2023-156934 医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156934

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20231018BHJP

   A61B 5/055 20060101ALI20231018BHJP

   G06T 7/37 20170101ALI20231018BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20231018BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20231018BHJP

   G06T 3/00 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 360Q

A61B6/03 377

A61B6/03 360G

A61B6/03 360B

A61B5/055 390

G06T7/37

G06T7/00 612

G06T1/00 290A

G06T3/00 770

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066596

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】500109320

【氏名又は名称】ザイオソフト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】河野 明男

【テーマコード（参考）】

4C093

4C096

5B057

5L096

【Ｆターム（参考）】

4C093CA35

4C093FF11

4C093FF27

4C093FF28

4C093FF37

4C093FF42

4C096AA01

4C096AA18

4C096AB44

4C096AD14

4C096AD24

4C096DC14

4C096DC33

4C096DC36

5B057AA08

5B057BA03

5B057BA07

5B057CA12

5B057CA13

5B057CB12

5B057CB13

5B057CC01

5B057CD11

5B057DA07

5B057DB02

5B057DB03

5L096AA09

5L096BA06

5L096BA13

5L096DA01

5L096EA07

5L096FA78

(57)【要約】

【課題】複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度を向上できる医用画像処理装置を提供する。
【解決手段】医用画像処理装置は、処理部を備える。処理部は、被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ及び第２の医用画像データを取得し、固定した第１の医用画像データに対して第２の医用画像データを変形することで、第１の医用画像データと第２の医用画像データとを非剛体位置合わせする非剛体位置合わせ処理を実行し、非剛体位置合わせされた第１の医用画像データと第２の医用画像データとを表示部に表示させる。非剛体位置合わせ処理は、第２の医用画像データの到達可能領域を少なくとも含む領域での第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成する処理と、変形情報に基づいて、第２の医用画像データを変形させる処理と、を含む。変形情報は、第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

医用画像処理装置であって、
処理部を備え、
前記処理部は、
被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ及び第２の医用画像データを取得し、
固定した前記第１の医用画像データに対して前記第２の医用画像データを変形することで、前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとを非剛体位置合わせする非剛体位置合わせ処理を実行し、
非剛体位置合わせされた前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとに基づく画像を表示部に表示させ、
前記第２の医用画像データの空間領域は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない部分を含み、
前記非剛体位置合わせ処理は、
前記第２の医用画像データが変形により到達し得る領域である到達可能領域を少なくとも含む領域での前記第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成する処理と、
前記変形情報に基づいて、前記第２の医用画像データを変形させる処理と、を含み、
前記変形情報は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、前記第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む、
医用画像処理装置。

【請求項2】

前記変形情報は、前記第１の医用画像データの空間領域と前記第２の医用画像データの空間領域との和領域の凸包領域での前記第２の医用画像データの変形に関する変形情報を含む、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項3】

前記変形情報は、
前記第１の医用画像データの空間領域での前記第２の医用画像データの変形に関する第１の変形情報と、
変形前の前記第２の医用画像データの空間領域から前記第１の医用画像データの空間領域を除いた差分領域での前記第２の医用画像データの変形に関する第２の変形情報と、を含む、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項4】

前記第１の医用画像データ及び前記第２の医用画像データは、ＣＴ装置により撮像されたボリュームデータの少なくとも一部である、
請求項２又は３に記載の医用画像処理装置。

【請求項5】

前記第１の医用画像データは、ＣＴ装置により撮像された第１のボリュームデータの少なくとも一部であり、
前記第２の医用画像データは、ＭＲＩ装置により撮像された第２のボリュームデータの少なくとも一部である、
請求項２又は３に記載の医用画像処理装置。

【請求項6】

前記第１の医用画像データは、１つ以上の２次元の医用画像データであり、
前記第２の医用画像データは、３次元の医用画像データである、
請求項２又は３に記載の医用画像処理装置。

【請求項7】

被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ及び第２の医用画像データを取得するステップと、
固定した前記第１の医用画像データに対して前記第２の医用画像データを変形することで、前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとの非剛体位置合わせを行うステップと、
非剛体位置合わせされた前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとに基づく画像を表示部に表示させるステップと、
を有し、
前記第２の医用画像データの空間領域は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない部分を含み、
前記非剛体位置合わせを行うステップは、
前記第２の医用画像データが変形により到達し得る領域である到達可能領域を少なくとも含む領域での前記第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成するステップと、
前記変形情報に基づいて、前記第２の医用画像データを変形させるステップと、を含み、
前記変形情報は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、前記第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む、
医用画像処理方法。

【請求項8】

請求項７に記載の医用画像処理方法をコンピュータに実行させるための医用画像処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、２つの医用画像データの位置合わせ（レジストレーション）に関して、非剛体位置合わせが行われている。例えば、胸部の３Ｄ ＰＥＴ－ＣＴレジストレーションを行うことが知られている（非特許文献１参照）。また、異なる時期に取得された医療ボリュームデータや、異なる種類のボリュームデータを非剛体位置合わせすることが知られている（非特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】David Mattes, David R. Haynor, Hubert Vesselle, Thomas K. Lewellen, William Eubank, 「Nonrigid multimodality image registration」, Medical Imaging 2001

【非特許文献2】Yuichiro Tajima, Koichi Ito and Takafumi Aoki, 「A Non-Rigid Registration Method for Medical Volume Data Using 3D Phase-Only Correlation」21st International Conference on Pattern Recognition (ICPR 2012)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の非剛体位置合わせでは、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度が不十分であり、改善の余地がある。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みてされたものであって、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度を向上できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、医用画像処理装置であって、処理部を備え、前記処理部は、被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ及び第２の医用画像データを取得し、固定した前記第１の医用画像データに対して前記第２の医用画像データを変形することで、前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとを非剛体位置合わせする非剛体位置合わせ処理を実行し、非剛体位置合わせされた前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとを表示部に表示させ、前記第２の医用画像データの空間領域は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない部分を含み、前記非剛体位置合わせ処理は、前記第２の医用画像データが変形により到達し得る領域である到達可能領域を少なくとも含む領域での前記第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成する処理と、前記変形情報に基づいて、前記第２の医用画像データを変形させる処理と、を含み、前記変形情報は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、前記第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む、医用画像処理装置である。

【0007】

本開示の一態様は、被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ及び第２の医用画像データを取得するステップと、固定した前記第１の医用画像データに対して前記第２の医用画像データを変形することで、前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとの非剛体位置合わせを行うステップと、非剛体位置合わせされた前記第１の医用画像データと前記第２の医用画像データとを表示部に表示させるステップと、を有し、前記第２の医用画像データの空間領域は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない部分を含み、前記非剛体位置合わせを行うステップは、前記第２の医用画像データが変形により到達し得る領域である到達可能領域を少なくとも含む領域での前記第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成するステップと、前記変形情報に基づいて、前記第２の医用画像データを変形させるステップと、を含み、前記変形情報は、前記第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、前記第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む、医用画像処理方法である。

【0008】

本開示の一態様は、上記の医用画像処理方法をコンピュータに実行させるための医用画像処理プログラムである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態における医用画像処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図

