方向６０６
【図８】注目領域の３次元画像（３次元マスクデータ）の変形（移動）について説明する図
【図９】呼吸に伴う肺内の空気量の時間応答を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照してＸ線ＣＴ装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャンガントリ部１００、寝台１０５、及び操作卓１２０を備える。スキャンガントリ部１００は、被検体に対してＸ線を照射するとともに被検体を透過したＸ線を検出する装置である。操作卓１２０は、スキャンガントリ部１００の各部を制御するとともにスキャンガントリ部１００で計測した透過Ｘ線データを取得し、画像の生成を行う装置である。寝台１０５は被検体を寝載し、スキャンガントリ部１００のＸ線照射範囲に被検体を搬入・搬出する装置である。
【００１４】
スキャンガントリ部１００は、Ｘ線源１０１、回転盤１０２、コリメータ１０３、Ｘ線検出器１０６、データ収集装置１０７、ガントリ制御装置１０８、寝台制御装置１０９、及びＸ線制御装置１１０を備える。
操作卓１２０は、入力装置１２１、画像処理装置１２２、記憶装置１２３、システム制御装置１２４、及び表示装置１２５を備える。
【００１５】
スキャンガントリ部１００の回転盤１０２には開口部１０４が設けられ、開口部１０４を介してＸ線源１０１とＸ線検出器１０６とが対向配置される。開口部１０４に寝台１０５に載置された被検体が挿入される。回転盤１０２は、回転盤駆動装置から駆動伝達系を通じて伝達される駆動力によって被検体の周囲を回転する。回転盤駆動装置はガントリ制御装置１０８によって制御される。
【００１６】
Ｘ線源１０１は、Ｘ線制御装置１１０に制御されて所定の強度のＸ線を連続的または断続的に照射する。Ｘ線制御装置１１０は、操作卓１２０のシステム制御装置１２４により決定されたＸ線管電圧及びＸ線管電流に従って、Ｘ線源１０１に印加または供給するＸ線管電圧及びＸ線管電流を制御する。
【００１７】
Ｘ線源１０１のＸ線照射口にはコリメータ１０３が設けられる。コリメータ１０３は、Ｘ線管１０１から放射されたＸ線の照射範囲を制限する。例えばコーンビーム（円錐形または角錐形ビーム）等に成形する。コリメータ１０３の開口幅はシステム制御装置１２４により制御される。
【００１８】
Ｘ線源１０１から照射され、コリメータ１０３を通過し、被検体を透過したＸ線はＸ線検出器１０６に入射する。
【００１９】
Ｘ線検出器１０６は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるＸ線検出素子群をチャンネル方向（周回方向）及び列方向（体軸方向）に２次元配列したものである。Ｘ線検出器１０６は、被検体を介してＸ線源１０１に対向するように配置される。Ｘ線検出器１０６はＸ線源１０１から照射されて被検体を透過したＸ線量を検出し、データ収集装置１０７に出力する。
【００２０】
データ収集装置１０７は、Ｘ線検出器１０６の個々のＸ線検出素子により検出されるＸ線量を収集し、デジタル信号に変換し、透過Ｘ線データとして操作卓１２０の画像処理装置１２２に順次出力する。
【００２１】
画像処理装置１２２は、ＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ（Read Only
Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータである。画像処理装置１２２は、データ収集装置１０７から入力された透過Ｘ線データを取得し、対数変換、感度補正等の前処理を行って再構成に必要な投影データを作成する。また画像処理装置１２２は、生成した投影データを用いて断層像等の被検体内部を描出した画像を再構成する。システム制御装置１２４は、画像処理装置１２２によって再構成された画像データを記憶装置１２３に記憶するとともに表示装置１２５に表示する。以下、透過Ｘ線データまたは投影データを計測データと呼ぶ。
【００２２】
