JP2012249960A - 医用画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血管が複雑に入り組んでいるような部位であっても、正確でかつ誤りのないカテーテル操作に資する立体的な画像を提供する。
【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、２方向から患部をＸ線撮影する撮影部と、前記撮影部から出力される撮影信号から前記２方向に対応する２つのＸ線透視画像を生成する透視画像生成部と、予め取得した３次元画像データに含まれる前記患部を、前記Ｘ線透視画像の撮影と同一のＸ線ジオメトリで２方向から投影して２つの患部レンダリング画像を生成するレンダリング画像生成部と、対応する方向の前記Ｘ線透視画像と前記患部レンダリング画像とを夫々合成して前記２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つの前記合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置に出力する画像合成部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置に関する。

カテーテル治療の１つに動脈瘤に対するコイリング治療がある。コイリング治療では、カテーテルの先端を動脈瘤の中に挿入し、カテーテルの先端から細く柔らかいコイルを出して動脈瘤の内部をコイルで充填する。カテーテルの先端を動脈瘤の中の何処に置くかはコイリング治療において極めて重要である。そこで、通常、Ｘ線撮影装置を用いて動脈瘤の近傍を撮影し、ディスプレイに表示されるリアルタイムの撮影画像をモニタしながら治療を行う。

カテーテル治療に使用されるＸ線撮影装置には、通常のシングルプレーンのＸ線撮影装置のほか、２方向から同時に撮影することができるバイプレーン型のＸ線撮影装置や、２つのＸ線焦点を有するステレオＸ線管球を具備するＸ線撮影装置、或いは被検体の周囲を１つのＸ線管球を回転させつつ撮影し、ステレオ視観察が可能な画像を生成するＸ線撮影装置（特許文献１等）などがある。

特開平３−１２３５３７号公報

上述したステレオＸ線管球を具備するＸ線撮影装置や、被検体の周囲を１つのＸ線管球を回転させつつ撮影するＸ線撮影装置により、患部のステレオ視が可能となり患部を立体的に観察することができる。

しかしながら、頭部には多数の血管が複雑に入り組んで走行している。また、前述したように、頭部動脈瘤のコイリング治療等では、カテーテルの先端の設置位置が非常に重要となるが、従来のステレオ視画像では必ずしも満足のいく奥行き間や立体感を術者に与えることはできていなかった。

そこで、血管が複雑に入り組んでいるような部位であっても、動脈瘤等の患部やその周囲の血管の前後左右の位置関係を術者に容易に把握させ、正確でかつ誤りのないカテーテル操作に資する立体的な画像を提供する医用画像処理装置が要望されている。

実施形態に係る医用画像処理装置は、２方向から患部をＸ線撮影する撮影部と、前記撮影部から出力される撮影信号から前記２方向に対応する２つのＸ線透視画像を生成する透視画像生成部と、予め取得した３次元画像データに含まれる前記患部を、前記Ｘ線透視画像の撮影と同一のＸ線ジオメトリで２方向から投影して２つの患部レンダリング画像を生成するレンダリング画像生成部と、対応する方向の前記Ｘ線透視画像と前記患部レンダリング画像とを夫々合成して前記２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つの前記合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置に出力する画像合成部と、
を備えたことを特徴とする。

第１の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。 ３次元画像データ生成の処理例を示すフローチャート。 ステレオＸ線管球方式のＸ線ジオメトリを説明する図。 撮影時に使用するＸ線ジオメトリとレンダリングに使用する同一のＸ線ジオメトリとの関係を説明する図。 第１の実施形態における合成視差画像の生成概念を説明する図。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。 バイプレーン方式のＸ線ジオメトリを説明する図。 第３の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図。 第３の実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。 マスク画像を用いて治療デバイスのみが抽出された治療デバイス画像の生成方法を説明する図。 第３の実施形態における合成視差画像の生成概念を説明する図。 第４の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図。 第４の実施形態における第１のＸ線ジオメトリとレンダリングに使用する第２のＸ線ジオメトリとの関係を説明する図。 第４の実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。 ２方向の治療デバイス画像を用いて３次元デバイス画像データを生成し、さらにデバイスレンダリング画像を生成する方法を説明する図。 第４の実施形態における合成視差画像の生成概念を説明する図。 第５の実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。 第５の実施形態における第１のＸ線ジオメトリとレンダリングに使用する第２のＸ線ジオメトリとの関係を説明する図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（１）第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置１の構成例を示すブロック図である。医用画像処理装置１は、撮影部１０、Ｘ線透視画像生成部２０、レンダリング画像生成部３０、画像合成部４０、サブトラクション部８０、３次元画像データ再構成部８１、３次元画像データ保存部８２等を備えて構成される。

