(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の組織を含む所定の部位に放射線を照射して得られた２枚の放射線画像を記憶する放射線画像記憶手段と、
前記２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を該２枚の放射線画像上の各部分ごとに評価した評価値を算出する評価手段と、
該評価手段により得られた各部分の前記評価値に応じて、前記２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定する探索条件設定手段と、
前記設定された探索条件に従って、前記放射線画像間の対応位置を探索して前記２つの放射線画像のうち少なくとも一方を変形して位置合わせをする位置合わせ手段と、を備えたことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記２枚の放射線画像が、放射線吸収特性の異なる２つ以上の組織を含む前記部位に互いに異なるエネルギー分布の放射線を照射して得られた画像であり、
前記２枚の放射線画像にサブトラクション処理を施して、前記各組織の信号成分で表される成分画像を少なくとも２つの組織について生成する成分画像生成手段をさらに備え、
前記評価手段が、前記成分画像生成手段により生成された各成分画像上の対応する位置に存在する画素の信号成分を用いて、前記２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を評価した評価値を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記評価値が、前記２つの成分画像の対応する部分同士の信号成分が互いに独立であるか否かを表す独立性を評価することにより得られたものであることを特徴とする請求項２記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記独立性は、相互情報量または正規化相互情報量によって評価されるものであることを特徴とする請求項３記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記位置合わせ手段が、前記２枚の放射線画像のうちの１方の放射線画像の局所領域に対応する対応位置を他方の放射線画像の予め設定された探索領域内で探索するものであり、
前記探索条件設定手段が、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が大きいほど前記探索範囲を広く設定し、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が小さいくなるほど前記探索範囲が狭くなるように設定するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
前記位置合わせ手段が、前記２枚の放射線画像のうちの１方の放射線画像の局所領域に対応する対応位置を他方の放射線画像の予め設定された探索領域内で探索して、該探索領域内で前記局所領域と相関が高い領域を対応位置とするものであり、
前記探索条件設定手段が、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が大きい場所では、前記探索範囲の中心からの距離が小さい場所より前記探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が前記探索範囲内の小領域と前記局所領域との相関が高く評価されるように探索条件を設定し、前記評価値が示す位置ズレ量が小さい場所では、前記探索範囲の中心からの距離が小さい場所より前記探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が前記探索範囲内の小領域と前記局所領域との相関が低く評価されるように探索条件を設定するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の位置合わせ装置。
【請求項７】
コンピュータを、
２つ以上の組織を含む所定の部位に放射線を照射して得られた２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を該２枚の放射線画像上の各部分ごとに評価した評価値を算出する評価手段と、
該評価手段により得られた各部分の前記評価値に応じて、前記２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定する探索条件設定手段と、
前記設定された探索条件に従って、前記放射線画像間の対応位置を探索して前記２つの放射線画像のうち少なくとも一方を変形して位置合わせをする位置合わせ手段として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の医用画像の位置合わせを正確に行うための位置合わせ装置およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被写体を構成する物質によって透過した放射線の減衰量が違うことを利用して、高低２種類のエネルギーの放射線を被写体に照射して得られた２枚の放射線画像から、異なる信号成分からなる成分画像２枚に分離するエネルギーサブトラクション処理が知られている。このエネルギーサブトラクション処理を利用して、例えば、胸部撮影画像から骨部を除去した軟部画像を生成して、骨に邪魔されることなく軟部に現れた陰影を観察できるようにしている。
【０００３】
このようなエネルギーサブトラクション処理に用いられる高低２種類のエネルギーの放射線画像を２ショット撮影する場合には、数百ミリSecの間隔で高エネルギー放射線と低エネルギー放射線を被写体に照射して取得されるが、２ショット間に被写体が動くと位置ズレが生じ、サブトラクション処理を行って生成した成分画像上にアーチファクトが表れる。
