三维图像处理装置及X射线诊断装置 本申请基于2008年10月15日提交的日本在先专利申请2008-266559，并要求享受其优先权，后一份申请以引用方式全部并入本申请。
【技术领域】
本发明涉及由摄影方向不同的多个X射线图像重构三维图像的三维图像处理装置及X射线诊断装置。
背景技术
例如，在日本专利公开2005-288164号公报中，提出一种在心脏血管内介入中，对支架等局部区域进行三维重构而显示的技术。通常，在这种重构处理中，以将头部为上、脚为下的头尾轴作为基准的顶板坐标系生成图像。若将这样生成的图像例如以体积描绘(volume rendering)形式显示在监视器，则支架被倾斜显示，若旋转则倾斜旋转。此外，例如将该图像以切片形式显示在监视器，则支架剖面显示成椭圆。存在有如下问题：医师想要确认支架没有压坏的部位并充分扩张，但是根据上述显示出的图像难以把握这一情况。另外，医师在介入手术中手动变更旋转轴花费工夫。
如上所述，在过去的显示方法中，存在难以观察支架等关注对象并且医师在介入手术中手动变换旋转轴花费工夫的问题。
【发明内容】
本发明是鉴于上述情况做出的，其目的在于，提供一种可提供容易观察关注对象的图像的三维图像处理装置及X射线诊断装置。
根据本发明的一方式，提供一种三维图像处理装置，具备：存储部，对关注对象存储摄影方向不同的多个投影图像的数据；坐标取得部，根据上述多个投影图像中的至少2幅图像上的与上述多个关注对象的轴有关的特征信息和摄影方向，取得与上述关注对象的轴有关的三维坐标信息；坐标变换部，基于上述三维坐标信息，设定以上述关注对象的轴为一轴的三维坐标系；以及重构部，根据上述多个投影图像，重构以上述三维坐标系为基准的三维图像的数据。
根据本发明的另一方式，提供一种三维图像处理装置，具备：存储部，存储与关注对象有关的第1三维图像的数据；坐标取得部，根据上述第1三维图像上的与上述多个关注对象的轴有关的特征信息，取得与上述关注对象的轴有关的三维坐标信息；以及坐标变换部，基于上述三维坐标信息，设定以上述关注对象的轴为一轴的三维坐标系。
根据本发明的另一方式，提供一种X射线诊断装置，具备：X射线管，产生X射线；X射线检测器，检测透射了留置有医疗器具的被验体的X射线；旋转机构，将上述X射线管与上述X射线检测器一同在上述被验体的周围旋转；存储部，对上述X射线管与上述X射线检测器一同在上述被验体的周围旋转的同时重复拍摄的摄影方向不同的多个图像的数据进行存储；坐标取得部，根据上述多个投影图像中的与医疗器具有关的至少2幅图像上的、与上述医疗器具的轴有关的特征信息和摄影方向，来取得与上述医疗器具的轴有关的三维坐标信息；坐标变换部，基于上述三维坐标信息，设定以上述医疗器具的轴为一轴的三维坐标系；以及重构部，根据上述多个投影图像，重构以上述三维坐标系为基准的三维图像的数据。
本发明的其它目的和优点将在下面的详细说明部分中列出，并且，它们根据说明部分也将是显而易见地，或者可以通过实施本发明来获悉。本发明的目的和优点可以借助于下面具体给出的手段和组合方式来实现和获得。
【附图说明】
附图是说明书的一部分，它们示出了本发明当前的优选实施例，并且，与上面给出的概要说明和下面给出的优选实施例详细说明一起，阐明本发明的原理。
图1是具备本发明的第一实施方式的三维图像处理装置的X射线摄影装置的一实施方式的图。
图2是以顶板坐标系显示支架的图。
图3是表示以将支架作为基准的坐标系显示支架的图。
图4是表示支架的X射线投影图像的一例的图。
图5是表示求出特征点的三维坐标的处理的图。
图6是表示第一实施方式的三维图像处理部的动作的流程图。
图7是表示具备本发明的第二实施方式的三维图像处理装置的X射线摄影装置的一实施方式的图。
图8是表示第二实施方式的三维图像处理部的动作的顺序的流程图。
