JP2007098028A - Modeling apparatus, modeling method, region extraction apparatus, and program - Google Patents

Modeling apparatus, modeling method, region extraction apparatus, and program Download PDF

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浩一 藤原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of realizing precise modeling processing. <P>SOLUTION: By deforming a standard model so as to optimize a prescribed evaluation function using a model fitting method, the model of an object is generated. The prescribed evaluation function includes a transcendental knowledge term. The transcendental knowledge term is the term to be optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumption region RB assumed as the presence region of an object on the basis of transcendental knowledge. The assumption region RB is obtained as a region where the presence probability of the object obtained on the basis of data of the same kind of object is higher than a prescribed value, for example. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、モデルを生成するモデリング装置およびそれに関連する技術に関する。   The present invention relates to a modeling apparatus for generating a model and a technique related thereto.

近年、医療分野において、X線CT(Computed Tomography)装置或いはMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等によって撮影された生体内の3次元画像が広く用いられている。これにより、体内の臓器等の情報が視覚的に把握可能となり診断精度の向上が期待できる。しかし、その一方で、診断に用いられる3次元画像は数十枚〜数百枚のスライス画像から構成されているため、このような膨大な情報量の中から診断に必要な情報のみを得ることは読影医師にとって大きな負担となっている。   In recent years, in-vivo three-dimensional images taken by an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus or an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus are widely used in the medical field. As a result, information on internal organs and the like can be visually grasped, and an improvement in diagnostic accuracy can be expected. However, on the other hand, since the three-dimensional image used for diagnosis is composed of tens to hundreds of slice images, only information necessary for diagnosis is obtained from such an enormous amount of information. Is a big burden for doctors.

そこで、計算機を援用した定量的或いは自動的診断の要望が強まり、計算機による診断支援(CAD:Computer−aided diagnosis)システムの研究が盛んに行われている(例えば、非特許文献1〜3参照)。   Therefore, demands for quantitative or automatic diagnosis with the aid of a computer have increased, and research on a computer-aided diagnosis (CAD: Computer-aided diagnosis) system has been actively conducted (for example, see Non-Patent Documents 1 to 3). .

計算機による診断支援を行うには、診断に必要な情報、つまり臓器領域又は形状等を正確に抽出することが重要な課題となる。   In order to perform diagnosis support by a computer, it is an important issue to accurately extract information necessary for diagnosis, that is, an organ region or a shape.

臓器の領域抽出手法の1つとして、予め用意した標準モデルをエネルギー最小化原理に基づいて変形させ、目的の輪郭を見つけるモデルフィッテイング(Model Fitting)手法が提案されている。   As one of organ region extraction methods, a model fitting method for finding a target contour by deforming a standard model prepared in advance on the basis of the energy minimization principle has been proposed.

この手法によれば、標準モデルという予め特徴を持たせたモデルを変形させて該当領域を抽出するため、高精度の抽出処理が可能となる。   According to this method, since a corresponding region is extracted by deforming a model having a characteristic in advance, which is a standard model, high-precision extraction processing is possible.

ツァガーン・バイガルマ、清水昭伸、小畑秀文、「3次元可変形状モデルによる腹部CT像からの腎臓領域抽出法の開発」、電子情報通信学会論文誌、D-II、2002年1月、Vol.J85-D-II、No.1、pp.140-148Tsagaan Bigalma, Akinobu Shimizu, Hidefumi Obata, “Development of a method for extracting kidney regions from abdominal CT images using a three-dimensional deformable model”, IEICE Transactions, D-II, January 2002, Vol. D-II, No.1, pp.140-148 清水昭伸、桜井博紀、柳田友尚、木畑秀文、縄野繁、「人体の電子アトラスに基づく3次元腹部CT像からの複数臓器の抽出処理とその性能評価−従来法との比較−」、信学技報、2005年、MI2005-15、pp.7-12Akinobu Shimizu, Hiroki Sakurai, Tomonao Yanagida, Hidefumi Kibata, Shigeru Nino, “Extraction processing of multiple organs from 3D abdominal CT images based on human electronic atlas and its performance evaluation-Comparison with conventional methods”, Shingaku Technical Bulletin, 2005, MI2005-15, pp.7-12 北川輝彦、奥尾一将、周向栄、横山龍二郎、原武史、藤田広志、兼松雅之、星博昭、「体幹部CT画像における横隔膜の変形による肝臓の確率的アトラスの自動生成とその肝臓自動抽出への応用」、信学技報、2005年、MI2005-16、pp.13-18Teruhiko Kitagawa, Kazumasa Okio, Sakae Sakae, Ryujiro Yokoyama, Takeshi Hara, Hiroshi Fujita, Masayuki Kanematsu, Hiroaki Hoshi, "Automatic generation of probabilistic atlas of the liver by deforming the diaphragm in trunk CT images and its automatic extraction Application, IEICE Technical Report, 2005, MI2005-16, pp.13-18

しかしながら、上記のモデルフィッティング手法(特許文献1参照)においても、十分な精度を得られないことがある。具体的には、上記のモデルフィッティング手法においては、外部エネルギーと内部エネルギーとの2つの種類のエネルギーを考慮しているが、これら2種類のエネルギーを考慮することによっては、十分な精度を得られないことがある。   However, even with the above model fitting method (see Patent Document 1), sufficient accuracy may not be obtained. Specifically, in the above model fitting method, two types of energy, external energy and internal energy, are considered, but sufficient accuracy can be obtained by considering these two types of energy. There may not be.

また、このような問題は、上記のような領域抽出処理のためのモデリング処理だけでなく、対象物のモデルを作成するモデリング処理においても一般的に生じる問題である。   Such a problem is a problem that generally occurs not only in the modeling process for the region extraction process as described above but also in the modeling process for creating a model of the object.

そこで、この発明の課題は、より正確なモデリング処理を実現することが可能な技術を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of realizing a more accurate modeling process.

上記課題を解決すべく、請求項1の発明は、対象物のモデルを生成するモデリング装置であって、前記対象物に関する標準モデルを取得する取得手段と、モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成するモデル変形手段とを備え、前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a modeling apparatus for generating a model of an object, an acquisition means for acquiring a standard model related to the object, and a predetermined evaluation function using a model fitting technique. And deforming the standard model so as to optimize the model and generating a model of the object, and the predetermined evaluation function is assumed as an existence region of the object based on a priori knowledge. A priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed area that is a predetermined area.

請求項2の発明は、請求項1の発明に係るモデリング装置において、前記想定領域は、前記対象物の存在確率が所定値よりも高い領域であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to the first aspect of the invention, the assumed region is a region in which the existence probability of the object is higher than a predetermined value.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係るモデリング装置において、前記先験的知識項は、前記想定領域の境界へと最短距離で接近するベクトルである接近ベクトルの向きに前記標準モデルの各制御点が移動するときに最適化されるものであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the modeling device according to the first or second aspect of the present invention, the a priori knowledge term is in the direction of an approach vector that is a vector that approaches the boundary of the assumed region in the shortest distance. It is optimized when each control point of the standard model moves.

請求項4の発明は、請求項3の発明に係るモデリング装置において、前記モデル変形手段が前記標準モデルを逐次変形させていく際において、前記接近ベクトルは変形後の前記標準モデルの各制御点の位置に応じて更新され、前記先験的知識項は、更新された前記接近ベクトルに基づいて算出されることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to the third aspect of the present invention, when the model deforming means sequentially deforms the standard model, the approach vector is a value of each control point of the standard model after deformation. It is updated according to the position, and the a priori knowledge term is calculated based on the updated approach vector.

請求項5の発明は、請求項3の発明に係るモデリング装置において、前記接近ベクトルは、前記各制御点の初期位置に応じて前記各制御点ごとに予め設定され、前記モデル変形手段が前記標準モデルを逐次変形させていく際においても、前記先験的知識項は、常に、前記各制御点の初期位置に応じて前記各制御点ごとに予め設定された前記接近ベクトルに基づいて算出されることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to the third aspect of the present invention, the approach vector is preset for each control point in accordance with an initial position of each control point, and the model deformation means is the standard. Even when the model is sequentially deformed, the a priori knowledge term is always calculated based on the approach vector preset for each control point according to the initial position of each control point. It is characterized by that.

請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかの発明に係るモデリング装置において、前記所定の評価関数は、前記標準モデルの形状が計測データにおける輪郭に近づくときに最適化される外部エネルギー項を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the predetermined evaluation function is optimized when the shape of the standard model approaches the contour in the measurement data. It has an external energy term.

請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかの発明に係るモデリング装置において、前記所定の評価関数は、前記標準モデルの各制御点相互の関係が一定の関係に近づくときに最適化される内部エネルギー項を有することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the predetermined evaluation function is obtained when the relationship between the control points of the standard model approaches a certain relationship. It has an internal energy term that is optimized.

請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7のいずれかの発明に係るモデリング装置において、生成された前記対象物のモデルの存在位置に対応する領域を前記対象物の領域として計測データから抽出する手段とをさらに備えることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the modeling device according to any one of claims 1 to 7, wherein the region corresponding to the generated position of the model of the object is used as the region of the object from the measurement data. And a means for extracting.

請求項9の発明は、対象物のモデルを生成するモデリング方法であって、前記対象物に関する標準モデルを初期位置に配置する工程と、モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成する工程とを備え、前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とする。   The invention according to claim 9 is a modeling method for generating a model of an object, wherein a standard model related to the object is arranged at an initial position, and a predetermined evaluation function is optimized using a model fitting technique. And deforming the standard model to generate a model of the object, wherein the predetermined evaluation function is an assumed area which is an area assumed as an existence area of the object based on a priori knowledge. It has a priori knowledge terms that are optimized when the standard model is deformed to match.