【０００４】
そこで、エネルギーサブトラクションの位置ズレによるアーチファクトを低減するために、サブトラクション処理を行う前に一方の画像に非線形変形を施して位置合せを行う手法が提案されている。具体的にはテンプレートマッチングによる位置合わせが用いられる。テンプレートマッチングを用いた位置合せ処理(Registration Using Template Matching)は、一方の画像の局所領域をテンプレートとして切り出し、もう一方の画像上でテンプレートに対応する場所を探索することによって各画素の変形量（シフトベクトル）を求め、求めた変形量に従って歪曲変形写像を行って位置合わせを行う。シフトベクトルを画像中の全ての画素で求めることで、画像間の対応付けを行うことが可能となるが、一般的には計算効率と目標精度を考慮して格子状に制御点を配置し、この制御点上のシフトベクトルを求め、制御点間の対応は周囲のシフトベクトルの補間によって求めて歪曲変形写像を行って位置合わせを行っている。
【０００５】
また、テンプレートマッチングでは、２つの画像間の相関値を用いてテンプレートと対応する場所を捜しているが、類似した場所を探すだけでは正確な対応場所を捜すことができずミスレジストレーションを引き起こすことがある。そこで、それを解決するためにサブトラクション処理を用いて２ショット画像から仮の軟部テンプレートを作成し、そのエッジ強度を位置合せの尺度として用いることでミスレジストレーションを減らしているものがある(例えば、特許文献１)。
【０００６】
あるいは、ミスレジストレーションを減らすために、サブトラクション処理前の位置合せ処理において、事前に複数の組織それぞれを各セグメントに分けておき、テンプレートと放射線画像間の相関値を計算するときに各組織毎の相関値を荷重結合した結果を位置合せの尺度として用いる手法を提案したものもある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−２４４５４２公報
【特許文献２】特開２０００−３４２５５８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のテンプレートマッチングにおいては、切り出すテンプレートのサイズ、テンプレート間の類似尺度（位置合せ尺度）、テンプレートの対応場所を探索する領域、テンプレートの探索精度が、最終的な位置合せの精度と計算コストに影響を与えるため、最適なパラメータを設定することが求められる。
【０００８】
しかしながら、２ショットで撮影をした場合、心臓などの動いている臓器の周辺は他の場所に比べて大きく変形し、上述のように画像全体を同じ尺度で位置合わせを行っても正確な位置合わせはできない。例えば、ＦＰＤ（フラットパネルディテクター）を用いた２ショットのエネルギーサブトラクションでは、ショット間隔は200〜500msec程度であるが、心臓は常に動いているため（安静時の心拍数は男性で60〜70程度、女性で65〜75程度なので、1拍は800msec〜1sec程度である）、心臓の周辺には大きな変化が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、２枚の放射線画像の位置合わせの精度を向上させる位置合わせ装置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】
【００１０】
本発明の位置合わせ装置は、２つ以上の組織を含む所定の部位に放射線を照射して得られた２枚の放射線画像を記憶する放射線画像記憶手段と、
前記２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を該２枚の放射線画像上の各部分ごとに評価した評価値を算出する評価手段と、
該評価手段により得られた各部分の前記評価値に応じて、前記２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定する探索条件設定手段と、
前記設定された探索条件に従って、前記放射線画像間の対応位置を探索して前記２つの放射線画像のうち少なくとも一方を変形して位置合わせをする位置合わせ手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のプログラムは、コンピュータを、２つ以上の組織を含む所定の部位に放射線を照射して得られた２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を該２枚の放射線画像上の各部分ごとに評価した評価値を算出する評価手段と、
該評価手段により得られた各部分の前記評価値に応じて、前記２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定する探索条件設定手段と、
前記設定された探索条件に従って、前記放射線画像間の対応位置を探索して前記２つの放射線画像のうち少なくとも一方を変形して位置合わせをする位置合わせ手段として機能させるものである。
【００１２】
「部位」とは、人体や動物などの被写体の所定の部位をいう。
【００１３】
「組織」とは、被写体の各部位を構成している構成物で、類似した構造をもつ細胞の集団をいう。例えば、組織には、骨、肺、心臓などの臓器や、軟部組織のように複数の臓器を含んだものがある。
【００１４】
「位置ズレ」には、２つの画像間において画像中の同じ位置あるべき同一組織の位置が、被写体の画像記録媒体に対する撮影位置が移動したためにずれたものや、臓器の動きによってずれたものがある。「画像記録媒体」とは、被写体を透過した放射線量に応じて画像が記録されるものをいい、例えば、イメージングプレート、フラットパネルディテクター、フィルムなどがある。