图9是表示从第一体积数据向第二体积数据的变换处理的图。
图10是表示第三实施方式的三维图像处理装置的显示例的图。
图11是表示变形例1的动作的图。
图12是表示变形例3的动作的图。
图13是表示变形例4的动作的图。
图14是表示变形例5的动作的图。
【具体实施方式】
以下，参照附图对本发明的三维图像处理装置进行说明。并且，在各实施方式中，假设将三维图像处理装置组装在X射线摄影装置中来进行说明。
(第一实施方式)
图1是装载第一实施方式的三维图像处理装置的X射线摄影装置的结构图。X射线摄影装置具有C臂装置5。C臂装置5具有：C臂16；地面设置或天花板垂吊的支承机构，用于支承C臂16，C臂16对相垂直的3个轴旋转自如；以及旋转驱动源。在C臂16的一端安装X射线管1。X射线控制部4随着系统控制部9的控制，为了从X射线管1产生X射线，对X射线管1的电极之间施加管电压，并且向X线管1的阴极丝供给加热电流。在C臂16的另一端安装X射线检测器2。X射线管1和X射线检测器2夹着顶板3上的被验体P而相对。X射线检测器2例如由图像增强器和TV摄像机的组合构成。或者，X射线检测器2由具有排列成矩阵状的半导体检测元件的平板型探测器(FPD：平面型X射线检测器)构成。C臂旋转机构6随着系统控制部9的控制，为了旋转C臂16而向其驱动源供电。通过C臂5一边旋转一边反复摄影，从而可以取得三维图像重构所需的多方向的X射线图像(投影图像)。
系统控制部9对C臂5的旋转、向X射线管1的高电压的施加以及X射线检测器2的信号读取进行控制，图像收集电路10收集摄影方向不同的多个投影图像的数据。此外，在本X射线摄影装置中，为了计测被验体P来生成心电图，装载心电仪10。图像数据存储部11将由上述图像收集电路10收集的多个投影图像的数据与系统控制部9根据上述摄影方向的数据和心电图取得的心相位的数据关联起来进行存储。而且，心相位被定义为用于规定心电图的从R波到下一个R波的期间内的各时刻的尺度，通常以百分比单位表示。
操作部8是为了向系统控制部9传递来自用户的各种指令而设置的，具有键盘、鼠标等各种输入器件。监视器12由CRT(cathode-ray tube)和/或液晶显视器(LCD：Liquid Crystal Display)等构成。
三维图像处理部100具备特征点坐标取得部101、坐标变换部102、重构处理部103及显示处理部104。如图2所示，通常以将顶板3作为基准的坐标系(顶板坐标系)定义三维像素并通过重构处理生成三维图像的数据(体积数据)。若以体积描绘形式显示该体积数据，则支架被倾斜显示，若旋转则倾斜旋转。此外，例如若以切片形式显示该体积数据，则支架剖面成为椭圆。因此，为了容易观察作为关注对象的支架，如图3所示，三维图像处理部100在沿着支架的中心轴的方向定义三维像素来重构体积数据。此外，在本实施方式中，将支架作为关注对象进行了说明，但是除支架以外也可以是气囊、堵塞用器件等其它插入于体内的器件，也可以是血管等的体内的一个部位。此外，除心脏血管以外，如作为关注对象而观察穿刺手术时的器件时也有用。
特征点坐标取得部101根据在相同的心相位的至少2帧投影图像上指定的多个特征性的点(特征点)的二维坐标和各摄影方向，通过几何学计算求出特征点的三维坐标(三维位置)。心相位通过例如对应于扩张期，从而可降低心脏的运动造成的图像模糊。在此，作为特征点而利用附设在支架的中心轴的两端部的2个支架的标记。图4是拍摄支架的投影图像的一例。在投影图像上，用X射线不透射的部分表示支架标记。如图5所示，在图像数据存储部11存储有从多方向拍摄被验体的投影图像的数据。在拍摄这些投影图像的定时，可以说支架位于三维空间内的相同的位置，所以特征点坐标取得部101可以根据至少2帧投影图像上的特征点的二维坐标和各摄影方向，求出特征点的三维坐标。