第１の実施形態における撮影部１０はステレオＸ線管球方式である。第１及び第２の２つのＸ線焦点を有しており、第１及び第２のＸ線焦点のそれぞれを切り替えながら出射されるＸ線を１つのＸ線検出部で検出し、２方向から患部をＸ線透視撮影する。

Ｘ線透視画像生成部２０は、撮影部１０から出力される撮影信号から２方向に対応する２つのＸ線透視画像を生成する。

レンダリング画像生成部３０は、３次元画像データ保存部８２に保存されている３次元画像データを、撮影部１０におけるＸ線透視画像の撮影と同一のＸ線ジオメトリで２方向から投影し、２つのボリュームレンダリング画像を生成する。３次元画像データは同一患者の患部を含む３次元ボリュームデータであり、Ｘ線透視画像の撮影前に予め取得されるデータである。ボリュームレンダリング画像には患部の画像データが含まれているため、患部レンダリング画像と呼ぶ場合もある。

画像合成部４０は、対応する方向のＸ線透視画像とボリュームレンダリング画像とを夫々合成して２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つの合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置１００に出力する。

３Ｄディスプレイ装置１００は、眼鏡方式の３Ｄディスプレイでもよいし、専用の眼鏡を必要としない裸眼方式の３Ｄディスプレイでもよい。眼鏡方式では、画像合成部４０から出力される２つの合成視差画像（１）、（２）、即ち、左視差用の画像と右視差用の２つの視差画像を、偏光フィルタ付の眼鏡や液晶シャッタ付の眼鏡で分離することにより、立体物の奥行き感を観察者に与える。

裸眼方式の３Ｄディスプレイは、左視差用の画像と右視差用の２つの視差画像、或いは２つの視差画像を合成してさらに多視差（例えば９視差）方向に分解した多視差画像を、レンチキュラーレンズと呼ばれるシリンドリカルレンズで複数の視差方向に振り分ける。この結果、専用の眼鏡なしでも立体物の奥行き感を観察者に与えることができる。また、裸眼方式の３Ｄディスプレイの場合には、観察者がディスプレイ装置の周りを移動した場合に、あたかも実際の立体物を周りこんで観察したかのような立体感を観察者に与えることもできる。

サブトラクション部８０及び３次元画像データ再構成部８１の動作は後述する。

上記のように構成された医用画像処理装置１の詳しい動作を、図２のフローチャートで説明する。

ステップＳＴ１では、血管３次元画像データを生成し、３次元画像データ保存部８２に保存する。図３は、ステップＳＴ１の細部動作を示すフローチャートである。

図３のステップＳＴ１０では、患者に造影剤を注入する前に、Ｘ線管球を患者の周りに回転させ、患者の透視画像を連続的に撮影する。そして、造影剤なしの状態での患者周りＸ線透視画像を取得する（ステップＳＴ１１）。

次に、患者に造影剤を注入して（ステップＳＴ１２）、Ｘ線管球を患者の周りに回転させ（ステップＳＴ１３）、こんどは造影剤有りの状態での患者周りＸ線透視画像を取得する（ステップＳＴ１４）。次に、取得した造影剤なし／有りでのＸ線透視画像をサブトラクションし、患者周りのサブトラクション画像を生成する（ステップＳＴ１５）。サブトラクションによって血管以外の実質部が相殺されるため、サブトラクション画像は血管のみが抽出された画像となる。次に、生成した患者周りのサブトラクション画像を再構成し、血管のみが抽出された血管３次元画像データを再構成する（ステップＳＴ１６）。再構成のアルゴリズムは特に限定するものではないが、例えば、Feldkamp等によって提案された重み付きFiltered Backprojection法を用いる。そして、再構成した血管３次元画像データを３次元画像データ保存部８２に保存する（ステップＳＴ１７）。

なお、血管３次元画像データは、上記のように本装置の撮影部１０を使用して取得しても良いが、他のモダリティ、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置２００を使用して予め取得しておいても良い。

上記の各ステップのうち、ステップＳＴ１１、ＳＴ１４及びＳＴ１５の処理は前述したサブトラクション部８０で行われる。また、ステップＳＴ１６の処理は３次元画像データ再構成部８１で行われる。