【図2】医用画像処理装置の機能構成例を示すブロック図

【図3A】固定側ボリューム及び変形側ボリュームの変形前後の変形メッシュとボリュームデータとの形状の一例を示す図

【図3B】変形側ボリュームの変形前後での各点の移動例を示す図

【図4】第１の実施形態における変形メッシュの第１例を示す図

【図5】第１の実施形態における変形メッシュの第２例を示す図

【図6】変形側ボリュームと固定側ボリュームとを含む凸包領域の一例を示す図

【図7A】動脈相の画像を示す図

【図7B】遅延相の画像を示す図

【図8】医用画像処理装置の位置合わせ時の第１動作例を示すフローチャート

【図9A】医用画像処理装置の位置合わせ時の第２動作例を示すフローチャート

【図9B】医用画像処理装置の位置合わせ時の第２動作例を示すフローチャート

【図9C】医用画像処理装置の位置合わせ時の第２動作例を説明するための図

【図10A】比較例における被検体における腹部を含む広範囲の領域の位置合わせ結果の一例を示す図

【図10B】比較例における被検体における腹部の領域の位置合わせ結果の一例を示す図

【図11A】第１の実施形態における被検体における腹部を含む広範囲の領域の位置合わせ結果の一例を示す図

【図11B】第１の実施形態における被検体における腹部の領域の位置合わせ結果の一例を示す図

【図12】比較例における変形メッシュの設定例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0012】

（本開示の一実施形態を得るに至った経緯）

【0013】

非特許文献１，２では、非剛体位置合わせにおいて変形メッシュＭＳＸが用いられる。図１２は、従来の変形メッシュＭＳＸを用いた非剛体位置合わせを説明するための図である。

【0014】

変形メッシュＭＳＸは、複数の医用画像データのうちの１つの医用画像データを基準に生成される。この医用画像データは、位置合わせされる側の医用画像データであり、変形せず、形状が固定されることから、固定画像データＶＦＸとも称する。変形メッシュＭＳＸの大きさは、固定画像データＶＦＸの大きさと原則同一で、利用している補間式によっては外周に固定点を１ないし２列加えている。また、変形対象の医用画像データを、変形画像データＶＭＸとも称する。変形画像データＶＭＸの各画素は、変形メッシュＭＳＸの各ノードＮＤＸを補間することによって表現される移動ベクトルに対応している。そのため、医用画像処理装置は、変形メッシュＭＳＸのノードＮＤＸの移動に伴って、このノードＮＤＸに対応する変形画像データＶＭＸの画素を移動させて変形させることができる。

【0015】

ここで、固定画像データＶＦＸよりも変形画像データＶＭＸが３次元空間（仮想３次元空間）において大きい場合、固定画像データＶＦＸの範囲内に変形画像データＶＭＸが収まらず、固定画像データＶＦＸの範囲外にはみ出し、変形画像データＶＭＸの画素に対応する変形メッシュＭＳＸのノードＮＤＸが不在である場合がある。この場合、対応する変形メッシュＭＳＸのノードＮＤＸが不在である変形画像データＶＭＸにおける領域は、変形できない。そのため、変形画像データＶＭＸの少なくとも一部が変形できないことがあり、この場合には、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度が不十分となる。

【0016】

なお、従来は固定画像データＶＦＸと変形画像データＶＭＸの双方が含まれる領域が重要な関心の対象であり、重複しない領域についての精度については関心が無かったものと思われる。また、非剛体位置合わせの主な用途としてＰＥＴ－ＣＴレジストレーションであってはＣＴデータの撮像範囲の外は関心の対象では無かったと考えられる（非特許文献１の事例では、ＰＥＴ装置で撮像されている患者の両腕がＣＴ装置では撮像されていないが問題とされていない）。また、非剛体位置合わせの主な用途として４Ｄ（４次元）データのフェーズ間レジストレーションであっては全ボリュームの領域が同一であったので問題とはならなかったことが考えられる（非特許文献２の事例）。

【0017】

以下の実施形態では、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度を向上できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムについて説明する。

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における医用画像処理装置１００の構成例を示すブロック図である。医用画像処理装置１００は、ポート１１０、ＵＩ１２０、ディスプレイ１３０、プロセッサ１４０、及びメモリ１５０を備える。

【0019】

医用画像処理装置１００には、ＣＴ装置２００が接続される。医用画像処理装置１００は、ＣＴ装置２００からボリュームデータを取得し、取得されたボリュームデータに対して処理を行う。医用画像処理装置１００は、ＰＣとＰＣに搭載されたソフトウェアにより構成されてもよい。

【0020】

ＣＴ装置２００は、被検体へＸ線を照射し、体内の組織によるＸ線の吸収の違いを利用して、画像（ＣＴ画像）を撮像する。被検体は、生体、人体、又は動物等を含んでよい。ＣＴ装置２００は、Ｘ線検出器からシノグラムを取得し、シノグラムに基づいて、画像再構成によって被検体の断層画像（スライス画像、スライスデータともいう）を生成する。ＣＴ装置２００は、スライスデータに基づいて、例えばスライスデータを積層して、ボリュームデータを生成する。スライスデータ及びボリュームデータは、被検体内部の任意の箇所の情報を含む。ＣＴ装置２００は、ＣＴ画像としてのボリュームデータを医用画像処理装置１００へ、有線回線又は無線回線を介して送信する。ＣＴ画像の撮像には、ＣＴ撮像に関する撮像条件や造影剤の投与に関する造影条件が考慮されてよい。なお、造影は、血管の他、消化器官、胆管等に対して行われてよい。造影は、臓器の特性に応じて異なるタイミングで複数回実施されてよい。

【0021】

医用画像処理装置１００内のポート１１０は、通信ポート、外部装置接続ポート、又は組み込みデバイスへの接続ポート等を含み、ＣＴ画像から得られたボリュームデータを取得する。取得されたボリュームデータは、直ぐにプロセッサ１４０に送られて各種処理されてもよいし、メモリ１５０において保管された後、必要時にプロセッサ１４０へ送られて各種処理されてもよい。また、ボリュームデータは、記録媒体や記録メディアを介して取得されてもよい。また、ボリュームデータは中間データ、圧縮データ、シノグラム、又はスライスデータ等の形で取得されてもよい。また、ボリュームデータは医用画像処理装置１００に取り付けられたセンサーデバイスからの情報から取得されてもよい。ポート１１０は、ボリュームデータ等の各種データを取得する取得部として機能する。

【0022】

ＵＩ１２０は、タッチパネル、ポインティングデバイス、キーボード、又はマイクロホンを含んでよい。ＵＩ１２０は、医用画像処理装置１００のユーザから、任意の入力操作を受け付ける。ユーザは、医師、放射線技師、学生、又はその他医療従事者（Paramedic Staff）を含んでよい。

【0023】

ＵＩ１２０は、各種操作を受け付ける。例えば、ボリュームデータやボリュームデータに基づく画像（例えば後述する３次元画像、２次元画像）における、関心領域（ＲＯＩ）の指定や輝度条件の設定等の操作を受け付ける。関心領域は、各種組織（例えば、血管、気管支、臓器、器官、骨、脳）の領域を含んでよい。組織は、病変組織、正常組織、又は腫瘍組織等を含んでよい。

【0024】

ディスプレイ１３０は、例えばＬＣＤを含んでよく、各種情報を表示する。各種情報は、ボリュームデータから得られる３次元画像や２次元画像を含んでよい。３次元画像は、ボリュームレンダリング画像、サーフェスレンダリング画像、仮想内視鏡画像、仮想超音波画像、又はＣＰＲ画像等を含んでもよい。ボリュームレンダリング画像は、レイサム（RaySum）画像、ＭＩＰ画像、ＭｉｎＩＰ画像、平均値画像、又はレイキャスト画像等を含んでもよい。２次元画像は、アキシアル画像、サジタル画像、コロナル画像、又はＭＰＲ画像等を含んでよい。

【0025】

メモリ１５０は、各種ＲＯＭやＲＡＭの一次記憶装置を含む。メモリ１５０は、ＨＤＤやＳＳＤの二次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、ＵＳＢメモリやＳＤカードの三次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、各種情報やプログラムを記憶する。各種情報は、ポート１１０により取得されたボリュームデータ、プロセッサ１４０により生成された画像、プロセッサ１４０により設定された設定情報、各種プログラムを含んでもよい。メモリ１５０は、プログラムが記録される非一過性の記録媒体の一例である。