【００１５】
「位置ズレ量を評価した評価値」とは、位置ズレの大きさの程度や度合いを表すものをいう。
【００１６】
「放射線画像間の対応位置を探索して前記２つの放射線画像のうち少なくとも一方を変形して位置合わせをする」とは、２つの放射線画像の対応位置を見つけた後に、その対応位置が一致するように２つの放射線画像の１方あるいは双方を変形して位置合わせをすることをいう。
【００１７】
また、前記２枚の放射線画像が、放射線吸収特性の異なる２つ以上の組織を含む前記部位に互いに異なるエネルギー分布の放射線を照射して得られた画像であって、本発明の位置合わせ装置が、前記２枚の放射線画像にサブトラクション処理を施して、前記各組織の信号成分で表される成分画像を生成する成分画像生成手段をさらに備える場合には、前記評価手段が、前記成分画像生成手段により生成された各成分画像上の対応する位置に存在する画素の信号成分を用いて、前記２枚の放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を評価した評価値を算出するものであってもよい。
【００１８】
「成分画像」とは、放射線画像から特定の組織の信号成分を抽出した組織画像をいう。
【００１９】
前記評価値が、前記２つの成分画像の各部分の信号成分が互いに独立であるか否かを表す独立性を評価することにより得られたものであることを特徴とする請求項２記載の位置合わせ装置。
【００２０】
また、前記独立性は相互情報量または正規化相互情報量によって評価されるものが望ましい。
【００２１】
また、前記位置合わせ手段が、前記２枚の放射線画像のうちの１方の放射線画像の局所領域に対応する対応位置を他方の放射線画像の予め設定された探索領域内で探索するものである場合には、前記探索条件設定手段が、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が大きいほど前記探索範囲を広く設定し、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が小さいくなるほど前記探索範囲が狭くなるように設定するものが望ましい。
【００２２】
あるいは、前記位置合わせ手段が、前記２枚の放射線画像のうちの１方の放射線画像の局所領域に対応する対応位置を他方の放射線画像の予め設定された探索領域内で探索して、該探索領域内で前記局所領域と相関が高い領域を対応位置とするものである場合には、前記探索条件設定手段が、前記放射線画像の各部分の前記評価値が示す位置ズレ量が大きい場所では、前記探索範囲の中心からの距離が小さい場所より前記探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が前記探索範囲内の小領域と前記局所領域との相関が高く評価されるように探索条件を設定し、前記評価値が示す位置ズレ量が小さい場所では、前記探索範囲の中心からの距離が小さい場所より前記探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が前記探索範囲内の小領域と前記局所領域との相関が低く評価されるように探索条件を設定するものが望ましい。
【００２３】
「局所領域」は、前記評価値を算出する部分と一致していてもよいし、前記評価値を算出する部分内の領域であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の位置合わせ装置は、２枚の放射線画像に撮影された同一組織の位置ズレ量を放射線画像上の各部分ごとに評価して、各部分の評価値に応じて２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定して位置合わせを行うようにしたので、胸部画像のように心臓の近くの位置ズレ量の大きいところと骨のような位置ズレ量が小さいところの両方を含む画像であっても、画像全体を正確に位置合わせすることができる。
【００２５】
また、２枚の異なるエネルギーの放射線画像にサブトラクション処理を施して、各組織の信号成分で表される成分画像を生成して、この成分画像上の対応する位置に存在する画素の信号成分を用いて位置ズレ量を評価するようにすれば、各組織の位置ズレ量を正確に評価することができる。
【００２６】
また、成分画像の各部分の信号成分の独立性を評価して位置ズレ量の評価値を得ることにより、各組織の位置ズレの度合いを正確に評価することができる。
【００２７】
また、探索条件として位置ズレ量に応じて探索範囲を変えて、位置ズレ量が大きいところでは探索範囲を大きくし、位置ズレ量が小さいところでは探索範囲を狭くすることにより、位置ズレ量に見合った場所から対応位置を検出することができ、正確な位置合わせができる。
【００２８】
あるいは、探索条件として、位置ズレ量が大きい場所では、前記探索範囲の中心からの距離が小さい場所より探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が局所領域との相関が高くを評価されるようし、評価値から位置ズレ量が小さいと推定される場所では、探索範囲の中心からの距離が小さい場所より探索範囲の中心からの距離が大きい場所の方が局所領域との相関が低く評価されるようにすることで、位置ズレ量に見合った場所から対応位置を検出して、正確な位置合わせができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明の放射線画像撮影システム１の概略構成図を示す。放射線画像撮影システム１は、検査対象となる被写体に異なるエネルギー分布の放射線を照射して放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置２と、放射線画像撮影装置２で撮影された放射線画像を格納する画像管理サーバ３と、放射線画像を２枚以上用いて放射線吸収特性の異なる組織の信号成分に分離した成分画像を表示する読影ワークステーション４と、これらを接続するネットワーク５とを備える。