図２に戻り、ステップＳＴ２では、ステレオＸ線管球を用いて患部を透視撮影するときのＸ線ジオメトリ情報を撮影部１０から取得してレンダリング画像生成部３０に与える。

図４（ａ）、（ｂ）は、ステレオＸ線管球方式のＸ線ジオメトリを説明する図である。Ｘ線ジオメトリとは、図４（ｂ）に示すように、２つのＸ線管球の焦点１、焦点２と、患部の中心（アイソセンタ）を通る２本のＸ線中心軌跡が交差するときの交差角θ、交差位置、及び拡大率等で定まる幾何学的位置関係のことである。

図２のステップＳＴ３では、透視撮影時と同じＸ線ジオメトリで、保存している血管３次元画像データを２方向から投影し、２つの患部レンダリング画像（１）、（２）を生成する。図５（ｂ）は、２つの患部レンダリング画像の生成の様子を模式的示す図である。患部レンダリング画像の生成はレンダリング画像生成部３０が行う。生成された患部レンダリング画像はレンダリング画像生成部３０内の適宜のメモリに保存される。図６の中央には、頭部の血管のみが抽出された患部レンダリング画像（１）（左視差用）と、患部レンダリング画像（右視差用）（２）の模式的な画像を示している。

医師がカテーテル等の治療デバイスを患部、例えば頭部の動脈瘤までの移動を開始すると（ステップＳＴ４）、設定したＸ線ジオメトリによる２方向からのＸ線透視撮影画像が、治療中に継続的に取得・生成される（ステップＳＴ５）。図５（ａ）は、Ｘ線透視撮影画像（１）、（２）を２方向から撮影する状況を説明する図である。また、図６の左側には、動脈瘤の位置までカテーテルの先端を移動させたときの、Ｘ線透視画像（１）（左視差用）と、Ｘ線透視画像（２）（右視差用）の模式的な画像を例示している。Ｘ線透視撮影画像の生成は、Ｘ線透視画像生成部２０が行う。

ステップＳＴ６では、図６に示すように、２方向からの２つのＸ線透視撮影画像（１）、（２）と、同じＸ線ジオメトリで投影された２つの患部レンダリング画像（１）、（２）を方向ごとに合成し、２方向の合成視差画像を生成する。合成視差画像の生成は画像合成部４０が行う。

画像合成部４０は生成した２方向の合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置１００に出力して、３Ｄディスプレイ装置１００に合成画像を３Ｄ表示する（ステップＳＴ７）。

医師等の操作により、Ｘ線ジオメトリに変更があった場合はステップＳＴ２の戻り、変更が無い場合には処理を終了する（ステップＳＴ８）。

第１の実施形態に係る医用画像処理装置１によれば、血管の走行が複雑な頭部動脈瘤等の治療においても、ステレオＸ線管球による左右の視差方向のＸ線透視画像と、頭部の３次元血管画像をＸ線透視撮影と同一のＸ線ジオメトリで投影したレンダリング画像とが重ね合わせられた状態で３Ｄディスプレイ装置１００に表示されるため、血管の走行が複雑な頭部動脈瘤等のコイリング治療においても、カテーテル等の操作を容易かつ正確に行うことが可能となる。

（２）第２の実施形態
図７は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置１ａの構成例を示すブロック図である。第２の実施形態の撮影部１０ａはバイプレーン方式によって２方向から患部をＸ線透視撮影する。バイプレーン方式の撮影部１０ａは、図９（ａ）に示すように、Ｆ側（Front側）とＬ側（Lateral側）の２つのアームを有しており、夫々のアームにはＦ側Ｘ線管球とＦ側Ｘ線検出部、及びＬ側Ｘ線管球とＬ側Ｘ線検出部が設けられている。バイプレーン方式の撮影部１０ａで患部をステレオ撮影する場合には、Ｆ側Ｘ線管球とＬ側Ｘ線管球とを可能な限り接近させ視差角度をなるべく小さく設定する。

図８は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置１ａの動作例を示すフローチャートである。ステップＳＴ２０では、Ｘ線管球を患者の周りに回転させて血管３次元画像データを生成し保存する。基本的な処理の流れは第１の実施形態のステップＳＴ１０〜ＳＴ１７（図３）と同じであるが、患者の周りを回転させるアームはＦ側或いはＬ側のいずれか一方で良い。

ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理は第１の実施形態と同様であるが、第２の実施形態におけるＸ線ジオメトリは、図９（ｂ）に示すようにＦ側アームとＬ側アームとの位置関係に依存して決まる。