【0026】

プロセッサ１４０は、ＣＰＵ、ＤＳＰ、又はＧＰＵを含んでもよい。プロセッサ１４０は、メモリ１５０に記憶された医用画像処理プログラムを実行することにより、各種処理や制御を行う処理部１６０として機能する。

【0027】

図２は、処理部１６０の機能構成例を示すブロック図である。

【0028】

処理部１６０は、領域処理部１６１、画像生成部１６２、位置合わせ処理部１６３、及び表示制御部１６５を備える。処理部１６０は、医用画像処理装置１００の各部を統括する。処理部１６０は、例えば、複数の医用画像データ（例えばボリュームデータ）の位置合わせに関する処理を行う。なお、処理部１６０に含まれる各部は、１つのハードウェアにより異なる機能として実現されてもよいし、複数のハードウェアにより異なる機能として実現されてもよい。また、処理部１６０に含まれる各部は、専用のハードウェア部品により実現されてもよい。

【0029】

領域処理部１６１は、例えばポート１１０を介して、被検体のボリュームデータを取得する。領域処理部１６１は、ボリュームデータに含まれる任意の領域を抽出する。領域処理部１６１は、例えばボリュームデータのボクセル値に基づいて、自動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。領域処理部１６１は、例えばＵＩ１２０を介して、手動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。

【0030】

画像生成部１６２は、各種画像を生成する。画像生成部１６２は、取得されたボリュームデータの少なくとも一部（例えば抽出された領域のボリュームデータ）に基づいて、３次元画像や２次元画像や断層画像を生成する。画像生成部１６２は、各種レンダリング（例えばボリュームレンダリング又はサーフィスレンダリング）を行って、画像を生成してよい。

【0031】

位置合わせ処理部１６３は、複数の医用画像データを位置合わせする。医用画像データは、例えば、ボリュームデータ、スライスデータ、ボリュームデータ又スライスデータ等に基づく３次元画像や２次元画像を含んでよい。また、ボリュームデータは時系列的に作成された複数のボリュームデータであってよい。よって、位置合わせは、３次元空間（仮想３次元空間）での位置合わせ又は２次元平面（仮想２次元平面）での位置合わせを含んでよい。ここでの位置合わせは、少なくとも非剛体位置合わせ(non rigid registration)を含み、剛体位置合わせ(rigid registration)をさらに含んでもよい。

【0032】

剛体位置合わせは、医用画像データ内の臓器等の領域の形状が変化しない位置合わせであり、例えば、平行移動又は回転を用いた線形変換による位置合わせを含んでよい。剛体位置合わせは、例えば、骨や脳などに適用される。位置合わせ処理部１６３は、公知の方法により、剛体位置合わせを実施してよい。

【0033】

非剛体位置合わせは、医用画像データ内の臓器の領域の形状が変化する位置合わせである。非剛体位置合わせは、例えば、平行移動又は回転だけではなく拡大又は縮小を用いた線形変換による位置合わせや、線形変換ではない非線形変換による位置合わせを含んでよい。位置合わせ処理部１６３は、例えば変形メッシュ上のノードを有限要素として表現し、ノードの移動で画素の移動を表現してよい。位置合わせ処理部１６３は、画素の移動をノード間をＢスプライン法に従って補間することによって表現してもよい。位置合わせ処理部１６３は、非線形変換による位置合わせを行うことで、非剛体位置合わせを実施してよい。位置合わせ処理部１６３は、有限要素法を用いた大変形シミュレーションによって、非剛体位置合わせを実施してよい。

【0034】

なお、画像生成部１６２は、位置合わせ処理部１６３により位置合わせされた複数の医用画像データとしてのボリュームデータに基づいて、レンダリングを行って画像を生成してよい。また、位置合わせ処理部１６３は、画像生成部１６２により生成された複数の医用画像データとしての画像同士を、剛体位置合わせや非剛体位置合わせを含む位置合わせを行ってよい。

【0035】

表示制御部１６５は、各種データ、情報、又は画像をディスプレイ１３０に表示させる。画像は、被検体内の組織の一部を表現した画像であり、例えば、画像生成部１６２で生成された画像、又は所定の断層の断層画像を含んでよい。表示制御部１６５は、例えば、位置合わせ（例えば非剛体位置合わせ）された複数の医用画像データに基づく画像を表示させる。

【0036】

次に、位置合わせに関する処理について詳述する。
本実施形態では、医用画像データがボリュームデータであることを主に例示する。また、３次元空間でのボリュームデータ同士の位置合わせを主に例示する。

【0037】

位置合わせ処理部１６３は、非剛体位置合わせにおいて、変形側ボリューム(moving volume)が、固定側ボリューム(fixed volume)より大きいときに生じる不整合に対して、対策する。変形側ボリュームＶＭは、形状が変形し得るボリュームデータである。固定側ボリュームＶＦは、形状が変形しない（固定された）ボリュームデータである。位置合わせ処理部１６３は、どのボリュームデータを変形側ボリュームＶＭとするか固定側ボリュームＶＦとするかを、手動で設定しても自動で設定してもよい。例えば、ＵＩ１２０を介して、ユーザ操作を基にどのボリュームデータを変形側ボリュームＶＭとするか固定側ボリュームＶＦとするかを決定してもよい。例えば、ボリュームデータに含まれる臓器や器官や組織の特性に基づいて、どのボリュームデータを変形側ボリュームＶＭとするか固定側ボリュームＶＦとするかを決定してもよい。例えば、臓器や血管が変形側ボリュームＶＭとされ、骨が固定側ボリュームＶＦとされてよい。

【0038】

位置合わせ処理部１６３は、非剛体位置合わせでは、３次元空間において固定側ボリュームＶＦと変形側ボリュームＶＭとを含む領域に対応して、変形メッシュＭＳを生成して設定する。位置合わせ処理部１６３は、ボリュームデータ同士で多少の位置ずれがある場合でも、固定側ボリュームＶＦに対して変形側ボリュームＶＭを変形して非剛体位置合わせすることで、位置ずれを抑制できる。よって、表示される３次元画像や２次元画像では、ボリュームデータ同士の位置ずれが抑制された状態の画像となり、ユーザにとって自然な見え方となり、治療診断の選択肢が増える。

【0039】

次に、変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせについて説明する。

【0040】

図３Ａは、固定側ボリュームＶＦ及び変形側ボリュームＶＭの変形前後の変形メッシュＭＳとボリュームデータとの形状の一例を示す図である。なお、図中、固定側ボリュームＶＦは「ｆｉｘｅｄ」、変形側ボリュームＶＭは「ｍｏｖｉｎｇ」として示されている。また、図３Ａでは、ボリュームデータがレンダリングされて二次元平面に画像として表示されることをイメージしている。

【0041】

変形側ボリュームＶＭは、非剛体位置合わせ時には非剛体変形する。非剛体変形は、変形メッシュＭＳの変形として表現される。変形メッシュＭＳは、固定側ボリュームＶＦで規定される座標に対応して設置される。変形メッシュＭＳは、複数のノードＮＤを含む。非剛体位置合わせが行われる３次元空間に複数のノードＮＤが配列されることで、変形メッシュＭＳが形成される。複数のノードＮＤは、例えば３次元空間において格子状に配列されるが、他の形状となるように配置されてもよい。

【0042】

位置合わせ処理部１６３は、変形メッシュＭＳを用いて変形される変形側ボリュームＶＭの変形に関する変形情報を生成する。変形情報は、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤに対応する変形側ボリュームＶＭの各ボクセルの移動に関する移動情報を含む。つまり、変形情報は、変形側ボリュームＶＭにおける変形前（現状）のどのボクセルが、固定側ボリュームにおけるどのボクセルに（対応するか）移動するかを示す移動情報が含まれる。つまり、変形情報は、変形側ボリュームＶＭの変形前後における各点の対応関係の情報を示す。また、変形情報には、固定側ボリュームＶＦの座標を基準とした変形側ボリュームＶＭの各ボクセルでの初期状態からの変位の情報が含まれていてよい。