【００３０】
ネットワーク５は病院内の上記各装置を接続するローカルエリアネットワークである。読影ワークステーション４が他の病院あるいは診療所にも設置されている場合には、ネットワーク５は、各病院のローカルエリアネットワーク同士をインターネットもしくは専用回線で接続した構成としてもよい。いずれの場合にも、ネットワーク５は光ネットワークなど画像情報の高速転送を実現できるものとすることが望ましい。
【００３１】
放射線画像撮影装置２は、放射線を照射する放射線照射部と被写体を透過した放射線を検出するＦＰＤなどの放射線検出器を備え、エネルギー分布（エネルギースペクトル）が異なる放射線を同一の被写体の同一部位に２回以上照射して、複数枚の放射線画像を取得する機能を備える。具体的には、例えば、特開2005-245657に開示されているように、放射線照射部の管電圧を変えて異なるエネルギースペクトルの放射線を数百ミリの間隔で同一の被写体に照射し、検出器で放射線画像をそれぞれ取得する。また、放射線画像撮影装置２はDICOM(Digital Imaging and COmmunications in Medicine)に準拠した送信機能を持つものが好ましく、撮影した放射線画像を画像管理サーバ３に送信する。
【００３２】
画像管理サーバ３は、放射線画像撮影装置２とネットワーク５で接続され、放射線画像撮影装置２で撮影された放射線画像をDICOMに準拠した受信機能を持つものが好ましく、被写体の患者情報、撮影部、撮影日、撮影したモダリティ（放射線撮影装置、ＭＲＩ装置、ＣＴ装置など）の情報などとともに、DICOMに準拠したフォーマットで放射線画像を保存する。モダリティが放射線撮影装置である場合には、モダリティの情報に撮影情報（管電圧・蓄積性蛍光体シートと付加フィルタの構成等の撮影条件、撮影プロトコル、撮影シーケンス、撮像手法、造影剤の使用有無や注入後の経過時間／使用された色素、放射線核種、放射線量など）が含まれる。また、画像管理サーバ３には、データベースの管理用ソフトウェアがインストールされ、保存されている放射線画像に付帯された種々の情報を用いて放射線画像を検索する機能を備えるように構成される。画像管理サーバ３は、読影ワークステーション４からの画像の閲覧要求をネットワーク５経由で受信すると、保存されている画像を検索し、抽出された画像を要求元の読影ワークステーション４に送信する。
【００３３】
読影ワークステーション４は、画像診断医等のユーザによって読影対象画像の閲覧を要求する操作が行われると、画像管理サーバ３に対して閲覧要求を送信し、読影に必要な放射線画像を取得する。そして、その放射線画像をモニタ画面に表示する。
【００３４】
また、読影ワークステーション４には、位置合わせ処理および成分画像生成処理のプログラムがインストールされている。これらのプログラムが実行されて読影ワークステーション４は位置合わせ装置および成分画像生成装置として機能する。これらプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布されて、読影ワークステーションに４にインストールされる。
【００３５】
読影ワークステーション（位置合わせ装置）４は、インストールされたプログラムにより、図２に示すように、２枚の放射線画像を記憶する放射線画像記憶手段４１と、２つの放射線画像に撮影された組織の位置ズレ量を各部分ごとに評価した評価値を算出する評価手段４２と、各部分の評価値に従って２枚の放射線画像間の対応位置の探索条件を各部分ごとに設定する探索条件設定手段４３と、設定された探索条件に応じて放射線画像間の対応位置を探索して２つの放射線画像のうち少なくともいずれか一方を変形して位置合わせをする位置合わせ手段４５と、２枚の放射線画像に対してサブトラクション処理を施して被写体の各部位を構成する各組織の信号成分に分離した成分画像を生成する成分画像生成手段４６として機能する。
【００３６】
本実施の形態では、エネルギー分布の異なる放射線を２回被写体の胸部に照射して得られた２枚の放射線画像（高エネルギー画像ＩＨと低エネルギー画像ＩＬ）から成分画像を生成する場合について以下説明する。
【００３７】
放射線画像記憶手段４１は、コンピュータ上のメモリやコンピュータに設けられたハードディスクなどの補助記憶装置であり、画像管理サーバ３から受信した放射線画像（高エネルギー画像ＩＨと低エネルギー画像ＩＬ）が記憶される。
【００３８】
成分画像生成手段４６は、各組織の放射線吸収特性が異なることを利用して、高エネルギー放射線画像ＩＨと低エネルギー放射線画像ＩＬから被写体の撮影部位を構成する各組織の信号成分に分離して、分離した信号成分の分布を表す成分画像を生成する。具体的には、高エネルギー放射線画像ＩＨと低エネルギー放射線画像ＩＬにサブトラクション処理（あるいは、荷重結合処理）を施して、胸部画像を軟部の成分画像（以下、軟部画像という）ＴＳと骨の成分画像（以下、骨画像という）ＴＢに分離する（図３参照）。
【００３９】
２枚の放射線画像ＩＨ，ＩＬに撮影された組織に位置ズレが生じているところには、成分画像生成手段４６によって生成された成分画像ＴＳ、ＴＢ上にアーチファクトが現れる。そこで、通常は、テンプレートマッチングなどで位置合わせを行った放射線画像ＩＨ，ＩＬを用いて、成分画像生成手段４６で成分画像ＴＳ、ＴＢを生成する。
【００４０】
テンプレートマッチングでは、図４に示すように、放射線画像ＩＨ上に格子状に制御点Ｑを配置し、制御点Ｑの近傍の局所領域（テンプレート）ｒに対応する対応位置を放射線画像ＩＬ上の探索範囲Ｒ内で探索する。この探索は、探索範囲Ｒ内に存在するテンプレートｒに対応する大きさの小領域とテンプレートｒとの相関（類似度）を評価して行われ、相関がもっとも高い場所を対応位置として検出する。さらに、テンプレートｒに対応する小領域内から制御点Ｑに対応する対応点を求め、制御点Ｑと対応点を結ぶシフトベクトルＶを求めて、このシフトベクトルＶを図４に示すように補間することにより変形写像を行なう。