坐标变换部102设定以连接2个特征点的三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系。
重构处理部103将由坐标变换部102设定的三维坐标系作为基准，基于多个投影图像，通过背投(back projection)处理重构体积数据。通过重构生成的体积数据被存储在图像数据存储部11。
显示处理部104对由重构处理部103生成的体积数据进行切片处理、最大值投影图像(MIP：Maximum Intensity Projection)处理、或体积描绘(VR：Volume Rendering)处理等，在监视器12显示切片像、MIP图像或VR图像。
接着，对这样构成的三维图像处理部100的动作进行说明。图6是表示三维图像处理部100的处理顺序的流程图。
在图6中，三维图像处理部100选择多个投影图像的数据中的、摄影方向不同的至少2幅投影图像(步骤S1a)。三维图像处理部100在所选择的投影图像上接受2个特征点的指定(步骤S2a)。例如，假设操作员在投影图像上将支架标记指定为特征点。特征点坐标取得部101根据被选择的投影图像的摄影方向和特征点的二维坐标，取得2个特征点的三维坐标(步骤S3a)。坐标变换部102设定以连接2个特征点的三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系(步骤S4a)。
重构处理部103基于多个投影图像的数据，重构以上述设定的三维坐标系为基准的体积数据(步骤S5a)。由此，生成将支架的中心轴作为基准的体积数据。
显示处理部104在监视器12上以MIP显示或VR显示方式显示由重构处理部103生成的体积数据(步骤S6a)，并以旋转动画的方式显示MIP图像或VR图像(步骤S7a)。此外，显示处理部104以切片像(剖面图像)显示所生成的体积数据(步骤S8a)，通过依次显示切片，来进行动画显示(步骤S9a)。
如上所述，在上述第一实施方式中，取得2个特征点的三维坐标，设定以连接这2个特征点的三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系，根据多个投影图像重构以该三维坐标系为基准的体积数据。通过这样，医师可以在操作中观察绕支架轴旋转的体积描绘像，进而在支架像中显示垂直于支架轴的剖面，所以支架剖面成为圆，通过目视测量直径也变得容易。作为结果，具有缩短操作时间的效果。
此外，在显示处理部104中，可以在显示切片像时按格子状描绘网格线。由于所显示的体积数据沿着连接2点的轴，所以若看剖面图像中的网格线，则能够通过目视大致测量支架的直径和/或半径。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，说明基于以顶板坐标系重构的第一体积数据，通过重新切片生成沿着支架的中心轴方向的第二体积数据的方法。
图7是装载第二实施方式的三维图像处理装置的X射线摄影装置的结构图。并且，在与上述图1相同的部分附上相同的符号，省略详细的说明。
在图7中，重构处理部13基于存储在图像数据存储部11的摄影方向不同的多个投影图像，重构第一体积数据。即，在图像数据存储部11预先存储有以顶板坐标系表示的第一体积数据。
三维图像处理部110具备特征点坐标取得部111、坐标变换部112、图像变换部113和显示处理部114。
特征点坐标取得部111取得存储在图像数据存储部11中的第一体积数据中的顶板坐标系上的特征点的三维坐标。支架是金属制且是网眼状的细长的筒，直径是2～10mm左右，长度是8mm～30mm左右。由于金属吸收X射线，所以在图像上支架显示为白色。通过在第一体积数据中提取具有阈值以上的亮度的像素并进行上述形状的图案识别，从而可以检测支架的像。例如，将检测出的支架的像的两端部的标记作为特征点取得2个三维坐标。