【0043】

位置合わせ処理部１６３は、変形メッシュＭＳの各ノードを固定側ボリュームＶＦの座標に対応して設定して、変形メッシュＭＳを生成し、変形情報を生成する。図３Ａでは、固定側ボリュームＶＦに対して各ノードＮＤが格子状になるように、変形メッシュＭＳが設定されている。なお、固定側ボリュームＶＦは変形しないので、図３Ａでは、一例として、変形前後における形状が三角形状のまま変形していない。一方、変形側ボリュームＶＭは、変形前には、固定側ボリュームＶＦとは異なる形状を呈しており、図３Ａでは三角形が歪んだ形状を呈している。そのため、変形前の変形メッシュＭＳは、基準形状（固定側ボリュームＶＦの座標を基準とした形状）と比較すると歪んだ形状を呈している。

【0044】

位置合わせ処理部１６３は、変形情報に基づいて、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤを移動させることで、変形側ボリュームＶＭの対応するボクセルを移動させて、変形側ボリュームＶＭを固定側ボリュームＶＦの形状に沿うように変形し、非剛体位置合わせする。よって、位置合わせ処理部１６３は、変形情報に基づいて、変形前の変形側ボリュームＶＭ（変形前ボリュームデータＶＭＢ）から変形後の変形側ボリュームＶＭ（変形後ボリュームデータＶＭＡ）を得る。これにより、図３Ａに示すように、変形側ボリュームＶＭは、固定側ボリュームＶＦと同様の三角形状に変形される。

【0045】

また、固定側ボリュームＶＦにおける全てのボクセルに対応して細かく変形メッシュＭＳのノードが設けられなくてもよい。この場合、変形情報には、変形側ボリュームＶＭにおいて移動情報が存在しないボクセルが存在しえる。この場合、位置合わせ処理部１６３は、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤに対応する変形側ボリュームＶＭの各ボクセルにおける移動情報を基に、移動情報が得られなかったボクセルでの移動情報を補間（例えば線形補間）によって算出してよい。

【0046】

例えば、変形メッシュＭＳのグリッドは、６４ボクセル単位（６４ボクセルに１つ）でよい。また、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤの配置密度は画一的でなくてもよく、変形メッシュＭＳ内の位置（領域）に応じて異なってもよい。例えば、変形側ボリュームにおいて細かく変形可能な領域又は細かく変形させたい領域では、変形メッシュＭＳのノードＮＤの密度を大きくし、この領域での変形情報（領域内のボクセルの移動情報）を多く得られるようにしてよい。例えば、変形側ボリュームにおいて大きく移動させたい領域では、変形メッシュＭＳのノードＮＤの密度を小さくし、この領域での変形情報（領域内のボクセルの移動情報）が安定するようにしてよい。このように、位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦで規定される座標点に対応する変形側ボリュームＶＭのボクセルの移動情報に基づいて、変形側ボリュームＶＭを変形する。

【0047】

図３Ｂは、変形側ボリュームＶＭの変形前後での各点の移動例を示す図である。図３Ｂでは、各矢印で示すように、変形メッシュＭＳ上のノードＮＤ（頂点）毎に、ノードＮＤの移動がベクトルで表現されている。このような変形メッシュＭＳの各ノードＮＤに対応する変形側ボリュームＶＭの各ボクセルの移動情報が、変形情報に含まれる。図３Ｂでは、変形前のノードＮＤＢに対応するボクセルＶＸＢが、変形後のノードＮＤＡに対応するボクセルＶＸＡに移動していることが理解できる。

【0048】

図４は、本実施形態における変形メッシュＭＳの第１例を示す図である。

【0049】

位置合わせ処理部１６３は、少なくとも変形側ボリュームＶＭの領域を含むように、変形メッシュＭＳを生成し、変形情報を生成する。具体的には、変形側ボリュームＶＭが変形により到達し得る領域である到達可能領域ＶＭＲを含む変形メッシュＭＳを生成する。到達可能領域ＶＭＲは、例えば、変形前ボリュームデータＶＭＢと変形後ボリュームデータＶＭＡとを含み、更に変形途中の変形側ボリュームＶＭの領域を含んでもよい。例えば、固定側ボリュームＶＦに一致するように変形側ボリュームＶＭ（変形前ボリュームデータＶＭＢ）を変形する場合、図４における固定側ボリュームＶＦと変形側ボリュームＶＭとを少なくとも含む領域が、到達可能領域ＶＭＲとなる。

【0050】

また、位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦと変形側ボリュームＶＭの到達可能領域ＶＭＲの双方の領域を含むように、変形メッシュＭＳを生成してもよい。固定側ボリュームＶＦの領域や変形側ボリュームＶＭの到達可能領域ＶＭＲの情報は、予めメモリ１５０に保持されていてもよいし、ポート１１０を介して外部装置から取得されてもよい。また、変形情報は、固定側ボリュームＶＦの領域に含まれない領域において、変形側ボリュームＶＭに含まれる少なくとも１つの画素（ボクセル）の移動に関する移動情報を含む。

【0051】

これにより、変形メッシュＭＳのノードＮＤは、変形前ボリュームデータＶＭＢのいずれかのボクセルに対応して存在しており、更に、変形後ボリュームデータＶＭＡのいずれかのボクセルにも対応して存在している。よって、変形側ボリュームＶＭの端部が変形メッシュＭＳの外側に位置することがなくなる。よって、医用画像処理装置１００は、変形側ボリュームＶＭの端部に至るまで好適に変形でき、変形不可能となることを抑制できる。

【0052】

図５は、本実施形態における変形メッシュＭＳの第２例を示す図である。

【0053】

図５の例では、変形メッシュＭＳが図４よりも小さくされている。具体的には、変形側ボリュームＶＭが移動し得ない領域、つまり到達可能領域ＶＭＲの外側では変形メッシュＭＳのノードＮＤが不在である。よって、位置合わせ処理部１６３は、変形側ボリュームＶＭの変形に必要な最小限の大きさの変形メッシュを生成する。よって、図４と図５とで変形メッシュＭＳにおいて同じ密度（細かさ）でノードＮＤが配置される場合、図５の場合には、図４の場合の変形メッシュＭＳよりもノードＮＤの数が少なくなる。そのため、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤに対応する変形側ボリュームＶＭの各ボクセルでの移動情報の導出に係る計算量が少なくなり、変形情報の導出に係る計算量が少なくなり、変形側ボリュームＶＭの変形に係る計算量が少なくなる。このように、医用画像処理装置１００は、変形メッシュＭＳを縮小でき、変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせに係る計算量も削減できる。

【0054】

図５では、変形メッシュＭＳは、到達可能領域ＶＭＲよりも１マス分大きく、つまり変形メッシュＭＳがノードＮＤで１つ分大きくされていてよい。変形メッシュＭＳが到達可能領域ＶＭＲよりもやや大きく設定されているのは、スプライン補間処理（例えばＢスプライン補間）のための境界とし、スプライン補完処理を円滑に実施可能とするためである。なお、図４においても、変形メッシュＭＳは、到達可能領域ＶＭＲよりも少なくとも１マス分大きくされてよい。また、到達可能領域ＶＭＲより外側に移動不能な固定点を設置してもよい。この固定点はスプライン補完処理を円滑に実施可能にするために用いることができる。

【0055】

また、位置合わせ処理部１６３は、変形メッシュＭＳを縮小してノードＮＤの数を削減するところ、削減したノードＮＤの代わりに移動不能な固定点を設定してもよい。これにより、医用画像処理装置１００は、非剛体位置合わせに係る計算量も削減できる。また、位置合わせ処理部１６３は、固定点とノードＮＤとの間において変形側ボリュームＶＭの各ボクセルの移動を補間してもよい。なお、固定点及び、補間によって求められた各ボクセルの移動は変形メッシュＭＳには含めないと考える。