ステップＳＴ２４及びステップＳＴ２６の処理はバイプレーン方式に固有の処理である。ステレオＸ線管球方式の場合、Ｘ線管球は左右に２つあるものの、Ｘ線検出部は１つであるため左右のＸ線管球は交互にオン・オフする。つまり一方のＸ線管球がオンのときは他方のＸ線管球はオフとなる。これに対して、バイプレーン方式における通常の撮影は、Ｆ側とＬ側の夫々のＸ線管球を同時にオンとする。このため、Ｆ側のＸ線管球による散乱線がＬ側のＸ線検出部で検出され、逆にＬ側のＸ線管球による散乱線がＦ側のＸ線検出部で検出される。ステップＳＴ２４及びステップＳＴ２６は散乱線の影響を排除するための処理である。

ステップＳＴ２４では、Ｆ側のＸ線管球のみをオンにしたときにＬ側のＸ線検出部で検出される信号を平均してＬ側の散乱線データを求める。次に、Ｌ側のＸ線管球のみをオンにしたときにＦ側のＸ線検出部で検出される信号を平均してＦ側の散乱線データを求める。この処理はＸ線透視画像生成部２０ａで行われ、求めたＬ側とＦ側の散乱線データは適宜にメモリ保存される。ステップＳＴ２４の処理は、撮影開始直後の所定期間、例えば１フレーム分の期間だけ行えばよい。

散乱線データの取得が終わると、ステップＳＴ２５において、設定したＸ線ジオメトリによるＸ線透視撮影が開始され、治療中のＸ線透視画像が継続的に取得される。この透視撮影では、Ｆ側とＬ側のＸ線管球は同時にオンとされため散乱線の影響を受けている。

そこで、ステップＳＴ２６において、取得したＸ線透視画像から保存してある散乱線データを減算し、散乱線の影響が取り除かれる。

ステップＳＴ２７〜ＳＴ２９までの処理は第１の実施形態と同様であり、図６に示すように左右のＸ線透視画像（１）、（２）と、患部レンダリング画像（１）、（２）が方向ごとに合成され、３Ｄディスプレイ装置１００に患部の画像が立体表示される。

第２の実施形態に係る医用画像処理装置１ａによれば、バイプレーン方式の透視撮影においても、第１の実施形態と同様に、Ｆ側とＬ側の２つのステレオＸ線管球による左右の視差方向のＸ線透視画像と、頭部の３次元血管画像をＸ線透視撮影と同一のＸ線ジオメトリで投影したレンダリング画像とが重ね合わせられた状態で３Ｄディスプレイ装置１００に表示されるため、血管の走行が複雑な頭部動脈瘤等のコイリング治療においても、カテーテル等の操作を容易かつ正確に行うことが可能となる。

（３）第３の実施形態
図１０は、第３の実施形態に係る医用画像処理装置１ｂの構成例を示すブロック図である。第３の実施形態に係る医用画像処理装置１ｂは、第１、第２の実施形態におけるＸ線透視画像生成部２０、２０ａに換えて、マスク画像生成部５０とサブトラクション部５２を有する。図１１は、第３の実施形態に係る医用画像処理装置１ｂの動作例を示すフローチャートである。なお、第３の実施形態では、ステレオＸ線管球方式とバイプレーン方式との処理はほぼ同じであるため、共通のブロック図（図１０）とフローチャート（図１１）で説明する。

図１１のステップＳＴ３０からステップＳＴ３２までの処理は第１、第２の実施形態と同じであり、説明を省略する。

ステップＳＴ３３では、カテーテル等の治療デバイスを患者に挿入する前に、設定したＸ線ジオメトリによる２方向からのＸ線透視撮影画像を取得してマスク画像を生成する。マスク画像は、例えば、同じ方向の複数のＸ線透視撮影画像の画素値を平均して生成する。マスク画像には、図１２の中央に示すように、血管や動脈瘤の患部とその周囲の実質部のみが撮影された画像であり、カテーテル等の治療デバイスは含まれていない。マスク画像の生成はマスク画像生成部５０で行われる。生成された左右の視差方向のマスク画像（１）、（２）はマスク画像生成部５０内の適宜のメモリに保存される。

治療が開始されると、カテーテル等の治療デバイスは患部に向かって移動され（ステップＳＴ３４）、この間、設定したＸ線ジオメトリによる２方向からのＸ線透視撮影画像が継続的に取得される（ステップＳＴ３５）。このとき取得されるＸ線透視撮影画像には、図１２の左側に示すように、血管や動脈瘤の患部とその周囲の実質部のほか、カテーテル等の治療デバイスが含まれている。

ステップＳＴ３６では、継続的に取得されるＸ線透視撮影画像（１）、（２）から先に保存したマスク画像（１）、（２）を逐次サブトラクションしてゆく。サブトラクションにより、取得したＸ線透視撮影画像の中から血管や動脈瘤の患部とその周囲の実質部が取り除かれ、図１２の右側に示すように、治療デバイスのみが抽出された治療デバイス画像（１）、（２）が生成される。ステップＳＴ３５及びステップＳＴ３６の処理は、サブトラクション部５２で行われる。