【００４１】
この探索範囲Ｒは、計算コストと位置ズレ量を考慮して最適な大きさに設定する必要がある。例えば、計算コストを低くするために、放射線画像ＩＬ上の探索範囲Ｒを狭く設定すると、放射線画像ＩＨ、ＩＬ間での位置ズレ量が大きい場所では、探索範囲Ｒ内にはテンプレートｒに対応する場所が存在しないため正確な対応位置を探索することができなくなる。しかし、放射線画像ＩＬ上の探索範囲Ｒを広く設定すると、対応位置を探索することができるが計算コストが大きくなる。
【００４２】
また、探索範囲Ｒを広くしたからといって、必ずしも正確な対応位置を探索することができるとは限らない。２ショットで胸部を撮影した２つの放射線画像ＩＨ，ＩＬでは、心臓などの動きのある臓器の組織あるいはその臓器の近くにある組織の部分であるか、肋骨などの動きのない臓器の組織の部分であるかによって位置ズレ量は異なり、肋骨の位置ズレ量はわずかであるが、心臓及びそれに隣接する血管は心拍運動によって大きな位置ズレが生じる。このような２枚の放射線画像の位置合わせをテンプレートマッチングで行うときに画像全体の探索範囲Ｒの大きさを一様に設定した場合の心臓付近の位置合わせエラーと肋骨の位置合わせエラーの出現頻度について見ると、図５に示すように、探索範囲Ｒを狭くした場合では（Ａ）の範囲に位置合わせエラーが表れ、肋骨の位置合せエラーは少ないが、肋骨より変動の大きい心臓の近くの軟部組織での位置合せエラーは増加する。逆に、探索範囲Ｒを広くした場合は（Ｂ）の範囲に位置合わせエラーが表れ、軟部組織の位置合せエラーは少ないが、肋骨での位置合せエラーは増加する。（Ａ）と(Ｂ）の中間程度の探索範囲Ｒを設定した場合は（Ｃ）の範囲に位置合わせエラーが表れ、（Ａ）と（Ｂ）の中間の位置合わせエラーとなる。この結果から、探索範囲Ｒの大きさを一様にした場合には、肋骨と心臓の両方を十分に位置合わせすることはできないことがわかる。
【００４３】
そこで、評価手段４２では、放射線画像ＩＨ、ＩＬに撮影された組織の位置ズレ量を評価した位置ズレ量の評価値を放射線画像ＩＨ、ＩＬ上の各部分ごとに算出する。具体的には、位置合わせを行っていない放射線画像ＩＨ、ＩＬを用いて成分画像生成手段４６で仮の成分画像ＴＳｐｒｅ、ＴＢｐｒｅを生成して、仮の成分画像ＴＳｐｒｅ、ＴＢｐｒｅから各部分の位置ズレ量を評価する。
【００４４】
胸部の軟部と肋骨はそれぞれ固有の放射線吸収特性を持っているため、本来、軟部のみの信号成分を表す軟部画像ＴＳと骨のみの信号成分を表す骨画像ＴＢは、互いに独立な信号成分を持っていると考えられるが、２枚の放射線画像ＩＨ、ＩＬ間で位置ズレが生じている部分では、放射線画像ＩＨ、ＩＬから生成した仮の軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅの信号成分の独立性は崩れていると予測される。例えば、胸部を撮影した放射線画像ＩＨ、ＩＬを用いて位置合わせをしないでサブトラクション処理を行うと心臓の周辺にモーションアーチファクトが現れるが、このモーションアーチファクトは、軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅの同位置にほぼ同じ範囲で現れ、このモーションアーチファクトが現れている部分においては軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅ間の信号成分が極めて類似しており、独立性が崩れていると考えられる。
【００４５】
そこで、各成分画像ＴＳｐｒｅ、ＴＢｐｒｅ上の対応する位置に存在する部分同士の信号成分を用いて、軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅの独立性を評価した評価値を位置ズレ量の評価値として求めることができる。信号の独立性を評価する尺度として平均相互情報量が知られているが、実際の計算には、取り得る数値範囲を標準化した正規化相互情報量（ＮＭＩ：Normalized Mutual Information）を評価値として用いることができる。
【００４６】
相互情報量とは、信号Ｙが持っている信号Ｘに関する情報の量を定量化した尺度であり、正規化相互情報量ＮＭＩ(Ｘ,Ｙ)は、信号ＸのエントロピーＨ(Ｘ)と信号ＹのエントロピーＨ(Ｙ)と信号ＸとＹの２次元ヒストグラム（同時ヒストグラム、結合ヒストグラム、連合輝度ヒストグラム）Ｈｉｓｔ(ｘ,ｙ)を計算して、これらを用いて下式（１）で求められる。信号ＸのエントロピーＨ(Ｘ)は、信号Ｘの値（画素値）ｘの確率密度関数p(ｘ)を用いて計算され、信号Ｙについても同様に信号ＹのエントロピーＨ(Ｙ)が計算される。
【数１】
0005016518.tif 000002
【００４７】
信号ＸとＹが完全に独立である場合は、Ｈ(Ｘ,Ｙ)＝Ｈ(Ｘ)+Ｈ(Ｙ)となり、独立でない場合は、Ｈ(Ｘ,Ｙ)＜Ｈ(Ｘ)+Ｈ(Ｙ)となる。Ｈ(Ｘ,Ｙ)の取り得る最小の値はＨ(Ｘ)あるいはＨ(Ｙ)なので、ＮＭＩ(Ｘ,Ｙ)の取り得る範囲は[１,２]である。信号ＸとＹが完全に独立な場合にＮＭＩ(Ｘ,Ｙ)＝１となり、重複する情報量が増加するほど大きくなり、信号ＸとＹが完全に等しい時にＮＭＩ(Ｘ,Ｙ)＝２となる。エネルギーサブトラクションにおいて得られた軟部画像ＴＳと骨画像ＴＢは、本来、互いに独立な信号成分であると仮定することができるので、軟部画像ＴＳｐｒｅと骨部画像ＴＢｐｒｅの画素値を信号ＸとＹに対応させてＮＭＩを計算して信号の独立性を評価する。
【００４８】