【0056】

図６は、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとを含む凸包領域ＶＣの一例を示す図である。凸包領域ＶＣは、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとを含む包含領域の一例である。

【0057】

位置合わせ処理部１６３は、図５に示したように到達可能領域ＶＭＲの外側では変形メッシュＭＳを不在として省略する場合、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとを含む（両ボリュームの和領域の）凸包領域ＶＣを生成してよい。位置合わせ処理部１６３は、凸包領域ＶＣの大きさに対応して、変形メッシュＭＳを生成してよい。この場合、変形メッシュＭＳは、上述と同様に、凸包領域ＶＣよりも１マス分大きくされてよく、補間が加味されてよい。そして、この凸包領域ＶＣに対応して、変形情報に基づいて、変形側ボリュームＶＭの各ボクセルを変形して固定側ボリュームＶＦの各ボクセルに非剛体位置合わせする。図６では、変形側ボリュームＶＭから固定側ボリュームＶＦに位置合わせするので、凸包領域ＶＣが、到達可能領域ＶＭＲを包含する。

【0058】

また、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとを含む格子状の変形メッシュＭＳを想定する場合、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとに外接する外接直方体領域を生成してよい。外接直方体領域は、包含領域の一例である。そして、この外接直方体領域の大きさに対応して、変形メッシュＭＳを生成してよい。変形側ボリュームＶＭから固定側ボリュームＶＦに位置合わせされるので、この外接直方体領域が到達可能領域ＶＭＲを包含する。

【0059】

次に、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとの具体例について説明する。なお、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦに対応する二次元のデータについては、変形側画像、固定側画像として説明する。

【0060】

ここでは、例えばポート１１０を介して、ＣＴ装置２００に限らず、各種のモダリティ装置により３次元データ（例えばボリュームデータ）や２次元データが取得可能であることを想定する。各種のモダリティ装置は、例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、血管造影装置（Angiography装置）、又はその他のモダリティ装置を含む。また、変形側ボリュームＶＭの３次元空間でのサイズが固定側ボリュームＶＦの３次元空間でのサイズよりも大きいことを想定している。

【0061】

第１具体例は以下である。固定側ボリュームＶＦは、動脈相（例えば早期動脈相）で、撮像可能なタイミング（時間）が短いので、狭い範囲で撮像されて得られたものである。変形側ボリュームＶＭは、遅延相で、撮像可能な時間が動脈相よりも長いので、動脈相よりも広い範囲で撮像されて得られたものである。ここで、動脈相の方が細かい血管が写っており診断において主に用いるので、ユーザは、動脈相については撮像したままの画像を観察したい。つまり、変形側ボリュームＶＭが固定側ボリュームＶＦよりも３次元空間でのサイズが大きい。

【0062】

図７Ａは、動脈相の画像Ｇ３１を示す図である。図７Ｂは、遅延相の画像Ｇ３２を示す図である。動脈相の画像Ｇ３１は、画像Ｇ３２よりも高精細であり、画像Ｇ３２よりもＣＴ装置２００により狭い撮像範囲で撮像されたＣＴ画像に基づく画像である。遅延相の画像Ｇ３２は、画像Ｇ３１よりも低精細であり、画像Ｇ３１よりもＣＴ装置２００により広い撮像範囲で撮像されたＣＴ画像に基づく画像である。この場合、動脈相の画像Ｇ３１が診断の基準となるので、変形させないことが好ましい。また、よって、３次元空間での画像（データ）の大きさは、画像Ｇ３１よりも画像Ｇ３２の方が大きい。位置合わせ処理部１６３は、動脈相の画像Ｇ３１と遅延相の画像Ｇ３２とを非剛体位置合わせする場合、第１具体例では、動脈相の画像Ｔ３１を固定側ボリュームＶＦとし、遅延相の画像Ｇ３２を変形側ボリュームＶＭとする。

【0063】

第２具体例は以下である。固定側ボリュームＶＦが、ＣＴ装置２００で撮像されたＣＴ画像である。変形側ボリュームＶＭが、ＭＲＩ装置で撮像されたＭＲＩ画像としてのボリュームデータである。ＭＲＩ装置は、アキシアル面に対して斜めに撮像することがあるので、ＣＴ画像に対応する３次元空間の領域から、ＭＲＩ画像がはみ出していることがある。ここで、ＣＴ画像の方が高解像度であり主に用いるので、ユーザは、ＣＴ画像については撮像したままの画像を観察したい。この場合、変形側ボリュームＶＭが固定側ボリュームＶＦよりも３次元空間でのサイズが大きい。また、ＭＲＩ画像は、磁場に起因して歪んで得られることが多い。このような場合でも、医用画像処理装置１００は、本実施形態の非剛体位置合わせによって、固定側ボリュームＶＦと変形側ボリュームＶＭとをスムーズにつなげて描画でき、信用度の高い画像を得ることができる。

【0064】

第３具体例は以下である。固定側画像が、ＭＲＩ装置により撮像されて得られた単一断面の２Ｄ動画もしくは複数断面の２Ｄ動画である。また、変形側ボリュームＶＭが、ＣＴ装置２００により撮像されたＣＴ画像である。例えば、単一断面の動画ないし複数断面の２Ｄ動画は、心機能を診断するための画像である。ＣＴ画像は、位置関係及び心室体積を計測するための補助的な画像である。そのため、ユーザは、単一断面の２Ｄ動画ないし複数断面の２Ｄ動画については撮像したままの画像を観察したい。この場合は、位置合わせ処理部１６３は、心電同期によりＣＴ画像の撮像に用いた心臓フェーズに対応する複数断面の２Ｄ動画のフェーズを固定側画像として用いる。

【0065】

第４具体例は以下である。固定側ボリュームＶＦは、ＣＴ装置２００によりＦＯＶ（Field Of View）を絞って撮像されたＣＴ画像である。ＦＯＶは、スライス上（同一断面上）の撮像範囲に相当する。変形側ボリュームＶＭは、ＸＡ装置（血管造影Ｘ線診断装置、Ｃアーム機)により上述の固定側ボリュームＶＦよりも広めの撮像範囲で撮像されたＸＡ画像としてのボリュームデータである。ＸＡ装置は、小型軽量であり、手術中に使用可能である。また、ＸＡ装置は、ＸＡ装置のアームを固定して動画を撮像することで２ＤＴ画像を撮像可能である。また、ＸＡ装置は、アームを回転させて動画を撮像することで４Ｄ（４次元）データも撮像可能である。術前に撮像されたＣＴ画像の方が高解像度であり、ＣＴ画像を用いて手術計画を立てる。そのため、ユーザは、ＣＴ画像については撮像したままの画像を観察したい。

【0066】

第５具体例は以下である。固定側画像は、単純Ｘ線装置により撮像されたＸ線画像としての２次元データ（２次元画像）である。また、固定側画像は、ＣＴ装置２００により撮像されたＣＴ画像を基に生成されたＭＩＰ画像でもよい。変形側画像は、ＸＡ装置により撮像された２Ｄ動画である。術前に撮像されたＸ線画像の方が高解像度であり、Ｘ線画像を用いて手術計画を立てる。そのため、ユーザは、Ｘ線画像については撮像したままの画像を観察したい。