請求項10の発明は、コンピュータに、前記対象物に関する標準モデルを初期位置に配置する手順と、モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成する手順とを実行させるためのプログラムであって、前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とする。   In the invention of claim 10, the standard model relating to the object is arranged at an initial position in the computer, and the standard model is deformed so as to optimize a predetermined evaluation function using a model fitting technique, and the object A program for generating a model of an object, wherein the predetermined evaluation function matches an assumed area that is assumed as an existing area of the object based on a priori knowledge And a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed.

請求項11の発明は、計測データから対象物の領域を抽出する領域抽出装置であって、前記対象物に関する標準モデルを取得する取得手段と、モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させる手段と、変形後の前記標準モデルの存在位置に対応する領域を前記対象物の領域として前記計測データから抽出する手段とを備え、前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき対象物が存在すると想定される想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とする。   The invention according to claim 11 is an area extraction device for extracting an area of an object from measurement data, and optimizes a predetermined evaluation function using an acquisition means for acquiring a standard model related to the object and a model fitting technique. Means for deforming the standard model, and means for extracting, from the measurement data, an area corresponding to the position of the standard model after the deformation as the area of the object, and the predetermined evaluation function includes: It has a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed region where an object is assumed to exist based on a priori knowledge.

請求項1ないし請求項11に記載の発明によれば、先験的知識を反映させてモデルを変形させることができるので、より正確なモデリング処理を実現することができる。   According to the first to eleventh aspects of the invention, since the model can be deformed by reflecting a priori knowledge, a more accurate modeling process can be realized.

特に、請求項4に記載の発明によれば、標準モデルが逐次変形されていく際において、接近ベクトルは変形後の標準モデルの各制御点の位置に応じて更新され、先験的知識項は、更新された接近ベクトルに基づいて算出される。したがって、随時更新される接近ベクトルを考慮することにより、先験的知識をより高精度に反映させてモデルフィッティングを行うことができる。   In particular, according to the invention described in claim 4, when the standard model is sequentially deformed, the approach vector is updated according to the position of each control point of the standard model after deformation, and the a priori knowledge term is And calculated based on the updated approach vector. Therefore, by considering the approach vector updated from time to time, model fitting can be performed by reflecting a priori knowledge with higher accuracy.

また、請求項5に記載の発明によれば、対象物の存在確率マップにおける全画素について接近ベクトルを予め準備しておく必要がなく、標準モデルの各制御点の初期位置における各接近ベクトルを求めれば済むので、効率的である。   According to the fifth aspect of the present invention, it is not necessary to prepare approach vectors in advance for all the pixels in the object existence probability map, and each approach vector at the initial position of each control point of the standard model can be obtained. It is efficient because it can be done.

また、請求項8に記載の発明によれば、生成されたモデルの存在位置に対応する領域を対象物の領域として計測データから抽出することによって、先験的知識を反映させて、対象物の領域を正確に抽出することができる。   Further, according to the invention described in claim 8, by extracting from the measurement data the region corresponding to the position where the generated model exists as the region of the object, the a priori knowledge is reflected, The region can be extracted accurately.

また、請求項11に記載の発明によれば、先験的知識を反映して変形された標準モデルの存在位置に対応する領域を対象物の領域として計測データから抽出するので、先見的知識を反映させて、対象物の領域を正確に抽出することができる。   According to the invention described in claim 11, since the region corresponding to the position of the standard model that is deformed reflecting a priori knowledge is extracted from the measurement data as the region of the object, the a priori knowledge is obtained. Reflecting this, it is possible to accurately extract the region of the object.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<1.構成>
図1は、本発明の実施形態に係る領域抽出装置1の概要を示す図である。領域抽出装置1は、計測データ(詳細には3次元計測データ(立体計測データとも称する))から所望の対象物の領域(詳細には立体領域)を抽出する装置である。なお、この領域抽出装置1は、モデルフィッティング手法を用いて対象物モデルの生成処理を行うことから、「モデリング装置」とも称せられる。
<1. Configuration>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a region extraction device 1 according to an embodiment of the present invention. The region extraction device 1 is a device that extracts a desired target region (specifically, a three-dimensional region) from measurement data (specifically, three-dimensional measurement data (also referred to as three-dimensional measurement data)). The region extraction apparatus 1 is also referred to as a “modeling apparatus” because it generates a target object model using a model fitting technique.

図1に示すように領域抽出装置1は、パーソナルコンピュータ(以下、単に「パソコン」と称する)2と、モニター3と、装着部5と、操作部4とを備えている。   As shown in FIG. 1, the region extraction apparatus 1 includes a personal computer (hereinafter simply referred to as “personal computer”) 2, a monitor 3, a mounting unit 5, and an operation unit 4.

パソコン2は、制御部20、入出力I/F21、及び記憶部22を備えている。   The personal computer 2 includes a control unit 20, an input / output I / F 21, and a storage unit 22.

入出力I/F21は、モニター3、操作部4および装着部5とパソコン2との相互間でデータの送受信を行うためのインターフェイス(I/F)であり、制御部20との間でデータの送受信を行う。   The input / output I / F 21 is an interface (I / F) for transmitting / receiving data between the monitor 3, the operation unit 4, the mounting unit 5, and the personal computer 2. Send and receive.

記憶部22は、例えばハードディスクなどで構成されており、後述の各種処理を実行するためのソフトウェアプログラム(以下、単に「プログラム」と称する)PG等を格納している。   The storage unit 22 includes, for example, a hard disk, and stores a software program (hereinafter simply referred to as “program”) PG for executing various processes described below.

制御部20は、主にCPU、ROM20a及びRAM20b等を有し、パソコン2の各部を統括制御する部位である。   The control unit 20 mainly includes a CPU, a ROM 20a, a RAM 20b, and the like, and is a part that performs overall control of each unit of the personal computer 2.

モニター3は、例えば、CRTで構成され、制御部20で生成される表示用画像を可視的に出力する。   The monitor 3 is composed of, for example, a CRT, and visually outputs a display image generated by the control unit 20.

操作部4は、キーボード及びマウス等から構成され、使用者(ユーザ)に各種操作にしたがって各種信号を入出力I/F21に送信する。   The operation unit 4 includes a keyboard and a mouse, and transmits various signals to the user (user) according to various operations to the input / output I / F 21.

また、装着部5は、メモリカード51等の記憶媒体を着脱自在に装着することができる。そして、装着部5に装着されたメモリカード51に格納される各種データ又はプログラム等を入出力I/F21を介して制御部20或いは記憶部22に取り込むことができる。   The mounting unit 5 can detachably mount a storage medium such as the memory card 51. Various data or programs stored in the memory card 51 attached to the attachment unit 5 can be taken into the control unit 20 or the storage unit 22 via the input / output I / F 21.

次に、領域抽出装置1の各種機能について説明する。   Next, various functions of the region extraction device 1 will be described.

図2は、領域抽出装置1の各種機能を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating various functions of the region extraction device 1.

これらの各種機能は、制御部20内のCPU等の各種ハードウェアを用いて所定のプログラムPGを実行することによって実現される。   These various functions are realized by executing a predetermined program PG using various hardware such as a CPU in the control unit 20.

図2に示されるように、領域抽出装置1は、モデル格納部11と計測データ入力部12と暫定領域抽出部13と初期位置決定部14とモデルフィッティング部15と領域抽出部16と抽出領域出力部17とを備え、入力される3次元画像(3次元計測データ)から使用者(ユーザ)等が抽出したい物体(以下、「抽出対象領域(物体)」とも称する)を抽出し、出力することができる。   As shown in FIG. 2, the region extraction apparatus 1 includes a model storage unit 11, a measurement data input unit 12, a temporary region extraction unit 13, an initial position determination unit 14, a model fitting unit 15, a region extraction unit 16, and an extraction region output. An object to be extracted by a user (user) or the like from the input three-dimensional image (three-dimensional measurement data) (hereinafter also referred to as “extraction target region (object)”) and output Can do.

モデル格納部11は、モデルフィッティング処理に用いられる「標準モデル」を格納している。領域抽出装置1は、モデル格納部11から読み出すことによって「標準モデル」を取得することができる。ここで、「標準モデル」は、後述のモデルフィッティング手法において用いられるモデルであり、抽出対象領域(例えば臓器)の標準的なモデルを意味する。   The model storage unit 11 stores a “standard model” used for the model fitting process. The area extracting apparatus 1 can acquire the “standard model” by reading from the model storage unit 11. Here, the “standard model” is a model used in a model fitting method described later, and means a standard model of an extraction target region (for example, an organ).

計測データ入力部12は、CT装置あるいはMRI装置などによって取得された3次元計測データ(ボリュームデータ)を入力する機能を有している。   The measurement data input unit 12 has a function of inputting three-dimensional measurement data (volume data) acquired by a CT apparatus or an MRI apparatus.

暫定領域抽出部13は、モデルフィッティング手法とは異なる手法を用いて、抽出対象物体(領域)を暫定的に抽出する機能を有している。   The provisional region extraction unit 13 has a function of provisionally extracting an extraction target object (region) using a method different from the model fitting method.

初期位置決定部14は、暫定的に抽出された抽出対象物体(領域)を用いて、標準モデルの初期位置を決定する機能を有している。   The initial position determination unit 14 has a function of determining an initial position of the standard model using a provisionally extracted extraction target object (region).

モデルフィッティング部15は、モデルフィッティング手法を用いて標準モデルを変形することにより対象物のモデルを生成する機能を有している。   The model fitting unit 15 has a function of generating a model of an object by deforming a standard model using a model fitting method.