また画像処理装置１２２は、被検者が息を吸った状態で撮影した計測データを用いて作成した画像を変形して、異なる呼吸状態（例えば、被検者が息を吐いた状態（呼期）等）の注目領域の画像を作成する処理（呼期画像作成処理）を実行する。呼期画像作成処理の詳細については後述する。
【００２３】
システム制御装置１２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータである。記憶装置１２３はハードディスク等のデータ記録装置であり、Ｘ線ＣＴ装置１の機能を実現するためのプログラムやデータ等が予め記憶される。
【００２４】
表示装置１２５は、液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、システム制御装置１２４に接続される。表示装置１２５は画像処理装置１２２から出力される被検体画像、並びにシステム制御装置１２４が取り扱う種々の情報を表示する。
【００２５】
入力装置１２１は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー、及び各種スイッチボタン等により構成され、操作者によって入力される各種の指示や情報をシステム制御装置１２４に出力する。操作者は、表示装置１２５及び入力装置１２１を使用して対話的にＸ線ＣＴ装置１を操作する。入力装置１２１は表示装置１２５の表示画面と一体的に構成されるタッチパネル式の入力装置としてもよい。
【００２６】
寝台１０５は、被検体を寝載する天板、上下動装置、及び天板駆動装置を備え、寝台制御装置１０９の制御により天板高さを上下に昇降したり、体軸方向へ前後動したり、体軸と垂直方向かつ床面に対し平行な方向（左右方向）へ移動したりする。撮影中において、寝台制御装置１０９はシステム制御装置１２４により決定された寝台移動速度及び移動方向で天板を移動させる。
【００２７】
次に、図２を参照して、本発明に係る画像処理装置１２２の機能構成を説明する。
図２に示すように、画像処理装置１２２は吸期断層像作成部２１、吸期３次元画像作成部２２、及び呼期画像作成部２３を備える。画像処理装置１２２は、記憶装置１２３から記憶装置１２３から被検者が息を吸った状態（吸期）でＸ線ＣＴ装置１により撮影した計測データを読み込み、後述する呼期画像作成処理を実行する。また画像処理装置１２２は、呼期画像作成処理により作成された注目領域の呼期の３次元画像を表示画像記憶装置２７に出力する。表示画像記憶装置２７に記憶された注目領域の呼期の３次元画像は、表示装置１２５に表示される。或いは、３次元画像投影装置１２６によって所定の投影面に投影される。以下、画像処理装置１２２の各機能部について説明する。
【００２８】
吸期断層像作成部２１は、記憶装置１２３から被検者が息を吸った状態（吸期）でＸ線ＣＴ装置１により撮影した計測データを取得し、取得した計測データを用いて画像再構成処理を実行し、吸期の断層像を作成する。
【００２９】
吸期３次元画像作成部２２は、吸期断層像作成部２１により作成された吸期の断層像群（３次元ボリュームデータ）を用いて、注目する組織領域（以下、注目領域という）の３次元画像を作成する。注目領域は、例えば、肺や気管支や肺血管等である。以下、吸期断層像（３次元ボリュームデータ）から抽出した注目領域の３次元画像を吸期３次元画像と呼ぶ。吸期３次元画像は、例えば吸期の３次元ボリュームデータから抽出された注目領域の画素値を所定の一様な画素値に置き換えたマスクデータ等である。
【００３０】
呼期画像作成部２３は、被検者が息を吸った状態（吸期）でＸ線ＣＴ装置１により撮影した計測データ（以下、吸期計測データという）を用いて作成された３次元画像に対して変形等の処理を施して注目領域の呼期（被検者が息を吐いた状態）の３次元画像を作成する。具体的には、呼期画像作成部２３は、低時間分解能断層像作成部２４、移動情報算出部２５、及び３次元画像変形部２６を有する。
【００３１】