【0067】

第６具体例は以下である。固定側ボリュームＶＦは、心電同期して得られた心臓の４Ｄ（４次元）データであり、狭い撮像範囲で撮像されたデータである。４次元データは、３次元データとしてのボリュームデータやスライスデータ等が時系列で複数配列されたデータであり、つまり３次元データの動画である。変形側ボリュームＶＭは、心臓を含む胸部データであり、上述の固定側ボリュームＶＦよりも撮像範囲が広い３次元データである。心臓の４Ｄデータは、心機能を診断するためのデータである。胸部データは、カテーテルのルートの確認などのための補助的な画像である。そのため、ユーザは、４Ｄデータについては撮像したままの画像を観察したい。

【0068】

次に、医用画像処理装置１００の動作例について説明する。

【0069】

医用画像処理装置１００による位置合わせ時の動作例として、第１動作例と第２動作例の２種類ある。

【0070】

第１動作例では、位置合わせ処理部１６３は、変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとを含む包含領域に対応する変形メッシュＭＳ（大きな変形メッシュＭＳ）を生成し、この変形メッシュＭＳを用いて変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとの位置合わせを行う。

【0071】

第２動作例では、位置合わせ処理部１６３は、従来と同様に固定側ボリュームＶＦに対応する第１の変形メッシュＭＳ１を生成し、第１の変形メッシュＭＳ１を用いて変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとの位置合わせを行う。その後、位置合わせ処理部１６３は、第１の変形メッシュＭＳ１ではカバーされていなかった変形側ボリュームＶＭの少なくとも一部に対応する第２の変形メッシュＭＳ２を生成し、第２の変形メッシュＭＳ２を用いて変形側ボリュームＶＭと固定側ボリュームＶＦとの位置合わせを行う。そして、画像生成部１６２は、第１の変形メッシュＭＳ１で位置合わせされた画像と第２の変形メッシュＭＳ２で位置合わせされた画像とを連結して、全体が位置合わせされた画像を生成する。

【0072】

図８は、医用画像処理装置１００の位置合わせ時の第１動作例を示すフローチャートである。

【0073】

まず、ポート１１０は、例えば、早期動脈相（動脈相）で、撮像範囲の小さい被検体（例えば患者）のボリュームデータを、固定側ボリュームＶＦとして取得する（Ｓ１１）。また、ポート１１０は、静脈相（遅延相）で、撮像範囲の大きい被検体のボリュームデータを、変形前の変形側ボリュームＶＭ（つまり変形前ボリュームデータＶＭＢ）として取得する（Ｓ１１）。

【0074】

位置合わせ処理部１６３は、取得された固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢとを剛体位置合わせする（Ｓ１２）。位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢを包含する包含領域に対応する変形メッシュＭＳを生成する（Ｓ１３）。位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢとを非剛体位置合わせをし、変形メッシュＭＳに、変形メッシュＭＳの各ノードＮＤに対応する変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡへの各ボクセルの移動に関する移動情報を記録する（Ｓ１４Ａ）。そして、位置合わせ処理部１６３は、変形メッシュＭＳに記録された移動情報を用いて、変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡを生成する（Ｓ１４Ｂ）。なお、変形メッシュＭＳにおいて、固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢのいずれにも含まれないないしいずれかのみに含まれる領域の変形では、位置合わせ処理部１６３は、肺などスポンジ状組織に準じるノードＮＤを設定して、変形前ボリュームデータＶＭＢに含まれるノードＮＤの変形に追従させて良い。なお、変形メッシュＭＳにおいて、固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢのいずれにも含まれないないしいずれかのみに含まれる領域の変形では、位置合わせ処理部１６３は、ポアソン比０、微少弾性の有限要素ノードを設定して、変形前ボリュームデータＶＭＢに含まれるノードＮＤの変形に追従させて良い。

【0075】

表示制御部１６５は、位置合わせされた固定側ボリュームＶＦと変形後ボリュームデータＶＭＡとに基づく画像をディスプレイ１３０に表示（例えば重畳表示）させる（Ｓ１５）。なお、表示制御部１６５は、固定ボリュームデータと変形後ボリュームデータとを、所定のブレンド比（混合比）でブレンドし、ブレンドされたデータに基づく画像を表示させてよい。これにより、固定側ボリュームと変形後ボリュームデータとの境界部分が目立たなくなり、不連続さが一層抑制される。

【0076】

これにより、医用画像処理装置１００は、固定側ボリュームＶＦ及び変形側ボリュームＶＭの双方を包含する凸包領域ＶＣの大きさに対応する変形メッシュＭＳを用いて非剛体位置合わせできる。よって、医用画像処理装置１００は、一度の非剛体位置合わせによって、到達可能領域ＶＭＲを加味した変形側ボリュームＶＭの変形に対応でき、好適に非剛体位置合わせできる。

【0077】

図９Ａ及び図９Ｂは、医用画像処理装置１００の位置合わせ時の第２動作例を示すフローチャートである。図９Ａ及び図９Ｂでは、図８と同様の処理については、その説明を省略又は簡略化する。図９Ｃは、第２動作例を説明するための図である。

【0078】

まず、ポート１１０は、ＣＴ装置２００で撮像されて得られた撮像範囲の小さい被検体のボリュームデータを、固定側ボリュームＶＦとして取得する（Ｓ２１）。また、ポート１１０は、ＰＥＴ装置で撮像されて得られた撮像範囲の大きい被検体のボリュームデータを、変形前ボリュームデータＶＭＢとして取得する（Ｓ２１）。

【0079】

位置合わせ処理部１６３は、取得された固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢとを剛体位置合わせする（Ｓ２２）。位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦを包含する第１の変形メッシュＭＳ１を生成する（Ｓ２３）。位置合わせ処理部１６３は、固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢとを非剛体位置合わせをし、第１の変形メッシュＭＳ１に、第１の変形メッシュＭＳ１の各ノードＮＤに対応する変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡへの各ボクセルの移動に関する移動情報を記録する（Ｓ２４）。この移動情報には、固定側ボリュームＶＦに対する変形前ボリュームデータの位置の情報（変形前の初期位置の情報）も含まれている。

【0080】

なお、第１の変形メッシュＭＳ１は、従来の変形メッシュＭＳＸであるので、変形側ボリュームＶＭの到達可能領域ＶＭＲをカバーしきれずに、到達可能領域ＶＭＲが第１の変形メッシュＭＳ１の領域の外側に位置することがあり得る。したがって、ステップＳ２４Ａ及びＳ２４Ｂの時点では、非剛体位置合わせが不十分である。

【0081】

図９Ｂに進む。位置合わせ処理部１６３は、変形前ボリュームデータＶＭＢの領域（３次元空間において変形前ボリュームデータＶＭＢが存在する領域、空間領域ともいう）から固定側ボリュームＶＦの空間領域を引いた差分領域ＶＳを算出する。そして、差分領域ＶＳに対応する（差分領域ＶＳを包含する）第２の変形メッシュＭＳ２を生成する（Ｓ２５）。位置合わせ処理部１６３は、非剛体位置合わせとして、第１の変形メッシュＭＳ１を基準にして、第１の変形メッシュＭＳ１に滑らかに第２の変形メッシュＭＳ２が接続するように、第２の変形メッシュＭＳ２に、第２の変形メッシュＭＳ２の各ノードＮＤに対応する変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡへの各ボクセルの移動に関する移動情報を記録する（Ｓ２６）。例えば、位置合わせ処理部１６３は、第１の変形メッシュＭＳ１と第２の変形メッシュＭＳ２の境界部分ＢＰの第１の変形メッシュＭＳ１のノードＮＤの移動を境界条件として、境界部分ＢＰの第２の変形メッシュＭＳ２のノードＮＤを移動させ、第２の変形メッシュＭＳ２の他の箇所については肺などスポンジ状組織に準じるノードＮＤを設定して、第２の変形メッシュＭＳ２を変形させる。これにより、第１の変形メッシュＭＳ１と第２の変形メッシュＭＳ２とが滑らかに接続する。例えば、第１の変形メッシュＭＳ１と第２の変形メッシュＭＳ２の境界部分ＢＰの第１の変形メッシュＭＳ１のノードＮＤの移動を境界条件として、境界部分ＢＰの第２の変形メッシュＭＳ２のノードＮＤを移動させ、第２の変形メッシュＭＳ２の他の箇所についてはポアソン比０、微少弾性の有限要素ノードを設定して、第２の変形メッシュＭＳ２を変形させてもよい。これにより、第１の変形メッシュＭＳ１と第２の変形メッシュＭＳ２とが滑らかに接続する。これにより、計算量を抑制しつつ第１動作例と同等の出力結果が得られる。