坐标变换部112设定以连接这2个三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系。
图像变换部113将由坐标变换部112设定的三维坐标系作为基准，进行用垂直于上述一轴的面，对第一体积数据再次进行重新切片的处理(重新切片)，变换成第二体积数据。
显示处理部114对由上述图像变换部113变换的体积数据进行切片处理、最大值投影图像(MIP：Maximum Intensity Projection)处理或体积描绘(VR：Volume Rendering)处理等，在监视器12显示切片像、MIP图像或VR图像。
接着，对这样构成的三维图像处理部的动作进行说明。图8是表示三维图像处理部的处理顺序的流程图。
取得存储在图像数据存储部11中的第一体积数据中的顶板坐标系上的2个特征点的三维坐标(步骤S1b)。坐标变换部112设定以连接上述取得的2个特征点的三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系(步骤S2b)。如图9所示，图像变换部113以上述设定的三维坐标系为基准，用垂直于上述一轴的面，对存储在图像数据存储部11的第一体积数据进行重新切片，从而生成新的体积数据(S3b)。在该重新切片处理时，也可以进行内插法等插值处理。
显示处理部114在监视器12上以MIP显示或VR显示的方式显示由图像变换部113生成的体积数据(步骤S4b)，并以旋转动画的方式显示MIP图像或VR图像(步骤S5b)。此外，显示处理部104以切片像(剖面图像)显示所生成的体积数据(步骤S6b)，通过依次显示切片像而进行动画显示(步骤S7b)。
如上所述，在上述第二实施方式中，设定以连接2个特征点的三维坐标的直线作为一轴的三维坐标系，用垂直于上述一轴的面，对以顶板坐标系表示的第一体积数据进行重新切片，从而变换为第二体积数据。通过这样，即使在已经生成以顶板坐标系表示的体积数据的情况下，也可以得到以支架的中心轴为基准的体积数据。因此，与上述第一实施方式同样，可以提供容易观察支架等关注对象的图像。
(第三实施方式)
第三实施式基于以顶板坐标系重构的体积数据，进行沿着支架的中心轴方向的显示。
装载第三实施方式的三维图像处理装置的X射线摄影装置为从上述图7所示的X射线摄影装置中除去图像变换部113的结构。以下，参照图7进行说明。
在上述第二实施方式中，在图像变换部113进行了重新切片处理，但是该处理存在花费处理时间的问题。因此，在第三实施方式中，省略图像变换部113的重新切片处理，在显示处理部114中，以由坐标变换部112设定的三维坐标系作为基准，在以连接上述2个特征点的直线作为一轴的方向上显示以顶板坐标系重构的体积数据。例如，显示处理部114将由坐标变换部112设定的三维坐标系作为基准，对体积数据进行VR显示，如图10所示，在上述一轴的方向上进行旋转显示。
通过这样，在上述第三实施方式中，所显示的支架仍是斜的，但可以不在顶板轴方向上进行旋转显示而是在支架的中心轴方向上进行旋转显示。在上述第三实施方式中所需要的信息与第二实施方式相同。通过这样，可以用比第二实施方式简单的方法容易观察支架等关注对象。
并且，本发明不限定于上述实施方式本身，在实施阶段，可以在不脱离其主要内容的范围内变形构成要素来具体化。作为具体的变形例，例如有如下的例子。
(变形例1)
变形例1是在第二及第三实施方式中从体积数据取得上述2个特征点的三维坐标的例子。而且，该方法可应用于非常一般的三维图像。当然，也可以应用于CT或MRI图像等。