低時間分解能断層像作成部２４は、吸期の計測データを用いて、上述の吸期断層像よりも時間分解能が低い断層像である低時間分解能断層像を作成する。低時間分解能断層像の作成の仕方については後述する。
【００３２】
移動情報算出部２５は、上述の低時間分解能断層像から注目領域を抽出し、吸期３次元画像作成部２２により作成した吸期３次元画像との差を解析して注目領域の各対応点の移動情報を求める。移動情報は、移動する方向と移動の大きさの情報を含む。移動情報の求め方については後述する。
【００３３】
３次元画像変形部２６は、移動情報算出部２５により算出した移動情報に基づいて、吸期３次元画像作成部２２により作成した吸期３次元画像を変形して呼期３次元画像を作成する。呼期３次元画像の作成の仕方の詳細については後述する。
【００３４】
呼期画像作成部２３（３次元画像変形部２６）により作成された呼期画像は表示画像記憶装置２７に出力され、表示装置１２５または３次元画像投影装置１２６によりディスプレイに表示、または所定の投影面に投影される。
【００３５】
次に、図３のフローチャートを参照して、第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１が実行する呼期画像作成処理の流れを説明する。
【００３６】
まず、一般に行われる胸部ＣＴ検査と同様に、Ｘ線ＣＴ装置１は、吸期（患者に息を吸わせた状態）で肺を含む胸部のＣＴ撮影を実施する（ステップＳ１０１）。ＣＴ撮影により得た計測データが画像処理装置１２２に入力されるとともに記憶装置１２３に記憶される。
【００３７】
画像処理装置１２２は、ステップＳ１０１により得た吸期の計測データを取得し、画像再構成処理を行って胸部の吸期断層像を作成する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の画像再構成処理では、できるだけ時間分解能が高く、アーチファクトが少ない画像を再構成することが望ましい。画像処理装置１２２は、作成した吸期断層像を記憶装置１２３に記憶する。
【００３８】
画像処理装置１２２は、ステップＳ１０２で作成した吸期断層像を取得し、注目領域３次元マスクデータ作成処理を行う（ステップＳ１０３）。注目領域３次元マスクデータ作成処理では、画像処理装置１２２は、ステップＳ１０２で再構成された吸期断層像を積み上げた３次元ボリュームデータから注目領域を抽出し、注目領域の画素を所定の画素値に置き換えた３次元マスクデータを作成する。注目領域の抽出処理は、例えば、注目領域の組織に該当するＣＴ値（画素値）を閾値とする閾値処理やその他の公知の手法を用いればよい。また、本実施の形態では、肺、肺血管、気管支等を注目領域として抽出する。ステップＳ１０３で作成されたマスクデータを注目領域３次元マスクデータと呼ぶこととする。
【００３９】
次に、画像処理装置１２２は、低時間分解能断層像作成処理を実施し、ステップＳ１０１で得た計測データからステップＳ１０２で作成した吸期断層像よりも時間分解能が低い断層像（以下、低時間分解能断層像という）を作成する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
ここで図４を参照して、ステップＳ１０４の低時間分解能断層像作成処理の一例を説明する。
低時間分解能断層像は、ステップＳ１０２の吸期断層像再構成処理において設定したスライス厚よりも大きいスライス厚で断層像を作成することにより得ることができる。スライス厚を厚くすることは、画像作成に必要なデータの範囲を広げることと同等の意味であり、あるデータ範囲を撮影するのに要する時間はデータ範囲が広いほど大きくなる。そのため、スライス厚を大きく設定して作成された画像の時間分解能は、小さいスライス厚の画像の時間分解能に比べて低くなる。
【００４１】
画像処理装置１２２は、ステップＳ１０２の吸期断層像再構成処理におけるスライス厚よりも大きいスライス厚を設定し（ステップＳ２０１）、ステップＳ１０１の撮影により得た吸期の計測データを用いてスライス厚が大きい断層像を再構成する（ステップＳ２０２）。これにより低時間分解能断層像が作成される。
【００４２】