ステップＳＴ３７では、図１３に示すように、生成された治療デバイス画像（１）、（２）と、ステップＳＴ３２で生成されて保存されている患部レンダリング画像（１）、（２）とが夫々合成される。そして、合成視差画像が３Ｄディスプレイ装置１００に出力されて３Ｄ表示される（ステップＳＴ３８）。Ｘ線ジオメトリが医師等の操作によって変更された場合にはステップＳＴ３１に戻る（ステップＳＴ３９）。

第３の実施形態に係る医用画像処理装置１ｂによれば、カテーテル等の治療デバイスの形状やその動きのみが抽出された治療デバイス画像が患部レンダリング画像と合成されて表示されるため、第１、第２の実施形態における効果に加えて、治療デバイスの動きの視認が容易となり、デバイスの操作性や治療の精度が向上する。また、サブトラクションによって得られる治療デバイス画像のみでは、治療対象の血管との位置関係を認識することができないが、治療デバイス画像と患部レンダリング画像とを合成することにより、そのような不都合は発生しない。

（４）第４の実施形態
図１４は、第４の実施形態に係る医用画像処理装置１ｃの構成例を示すブロック図である。第４の実施形態に係る医用画像処理装置１ｃは、第３の実施形態の構成（図１０）に加えて、ジオメトリ変換部６０、ユーザインタフェース６２、再構成部７０、第１のレンダリング画像生成部９０を有する構成である。なお、第２のレンダリング画像生成部３０は、図１０におけるレンダリング画像生成部３０と実質的に同じものである。

第４の実施形態では、Ｘ線透視撮影時に使用されるジオメトリ（第１のＸ線ジオメトリ）をこれとは異なる第２のＸ線ジオメトリに変換し、この第２のＸ線ジオメトリを用いて血管３次元画像データを投影して２方向から見た患部レンダリング画像を生成する。また、第３の実施形態で３Ｄ表示に用いた２方向からの治療デバイス画像を一旦３次元画像データ（以下、デバイス３Ｄ画像データという）に変換し、このデバイス３Ｄ画像データを同じく第２のＸ線ジオメトリを用いて投影し、デバイスレンダリング画像を生成する。そして、いずれも第２のＸ線ジオメトリで２方向から投影（レンダリング）されたデバイスレンダリング画像と患部レンダリング画像とを合成して３Ｄディスプレイ装置１００に出力する。

図１５は、実際のＸ線透視撮影で使用される第１のＸ線ジオメトリ（図１５（ａ））と、第４の実施形態でのレンダリング処理に使用する第２のＸ線ジオメトリ（図１５（ｂ））との関係を模式的に示す図である。第４の実施形態で使用する第２のＸ線ジオメトリは、図１５（ｂ）に示すように、患部と視点（Ｘ線管球の焦点に相当）との間の距離（交差位置）を、実際の撮影における患部とＸ線管球の焦点との間の距離よりも小さくしている。つまり、第２のＸ線ジオメトリでは、２つのＸ線中心軌跡の交差角θを第１のＸ線ジオメトリよりも大きくし、拡大率も第１のＸ線ジオメトリの拡大率よりも大きくする。第２のＸ線ジオメトリは、第１のＸ線ジオメトリに比べて患部をより近くで、かつより拡大して観察することが可能なジオメトリである。この結果、カテーテルの先端を動脈瘤の中に設置するような場合、カテーテル先端の奥行き方向の位置ズレを認識しやすくなる。

図１６は、第４の実施形態に係る医用画像処理装置１ｃの動作例を示すフローチャートである。ステップＳＴ４０とステップＳＴ４１の処理はステップＳＴ３０及びステップＳＴ３１（図１１）と同じである。

ステップＳＴ４２において精細モードか観測モードかが判定される。精細モードと観測モードは、医師等によるユーザインタフェース６２の操作に基づいて設定される。精細モードは、患部をより近くで、より拡大して観察するようなときに設定されるモードである。詳細モードが設定されると、ステップＳＴ４３において、第１のＸ線ジオメトリの交差角よりも大きな交差角をもつ第２のＸ線ジオメトリが設定される。