領域抽出部16は、モデルフィッティング部15によって生成されたモデルを用いて計測データから対象物の領域を抽出する機能を有している。   The region extraction unit 16 has a function of extracting a region of an object from measurement data using the model generated by the model fitting unit 15.

抽出領域出力部17は、抽出した対象物体をモニター3に表示出力する機能を有している。   The extraction area output unit 17 has a function of displaying and outputting the extracted target object on the monitor 3.

<2.動作>
<動作概要>
この実施形態では、X線CT装置によって取得される3次元画像(ボリュームデータとも称する)に基づくモデルフィッティング処理、および当該モデルフィッティング処理を用いた領域抽出処理等について説明する。ただし、本発明は、これに限定されず、他の計測データ(例えば、MRI装置によって取得される3次元画像等)に基づくモデルフィッティング処理および当該モデルフィッティング処理を用いた領域抽出処理等にも適用することができる。
<2. Operation>
<Overview of operation>
In this embodiment, a model fitting process based on a three-dimensional image (also referred to as volume data) acquired by an X-ray CT apparatus, a region extraction process using the model fitting process, and the like will be described. However, the present invention is not limited to this, and is also applicable to a model fitting process based on other measurement data (for example, a three-dimensional image acquired by an MRI apparatus) and a region extraction process using the model fitting process. can do.

図3は、X線CT装置によって取得される3次元画像TDP1を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional image TDP1 acquired by the X-ray CT apparatus.

図3に示されるように、3次元画像TDP1は、物体(人体)を輪切りにした断面を示す複数(例えば、数十枚から数百枚)のスライス画像(断層画像)SDで構成されている。各スライス画像SDは、各点(各画素)でのX線の吸収量(CT値)を濃淡表示して可視化した画像である。図3においては、3次元画像TDP1を構成する複数のスライス画像SDのうちの所定位置におけるスライス画像PMも併せて示されている。   As shown in FIG. 3, the three-dimensional image TDP1 is composed of a plurality (for example, several tens to several hundreds) of slice images (tomographic images) SD showing a cross section of an object (human body). . Each slice image SD is an image visualized by displaying the amount of X-ray absorption (CT value) at each point (each pixel) in grayscale. In FIG. 3, a slice image PM at a predetermined position among the plurality of slice images SD constituting the three-dimensional image TDP1 is also shown.

図4は、領域抽出装置1の全体動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the overall operation of the region extraction apparatus 1.

領域抽出装置1は、図4に示される各処理(ステップS1〜S4)を実行することによって、入力画像(3次元画像)から使用者(ユーザ)が指定した対象物を抽出する。なお、抽出対象物の指定は、ステップS1の処理開始前に使用者(ユーザ)によって予め行われる。指定手法としては、例えば、記憶部22に予めデータベース化されて保存されている項目一覧(例えば各種の臓器等が列挙された項目一覧)から、操作部(例えばマウス)4等の操作により使用者(ユーザ)が所望の項目を選択する態様等を採用することができる。以下では、抽出対象物として所定の臓器が指定されている場合を想定し、図4の各処理について説明する。   The region extraction apparatus 1 extracts the target specified by the user (user) from the input image (three-dimensional image) by executing each process (steps S1 to S4) shown in FIG. The extraction target is designated in advance by the user (user) before the process of step S1 is started. As a designation method, for example, the user can operate the operation unit (for example, mouse) 4 or the like from an item list (for example, an item list in which various organs are listed) stored in the storage unit 22 in advance as a database. A mode in which the (user) selects a desired item can be employed. Hereinafter, assuming that a predetermined organ is designated as the extraction target, each process of FIG. 4 will be described.

まず、ステップS1では、領域抽出装置1に入力される3次元画像から使用者(ユーザ)の指定した物体(臓器)が暫定的に抽出される。後述するように、このステップS1では、モデルフィッティング手法とは異なる手法を用いて抽出対象領域が抽出される。   First, in step S1, an object (organ) designated by a user (user) is provisionally extracted from a three-dimensional image input to the region extraction device 1. As will be described later, in step S1, an extraction target region is extracted using a method different from the model fitting method.

次に、ステップS2において、ステップS1で暫定的に抽出された物体(臓器)を用いて、標準モデルの初期位置(標準モデルを計測データ中に配置する際の初期位置)が決定され、標準モデルの配置が行われる。ステップS1の暫定抽出処理によれば、この初期位置を正確に求めることが可能になる。   Next, in step S2, the initial position of the standard model (initial position when the standard model is arranged in the measurement data) is determined using the object (organ) temporarily extracted in step S1, and the standard model is determined. Is arranged. According to the provisional extraction process in step S1, this initial position can be obtained accurately.

さらに、ステップS3では、初期位置に配置された標準モデルがモデルフィッティング手法によって変形され、対象物のモデルが生成される。そして、変形後の標準モデルの位置に存在する領域が、対象物の領域として抽出される。   Further, in step S3, the standard model placed at the initial position is deformed by the model fitting method, and a model of the object is generated. Then, a region existing at the position of the standard model after deformation is extracted as a region of the object.

ステップS4では、作成された個別モデルが抽出対象物体としてモニター3等に出力される。   In step S4, the created individual model is output to the monitor 3 or the like as an extraction target object.

このように、最終的にはモデルフィッティング手法を用いて抽出対象物体が抽出される(ステップS3)。なお、ここでは、モデルフィッティング手法における標準モデルの初期位置を決定するに際して、モデルフィッティング手法とは異なる手法(領域拡張法)を用いる(ステップS1,S2)場合を例示する。   In this way, the extraction target object is finally extracted using the model fitting technique (step S3). Here, a case where a method (region expansion method) different from the model fitting method is used when determining the initial position of the standard model in the model fitting method (steps S1 and S2) is illustrated.

また、後述するように、モデルフィッティング処理(ステップS3)において先験的知識を考慮することによって、より正確なモデルフィッティング処理を行うことが可能になる。   Further, as will be described later, more accurate model fitting processing can be performed by considering a priori knowledge in the model fitting processing (step S3).

以下、ステップS1,S2,S3の各処理について順次に詳述する。   Hereafter, each process of step S1, S2, S3 is explained in full detail sequentially.

<暫定領域抽出処理(ステップS1)>
上述のように、暫定領域抽出処理(ステップS1)では、使用者(ユーザ)によって指定された物体(臓器)を暫定的に抽出することを目的とする。本実施形態では、その抽出方法の一例として領域拡張法を採用する。
<Temporary region extraction processing (step S1)>
As described above, the provisional area extraction process (step S1) aims to tentatively extract an object (organ) designated by a user (user). In this embodiment, a region expansion method is adopted as an example of the extraction method.

図5は、領域拡張法を用いた暫定領域抽出処理(ステップS1)の詳細を示すフローチャートである。図6は、人体をX線CT装置で撮影した際の所定位置におけるスライス画像PMを示す図であり、図7は、図6に示されるスライス画像PM上の画素M1を中心として隣接する画素付近を拡大表示した図である。図7においては、スライス画像PMの画素M1の隣接画素として、同一階層のスライス画像PMにおける隣接8画素M2〜M9に加えて、スライス画像PUにおける隣接9画素U1〜U9と、スライス画像PDにおける隣接9画素D1〜D9とが示されている。尚、スライス画像PUは、スライス画像PMに対して+z方向に隣接するスライス画像(換言すればスライス画像PMの直上層のスライス画像)であり、スライス画像PDは、スライス画像PMに対して−z方向に隣接するスライス画像(換言すればスライス画像PMの直下層のスライス画像)である。   FIG. 5 is a flowchart showing details of the provisional region extraction process (step S1) using the region expansion method. FIG. 6 is a view showing a slice image PM at a predetermined position when a human body is imaged by an X-ray CT apparatus, and FIG. 7 is a vicinity of adjacent pixels centering on the pixel M1 on the slice image PM shown in FIG. FIG. In FIG. 7, as adjacent pixels of the pixel M1 of the slice image PM, in addition to the adjacent 8 pixels M2 to M9 in the slice image PM of the same hierarchy, the adjacent 9 pixels U1 to U9 in the slice image PU and the adjacent in the slice image PD Nine pixels D1 to D9 are shown. The slice image PU is a slice image adjacent to the slice image PM in the + z direction (in other words, a slice image immediately above the slice image PM), and the slice image PD is −z with respect to the slice image PM. It is a slice image adjacent in the direction (in other words, a slice image immediately below the slice image PM).

以下では、図6のスライス画像PMに表示されている物体(臓器)OB1を暫定的に抽出する場合を具体例に挙げて領域拡張法を用いた暫定領域抽出処理について説明する。   In the following, the provisional region extraction processing using the region expansion method will be described with a specific example of the case where the object (organ) OB1 displayed in the slice image PM of FIG. 6 is provisionally extracted.

まず、ステップS11において、使用者(ユーザ)によって抽出対象物体(臓器)内の拡張開始画素が特定される。具体的には、抽出したい物体(抽出対象物体)が表示されている任意のスライス画像(ここではスライス画像PM)上で、操作部(例えばマウス)4等の操作により抽出対象物体内の任意の点を特定する。より詳細には、物体OB1を抽出したい場合、スライス画像PM上の物体(臓器)OB1内の任意の点(例えばM1)をマウス等により特定すればよい(図6参照)。この操作により、スライス画像PM上において特定点M1に相当する画素が拡張開始画素となる。   First, in step S11, the expansion start pixel in the extraction target object (organ) is specified by the user (user). Specifically, on an arbitrary slice image (in this case, the slice image PM) on which an object to be extracted (extraction target object) is displayed, any operation in the extraction target object is performed by operating the operation unit (eg, mouse) 4 or the like. Identify points. More specifically, when it is desired to extract the object OB1, an arbitrary point (for example, M1) in the object (organ) OB1 on the slice image PM may be specified with a mouse or the like (see FIG. 6). By this operation, the pixel corresponding to the specific point M1 on the slice image PM becomes the expansion start pixel.