【0082】

よって、第１の変形メッシュＭＳ１を用いた変形に関する情報は、固定側ボリュームＶＦの空間領域での変形側ボリュームＶＭの変形に関する変形情報に相当する。また、第２の変形メッシュＭＳ２を用いた変形に関する情報は、差分領域ＶＳの空間領域での変形側ボリュームＶＭの変形に関する変形情報に相当する。

【0083】

位置合わせ処理部１６３は、第１の変形メッシュＭＳ１と第２の変形メッシュＭＳ２とを接続して第３の変形メッシュＭＳ３を作成し、第３の変形メッシュＭＳ３を作成することにより、変形前ボリュームデータＶＭＢの空間領域と固定側ボリュームＶＦの空間領域とを合わせた領域の非剛体位置合わせとする。（Ｓ２７Ａ）。つまり、位置合わせ処理部１６３は、上記の合わせた領域において固定側ボリュームＶＦと変形前ボリュームデータＶＭＢとを非剛体位置合わせをし、第１の変形メッシュＭＳ１及び第２の変形メッシュＭＳ２を用いて、第３の変形メッシュＭＳ３に、第３の変形メッシュＭＳ３の各ノードＮＤに対応する変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡへの各ボクセルの移動に関する移動情報を記録する。位置合わせ処理部１６３は、第３の変形メッシュＭＳ３に記録された移動情報を用いて、変形前ボリュームデータＶＭＢから変形後ボリュームデータＶＭＡを生成する（Ｓ２７Ｂ）。

【0084】

表示制御部１６５は、固定側ボリュームＶＦと変形後ボリュームデータＶＭＡとに基づく画像をディスプレイ１３０に表示（例えば重畳表示させる（Ｓ２８）。

【0085】

これにより、医用画像処理装置１００は、固定側ボリュームＶＦの大きさを基準とした第１の変形メッシュＭＳ１を用いた非剛体位置合わせ後、第１の変形メッシュＭＳ１ではカバーできなかった変形側ボリュームＶＭの一部を第２の変形メッシュＭＳ２を用いて非剛体位置合わせできる。よって、医用画像処理装置１００は、従来の非剛体位置合わせと同等の計算量で、不足する部分を補うことができる。

【0086】

（比較例と本実施形態とで得られる画像の比較）
図１０Ａは、比較例における被検体における腹部を含む広範囲の領域の位置合わせ結果の一例を示す図である。図１０Ｂは、比較例における被検体における腹部の領域の位置合わせ結果の一例を示す図である。図１０Ａでは、被検体の体表は描画されていない状態である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示す画像は、例えば従来の非特許文献１又は非特許文献２の方法で非剛体位置合わせが実施された場合に得られる画像である。

【0087】

図１０Ａでは、ボリュームデータ同士の位置ずれが骨盤で発生しており、比較例で非剛体位置合わせされたボリュームデータに基づく画像Ｇ１１において、骨盤を横断する不連続線Ｌ１１となって表れている。図１０Ｂでは、ボリュームデータ同士の位置ずれが腹部で発生しており、比較例で非剛体位置合わせされたボリュームデータに基づく画像Ｇ１２において、腹部を横断する不連続線Ｌ１２となって表れている。

【0088】

図１１Ａは、本実施形態における被検体における腹部を含む広範囲の領域の位置合わせ結果の一例を示す図である。図１１Ｂは、本実施形態における被検体における腹部の領域の位置合わせ結果の一例を示す図である。図１１Ａでは、被検体の体表は描画されていない状態である。図１１Ａで示された被検体の領域は、図１０Ａで示された被検体の領域と同様の領域である。図１１Ｂで示された被検体の領域は、図１０Ｂで示された被検体の領域と同様の領域である。

【0089】

図１１Ａ及び図１１Ｂでの位置合わせは、上述の非剛体位置合わせが実施されており、剛体位置合わせが実施されていてもよい。図１１Ａでは、ボリュームデータ同士の位置ずれが抑制され、図１０Ａに示した位置ずれが解消している。そのため、本実施形態で非剛体位置合わせされたボリュームデータに基づく画像Ｇ２１において、図１０Ａに示した不連続線Ｌ１１が存在しない。図１１Ｂでは、ボリュームデータ同士の位置ずれが抑制され、図１０Ｂに示した位置ずれが解消している。そのため、本実施形態で非剛体位置合わせされたボリュームデータに基づく画像Ｇ２２において、図１０Ｂに示した不連続線Ｌ１２が存在しない。

【0090】

次に、本実施形態のバリエーションについて説明する。

【0091】

位置合わせ処理部１６３は、変形側ボリュームＶＭの変形では、変形前ボリュームデータＶＭＢを直接変形させて変形後ボリュームデータＶＭＡを導出してよい。この場合、変形前ボリュームデータＶＭＢがメモリ１５０に保持されず変形後ボリュームデータＶＭＡのみがメモリ１５０に保持されてよい。また、位置合わせ処理部１６３は、変形前ボリュームデータＶＭＢを基に新たな変形後ボリュームデータＶＭＡを作成してもよい。この場合、変形前ボリュームデータＶＭＢと新たな変形後ボリュームデータＶＭＡとの両方がメモリ１５０に保持されてよい。また、位置合わせ処理部１６３は、直ちに変形後ボリュームデータＶＭＡを作成せずに、変形後ボリュームデータＶＭＡのボクセル値を計算する際に、変形前ボリュームデータＶＭＢのボクセル値を参照してもよい。

【0092】

位置合わせ処理部１６３は、ボリュームデータの少なくとも一部(関心領域)同士を非剛体位置合わせをしてもよい。つまり、固定側ボリュームＶＦの一部と変形側ボリュームＶＭの一部とを非剛体位置合わせしてもよい。例えば、胸部画像（ボリュームデータにおける胸部の領域）について、左心室のみ位置合わせが出来ていれば十分な場合、固定側ボリュームＶＦの胸部の領域と変形側ボリュームＶＭの胸部の領域とを非剛体位置合わせしてもよい。この場合、位置合わせ処理部１６３は、関心領域の外側を第２動作例の手法により変形させてよい。

【0093】

また、変形メッシュＭＳは、複数用意され、メモリ１５０に保持されていてよい。変形メッシュＭＳは、変形メッシュＭＳのグリッドの細かさが複数種類（multi-resolution）用意されていてよい。また、変形メッシュＭＳの種類毎に、変形メッシュＭＳのサイズが異なってもよく、変形メッシュＭＳがカバーする領域が異なってもよい。また、変形メッシュＭＳは、医用画像データが３次元データである場合には３次元で構成され、医用画像データが２次元データである場合には３次元で構成されてよい。

【0094】

また、変形メッシュＭＳは、医用画像データが３次元データと２次元データの組み合わせである場合には、３次元ないし２次元のいずれで構成されても良い。また、固定側２次元画像と変形側ボリュームＶＭの組み合わせの場合、位置合わせ処理部１６３は、変形側ボリュームＶＭの変形では、固定側２次元画像の変形側ボリュームＶＭにおける断面について非剛体位置合わせを行った後に、その断面の奥行き方向について同様の変形を外挿することによって、変形側ボリュームＶＭを変形させて良い。また、固定側複数断面の２次元画像と変形側ボリュームＶＭの組み合わせの場合、位置合わせ処理部１６３は、変形側ボリュームＶＭの変形では、固定側複数断面の２次元画像の各断面の２次元画像について変形側ボリュームＶＭにおける対応する断面について非剛体位置合わせを行った後に、その断面の奥行き方向について複数断面間の変形を内挿することによって、変形側ボリュームＶＭを変形させて良い。