なお、ステップＳ１０２で作成した吸期断層像が３６０度未満の投影角度の計測データを用いて作成されている場合は、画像処理装置１２２（低時間分解能断層像作成部２４）は、３６０度分以上の投影角度の計測データを用いて画像再構成処理を行うことで、ステップＳ１０２で作成した吸期断層像よりも時間分解能が低い断層像を作成することも可能である。
【００４３】
図３の説明に戻る。
低時間分解能断層像が作成されると、次に画像処理装置１２２は、作成された吸期断層像及び低時間分解能断層像から注目組織の移動情報を算出する（ステップＳ１０５）。移動情報は、移動方向及び移動量の情報を含む。時間分解能が低い画像は、時間分解能が高い画像と比較して１枚の断層像を作成するために、より多くの時間をかけて撮影されていることを意味する。すなわち、画像内には、肺血管や気管支等の組織の移動によるアーチファクトが多く含まれることになる。ステップＳ１０５の移動情報算出処理では、このアーチファクトを解析することで、肺血管や気管支等の注目組織の移動方向や移動量を求める。
【００４４】
ステップＳ１０５の移動情報算出処理について図５〜図７を参照して説明する。
まず、画像処理装置１２２は、ステップＳ１０３で作成した注目組織３次元マスクデータ上に複数の注目点を設定する（ステップＳ３０１）。注目点は例えば、任意の点を設定可能である。例えば、肺血管や気管支の分岐点を注目点としてもよいし、分岐と分岐の中間点を注目点としてもよい。或いは、肺血管や気管支の起始部から所定間隔に複数の注目点を設定してもよい。この場合、注目点の間隔は、経験的に良好な結果を得られると考えられる値を操作者が任意に設定すればよい。設定する注目点の数や位置は、ステップＳ１０５で実施する３次元マスクデータ変形処理のアルゴリズムに合わせ、変形精度が高くなるように調整された値とすることが望ましい。
【００４５】
次に、画像処理装置１２２は、ステップＳ３０１で設定した各注目点における肺血管または気管支の走行方向を算出する。走行方向を算出するには、ステップＳ１０３で作成した３次元マスクデータを用いる。画像処理装置１２２は、３次元マスクデータから肺血管や気管支の中心線を求める（ステップＳ３０２）。中心線を求める方法は、例えば特許第４５０３３８９等に開示されている。特許第４５０３３８９等には、血管領域の連続性を考慮して血管の走行方向に直交する断面領域を取得しながら視点を進めて血管全体を抽出し、抽出過程で得られる各血管断面領域の重心を結ぶことにより血管領域の中心を通る線（芯線）を得る方法について記載されている。なお、中心線を求める方法は上記例に限定されず、その他の方法を用いてもよい。
【００４６】
次に、画像処理装置１２２は、ステップＳ３０１で設定した注目点の周辺の所定の範囲内で、ステップＳ３０２で求めた中心線を用いて、中心線に沿った曲面を断面とする曲面多断面再構成画像（ＣＰＲ（Curved Planar Reconstruction）画像）を作成する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３において画像処理装置１２２は、中心線を軸として上述の曲面を任意の角度刻みに回転させた各断面でのＣＰＲ画像を複数作成する。
【００４７】
図６（ａ）、（ｂ）は、注目組織の中心線５０１に沿った曲面を中心線５０１を軸に回転させた各断面５０２、５０３の例である。
画像処理装置１２２は、ステップＳ１０２で作成した吸期断層像とステップＳ１０３で作成した低時間分解能断層像のそれぞれについて同一断面でＣＰＲ画像を作成する。
【００４８】
次に画像処理装置１２２は、ステップＳ３０３で作成した各ＣＰＲ画像から、例えば閾値処理等によって肺血管や気管支等の注目領域を抽出する（ステップＳ３０４）。ここで、時間分解能が高い吸期断層像を基に抽出された組織領域は、吸期から呼期への移動の情報がほとんど含まれないが、低時間分解能断層像には吸期から呼期への移動によるアーチファクトが含まれるため、低時間分解能断層像から抽出した組織領域には移動に関する情報が含まれている。