次に、ステップS12において、拡張開始画素に隣接する画素が拡張候補画素として検出される。詳細には、ステップS11において拡張開始画素をM1と特定したとすると、画素M1に隣接する画素全てが拡張候補画素となる。つまり、スライス画像PM上の画素M2〜M9、スライス画像PU上の画素U1〜U9、及びスライス画像PD上の画素D1〜D9の計26画素が拡張候補画素となる。   Next, in step S12, a pixel adjacent to the expansion start pixel is detected as an expansion candidate pixel. Specifically, if the expansion start pixel is specified as M1 in step S11, all the pixels adjacent to the pixel M1 are the expansion candidate pixels. That is, a total of 26 pixels, that is, the pixels M2 to M9 on the slice image PM, the pixels U1 to U9 on the slice image PU, and the pixels D1 to D9 on the slice image PD are extension candidate pixels.

次に、ステップS13において拡張候補画素がステップS12で検出されたか否かが判定され、ステップS12で拡張候補画素が検出されている場合には、ステップS14へ移行する。   Next, in step S13, it is determined whether or not an extended candidate pixel is detected in step S12. If an extended candidate pixel is detected in step S12, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、検出された拡張候補画素の濃度値が所定範囲内か否かが判定される。具体的には、物体(臓器)の有する濃度値の範囲が物体(臓器)ごとに予め定められており、拡張候補画素の濃度値が、抽出対象物体の持つ濃度値の範囲内か否かを判定する。これにより、拡張候補画素が所定範囲内の濃度値を有していると判定されると、ステップS15に移行する。   In step S14, it is determined whether or not the density value of the detected extension candidate pixel is within a predetermined range. Specifically, the density value range of the object (organ) is determined in advance for each object (organ), and whether or not the density value of the expansion candidate pixel is within the density value range of the extraction target object. judge. Accordingly, when it is determined that the expansion candidate pixel has a density value within a predetermined range, the process proceeds to step S15.

ステップS15では、当該拡張候補画素を抽出対象物体内の画素とする領域拡張を行う。   In step S15, region expansion is performed using the expansion candidate pixel as a pixel in the extraction target object.

一方、ステップS14において、拡張候補画素が所定範囲内の濃度値を有していないと判定されると、当該拡張候補画素の領域拡張は行われない。   On the other hand, if it is determined in step S14 that the extension candidate pixel does not have a density value within the predetermined range, the area extension of the extension candidate pixel is not performed.

次に、ステップS16では、拡張候補画素の濃度判定工程(ステップS14)をまだ経ていない拡張候補画素が存在するか否かが判断される。   Next, in step S16, it is determined whether or not there is an extension candidate pixel that has not passed through the extension candidate pixel density determination step (step S14).

濃度判定工程(ステップS14)を経ていない拡張候補画素が存在する場合には、当該未終了の拡張候補画素に対してステップS14、S16の処理が実行される。   If there is an extension candidate pixel that has not undergone the density determination step (step S14), the processes of steps S14 and S16 are performed on the unfinished extension candidate pixel.

一方、全ての拡張候補画素に対して濃度判定工程(ステップS14)が終了している場合には、ステップS12に戻り、ステップS15において拡張された画素(換言すれば、領域内の画素であるとして特定された画素)にさらに隣接する画素であって、領域内に存在するか否かが未だ判定されていない画素が、新たな拡張候補画素として検出される。その後、新たに検出された拡張候補画素に対して、上述のステップS13〜S16の工程が実行される。ステップS12〜S16の工程は、新たな拡張候補画素を検出することが可能な限り繰り返され、新たな拡張候補画素が検出できなくなると、暫定領域抽出処理は終了する(ステップS13)。   On the other hand, if the density determination step (step S14) has been completed for all the expansion candidate pixels, the process returns to step S12, and the pixels expanded in step S15 (in other words, the pixels in the region). A pixel that is further adjacent to the specified pixel) and has not yet been determined whether or not it exists in the region is detected as a new expansion candidate pixel. Thereafter, the above-described steps S13 to S16 are performed on the newly detected extended candidate pixel. Steps S12 to S16 are repeated as much as possible to detect a new extension candidate pixel. When a new extension candidate pixel cannot be detected, the provisional region extraction process ends (step S13).

このようにステップS12〜S16の工程が繰り返し実行されることによって拡張開始画素から徐々に領域拡張が行われ、使用者(ユーザ)によって指定された物体(臓器)が暫定的に抽出される。   As described above, by repeatedly executing the steps S12 to S16, the region is gradually expanded from the expansion start pixel, and the object (organ) designated by the user (user) is provisionally extracted.

<初期位置決定処理(ステップS2)>
次に、モデルフィッティング手法における標準モデルの初期位置を決定する初期位置決定処理(ステップS2)について、図8〜図10を参照しながら説明する。図8は、重心点を利用した初期位置決定処理(ステップS2)の詳細を示すフローチャートである。また、図9は、3次元画像(計測データ)に含まれる物体OBaを示す図であり、図10は、標準モデルSOを初期位置に移動させる様子を概念的に示す図である。図10においては、標準モデルを初期配置した際の抽出対象物体と標準モデルとの位置関係も示されている。
<Initial position determination process (step S2)>
Next, the initial position determination process (step S2) for determining the initial position of the standard model in the model fitting method will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing details of the initial position determination process (step S2) using the barycentric point. FIG. 9 is a diagram showing the object OBa included in the three-dimensional image (measurement data), and FIG. 10 is a diagram conceptually showing how the standard model SO is moved to the initial position. FIG. 10 also shows the positional relationship between the extraction target object and the standard model when the standard model is initially arranged.

尚、以下では図示の簡略化のため、図9に示されるような3次元画像TDP1中に存在する物体OBaが抽出対象物体であると仮定して説明する。   In the following, for simplification of illustration, it is assumed that an object OBa existing in the three-dimensional image TDP1 as shown in FIG. 9 is an extraction target object.

まず、ステップS21において、ステップS1で暫定的に抽出された物体OBaの重心点GZが算出される。   First, in step S21, the center of gravity GZ of the object OBa temporarily extracted in step S1 is calculated.

次に、ステップS22では、後述のモデルフィッティングにおいて用いられる標準モデルの重心点GHをステップS21で算出された重心点GZに合わせる標準モデルの初期配置が行われる。例えば、図10に示されるように、標準モデルSOの重心点GHを抽出対象物体OBaの重心点GZに合わせるように標準モデルSOを移動して、標準モデルSOを計測データ中に初期配置する。   Next, in step S22, the standard model is initially placed so that the center point GH of the standard model used in model fitting described later matches the center point GZ calculated in step S21. For example, as shown in FIG. 10, the standard model SO is moved so that the center of gravity GH of the standard model SO matches the center of gravity GZ of the extraction target object OBa, and the standard model SO is initially arranged in the measurement data.

重心点を利用した標準モデルの初期配置が終了すると、モデルフィッティング処理(ステップS3)に移行する。   When the initial placement of the standard model using the barycentric point is completed, the process proceeds to model fitting processing (step S3).

<モデルフィッティング処理(ステップS3)>
ステップS3のモデルフィッテイング処理は、予め準備された一般的(標準的)な抽出対象物体(単に対象物とも称する)のモデルである「標準モデル」を、抽出対象物体から得られる情報(形状等)を用いて変形する処理である。尚、本出願においては、モデルフィッティング処理による変形後の標準モデル(換言すれば抽出対象物体の情報が反映された標準モデル)を「個別モデル」とも称するものとする。
<Model fitting process (step S3)>
In the model fitting process in step S3, information (shape, etc.) obtained from a “standard model”, which is a model of a general (standard) extraction target object (also simply referred to as a target object) prepared in advance, is obtained. ). In the present application, a standard model after deformation by model fitting processing (in other words, a standard model reflecting information of an extraction target object) is also referred to as an “individual model”.

このモデルフィッティング処理では、初期位置に配置された標準モデルをモデルフィッティング手法によって変形することで、抽出対象物体を抽出する処理が行われる。   In this model fitting process, a process for extracting an extraction target object is performed by deforming a standard model arranged at an initial position by a model fitting method.

図11は、モデルフィッティング処理(ステップS3)の詳細を示すフローチャートである。図12は、抽出対象物体OBaの境界点Q1を中心にした領域RQ(図10参照)付近を拡大表示した模式図であり、図13は、一部のスライス画像PQ1、PQ2及びPQ4を示す図である。図14は、制御点間を仮想バネで繋いだ模式図である。   FIG. 11 is a flowchart showing details of the model fitting process (step S3). FIG. 12 is a schematic diagram in which the vicinity of a region RQ (see FIG. 10) centered on the boundary point Q1 of the extraction target object OBa is enlarged, and FIG. 13 is a diagram showing some slice images PQ1, PQ2, and PQ4. It is. FIG. 14 is a schematic diagram in which control points are connected by virtual springs.

尚、抽出対象物体の標準モデルは、例えば、微小な多角形(例えば、三角形)のポリゴンで構成され、記憶部22等に保存されている。ポリゴンで構成された標準モデルは、各ポリゴンの頂点の3次元座標によってそのモデルの表面形状を表現することができる。また、標準モデルにおけるポリゴンの頂点のうち、全頂点あるいは代表的な幾つかの頂点を「制御点」とも称する。   The standard model of the extraction target object is composed of, for example, a minute polygon (for example, a triangle) and is stored in the storage unit 22 or the like. The standard model composed of polygons can express the surface shape of the model by the three-dimensional coordinates of the vertices of each polygon. In addition, of the vertices of the polygon in the standard model, all vertices or some representative vertices are also referred to as “control points”.