画像上の各画素位置におけるＮＭＩは、軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅのその画素を中心とする小さい領域内に存在する画素から式（１）に基づいて求めることができる。ＮＭＩは軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅの各画素全てについて求めるのが望ましいが、計算コストを考慮して、放射線画像ＩＨ、ＩＬ上に格子状に配置した制御点Ｑ付近の画素値からＮＭＩを求めるのが好ましい。図６に、軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅからＮＭＩを求めて作成した位置ズレ量の評価値の分布の一例を示す。図６に示すように、心臓に近い部分は位置ズレ量が大きいと推定され、心臓から離れるほどは位置ズレ量が小さいと推定される。
【００４９】
探索条件設定手段４３は、求めた評価値に応じて、テンプレートマッチングを行う際の探索範囲Ｒを探索条件として設定する。具体的には、評価手段４２で求めた評価値から推定される位置ズレ量が大きい部分ほど探索範囲Ｒを広く設定し、評価値から推定される位置ズレ量が小さくなるに従って探索範囲Ｒが狭くなるように設定する。
【００５０】
位置ズレが大きい部分であるか小さい部分であるかは、画像全体の評価値を比べてみることで判断することができる。例えば、具体的に、胸部の放射線画像では、図７のような胸郭領域内のＮＭＩのヒストグラムを作成し、下表に示すようにＮＭＩの値がＡ〜Ｃのいずれの範囲であるかに応じてパラメータを設定し、ＮＭＩ値がＡの範囲内にある場合は、心臓の近傍のモーションアーチファクトが現れている場所である可能性が高いので探索範囲Ｒを大きく設定する。ＮＭＩ値がＣの範囲内にある場合は、肋骨など位置ズレの小さい場所である可能性が高いので探索範囲Ｒを小さく設定する。ＮＭＩ値がＢの範囲内にある場合は、位置ズレが中間程度であることと考えられるので探索範囲Ｒも中間程度にする。
【表１】
0005016518.tif 000003
【００５１】
位置合わせ手段４５は、探索条件設定手段４３で設定された探索条件に応じてテンプレートマッチングの手法を用いて放射線画像ＩＨ上の制御点Ｑに対応する対応位置を放射線画像ＩＬ上で探索して、放射線画像ＩＨ上の制御点Ｑを放射線画像ＩＬ上の対応点に合わせるように放射線画像ＩＨ（あるいは、放射線画像ＩＬ）を変形して位置合わせを行う。
【００５２】
対応位置を探す際には、放射線画像ＩＨ上に格子状に配置した制御点Ｑの近傍のテンプレートｒを切り出し、このテンプレートｒに対応する場所を放射線画像ＩＬから探索するが、評価値が位置ズレ量が大きいことを示している心臓周辺の部分では、探索条件設定手段４３で探索範囲Ｒが広く設定されているので、広い探索範囲Ｒの中からテンプレートｒに最も類似した場所を対応位置として探索して制御点Ｑに対応する対応点を見つける。評価値が位置ズレ量が小さいことを示している肋骨の部分では、探索条件設定手段４３で探索範囲Ｒが狭く設定されているので、狭い探索範囲Ｒの中からテンプレートｒに最も類似した場所を対応位置として探索して制御点Ｑに対応する対応点を見つける。制御点Ｑとこの制御点Ｑに対応する対応点を結ぶシフトベクトルＶを求め、制御点Ｑと制御点Ｑの間の変形はシフトベクトルＶを補間することにより変形写像を行ない、放射線画像ＩＨと放射線画像ＩＬの位置合わせを行う。
【００５３】
次に、図８のフローチャートを用いて、本発明の放射線画像撮影システム１を利用した胸部を２ショット撮影した放射線画像から成分画像を生成する処理の流れについて説明する。
【００５４】
まず、放射線画像撮影装置２で、500msec程度の間隔で管電圧を変えて異なるエネルギーの放射線を被写体の胸部に照射して、高エネルギー画像ＩＨと低エネルギー画像ＩＬの２枚の胸部放射線画像を撮影する（Ｓ１００)。撮影された放射線画像ＩＨ、ＩＬは被写体の患者情報、撮影部位、撮影日、撮影したときの撮影情報を付帯させて、画像管理サーバ３に保存する（Ｓ１０１)。
【００５５】
画像診断医は、撮影した放射線画像ＩＨ、ＩＬを読影するために、読影ワークステーション４から放射線画像撮影システム１にアクセスする。アクセスのためにユーザＩＤ・パスワード、指紋等の生体情報等が読影ワークステーション４から入力され、ユーザ認証が行われる（Ｓ１０２)。
【００５６】
ユーザ認証に成功すると、オーダリングシステムによって発行された画像診断オーダに基づく検査（読影）対象画像リストがディスプレイに表示される。画像診断医は、マウス等の入力機器を用いて検査対象画像リストから読影対象の放射線画像ＩＨ、ＩＬの検査（画像診断）を選択する。読影ワークステーション４から、選択された放射線画像ＩＨ、ＩＬの画像ＩＤを検索キーとして画像管理サーバ３への閲覧要求を行い、この要求に応じて、画像管理サーバ３から読影対象の放射線画像ＩＨ、ＩＬを取得し、要求元の読影ワークステーション４にそれらの放射線画像ＩＨ、ＩＬを送信する。読影ワークステーション４でそれらの放射線画像ＩＨ、ＩＬを受信して、ハードディスク（放射線画像記憶手段４１）に記憶する（Ｓ１０３)。
【００５７】
読影ワークステーション４は、画像診断オーダの内容を解析して、受信した放射線画像ＩＨ、ＩＬから軟部と骨の各成分を分離した軟部画像ＴＳと骨画像ＴＢを生成する必要があると判断すると、読影ワークステーション４を本発明による位置合わせ装置および成分画像生成装置として機能させるプログラムを起動させる。
【００５８】
まず、読影ワークステーション４では、放射線画像記憶手段４１に記憶されている放射線画像ＩＨ、ＩＬに規格化処理を施す（Ｓ１０４）。次に、この規格化処理が施された放射線画像ＩＨ、ＩＬを用いて成分画像生成手段４６で仮の軟部画像ＴＳｐｒｅと仮の骨画像ＴＢｐｒｅを生成する（Ｓ１０５）。仮の成分画像ＴＳｐｒｅ、ＴＢｐｒｅは、放射線画像ＩＨ、ＩＬの位置合わせは行わないで生成されたものである。