【００４９】
画像処理装置１２２は、ステップＳ３０４で抽出した肺血管や気管支等の注目領域について移動方向と移動量を算出する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５において画像処理装置１２２は、吸期断層像を基に抽出した注目領域と、低時間分解能断層像を基に抽出した注目領域との差から、アーチファクトが発生している方向と量を求め、それらを移動方向、移動量とする。
【００５０】
図７は、移動方向と移動量の算出について説明する図である。
図７（ａ）は吸期断層像を基に作成したＣＰＲ画像６００であり、図７（ｂ）は低時間分解能断層像を基に作成したＣＰＲ画像６０２である。図７（ｂ）における破線は吸期断層像を基に作成したＣＰＲ画像６００内の注目領域６０１の位置を示している。
吸期断層像を基に作成したＣＰＲ画像６００内にステップＳ３０４で抽出した注目領域６０１が存在する。また、低時間分解能断層像を基に作成したＣＰＲ画像６０２内にステップＳ３０４で抽出した注目領域６０３が存在する。画像処理装置１２２は、ＣＰＲ画像６０２における注目領域６０１に対応する領域（破線の領域）の重心６０４とＣＰＲ画像６０２に描出される注目領域６０３の重心６０５を求め、重心６０４から重心６０５へ向かうベクトル６０６を求める。ベクトル６０６の方向が移動方向であり、ベクトル６０６の大きさが移動量である。
なお、図７の例では、重心の移動方向及び移動量を求めているが、注目点の移動方向及び移動量を求めるようにしてよい。
【００５１】
ステップＳ３０５で算出した移動量は、低時間分解能断層像に含まれる時間成分内での移動量であり、吸期から息を吐ききった状態（肺内の空気量が「０」に近い状態）である呼期までの移動量を表すものではない。そこで、画像処理装置１２２は、ステップＳ３０５で求めた移動量を基に、息を吸った状態である吸期から息を吐ききった状態である呼期への移動量（以下、吸期−呼期移動量と呼ぶ）を求める（ステップＳ３０６）。例えば、画像処理装置１２２は、ステップＳ３０５で算出した移動量に経験的に求めた係数を乗じて、吸期−呼期移動量を求める。係数の値は、注目点毎に異なる値を設定してもよい。
【００５２】
図３の説明へ戻る。
画像処理装置１２２は、ステップＳ３０１で設定した注目点、及びステップＳ３０６で算出した移動方向及び吸期−呼期移動量の情報を用いて、ステップＳ１０２で作成した吸期の注目領域３次元マスクデータを変形する（ステップＳ１０６）。
【００５３】
図８を参照して、注目領域３次元マスクデータ変形処理の具体例を説明する。
画像処理装置１２２は、ステップＳ３０１で設定した注目点７００、７０１、７０２、７０３をステップＳ３０５で算出した移動方向に移動させる。移動量は、ステップＳ３０６で算出した吸期−呼期移動量とする。図８の例では、例えば、注目点７００は点７０８へ移動され、注目点７０１は点７０９へ移動され、注目点７０２は点７１０へ移動され、注目点７０３は点７１１へ移動される。ベクトル７０４、７０５、７０６、７０７は、各注目点の移動方向及び吸期−呼期移動量を示すベクトルである。
【００５４】
画像処理装置１２２は、更に注目点間の領域について、注目点との接続が連続的になるように移動量や移動方向を補間して変形する。
以上の処理により、血管７１２が吸期の位置から呼期の位置へ移動される。
【００５５】
注目領域３次元マスクデータ変形処理が終了すると、画像処理装置１２２は、変形後の注目領域３次元マスクデータを表示する（ステップＳ１０７）。例えば、画像処理装置１２２は、変形後の注目領域３次元マスクデータを表示画像記憶装置１２７へ出力し、表示装置１２５に表示させるようにしてもよいし、３次元画像投影装置１２６を用いてスクリーンや体表等、所定の投影面に投影するようにしてもよい。
【００５６】
これにより呼期３次元画像を術前の計画に使用することが可能となる。また、表示装置１２５を手術室に設置すれば、手術中の参考として呼期３次元画像を確認できる。また、３次元画像投影装置１２６を用いれば、変形後の注目領域３次元マスクデータを被検者の体表の対応位置に投影させることも可能である。