以下では、図11〜図14を用いてモデルフィッティング処理について詳述する。   Hereinafter, the model fitting process will be described in detail with reference to FIGS.

まず、ステップS31では、標準モデルSOの制御点Cjに対応する点(以下、「対応点」とも称する)を決定する処理が行われる(図11参照)。ここでは、抽出対象物体OBaの輪郭(境界)を示す画素(境界点)のうち、制御点Cjの最も近傍に存在する画素を当該制御点Cjの対応点とする手法を用いる。尚、抽出対象物体OBaの輪郭(境界)は、各スライス画像SDにおいて、エッジ抽出処理を行うことなどによって取得される。   First, in step S31, a process of determining a point corresponding to the control point Cj of the standard model SO (hereinafter also referred to as “corresponding point”) is performed (see FIG. 11). Here, a method is used in which a pixel existing nearest to the control point Cj among the pixels (boundary points) indicating the outline (boundary) of the extraction target object OBa is a corresponding point of the control point Cj. Note that the outline (boundary) of the extraction target object OBa is acquired by performing an edge extraction process on each slice image SD.

例えば、図12(立面図)においては、制御点C1の対応点は、制御点C1の最も近傍に存在する境界点(画素)Q1となる。ここで、図12においては、xz平面に平行な所定の平面(2次元空間)における境界点のみが示されているが、実際には、図13に示されるような3次元空間において制御点C1の最も近傍に存在する境界点が対応点となる。図13においては、制御点C1の各スライス画像PQ1、PQ2、PQ4における射影点が×印で示されている。   For example, in FIG. 12 (elevation), the corresponding point of the control point C1 is a boundary point (pixel) Q1 that is present nearest to the control point C1. Here, in FIG. 12, only boundary points in a predetermined plane (two-dimensional space) parallel to the xz plane are shown, but actually, the control point C1 in the three-dimensional space as shown in FIG. The boundary point existing closest to is a corresponding point. In FIG. 13, the projection points in the slice images PQ1, PQ2, and PQ4 of the control point C1 are indicated by crosses.

次に、ステップS32では、標準モデルSOの制御点Cjのうち任意の一点(以下、「移動対象点」とも称する)(例えば制御点C1)が一方向(例えばA1方向)に微小量L移動される(図12参照)。   Next, in step S32, an arbitrary one of the control points Cj of the standard model SO (hereinafter also referred to as “movement target point”) (for example, the control point C1) is moved by a minute amount L in one direction (for example, the A1 direction). (See FIG. 12).

さらに、ステップS33では、ステップS32において移動対象点を移動させ一時的に変形させた状態のモデル(以下、「一時変形モデル」とも称する)の総合エネルギーUeが算出される。   Further, in step S33, the total energy Ue of the model (hereinafter also referred to as “temporary deformation model”) in a state where the movement target point is moved and temporarily deformed in step S32 is calculated.

総合エネルギーUeは、式(1)に示されるように、制御点Cjと対応点との距離に関する外部エネルギー項Feと、過剰な変形を避けるための内部エネルギー項Geと、先験的知識を考慮するための先験的知識項Heとの和で表される。尚、外部エネルギー項(単に外部エネルギーとも称する)Fe、内部エネルギー項(単に内部エネルギーとも称する)Ge、および先験的知識項Heについては後述する。   The total energy Ue takes into account the external energy term Fe regarding the distance between the control point Cj and the corresponding point, the internal energy term Ge to avoid excessive deformation, and a priori knowledge as shown in the equation (1). It is expressed by the sum of the a priori knowledge term He for The external energy term (also simply referred to as external energy) Fe, the internal energy term (also simply referred to as internal energy) Ge, and the a priori knowledge term He will be described later.

次に、ステップS34において、移動対象点が全ての方向に移動されたか否かを判定する。例えば、3次元空間の全方位における移動対象点の移動方向を26方向(当該移動対象点(画素)に隣接する26画素へ向かう方向)とすると、26方向全ての方向に制御点C1が移動されたか否かを判定する。   Next, in step S34, it is determined whether or not the movement target point has been moved in all directions. For example, if the movement direction of the movement target point in all directions in the three-dimensional space is 26 directions (direction toward 26 pixels adjacent to the movement target point (pixel)), the control point C1 is moved in all 26 directions. It is determined whether or not.

移動対象点(制御点C1)を26方向全てに移動させた一時変形モデルの作成が終了していなければ、移動対象点の移動方向を変更して再び微小量L移動させ、異なる移動方向パターンの一時変形モデルを作成し、各一時変形モデルの総合エネルギーUeを算出する(ステップS32、S33)。   If the creation of the temporary deformation model in which the movement target point (control point C1) is moved in all 26 directions has not been completed, the movement direction of the movement target point is changed and moved again by a small amount L, and different movement direction patterns are obtained. A temporary deformation model is created and the total energy Ue of each temporary deformation model is calculated (steps S32 and S33).

そして、ステップS34において全方向の移動が終了したと判定されると、ステップS35へ移行する。   If it is determined in step S34 that the movement in all directions has been completed, the process proceeds to step S35.

ステップS35では、作成された全パターンの一時変形モデルの中から、総合エネルギーUeを最小とする一時変形モデルが選択される。換言すれば、或る制御点Cjを26方向に移動させて生成された各一時変形モデルのうち、総合エネルギーUeを最小化する一時変形モデルが選択される。例えば、後述する3つの項Fe,Ge,Heのうち外部エネルギーFeのみを考慮する場合には、その制御点が対応点に近づく方向へと移動する一時変形モデルが選択されることになる。また、内部エネルギーGeを考慮する場合には、その制御点が対応点に近づく方向とは異なる方向へと移動する一時変形モデルが選択されることもある。また、先験的知識項Heを考慮する場合には、先験的知識が反映されるため、同種の対象物の存在確率が高い位置へと移動する一時変形モデルが選択されることもある。   In step S35, a temporary deformation model that minimizes the total energy Ue is selected from the generated temporary deformation models of all patterns. In other words, a temporary deformation model that minimizes the total energy Ue is selected from the temporary deformation models generated by moving a certain control point Cj in 26 directions. For example, when only the external energy Fe is considered among the three terms Fe, Ge, and He described later, a temporary deformation model in which the control point moves in a direction approaching the corresponding point is selected. When the internal energy Ge is taken into consideration, a temporary deformation model in which the control point moves in a direction different from the direction approaching the corresponding point may be selected. Further, when the a priori knowledge term He is taken into account, the a priori knowledge is reflected, and therefore, a temporary deformation model that moves to a position where the existence probability of the same type of object is high may be selected.

次に、ステップS36において全制御点Cjの移動が終了したか否かを判定する。具体的には、標準モデルSOの全ての制御点Cjについて微小量Lの移動が終了したか否かを判定し、終了していない制御点(未了点とも称する)が存在すれば、移動対象点を当該制御点(未了点)に変更してステップS32〜S35の動作を繰り返し、全ての制御点Cjの移動を完了した一時変形モデルを作成する。一方、全ての制御点の移動が終了していれば、ステップS37へ移行する。   Next, in step S36, it is determined whether or not all the control points Cj have been moved. Specifically, it is determined whether or not the movement of the minute amount L has been completed for all the control points Cj of the standard model SO. If there is a control point that has not been completed (also referred to as an incomplete point), the object to be moved is determined. The point is changed to the control point (unfinished point), and the operations in steps S32 to S35 are repeated to create a temporary deformation model in which the movement of all the control points Cj is completed. On the other hand, if the movement of all the control points has been completed, the process proceeds to step S37.

ステップS37では、モデルフィッティング処理を終了するか否かを判定する。具体的には、全ての制御点Cjの移動を完了させた一時変形モデルにおける複数の制御点とその対応点との距離の平均値が所定値以下であることを条件とし、当該条件を満たす場合に、モデルフィッティング処理を終了するようにすればよい。これによれば、各制御点が対応点に所定程度近づいた場合に同処理を終了することができる。または、これに加えてあるいはこれに代えて、(全ての制御点Cjの移動を完了させた)前回の一時変形モデルと今回の一時変形モデルとの総合エネルギーUeの変化量が所定量以下であるか否かを終了判定の基準として用いてもよい。これによれば、制御点を移動しても総合エネルギーがあまり変化しなくなった場合に処理を終了することができる。   In step S37, it is determined whether or not to end the model fitting process. Specifically, when the condition is satisfied on condition that the average value of the distances between the plurality of control points and the corresponding points in the temporary deformation model in which the movement of all the control points Cj is completed is equal to or less than a predetermined value In addition, the model fitting process may be terminated. According to this, when each control point approaches the corresponding point to a predetermined extent, the same process can be ended. Alternatively, or in addition to this, the amount of change in the total energy Ue between the previous temporary deformation model (which has completed the movement of all control points Cj) and the current temporary deformation model is equal to or less than a predetermined amount. Whether or not it may be used as a criterion for end determination. According to this, a process can be complete | finished when the total energy does not change so much even if a control point is moved.

ステップS37においてモデルフィッティング処理を終了しないと判定される場合は、ステップS38へと移行する。   If it is determined in step S37 that the model fitting process is not finished, the process proceeds to step S38.