第２のＸ線ジオメトリを用いて投影した画像は患部を通常よりも近接して観察可能な、精度の高い画像であるが、この画像を長時間注視すると疲労感を観察者に与える。そこで、このような場合には、詳細モードから観察モードへの切り換えが可能な構成とする。観察モードでは、第１のＸ線ジオメトリの交差角と同じ、またはより小さな交差角をもつ第２のＸ線ジオメトリが設定される（ステップＳＴ４４）。ステップＳＴ４３またはステップＳＴ４４で設定された第２のＸ線ジオメトリは、ステップＳＴ４５以下の処理で使用される。

なお、図１６のフローチャートでは、第２のＸ線ジオメトリとして、詳細モードと観察モードの２種類の切り換えを例示しているが、ユーザインタフェース６２を介して詳細に、或いは多段階に設定できるように構成してもよい。

ステップＳＴ４５では、保存している血管３次元画像データを、第２のＸ線ジオメトリで２方向から投影し、２方向から見た患部レンダリング画像を生成する。詳細モードが選択されている場合には、図１８の左側に示すような、患部が拡大された患部レンダリング画像が生成される。

ステップＳＴ４６からステップＳＴ４９までの処理は、第３の実施形態におけるステップＳＴ３３からステップＳＴ３６（図１１）の処理と同じであり、マスク画像を用いて、治療デバイスのみが抽出された治療デバイス画像が２方向分、逐次生成される。

ステップＳＴ５０では、治療デバイスを２方向から見た治療デバイス画像（１）、（２）から、３次元デバイス画像データが再構成される。図１８の中央左の図は、再構成された３次元デバイス画像データを模式的に示す図である。

治療デバイス画像（１）、（２）から、カテーテル等の治療デバイスを２方向の線状成分して検出することができる。そこで、この２方向の線状成分に基づいて線状形状を３次元データとして再構成することが可能となる。再構成の手法としては、２方向の線状成分の位置関係から幾何学的に３次元データを再構成する手法がある。また、公知文献（”Reconstruction of blood vessels from an insufficient number of projections obtained from venography”, Satoru Ohishi et al, Optical Communications 102 (1993) 425-431）に記載される先験情報付の逐次近似再構成法を用いてもよい。先験情報としては、連続しているものは信号である可能性が高いという信号の３次元的な連続性や、体積が小さい方がカテーテル等の治療デバイスに近いという体積情報を用いることができる。

なお、治療デバイス全体の画像を再構成する必要は必ずしもなく、カテーテルの先端のみを再構成してもよい。また、カテーテルの先端の代わりに先端部につけられたマーカを抽出し、そのマーカを再構成してもよい。３次元デバイス画像データの生成は、再構成部７０で行われる。

ステップＳＴ５１では、３次元デバイス画像データを、第２のＸ線ジオメトリで２方向から投影し（即ち、ボリュームレンダリングし）、２方向のデバイスレンダリング画像（１）、（２）を生成する。このとき、精細モードが設定されていると、図１７の右側に示すように第１のＸ線ジオメトリで見た治療デバイス画像に比べて、治療デバイスにより接近した拡大されたデバイスレンダリング画像（１）、（２）が生成される。

ステップＳＴ５２では、２方向からのデバイスレンダリング画像と、患部レンダリング画像とが方向ごとに合成され、２方向の合成視差画像が生成される。生成された合成視差画像は３Ｄディスプレイ装置１００に出力され、ここで３Ｄ表示される。

図１８は、精細モードが設定されているときの合成視差画像の生成概念を示す図である。精細モーで用いられる第２のＸ線ジオメトリは、患部を視点に接近させたジオメトリであるため、患部レンダリング画像もデバイスレンダリング画像もいずれも拡大された画像となる。この拡大は、単なる２次元平面上での拡大ではなく、患部の奥行き方向の情報が反映された拡大である。したがって、患部を通常よりも近接して観察することができ、精度の高い治療が可能となる。

（５）第５の実施形態
第５の実施形態は第４の実施形態と類似するが、相違点は、１）撮影部としてステレオＸ線管球方式ではなくバイプレーン方式を使用する点と、２）第１のＸ線ジオメトリにおける交差角を比較的大きく設定してＸ線透視撮影を行う一方、第２のＸ線ジオメトリにおける交差角を第１のＸ線ジオメトリにおける交差角よりも小さく設定する点である。

図１９は、第５の実施形態の動作例を示すフローチャートである。第４の実施形態のフローチャートとの相違点はステップＳＴ６１及びステップＳＴ６２である。ステップＳＴ６０は第４の実施形態におけるステップＳＴ４０と同じであり、ステップＳＴ６３からステップＳＴ７２は、第４の実施形態におけるステップＳＴ４５からステップＳＴ５４までと同じであるため説明を省略する。