【００５７】
以上説明したように、第１の実施の形態の画像処理装置１２２は、吸期に撮影した計測データを用いて、呼期の胸部ＣＴ画像を撮影することなく、手術時の状態に近い呼期の注目領域（肺血管や気管支等）の３次元画像を得ることができる。したがって被曝量を増加しなくとも、肺がんの切除手術等においてより正確な手術計画の画像や手術中に参考にする画像を術者に提供できる。区域切除や部分切除等の高い精度が要求される手術を支援できる。
【００５８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
上述の第１の実施形態では、移動情報算出処理（図３のステップＳ１０５、図５）において、低時間分解能断層像と吸期断層像とに基づいて求めた移動量に、経験的に設定した係数を乗じることにより、吸期−呼期移動量を求めた。
第２の実施の形態では、画像処理装置１２２は、被検者の呼吸に関する情報を取得する呼吸情報取得部を更に備え、移動情報算出部２５（画像処理装置１２２）は、取得した呼吸に関する情報を参照して、注目領域の移動情報（吸期−呼期移動量）を求めるものとする。
【００５９】
被検者の呼吸に関する情報は、例えば、患者の呼吸曲線等を利用すればよい。
図９は呼吸曲線８０２の一例である。
呼吸曲線８０２は、対象とする患者（被検者）について、本撮影開始前に呼吸測定器等を用いて撮影することにより得られる。呼吸曲線８０２を解析することにより、吸期から呼期の時間中、空気の排出量がどのように変化するかを知ることができる。空気の排出量と肺内組織の移動とは密接に関連していると考えられるため、排出量の時間応答をみることで肺血管や気管支等の組織の移動量の時間応答を予測可能である。
【００６０】
第２の実施の形態では、呼吸曲線から得られる空気の排出量の時間応答から、肺内組織の移動量の時間応答を予測し、ステップＳ３０５で算出した移動量と組み合わせることで、より正確な吸期−呼期移動量を算出する。
【００６１】
以下、図９を参照して、第２の実施の形態における吸期−呼期移動量算出処理について説明する。
図９は、事前に取得した撮影対象となる患者の肺内の空気量（以下、「肺気量」と呼ぶ）と時間との関係を示すグラフである。図９に示すグラフにおいて、横軸８００は時間（Ｔ）、縦軸８０１は肺気量（Ｖ（ｔ））を示している。曲線８０２は、空気を最大限吸った状態から自然に吐き出す場合の肺気量の時間応答を示している。
【００６２】
曲線８０２の時刻「０」における肺気量Ｖ（０）は、ＣＴ検査において撮影時に患者が息を吸って止めた状態に相当する。したがって、撮影開始時の患者の肺気量は、曲線８０２の時刻「０」における肺気量Ｖ（０）となる。
【００６３】
なお、手術時は切除する側の肺は呼吸を止め（空気の出入りを遮断し）、一方の肺のみで呼吸している状態となる。つまり切除する側の肺は基本的に動いていない状態を想定している。肺気量「０」とは、肺内の空気体積が「０」の状態を意味する。
【００６４】
図３のステップＳ１０４において作成した低時間分解能断層像が時間ｔ分の情報を含んでいるとすると、曲線８０２の時刻ｔにおける肺気量Ｖ（ｔ）との差分Ｖ（０）−Ｖ（ｔ）がステップＳ３０５で算出した移動量ｌ（ｐ）に対応する肺気量の変化ということになる。
ここで、ｐは移動量を測定した各点Ｐの位置ベクトル、すなわち各点Ｐの座標を表す。呼期−吸期移動量Ｌ（ｐ）は、Ｖ（０）、Ｖ（ｔ）、Ｖ（ｐ）を用いて、例えば以下の式（１）で求められる。
【００６５】
【数１】
2016189956.tif 000003
【００６６】
ここで、α、βは補正係数であり、経験的に求めた値を使用する。例えば、手術時の肺気量が「０」の場合、α＝１、β＝０とすればよい。
【００６７】