ステップS38では、上述のステップS32〜S37で実行される処理を単位処理ループとして当該単位処理ループが所定回数W(例えば10回)実行されたか否かを判定する。所定回数W実行されていなければ、所定回数W実行されるまで再びステップS32〜S37の処理ループを繰り返し、所定回数W実行されていれば、ステップS39へと移行する。すなわち、全ての制御点の移動を完了させた一時変形モデルが所定回数W作成されるまで、単位処理ループが繰り返される。   In step S38, it is determined whether the unit processing loop has been executed a predetermined number of times W (for example, 10 times) using the processing executed in steps S32 to S37 described above as a unit processing loop. If the predetermined number of times W is not executed, the processing loop of steps S32 to S37 is repeated again until the predetermined number of times W is executed. If the predetermined number of times W is executed, the process proceeds to step S39. That is, the unit processing loop is repeated until a temporary deformation model that completes the movement of all control points is created W a predetermined number of times.

ステップS39では、ステップS31で決定した対応点の更新が行われる。具体的には、上述の処理ループによって所定回数W移動した各制御点の最も近傍に存在する画素(境界点)を各制御点それぞれの新しい対応点とする対応点の更新が行われ、再びステップS32〜S39の処理が繰り返し行われる。このような「対応点の更新」によれば、制御点の移動に伴って制御点の最近傍境界点が変わる場合にも、対応点の適正化を図ることができる。   In step S39, the corresponding points determined in step S31 are updated. Specifically, the corresponding point is updated with the pixel (boundary point) closest to each control point having moved W a predetermined number of times by the above processing loop as a new corresponding point for each control point, and the step is again performed. The processes of S32 to S39 are repeated. According to such “update of corresponding point”, it is possible to optimize the corresponding point even when the nearest boundary point of the control point changes with the movement of the control point.

一方、ステップS37においてモデルフィッティング処理を終了すると判定される場合は、最終的に得られた一時変形モデルが、抽出対象物体に相当する個別モデルとして決定される。これによって、抽出対象物体のモデルが生成される。また、その後、最終的に得られた個別モデル(すなわち、生成された対象物モデル)の位置に存在する領域が、対象物の領域として計測データから抽出される。   On the other hand, when it is determined in step S37 that the model fitting process is to be ended, the finally obtained temporary deformation model is determined as an individual model corresponding to the extraction target object. Thereby, a model of the extraction target object is generated. Thereafter, an area existing at the position of the finally obtained individual model (that is, the generated object model) is extracted from the measurement data as the object area.

以上の処理によって、このステップS3の処理は終了する。   With the above processing, the processing in step S3 is completed.

このようなモデルフィッティング処理(ステップS3)においては、標準モデルSOを1制御点ごとに微小量Lずつ徐々に変形させることによって、抽出対象領域に相当する個別モデルが作成される。   In such model fitting processing (step S3), the individual model corresponding to the extraction target region is created by gradually deforming the standard model SO by a minute amount L for each control point.

ここで、総合エネルギーUeを構成する外部エネルギーFe及び内部エネルギーGeについて説明する。   Here, the external energy Fe and the internal energy Ge constituting the total energy Ue will be described.

外部エネルギーFeは、各制御点Cjと当該各制御点Cjにそれぞれ対応する対応点Qjとの距離の二乗を用いて式(2)のように表される。   The external energy Fe is expressed as in Expression (2) using the square of the distance between each control point Cj and the corresponding point Qj corresponding to each control point Cj.

但し、αは定数、Ntは制御点の数、|Cj−Qj|は制御点Cjと対応点Qjとの距離を表すものとする。   Here, α is a constant, Nt is the number of control points, and | Cj−Qj | is the distance between the control point Cj and the corresponding point Qj.

このような外部エネルギーFeが非常に大きくなるような一時変形モデル、すなわち、制御点Cjと対応点Qjとの距離が移動前より大きくなった一時変形モデルは、その総合エネルギーUeが大きくなるため、上述のステップS35(総合エネルギーUeを最小とする制御点の移動を採用する工程)において採用されにくくなる。逆に言えば、外部エネルギーFeを考慮することによって、各制御点Cjと対応点Qjとの距離が移動前よりも小さくなる(すなわち各制御点Cjが対応点Qjに近づく)一時変形モデルが選択されやすくなる。   Since the temporary deformation model in which the external energy Fe becomes very large, that is, the temporary deformation model in which the distance between the control point Cj and the corresponding point Qj is larger than that before the movement, the total energy Ue becomes large. It becomes difficult to be employed in the above-described step S35 (step of employing movement of the control point that minimizes the total energy Ue). In other words, by considering the external energy Fe, a temporary deformation model is selected in which the distance between each control point Cj and the corresponding point Qj becomes smaller than before the movement (that is, each control point Cj approaches the corresponding point Qj). It becomes easy to be done.

外部エネルギーFeは、標準モデルSOの各制御点Cjと計測データにおける各対応点Qjとの関係を反映したエネルギー項であるとも表現される。あるいは、外部エネルギーFeは、標準モデルの各制御点Cjと計測データにおける各対応点Qjとの距離が近づくときに最適化されるエネルギー項であるとも表現される。端的に言えば、この外部エネルギーFeは、標準モデルSOの形状を計測データにおける輪郭に近づけようとする役割を果たす。   The external energy Fe is also expressed as an energy term reflecting the relationship between each control point Cj of the standard model SO and each corresponding point Qj in the measurement data. Alternatively, the external energy Fe is also expressed as an energy term that is optimized when the distance between each control point Cj of the standard model and each corresponding point Qj in the measurement data approaches. In short, the external energy Fe plays a role of bringing the shape of the standard model SO closer to the contour in the measurement data.

また、内部エネルギーGeは、例えば、図14に示されるように、制御点Cj間が仮想バネSPR(SPR1,SPR2,SPR3,...)によって繋がれていると想定すると、式(3)のように表される。   Assuming that the internal energy Ge is connected to the control points Cj by virtual springs SPR (SPR1, SPR2, SPR3,...) As shown in FIG. It is expressed as follows.

但し、βは定数、Kは仮想バネのバネ係数、Nhは仮想バネの本数、wは各仮想バネの自然長からの変位量を表すものとする。   Where β is a constant, K is the spring coefficient of the virtual spring, Nh is the number of virtual springs, and w is the amount of displacement from the natural length of each virtual spring.

式(3)によると、各制御点Cjの過剰な移動は、仮想バネSPRに蓄えられるエネルギーの増大として表現される。例えば、1つの制御点Czが、或る点Vzへと移動し他の制御点との相対変位が増大したとすると、仮想バネSPR1、SPR2及びSPR3には、各仮想バネの伸びによるエネルギーが蓄えられ内部エネルギーGeひいては総合エネルギーUeが大きくなる。   According to Equation (3), excessive movement of each control point Cj is expressed as an increase in energy stored in the virtual spring SPR. For example, if one control point Cz moves to a certain point Vz and the relative displacement with other control points increases, energy from the extension of each virtual spring is stored in the virtual springs SPR1, SPR2, and SPR3. The internal energy Ge and thus the total energy Ue increases.

このような過剰変形を伴う一時変形モデルは、その内部エネルギーGeが大きくなり、その総合エネルギーUeも大きくなるため、上述のステップS35(総合エネルギーUeを最小とする制御点の移動を採用する工程)において採用されにくくなる。   In such a temporary deformation model with excessive deformation, the internal energy Ge increases and the total energy Ue also increases. Therefore, the above-described step S35 (step of adopting the movement of the control point that minimizes the total energy Ue). It becomes difficult to be adopted.

換言すれば、内部エネルギーGeを減少させて総合エネルギーUeを減少させるような一時変形モデルがステップS35で選択されることによって、各制御点Cjの移動による過剰な変形を防止する作用を得ることができる。   In other words, the temporary deformation model that reduces the internal energy Ge and decreases the total energy Ue is selected in step S35, thereby obtaining an effect of preventing excessive deformation due to movement of each control point Cj. it can.

つまり、このような内部エネルギーGeを導入することによって、標準モデルSOの形状すなわち標準モデルSOを構成する各ポリゴンの形状を損なわない制御点Cjの移動が可能となる。なお、内部エネルギーGeを考慮する場合には、各制御点Cjが対応点Qjに近づく方向とは異なる方向へと移動する一時変形モデルが選択されることもある。   That is, by introducing such internal energy Ge, the control point Cj can be moved without impairing the shape of the standard model SO, that is, the shape of each polygon constituting the standard model SO. When considering the internal energy Ge, a temporary deformation model in which each control point Cj moves in a direction different from the direction approaching the corresponding point Qj may be selected.

また、ステップS31において対応点Qjを求める際の境界抽出処理が正確でないなどの理由によって、対応点Qjが正しいものでない場合が存在する。このような場合において、外部エネルギーFeのみを考慮するときには、或る制御点が、不正確な対応点に向けて移動するため、不正確なモデルフィッティングが行われることになる。これに対して、内部エネルギーGeを考慮することによれば、このような場合においても、標準モデルSOの形状を損なわないような変形動作が行われることになるため、より正確なモデリング処理が可能になる。   In addition, there is a case where the corresponding point Qj is not correct because the boundary extraction process for obtaining the corresponding point Qj in step S31 is not accurate. In such a case, when only the external energy Fe is considered, a certain control point moves toward an inaccurate corresponding point, so that inaccurate model fitting is performed. On the other hand, considering the internal energy Ge, even in such a case, a deformation operation that does not impair the shape of the standard model SO is performed, so a more accurate modeling process is possible. become.