ステップＳＴ６１では、バイプレーン方式のＦ側とＬ側のアームによる患部のＸ線透視撮影に使用する第１のＸ線ジオメトリ情報を取得する。ここで、第１のＸ線ジオメトリにおけるＸ線中心軌跡の交差角θ１は比較的大きな値、例えば４５度以上、９０度未満の範囲に設定される（図２０（ａ）参照）。

一方、ステップＳＴ６２では、第１のＸ線ジオメトリの交差角よりも小さな交差角をもつ第２のＸ線ジオメトリを設定する。

第５の実施形態では、交差角の大きな第１のＸ線ジオメトリによって患部のＸ線透視撮影が行われるため、撮影時における患部の角度情報を高い精度で取得することができる。しかしながら、この広い交差角をそのまま視差角として投影してレンダリング画像を生成して３Ｄ表示すると、観察者の負担が大きく疲労しやすくなる。そこで、交差角を撮影時よりも小さく設定した第２のＸ線ジオメトリを用いてデバイスレンダリング画像と患部レンダリングを生成し、これらを合成した合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置１００に出力するものとしている。この結果、高い精度の角度情報をもつ３Ｄ表示画像を観察者に負担無く表示させることが可能となる。

以上説明してきたように、各実施形態に係る医用画像処理装置によれば、血管が複雑に入り組んでいるような部位であっても、動脈瘤等の患部やその周囲の血管の前後左右の位置関係を術者に容易に把握させ、正確でかつ誤りのないカテーテル操作に資する立体的な画像を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 医用画像処理装置
１０ 撮影部
２０ Ｘ線透視画像生成部
３０ レンダリング画像生成部（第２のレンダリング画像生成部）
４０ 画像合成部
５０ マスク画像生成部
５２ サブトラクション部
６０ ジオメトリ変換部
７０ 再構成部
８２ ３次元画像データ保存部
９０ 第１のレンダリング画像生成部

Claims (15)