如图11所示，在仅重构支架周围的三维图像中，关注对象的支架被照得最强，其它部分不太强。在此，通过主成分分析等的方法，根据三维图像得到支架的方向矢量和中心轴。这可以通过一般的图像处理方法实现。能够通过以该处理结果得到的中心轴为基础，进行第二实施方式所述的“重新切片”处理，得到第二体积数据。此外，在第三实施方式中，以上述得到的中心轴的方向进行VR显示等。
(变形例2)
在上述各实施方式中，对取得2个特征点的情况进行了叙述。支架的情况下，大多具有支架的上侧和下侧的两个标记，所以特征点是2个。在变形例2中，对特征点为1个的情况进行叙述。
在特征点为1个时，通过利用该特征点的三维坐标和与该特征点相切的切线信息，可以应用上述各实施方式的方法。例如，可列举出仅有1个标记的支架的例子。这时，操作员指定的特征点是1个，所以三维坐标也是1个。因此，通过图像处理，根据三维图像计算存在于该特征点的三维坐标中的对象物(支架)的切线，利用得到的切线信息实施上述各实施方式。
此外，特征点为3个以上时，特征点位于大致一直线上的情况下，以该直线为轴应用上述各实施方式的方法。3个特征点不位于大致一直线上时，不进行任何处理，设为通常显示。
(变形例3)
变形例3是在上述第1实施方式中进行重构处理时，以连接2个特征点的直线为轴，仅生成以该轴为中心的区域的体积数据的例子。
在上述第一实施方式中，在以将连接2个特征点的直线作为一轴的坐标系制作体积数据时，支架在轴中心附近作为细长的物体存在。因此，重构处理部103生成不是立方体的、以上述一轴为中心的长方体的体积数据。例如，如图12所示，通常将作为512×512×512像素的体积数据设为256×256×512像素。通过这样，要计算的体积数据减少，所以可以缩短计算时间。
(变形例4)
变形例4是在上述第一实施方式中进行重构处理时，将连接2个特征点的直线作为一轴，将该一轴的方向的像素节距设为比垂直于该一轴的方向的像素节距大而生成体积数据的例子。
即，重构处理部103使三维像素节距在支架面方向(垂直于上述一轴的方向)窄，在一轴的方向宽。由此，要计算的体积数据减少，所以缩短计算时间。此外，随着时间的经过，也可以使其成为各向同性。例如，如图13所示，首先在轴方向离散地制作256×256×10像素的体积数据，并逐渐设置间隔而制作256×256×512像素的体积数据。
(变形例5)
变形例5是在上述第一实施方式中进行重构处理时，将连接2个特征点的直线作为轴，从该轴朝向外周生成三维图像的数据的例子。
重构处理部103从由2个特征点设定的轴中心进行基于背投处理的重构，显示处理部104从生成的部分开始依次显示。由此，如图14所示，用户先显示轴附近的图像，可观察依次变粗的三维图像。特别是支架在轴中心附近作为细长的物体存在，所以首先显示支架，接着显示周围的结构物。
此外，本实施方式的各功能可以通过将执行该处理的程序安装在工作站等的计算机上、并在存储器上展开它们来实现。这时，使计算机执行该方法的程序可以存储在磁盘(软(注册商标)盘、硬盘等)、光盘(CD-ROM、DVD等)、半导体存储器等的记录介质中来分发。
在上述实施方式中，上述实施方式将循环器用X射线图像用于说明，但是不限于X射线图像，也可扩展到CT图像、MRI图像、超声波图像等由其它系统收集的医用图像。
在上述实施方式中，三维图像处理装置设为与X线摄影装置一体化的结构来进行了说明，但是作为具备图像数据存储部、三维图像处理部及监视器的三维图像处理装置，也可以是分体独立的结构。
对于本领域技术人员来说，其他优点和变通是很容易联想得到的。因此，本发明就其较宽方面而言，并不限于本申请给出和描述的具体细节和说明性实施例。因此，在不偏离所附权利要求及其等同物定义的总发明构思精神或保护范围的前提下，可以做出各种修改。