この内部エネルギーGeは、標準モデルSOの各制御点Cj相互の関係が一定の関係(すなわち、全仮想バネが自然長を有する状態)に近づくときに最適化されるエネルギー項であるとも表現される。端的に言えば、この内部エネルギーGeは、標準モデルSOを一定の形状に維持しようとする役割を果たす。   This internal energy Ge is also expressed as an energy term that is optimized when the relationship between the control points Cj of the standard model SO approaches a certain relationship (that is, a state in which all virtual springs have a natural length). . In short, the internal energy Ge plays a role of maintaining the standard model SO in a certain shape.

つぎに、先験的知識項Heについて説明する。   Next, the a priori knowledge term He will be described.

先験的知識項Heは、計測対象物と同じ種類の対象物に関して予め求められたデータ(先験的知識)に基づくものであり、例えば、当該対象物の存在確率に基づいて次のようにして定められる。   The a priori knowledge term He is based on data (a priori knowledge) obtained in advance for an object of the same type as the measurement object. For example, the a priori knowledge term He is based on the existence probability of the object as follows. Determined.

図15は、予め求められた同種の複数(ここでは5つ)の対象物(臓器)B1〜B5の存在位置を重ね合わせて示す図であり、図16は、当該種類の対象物の存在確率マップMPを示す図である。存在確率マップMPは、各位置における対象物の存在確率を示すものである。図16においては、存在確率が点の密度で表現されており、比較的黒い部分の存在確率は比較的白い部分に比べて高い。   FIG. 15 is a diagram in which the existence positions of a plurality of (here, five) objects (organs) B1 to B5 of the same type obtained in advance are superimposed and FIG. 16 is an existence probability of the object of that type. It is a figure which shows map MP. The existence probability map MP indicates the existence probability of the object at each position. In FIG. 16, the existence probability is expressed by the density of points, and the existence probability of a relatively black portion is higher than that of a relatively white portion.

或る対象物に関する存在確率マップMP(図16)は、同種の複数の対象物の存在位置(図15参照)に関する先験データに基づいて求められる。図16の存在確率マップMPにおいては、図15と見比べると判るように、同種の複数の対象物B1〜B5のうち多数の対象物が存在する位置では存在確率が高く、逆に、複数の対象物B1〜B5のうち少数の対象物しか存在しない位置では存在確率は低い。なお、ここでは簡単化のため、図15において5つの対象物を図示しているが、実際にはより多数の対象物に基づいて、当該種類の対象物に関する存在確率マップMPを生成することが好ましい。また、存在確率マップMPは、図15等においては平面的に示されているが、実際には、3次元空間における各点(画素)ごとの存在確率が示された3次元マップ(立体マップ)として得られる。   The existence probability map MP (FIG. 16) relating to a certain object is obtained based on a priori data relating to the existence positions (see FIG. 15) of a plurality of objects of the same type. In the existence probability map MP of FIG. 16, as can be seen from comparison with FIG. 15, the existence probability is high at a position where a large number of objects exist among a plurality of objects B1 to B5 of the same type. The existence probability is low at a position where only a small number of objects are present among the objects B1 to B5. Here, for simplification, five objects are illustrated in FIG. 15, but in reality, it is possible to generate the existence probability map MP related to the object of that type based on a larger number of objects. preferable. Further, the existence probability map MP is shown in a planar manner in FIG. 15 and the like, but actually, a three-dimensional map (stereoscopic map) showing the existence probability for each point (pixel) in the three-dimensional space. As obtained.

そして、対象物の各位置における存在確率(換言すれば、対象物の存在確率分布)という先験的知識に基づき対象物が存在することが想定される領域(換言すれば、対象物の存在領域として想定される領域)(以下、「想定領域」とも称する)RB(図17参照)を、図16の存在確率マップMPを用いて求める。ここでは、存在確率マップMPにおいて、その存在確率が所定の閾値TH1(例えば80%〜90%程度)よりも高い画素で構成される領域を想定領域RBとして求める。この閾値TH1は、例えば、想定領域RBの容積が、複数の対象物の平均容積と同一となるように定められればよい。なお、図17においては、想定領域RBの境界が実線で示されている。   Then, an area where the object is assumed to exist based on a priori knowledge of the existence probability (in other words, the existence probability distribution of the object) at each position of the object (in other words, the existence area of the object) RB (referred to as “assumed region” hereinafter) RB (see FIG. 17) is obtained using the existence probability map MP of FIG. Here, in the existence probability map MP, an area composed of pixels whose existence probability is higher than a predetermined threshold value TH1 (for example, about 80% to 90%) is obtained as the assumed area RB. This threshold value TH1 may be determined so that, for example, the volume of the assumed region RB is the same as the average volume of a plurality of objects. In FIG. 17, the boundary of the assumed region RB is indicated by a solid line.

また、図18は、各位置から想定領域RBの境界へと最短距離で接近するベクトル(以下、「接近ベクトル」とも称する)pを示す図である。この接近ベクトルpは、詳細には、存在確率マップMPにおける各画素を始点とし、当該各画素と想定領域RBの境界とを最短距離で結ぶベクトルである。なお、図18においては、図示の簡略化等のため、代表的な幾つかの点についての接近ベクトルpのみを示しているが、実際には全画素についての接近ベクトルpが求められているものとする。また、図18のような、各位置における接近ベクトルpを表示するマップを「接近ベクトルマップVM」とも称するものとする。   FIG. 18 is a diagram showing a vector p (hereinafter also referred to as “approach vector”) p that approaches the boundary of the assumed region RB from each position at the shortest distance. Specifically, the approach vector p is a vector that starts from each pixel in the existence probability map MP and connects each pixel to the boundary of the assumed region RB with the shortest distance. In FIG. 18, only the approach vectors p for some representative points are shown for simplification of illustration, but in reality, the approach vectors p for all pixels are required. And A map that displays the approach vector p at each position as shown in FIG. 18 is also referred to as an “approach vector map VM”.

また、図19は、初期状態に配置された標準モデルSOの各制御点Cj(図19において白丸印で示す)における接近ベクトルpjを示す図である。各接近ベクトルpjは、図18の接近ベクトルマップVMにおける、各制御点Cjの位置の接近ベクトルpをそのまま採用することによって求められる。   FIG. 19 is a diagram showing an approach vector pj at each control point Cj (indicated by a white circle in FIG. 19) of the standard model SO arranged in the initial state. Each approach vector pj is obtained by directly adopting the approach vector p at the position of each control point Cj in the approach vector map VM of FIG.

上記の先験的知識項Heは、例えば、このような接近ベクトルpjを用いて、式(4)のように表される。   The a priori knowledge term He is expressed by, for example, Expression (4) using such an approach vector pj.

但し、γは定数、uはステップS32における制御点Cjの移動状態(移動の向きおよび移動量)を表すベクトルを表し、θjは、ベクトルuと接近ベクトルpjとの間の角度を表すものとする(図20参照)。また、記号(・)は、ベクトルの内積を意味するものとする。   However, γ represents a constant, u represents a vector representing the movement state (direction and amount of movement) of the control point Cj in step S32, and θj represents the angle between the vector u and the approach vector pj. (See FIG. 20). In addition, the symbol (·) means an inner product of vectors.

式(4)に示されるように、各制御点Cjの移動の向きと接近ベクトルpjの向きとが大きく異なるときには、値(1−cosθj)が大きくなる(例えばθj=180(deg)のときには値(1−cosθj)=2)。そのため、先験的知識項Heは比較的大きな値になり、ひいては総合エネルギーUeが大きくなる。そして、このように各制御点Cjが接近ベクトルpjと大きく異なる向きに移動するときの一時変形モデルは、その先験的知識項Heが大きくなりその総合エネルギーUeも大きくなるため、上述のステップS35において採用されにくくなる。   As shown in Expression (4), when the direction of movement of each control point Cj and the direction of the approach vector pj are greatly different, the value (1-cos θj) becomes large (for example, when θj = 180 (deg)) (1-cos θj) = 2). For this reason, the a priori knowledge term He becomes a relatively large value, and as a result, the total energy Ue becomes large. In the temporary deformation model when each control point Cj moves in a direction significantly different from the approach vector pj in this way, the a priori knowledge term He increases and the total energy Ue also increases. It becomes difficult to be adopted.

逆に、各制御点Cjの移動の向きと接近ベクトルpjの向きとが近いときには、値(1−cosθj)が小さくなる(例えばθj=0(deg)のときには値(1−cosθj)=0)。そのため、先験的知識項Heは小さくなり、ひいては総合エネルギーUeが小さくなる。特に、各制御点Cjの移動の向きと接近ベクトルpjの向きとが一致するときには先験的知識項Heは最適化(最小化)される。そして、このように各制御点Cjが接近ベクトルpjに近い向きに移動するときの一時変形モデルは、その先験的知識項Heが小さくなりその総合エネルギーUeも小さくなるため、上述のステップS35(総合エネルギーUeを最小とする制御点の移動を採用する工程)において採用されやすくなる。   Conversely, when the direction of movement of each control point Cj is close to the direction of the approach vector pj, the value (1-cos θj) is small (for example, the value (1-cos θj) = 0 when θj = 0 (deg)). . Therefore, the a priori knowledge term He becomes small, and the total energy Ue becomes small. In particular, the a priori knowledge term He is optimized (minimized) when the direction of movement of each control point Cj matches the direction of the approach vector pj. In the temporary deformation model when each control point Cj moves in the direction closer to the approach vector pj in this way, the a priori knowledge term He is reduced and the total energy Ue is also reduced. It becomes easy to be adopted in the process of adopting the movement of the control point that minimizes the total energy Ue.

換言すれば、先験的知識項Heを減少させて総合エネルギーUeを減少させるような一時変形モデルがステップS35で選択されることによって、標準モデルSOを想定領域RBに近づけるように変形させる作用を得ることができる。   In other words, the temporary deformation model that reduces the a priori knowledge term He and decreases the total energy Ue is selected in step S35, thereby causing the standard model SO to be deformed so as to approach the assumed region RB. Obtainable.