【0095】

また、位置合わせ処理部１６３は、非剛体位置合わせを繰り返し実施してもよい。例えば、グリッドが大雑把な変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせを行った後に、グリッドが細かな変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせを行ってもよい。また、変形メッシュＭＳの細かさが多段階で用意され、位置合わせ処理部１６３は、グリッドが大雑把な変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせから開始して、徐々に細かな変形メッシュＭＳを用いた非剛体位置合わせを順次行ってもよい。

【0096】

このように、本実施形態の医用画像処理装置１００は、変形側ボリュームＶＭが変形により到達し得る到達可能領域ＶＭＲを含む範囲で変形メッシュＭＳを生成するので、変形しようとする変形側ボリュームＶＭが変形不可能となる領域が存在しない。そのため、変形側ボリュームＶＭを好適に変形させて固定側ボリュームＶＦに対して非剛体位置合わせできるので、非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【0097】

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例また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開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0098】

また、医用画像処理装置１００は、少なくともプロセッサ１４０及びメモリ１５０を備えてよい。ポート１１０、ＵＩ１２０、及びディスプレイ１３０は、医用画像処理装置１００に対して外付けであってもよい。

【0099】

また、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００から医用画像処理装置１００へ送信されることを例示した。この代わりに、ボリュームデータが一旦蓄積されるように、ネットワーク上のサーバ（例えば画像データサーバ（ＰＡＣＳ）（不図示））等へ送信され、保管されてもよい。この場合、必要時に医用画像処理装置１００のポート１１０が、ボリュームデータを、有線回線又は無線回線を介してサーバ等から取得してもよいし、任意の記憶媒体（不図示）を介して取得してもよい。

【0100】

また、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００から医用画像処理装置１００へポート１１０を経由して送信されることを例示した。これは、実質的にＣＴ装置２００と医用画像処理装置１００とを併せて一製品として成立している場合も含まれるものとする。また、医用画像処理装置１００がＣＴ装置２００のコンソールとして扱われている場合も含む。

【0101】

また、ＣＴ装置２００により画像を撮像し、被検体内部の情報を含むボリュームデータを生成することを例示したが、他の装置により画像を撮像し、ボリュームデータを生成してもよい。他の装置は、各種のモダリティ装置を含む。また、ＰＥＴ装置は、他のモダリティ装置と組み合わせて用いられてもよい。

【0102】

また、医用画像処理装置１００における動作が規定された医用画像処理方法として表現可能である。また、コンピュータに医用画像処理方法の各ステップを実行させるためのプログラムとして表現可能である。

【0103】

（上記実施形態の概要）
以上のように、上記実施形態の医用画像処理装置１００は、処理部１６０を備える。処理部１６０は、被検体を示す２次元又は３次元の画素で構成される第１の医用画像データ（例えば固定側ボリュームＶＦ）及び第２の医用画像データ（例えば変形側ボリュームＶＭ）を取得する。処理部１６０は、固定した第１の医用画像データに対して第２の医用画像データを変形することで、第１の医用画像データと第２の医用画像データとを非剛体位置合わせする非剛体位置合わせ処理を実行する。処理部１６０は、非剛体位置合わせされた第１の医用画像データと第２の医用画像データとをディスプレイ１３０（表示部の一例）に表示させる。第２の医用画像データの空間領域は、第１の医用画像データの空間領域に含まれない部分を含む。非剛体位置合わせ処理は、第２の医用画像データが変形により到達し得る領域である到達可能領域ＶＭＲを少なくとも含む領域での第２の医用画像データの変形に関する変形情報を生成する処理と、変形情報に基づいて、第２の医用画像データを変形させる処理と、を含む。変形情報は、第１の医用画像データの空間領域に含まれない領域において、第２の医用画像データに含まれる少なくとも１つの画素の移動に関する移動情報を含む。

【0104】

これにより、医用画像処理装置１００は、到達可能領域ＶＭＲを含む範囲での変形側ボリュームＶＭの変形に関する変形情報に基づいて、変形側ボリュームＶＭを変形する。そのため、変形しようとする変形側ボリュームＶＭが変形不可能となる領域が存在しない。そのため、医用画像処理装置１００は、変形側ボリュームＶＭを好適に変形させて固定側ボリュームＶＦに対して非剛体位置合わせできるので、非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【0105】

また、変形情報は、第１の医用画像データの空間領域と第２の医用画像データの空間領域との和領域の凸包領域ＶＣでの第２の医用画像データの変形に関する変形情報を含んでよい。

【0106】

これにより、医用画像処理装置１００は、変形情報として、１度で凸包領域ＶＣの全体での変形に関する変形情報を得て、凸包領域ＶＣの全体で変形側ボリュームＶＭを変形させて非剛体位置合わせでできる。よって、非剛体位置合わせに要する時間を短縮できる。

【0107】

また、変形情報は、第１の医用画像データの空間領域での第２の医用画像データの変形に関する第１の変形情報と、変形前の第２の医用画像データの空間領域から第１の医用画像データの空間領域を除いた差分領域ＶＳでの第２の医用画像データの変形に関する第２の変形情報と、を含んでよい。

【0108】

これにより、医用画像処理装置１００は、従来と同様に固定側ボリュームＶＦをカバーする領域での変形側ボリュームＶＭの変形を行ってから、残存した変形対象の領域での変形側ボリュームＶＭの変形を行う。したがって、医用画像処理装置１００は、従来方法で非剛体位置合わせを行った後に、従来方法では不十分であった部分の変形及び非剛体位置合わせも実施できる。

【0109】

また、第１の医用画像データ及び第２の医用画像データは、ＣＴ装置により撮像されたボリュームデータの少なくとも一部でよい。これにより、医用画像処理装置１００は、同じモダリティ装置で撮像されたＣＴ画像同士を非剛体位置合わせする場合でも、非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【0110】

また、第１の医用画像データは、ＣＴ装置により撮像された第１のボリュームデータの少なくとも一部でよい。第２の医用画像データは、ＭＲＩ装置により撮像された第２のボリュームデータの少なくとも一部でよい。これにより、医用画像処理装置１００は、異なるモダリティ装置で撮像されたＣＴ画像とＭＲＩ画像とを非剛体位置合わせする場合でも、非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【0111】

また、第１の医用画像データは、１つ以上の２次元の医用画像データでよい。第２の医用画像データは、３次元の医用画像データでよい。これにより、医用画像処理装置１００は、２次元の医用画像データと３次元の医用画像データとを非剛体位置合わせする場合でも、非剛体位置合わせの精度を向上できる。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本開示は、複数の医用画像データの非剛体位置合わせの精度を向上できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラム等に有用である。

【符号の説明】

【0113】

１００ 医用画像処理装置
１１０ ポート
１２０ ユーザインタフェース（ＵＩ）
１３０ ディスプレイ
１４０ プロセッサ
１５０ メモリ
１６０ 処理部
１６１ 領域処理部
１６２ 画像生成部
１６３ 位置合わせ処理部
１６５ 表示制御部
２００ ＣＴ装置
ＭＳ 変形メッシュ
ＭＳ１ 第１の変形メッシュ
ＭＳ２ 第２の変形メッシュ
ＮＤ ノード
ＶＣ 凸包領域
ＶＦ 固定側ボリューム
ＶＳ 差分領域
ＶＭ 変形側ボリューム
ＶＭＡ 変形後ボリュームデータ
ＶＭＢ 変形前ボリュームデータ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】