【００５９】
位置合わせ手段４５ではテンプレートマッチグを用いて放射線画像ＩＨ上に格子状に配置された制御点Ｑの対応位置を探索するが、位置合わせ手段４５のテンプレートマッチングと同様の間隔で軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅ上に制御点Ｑを配置し、評価手段４２で軟部画像ＴＳｐｒｅと骨画像ＴＢｐｒｅの制御点Ｑの近傍の画素値から各制御点Ｑ付近の位置ズレ量の評価値を求める（Ｓ１０６）。
【００６０】
探索条件設定手段４３は、位置ズレ量の評価値に応じてテンプレートマッチングにおける探索範囲Ｒを各制御点Ｑごとに設定する（Ｓ１０７）。位置合わせ手段４５では、放射線画像ＩＨ上の各制御点Ｑを中心としたテンプレートｒを切り出して、テンプレートｒに対応する対応位置を探索条件設定手段４３で設定された放射線画像ＩＬ上の探索範囲Ｒ内から探索して、放射線画像ＩＨ上の制御点Ｑに対応する放射線画像ＩＬ上の対応点を見つける。さらに、放射線画像ＩＨ上の制御点Ｑと放射線画像ＩＬの対応点を結ぶシフトベクトルＶを求め、このシフトベクトルＶを図４に示すように補間することにより変形写像を行なう。これにより、放射線画像ＩＨ（あるいは、放射線画像ＩＬ）を変形して位置合わせを行う（Ｓ１０８）。
【００６１】
この位置合わせした放射線画像ＩＨ、ＩＬを用いて成分画像生成手段４６で軟部画像ＴＳと骨画像ＴＢを生成する（Ｓ１０９）。これによりモーションアーチファクトを抑制した軟部画像ＴＳと骨画像ＴＢを取得することができる。
【００６２】
このようにテンプレートマッチングを行うときに、位置ズレが大きいと予測される場所は探索範囲Ｒを広くし、位置ズレが小さいと予測される場所では探索範囲Ｒを狭くすることで対応する位置を正確に探索することができ、大きなミスレジストレーションの発生を抑えて正確な位置合わせをすることができる。具体的には、例えば、図５の（Ｄ）の範囲に位置合わせエラーを抑えることができる。
【００６３】
上述では、制御点ごとの位置ズレを評価して、制御点Ｑごとに探索範囲Ｒを設定する場合について説明したが、位置ズレ量の評価値は制御点Ｑの近くであれば制御点Ｑと一致していなくても良い。例えば、画像をいくつかに区分けし、区分けした各部分について代表するズレ量の評価値を求め、テンプレートの探索範囲Ｒを区分けした部分ごとに設定してもよい。
【００６４】
また、上述のテンプレートマッチングでは、探索範囲Ｒを変えて探索を行う場合について説明したが、探索範囲Ｒを広めにとっておき、評価値から位置ズレ量が大きいと推定される場所では、探索範囲Ｒの中心からの距離が小さい場所より探索範囲Ｒの中心からの距離が大きいほど探索範囲Ｒ内の小領域とテンプレートｒとの相関が高くを評価されるようにし、評価値から位置ズレ量が小さいと推定される場所では、探索範囲Ｒの中心からの距離が小さい場所より探索範囲Ｒの中心からの距離が大きいほど探索範囲Ｒ内の小領域とテンプレートｒとの相関が低く評価されるようにしてもよい。
【００６５】
具体的には、探索条件設定手段４３で、位置ズレ量が大きい場所では、探索範囲Ｒの中心からの距離が小さい場所では重みを小さくして、探索範囲Ｒの中心からの距離が大きくなるほど重みが大きくなるように設定しておき、位置ズレ量が小さい場所では、探索範囲Ｒの中心からの距離が小さい場所では重みを大きくして、探索範囲Ｒの中心からの距離が大きくなるほど重みが小さくなるように設定しておいて、位置合わせ手段４５で、探索範囲Ｒ内の小領域とテンプレートｒとの相関を表す相関評価値を、下式（２）で求める。
【００６６】
相関評価値＝探索範囲Ｒ内の小領域とテンプレートｒの相関値×重み      （２）
この相関評価値が高いところを対応位置として選択するようにする。
【００６７】
このように、位置ズレ量が大きいと推定されるところでは探索範囲Ｒの中心からの距離が大きいほど相関が高く評価されるようにすることで、探索中心から離れたところで制御点Ｑの対応点を検出することができる。つまり、同程度の相関がある小領域が探索範囲Ｒ内に２以上存在する場合には中心からの距離が大きい場所にある小領域を対応位置として判断し、その小領域から制御点Ｑの対応点を検出することになる。反対に、位置ズレ量が小さいと推定されるところでは探索範囲Ｒの中心からの距離が小さいほど相関が高く評価されるようにすることで、探索中心に近いところで制御点Ｑの対応点を検出することになる。
【００６８】
また、テンプレートマッチングにおいて、制御点Ｑの座標と制御点Ｑに対応する対応点の差分を制御点Ｑ上のシフトベクトルＶとして求めているので、求めたシフトベクトルＶの大きさは画素のピクセル数で表されるが、本来の臓器（組織）の位置ズレ量はピクセル間の大きさより小さいものも存在するはずである。そこで、テンプレートｒの探索精度を小さくして、シフトベクトルＶをサブピクセル精度で求めるのが望ましい。実際にサブピクセル精度の探索を行う場合には、画素（サンプリング点）の存在しない位置における画素値を求めなければならなくなる。そこで、周囲の画素の画素値を用いて補間処理することで、画素１ピクセルよりも小さいサブピクセル精度で計算することができる。サブピクセル精度のテンプレート探索を行うことで、位置合せの精度は向上するが、探索数も劇的に増加するため、著しく処理時間が増加してしまう。そこで、多重解像度分解や繰り返し型Coarse-to-Fine処理を用いて、始めは粗く探索する局所位置合せを行い、徐々に精度を上げながら繰り返し位置合せを行うことで計算コストを抑えることができる。
【００６９】
上述では、テンプレートマッチングを行う際に位置ズレ量の評価値に応じて、探索範囲や相関評価値を変えて、位置ズレ量が大きいところは制御点から遠い場所から対応位置を探索できるようにし、位置ズレ量が小さいところは制御点に近い場所から対応位置を探索できるようにしているが、変形回数、テンプレートサイズ、探索精度、制御点の間隔を変えることによって、同様の結果が得られるようにしてもよい。