或いは、３次元画像を手術時の参考に使用する場合、画像処理装置１２２は、予め複数の補正係数α、βの組み合わせで吸期−呼期移動量Ｌ（ｐ）を求めるようにしてもよい。この場合、求めた複数の吸期−呼期移動量Ｌ（ｐ）を用いて図３のステップＳ１０６の３次元マスクデータ変形処理を行って変形された３次元マスクからなる３次元画像を作成する。そして、図３のステップＳ１０７の３次元画像表示処理では、複数の補正係数α、βの組み合わせで変形された各３次元画像を手術時等に術者に提示してもよい。その場合、提示された複数の３次元画像の中から術者が実際の形状と最も近いものを選択するようにしてもよい。
【００６８】
なお、ここでは患者の呼吸曲線を予め求めておく場合を説明したが、ＣＴ撮影時に患者に呼吸測定器を装着し、撮影中の呼吸曲線を求めてもよい。この場合、撮影中の呼吸曲線を参照して３次元マスクデータ変形処理を行えるため、事前に求めた呼吸曲線を利用する場合と比較してより正確に注目領域の移動量を求めることができ、精度よく変形することが可能となる。
【００６９】
以上説明したように、本発明のＸ線ＣＴ装置１によれば、撮影中の組織の移動量を利用して吸期から呼期への移動量を求め、求めた移動量に基づき吸期で撮影した画像を変形することで、呼期のＣＴ撮影を行うことなく呼期の画像を得ることが可能となる。そのため追加の撮影等による被曝量を増加せずに注目領域の呼期の画像を提示することが可能となる。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、息を吐ききった状態（肺気量「０」）となるように３次元画像を変形するものとしたが、本発明は息を吐ききった状態に限定されない。吸期から呼期に至る過程の任意の段階における呼吸状態へ３次元画像を変形することも可能である。すなわち、呼吸曲線等を用いて吸期から呼期に至る過程における任意の段階での肺血管や気管支等の組織の移動量を推定し、推定した移動量に基づいて３次元マスクデータ変形処理を行えばよい。また、これらのいくつかの変形候補を操作者に提示することで、手術時の参考とする画像の候補が増え、手術時における実際の患者の肺の状態と近いものを操作者が選択して参照可能となる。
【００７１】
また、上述の実施形態では、肺や肺血管や気管支等を例として説明したが、その他の組織についても同様に本発明を適用可能である。
【００７２】
また、上述の各実施の形態で説明した処理を、Ｘ線ＣＴ装置１に設けられる画像処理装置１２２ではなく、一般のコンピュータにより実行するものとしてもよい。
【００７３】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像処理装置、Ｘ線ＣＴ装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・・・・・・・Ｘ線ＣＴ装置
１００・・・・・・・スキャンガントリ部
１０１・・・・・・・Ｘ線源
１０２・・・・・・・回転盤
１０４・・・・・・・開口部
１０５・・・・・・・寝台
１０６・・・・・・・Ｘ線検出器
１０７・・・・・・・データ収集装置
１２０・・・・・・・操作卓
１２１・・・・・・・入力装置
１２２・・・・・・・画像処理装置
１２３・・・・・・・記憶装置
１２４・・・・・・・システム制御装置
１２５・・・・・・・表示装置
１２６・・・・・・・３次元画像投影装置
２１・・・・・・・・吸期断層像作成部
２２・・・・・・・・吸期３次元画像作成部
２３・・・・・・・・呼期画像作成部
２４・・・・・・・・低時間分解能断層像作成部
２５・・・・・・・・移動情報算出部
２６・・・・・・・・３次元画像変形部
２７・・・・・・・・表示画像記憶装置
【図１】
2016189956.tif 000004
【図２】
2016189956.tif 000005
【図３】
2016189956.tif 000006
【図４】
2016189956.tif 000007
【図５】
2016189956.tif 000008
【図６】
2016189956.tif 000009
【図７】
2016189956.tif 000010
【図８】
2016189956.tif 000011
【図９】
2016189956.tif 000012