1. ２方向から患部をＸ線撮影する撮影部と、
   前記撮影部から出力される撮影信号から前記２方向に対応する２つのＸ線透視画像を生成する透視画像生成部と、
   予め取得した３次元画像データに含まれる前記患部を、前記Ｘ線透視画像の撮影と同一のＸ線ジオメトリで２方向から投影して２つの患部レンダリング画像を生成するレンダリング画像生成部と、
   対応する方向の前記Ｘ線透視画像と前記患部レンダリング画像とを夫々合成して前記２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つの前記合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置に出力する画像合成部と、
   を備えたことを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記Ｘ線ジオメトリは、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差角、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差位置、及び前記２方向のＸ線撮影のそれぞれの拡大率、で定まる幾何学的位置関係である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記撮影部は、第１及び第２のＸ線焦点を有し、前記第１及び第２のＸ線焦点のそれぞれを切り替えながら出射されるＸ線を１つのＸ線検出部で検出するステレオ管球方式によって構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
4. 前記撮影部は独立して回転可能な第１及び第２にアームを具備し、前記第１のアームには第１のＸ線管球と第１のＸ線検出部を有し、前記第２のアームには第２のＸ線管球と第２のＸ線検出部を有するバイプレーン方式によって構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
5. 前記透視画像生成部は、
   前記第２のＸ線管球のみをオンとしたときに前記第１のＸ線検出部で検出される第１の散乱線データと、前記第１のＸ線管球のみをオンとしたときに前記第２のＸ線検出部で検出される第２の散乱線データとを取得し、
   前記第１及び第２のアームで同時に撮影される第１及び第２の撮影信号から前記第１及び第２の散乱線データを減算して、前記２つのＸ線透視画像を生成し、
   前記画像合成部は、前記第１及び第２の散乱線データが減算された前記２つのＸ線透視画像と前記２つの患部レンダリング画像とを夫々合成する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の医用画像処理装置。
6. ２方向から患部をＸ線撮影する撮影部と、
   前記患部を治療するデバイスを前記患部に近接させる前に前記患部を撮影して前記２方向に対応する第１及び第２のマスク画像を生成するマスク画像生成部と、
   前記デバイスを前記患部に近接させながら前記患部を撮影して前記２方向に対応する第１及び第２のＸ線透視画像を生成し、生成した前記第１及び第２のＸ線透視画像から前記第１及び第２のマスク画像をサブトラクションして、前記デバイスの動きが抽出された第１及び第２の治療デバイス画像を生成するサブトラクション処理部と、
   予め取得した３次元画像データに含まれる前記患部を、前記第１及び第２のＸ線透視画像の撮影と同一のＸ線ジオメトリで２方向から投影した第１及び第２の患部レンダリング画像を生成するレンダリング画像生成部と、
   対応する方向の前記第１及び第２の治療デバイス画像と前記第１及び第２の患部レンダリング画像とを夫々合成して前記２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つの前記合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置に出力する画像合成部と、
   を備えたことを特徴とする医用画像処理装置。
7. 前記Ｘ線ジオメトリは、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差角、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差位置、及び前記２方向のＸ線撮影のそれぞれの拡大率、で定まる幾何学的位置関係である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の医用画像処理装置。
8. 前記撮影部は、第１及び第２のＸ線焦点を有し、前記第１及び第２のＸ線焦点のそれぞれを切り替えながら出射されるＸ線を１つのＸ線検出部で検出するステレオ管球方式によって構成される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の医用画像処理装置。
9. 前記撮影部は独立して回転可能な第１及び第２にアームを具備し、前記第１のアームには第１のＸ線管球と第１のＸ線検出部を有し、前記第２のアームには第２のＸ線管球と第２のＸ線検出部を有するバイプレーン方式によって構成され、
   第１、第２のマスク画像及び前記第１、第２のＸ線透視画像は、前記第１、第２のＸ線管球を同時にオンして撮影される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の医用画像処理装置。
10. ２方向から患部をＸ線撮影する撮影部と、
    前記患部を治療するデバイスを前記患部に近接させる前に前記患部を撮影して前記２方向に対応する第１及び第２のマスク画像を生成するマスク画像生成部と、
    前記デバイスを前記患部に近接させながら前記患部を撮影して前記２方向に対応する第１及び第２のＸ線透視画像を生成し、生成した前記第１及び第２のＸ線透視画像から前記第１及び第２のマスク画像をサブトラクションして、前記デバイスの動きが抽出された第１及び第２の治療デバイス画像を生成するサブトラクション処理部と、
    前記第１及び第２の治療デバイス画像から、前記デバイスの画像を３次元データとして再構成して３次元デバイス画像データを生成する再構成部と、
    前記３次元デバイス画像データを、前記第１及び第２のＸ線透視画像の撮影時の第１のＸ線ジオメトリとは異なる第２のＸ線ジオメトリで２方向から投影し、第１及び第２のデバイスレンダリング画像を生成する第１のレンダリング画像生成部と、
    予め取得した３次元画像データに含まれる前記患部を、前記第２のＸ線ジオメトリで２方向から投影して第１及び第２の患部レンダリング画像を生成する第２のレンダリング画像生成部と、
    対応する方向の前記第１及び第２のデバイスレンダリング画像と前記第１及び第２の患部レンダリング画像とを夫々合成して前記２方向に対応する２つの視差方向の合成視差画像を生成し、生成した２つ前記合成視差画像を３Ｄディスプレイ装置に出力する画像合成部と、
    を備えたことを特徴とする医用画像処理装置。
11. 前記第１及び第２のＸ線ジオメトリは、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差角を含む幾何学的位置関係であり、
    前記第２のＸ線ジオメトリにおける前記交差角は、前記第１のＸ線ジオメトリにおける前記交差角よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の医用画像処理装置。
12. 前記撮影部は、第１及び第２のＸ線焦点を有し、前記第１及び第２のＸ線焦点のそれぞれを切り替えながら出射されるＸ線を１つのＸ線検出部で検出するステレオ管球方式によって構成される、
    ことを特徴とする請求１１に記載の医用画像処理装置。
13. 前記第１及び第２のＸ線ジオメトリは、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差角を含む幾何学的位置関係であり、
    前記第１のＸ線ジオメトリにおける前記交差角は、前記２のＸ線ジオメトリにおける前記交差角よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の医用画像処理装置。
14. 前記撮影部は独立して回転可能な第１及び第２にアームを具備し、前記第１のアームには第１のＸ線管球と第１のＸ線検出部を有し、前記第２のアームには第２のＸ線管球と第２のＸ線検出部を有するバイプレーン方式によって構成され、
    第１、第２のマスク画像及び前記第１、第２のＸ線透視画像は、前記第１、第２のＸ線管球を同時にオンして撮影される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の医用画像処理装置。
15. 前記第１及び第２のＸ線ジオメトリは、前記２方向のＸ線中心軌跡の交差角を含む幾何学的位置関係であり、
    前記第２のＸ線ジオメトリにおける交差角は、ユーザ操作によって、前記第１のＸ線ジオメトリにおける交差角と同じ交差角及びより大きな交差角との間で交互に切り換え可能である、ことを特徴とする請求項１０に記載の医用画像処理装置。