【００７０】
例えば、変形回数は増加させるほど、最終的な位置合わせ精度は向上する。従って、位置ズレ量の大きい部分では変形回数を増加させて、位置ズレ量が大きい部分の精度を向上させることで、画像全体として、安定かつ高精度な位置合わせ結果を得ることができる。
【００７１】
テンプレートサイズについてみると、テンプレートサイズは大きくするほど、注目画素（テンプレートの中心画素）から離れた画素までマッチングに使用されることになる。そこで、位置ズレ量の大きい部分では、注目画素から離れた領域でも位置ズレが起きている可能性が高いため、テンプレートサイズを大きくすることで精度が向上する。一方、位置ズレ量の小さい部分では、注目画素から離れた領域で位置ズレが起きていない可能性が高いため、テンプレートサイズを小さくすることで精度が向上する。
【００７２】
また、一般的に、探索精度はサブピクセルレベルまで上げた方が、より好ましい結果が得られる。そこで、エネサブでは、肋骨の位置合わせ精度が重要視されるため、位置ズレ量が小さい部分で探索精度を上げる必要があるが、位置ズレ量が大きい部分では、無理矢理変形することによる不自然なアーチファクトを抑制する目的で、探索精度を下げておいた方が好ましい結果が得られる。
【００７３】
あるいは、ユーザの要求する精度に応じて探索精度を変更するようにしてもよい。特に肋骨重視で精度を向上させたい場合は、位置ズレ量が小さい部分で探索精度を上げるようにする。一方、心臓重視で精度を向上させたい場合は、位置ズレ量が大きい部分で探索精度を上げるようにする。
【００７４】
また、制御点間隔は狭くするほど、局所的な変形が可能となる。そこで、肋骨などの剛体（軟部組織ではないところ）であって位置ズレ量が小さい部分では、制御点間隔を広くすることで、ミスレジストレーションによる局所的な変形が抑えられる。一方、心臓などの、軟部組織で、位置ズレ量が大きい部分では、制御点間隔を狭くすることで、局所的な変形に対応することができ位置合わせ精度が向上する。
【００７５】
上述では、２つの成分画像より独立性を評価することにより位置ズレ量を評価する方法について説明したが、成分画像を生成せずに元の放射線画像のテクスチャーから位置ズレ量を評価しても良い。
【００７６】
この場合、位置合わせ装置４は、図９に示すように、放射線画像記憶手段４１と、評価手段４２ａと、探索条件設定手段４３と、位置合わせ手段４５とを備えるように構成し、評価手段４２ａで放射線画像記憶手段４１に記憶されている元の放射線画像のテクスチャーから位置ズレ量を評価して評価値を求め、探索条件設定手段４３でこの評価値に応じて探索条件を設定した後に、位置合わせ手段４５で２枚の放射線画像の位置合わせを行うようにする。
【００７７】
あるいは、探索条件を各組織の解剖学的な知識に基づいて設定するようにしても良い。例えば、心臓の周辺では大きな位置ズレが生じ、骨の部分では位置ズレが小さいことに注目して、元の放射線画像から心臓や肋骨といった各組織（あるいは、臓器）を検出して、心臓の近くには位置ズレ量が大きいときの探索条件を設定し、肋骨部分には位置ズレ量が小さいときの探索条件を設定するようにしてもよい。
【００７８】
この場合、位置合わせ装置４は、図１０に示すように、放射線画像記憶手段４１と、探索条件設定手段４３ｂと、位置合わせ手段４５とを備えるように構成し、探索条件設定手段４３ｂで放射線画像記憶手段４１に記憶されている放射線画像のいずれかから心臓や肋骨といった各組織を検出して、心臓の近くでは位置ズレ量が大きいときの探索条件を設定し、肋骨部分には位置ズレ量が小さいときの探索条件を設定した後に、位置合わせ手段４５で２枚の放射線画像の位置合わせを行うようにする。
【００７９】
上述では、胸部を撮影した放射線画像について説明したが、位置ズレ量が大きい組織と位置ズレ量が小さい組織の双方を含む他の部位についても適用することができる。
【００８０】
上述では、読影ワークステーションで位置合わせを行う場合について説明したが、撮影装置のコンソール上で確認できるように、撮影装置の制御部に上記の各機能を組み込んで２つの放射線画像を位置合わせして、位置合わせした放射線画像を用いて成分画像を生成するようにしてもよい。
【００８１】
以上、詳細に説明したように、位置ズレ量を位置合わせ前に事前に推定することにより、位置合わせを正確に行うための条件を予め設定し、その条件に従って位置合わせを行うことにより、正確な位置合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】医療情報システムの概略構成図
【図２】位置合わせ装置の概略構成図（その１）
【図３】成分画像の生成方法を説明するための図
【図４】テンプレートマッチングを説明するための図
【図５】画像全体の探索範囲を一様にしたときの位置合わせエラーの出現頻度を表す図
【図６】位置ズレ量の評価値の分布の一例
【図７】位置ズレ量の評価値（ＮＭＩの値）と探索範囲の設定方法を説明するための図
【図８】２枚の放射線画像から成分画像を生成するときの処理の流れを表したフローチャート
【図９】位置合わせ装置の概略構成図（その２）
【図１０】位置合わせ装置の概略構成図（その３）
【符号の説明】
【００８３】
１  放射線画像撮影システム
２  放射線画像撮影装置
３  画像管理サーバ
４  読影ワークステーション
５  ネットワーク
４１  放射線画像記憶手段
４２  評価手段
４３  探索条件設定手段
４５  位置合わせ手段
４６  成分画像生成手段
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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