また、先験的知識項Heは、標準モデルが上述の想定領域RBに一致するように変形されるときに最適化される項であるとも表現される。この先験的知識項Heは、想定領域RBの境界へと最短距離で近づく向き(端的に言えば接近ベクトルpjの向き)に標準モデルSOの各制御点Cjが移動するときに最適化される項であるとも表現される。このような先験的知識項Heを導入することによれば、先験的知識を用いて、より安定的に各制御点Cjを移動させることが可能になる。   Further, the a priori knowledge term He is also expressed as a term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with the assumed region RB. This a priori knowledge term He is a term that is optimized when each control point Cj of the standard model SO moves in the direction approaching the boundary of the assumed region RB with the shortest distance (in short, the direction of the approach vector pj). It is also expressed as. By introducing such a priori knowledge term He, it becomes possible to move each control point Cj more stably using a priori knowledge.

また、この実施形態においては、標準モデルSOが逐次変形されていく際において、式(4)の先験的知識項Heにおける接近ベクトルpjは、変形後の標準モデルの各制御点Cjの位置に応じて随時更新されるものとする。具体的には、ステップS32〜S36(図11)の動作を繰り返して全制御点の移動を終了した後に、接近ベクトルpjの更新動作を行う。ここでは、ステップS39において、対応点の更新動作とともに接近ベクトルの更新動作を行うものとする。接近ベクトルマップVM(図18参照)において各画素の接近ベクトルpが求められているので、式(4)の先験的知識項Heにおける各接近ベクトルpjは、変形後の標準モデルにおける各制御点Cjの位置(すなわち、移動後の更新位置)における接近ベクトルpを採用することによって随時更新される(図21参照)。そして、更新後の接近ベクトルpjを用いた式(4)によって先験的知識項Heが算出される。これによれば、より正確に想定領域RBに近づくような変形を促すことが可能になる。すなわち、随時更新される接近ベクトルを考慮することにより、先験的知識をより高精度に反映させてモデルフィッティングを行うことができる。なお、図21は、移動後の各制御点Cjにおける更新された接近ベクトルpjを示す図である。図21においては、移動前の標準モデルSOの位置が破線で示されており、移動後の標準モデルSOの位置が実線で示されている。   Further, in this embodiment, when the standard model SO is sequentially deformed, the approach vector pj in the a priori knowledge term He in the equation (4) is at the position of each control point Cj of the standard model after deformation. It shall be updated as needed. Specifically, after the operations of steps S32 to S36 (FIG. 11) are repeated to complete the movement of all control points, the approach vector pj is updated. Here, in step S39, the approach vector update operation is performed together with the corresponding point update operation. Since the approach vector p of each pixel is obtained in the approach vector map VM (see FIG. 18), each approach vector pj in the a priori knowledge term He in the equation (4) is each control point in the standard model after deformation. By using the approach vector p at the position of Cj (that is, the updated position after movement), it is updated as needed (see FIG. 21). Then, the a priori knowledge term He is calculated by the equation (4) using the updated approach vector pj. According to this, it becomes possible to prompt the deformation so as to approach the assumed region RB more accurately. That is, by considering the approach vector updated from time to time, model fitting can be performed by reflecting a priori knowledge with higher accuracy. FIG. 21 is a diagram showing the updated approach vector pj at each control point Cj after movement. In FIG. 21, the position of the standard model SO before movement is indicated by a broken line, and the position of the standard model SO after movement is indicated by a solid line.

上述のステップS3の処理においては、このような外部エネルギーFeと内部エネルギーGeと先験的知識項Heとの和で表現される総合エネルギーUeを最小とする一時変形モデルが、標準モデルSOを最適に変形させる一時変形モデル(「最適変形モデル」とも称する)、すなわち個別モデルとして決定される。換言すれば、評価関数としての総合エネルギーUeを最適化する一時変形モデルが個別モデルとして決定される。   In the process of step S3 described above, the temporary deformation model that minimizes the total energy Ue expressed by the sum of the external energy Fe, the internal energy Ge, and the a priori knowledge term He optimizes the standard model SO. Is determined as a temporary deformation model (also referred to as “optimal deformation model”), that is, an individual model. In other words, a temporary deformation model that optimizes the total energy Ue as the evaluation function is determined as an individual model.

上記のような処理によれば、先験的知識項Heを含む総合エネルギーUe(評価関数)を最小化(最適化)するように標準モデルSOが変形され、対象物のモデルが生成されるので、先験的知識を反映させてモデルを変形させることができる。したがって、より正確なモデリング処理が可能になる。また、当該モデリング処理によって得られた個別モデルの対応位置に存在する領域が抽出対象領域として計測データから抽出されるため、適切な領域抽出処理が実現される。   According to the above processing, the standard model SO is deformed so as to minimize (optimize) the total energy Ue (evaluation function) including the a priori knowledge term He, and a model of the object is generated. The model can be transformed to reflect a priori knowledge. Therefore, a more accurate modeling process is possible. In addition, since an area existing at the corresponding position of the individual model obtained by the modeling process is extracted from the measurement data as an extraction target area, an appropriate area extraction process is realized.

また、上述したように、ステップS31において対応点Qjを求める際の境界抽出処理が正確でないなどの理由によって、対応点Qjが正しいものでない場合が存在する。このような場合において、外部エネルギーFeのみを考慮するときには、或る制御点が、不正確な対応点に向けて移動するため、不正確なモデルフィッティングが行われることになる。これに対して、外部エネルギーFeだけでなく先験的知識項Heをも考慮することによれば、このような場合においても、先験的知識を反映させた変形動作が行われることになるため、より正確なモデリング処理が可能になる。   In addition, as described above, there is a case where the corresponding point Qj is not correct because the boundary extraction process at the time of obtaining the corresponding point Qj in step S31 is not accurate. In such a case, when only the external energy Fe is considered, a certain control point moves toward an inaccurate corresponding point, so that inaccurate model fitting is performed. On the other hand, by considering not only the external energy Fe but also the a priori knowledge term He, the deformation operation reflecting the a priori knowledge is performed even in such a case. A more accurate modeling process is possible.

<3.変形例>
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
<3. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the contents described above.

上記実施形態においては、標準モデルが逐次変形される際において、式(4)の先験的知識項Heにおける各接近ベクトルpjが各制御点Cjの移動に応じて随時更新される場合を例示したが、これに限定されない。例えば、標準モデルが逐次変形される際において、式(4)の先験的知識項Heにおける各接近ベクトルpjとして、標準モデルSOの各制御点Cjの初期位置に対する各接近ベクトルpjを各制御点Cjごとに予め設定しておき、標準モデルが逐次変形される際においても、式(4)における各接近ベクトルpjを更新することなく先験的知識項Heを算出するようにしてもよい。詳細には、各制御点Cjに対する各接近ベクトルpjとして、制御点Cjの更新後においても常に(固定的に)図19のような初期位置に対する各接近ベクトルpjを用いるようにしてもよい。これによれば、存在確率マップMPにおける全画素について接近ベクトルpを予め準備しておく必要がなく、標準モデルSOの各制御点Cjの初期位置における各接近ベクトルpjのみを求めれば済むので、効率化を図ることが可能である。   In the above embodiment, when the standard model is sequentially transformed, each approach vector pj in the a priori knowledge term He in the equation (4) is updated as needed according to the movement of each control point Cj. However, it is not limited to this. For example, when the standard model is sequentially deformed, each approach vector pj with respect to the initial position of each control point Cj of the standard model SO is used as each control point as each approach vector pj in the a priori knowledge term He of Equation (4). A priori knowledge term He may be calculated without updating each approach vector pj in equation (4) even when the standard model is sequentially deformed for each Cj. Specifically, as each approach vector pj for each control point Cj, each approach vector pj for the initial position as shown in FIG. 19 may always be used (fixed) even after the control point Cj is updated. According to this, it is not necessary to prepare the approach vector p in advance for all the pixels in the existence probability map MP, and it is only necessary to obtain each approach vector pj at the initial position of each control point Cj of the standard model SO. Can be achieved.

また、上記実施形態においては、式(4)を用いて接近ベクトルpjの向きに各制御点Cjが移動しやすくなるような先験的知識項Heを用いたが、これに限定されない。たとえば、次の式(5)を用いて、接近ベクトルpjの向きだけでなく接近ベクトルpjの大きさにも基づいた先験的知識項Heを用いるようにしてもよい。   In the embodiment described above, the a priori knowledge term He that makes it easy for each control point Cj to move in the direction of the approach vector pj using Equation (4) is used, but the present invention is not limited to this. For example, a priori knowledge term He based not only on the direction of the approach vector pj but also on the magnitude of the approach vector pj may be used using the following equation (5).

また、図22は、このような変形例に係る動作を示すフローチャートである。   FIG. 22 is a flowchart showing an operation according to such a modification.

この変形例においては、ステップS35とステップS36との間にステップS51〜S54の各処理が含まれる点で、上記実施形態のフローチャート(図11)と相違する。   This modification is different from the flowchart (FIG. 11) of the above embodiment in that each process of steps S51 to S54 is included between step S35 and step S36.

具体的には、値kをインクリメントしながら(例えば、k=2,3,...,Nk)、ステップS35で選択された一時変形モデルに対応する移動の向きと同一の向きに、その制御点を元の移動量|u|(=L)の整数倍(k倍)移動させた一時変形モデルを求め(ステップS51)、各移動後の一時変形モデルの各総合エネルギーUeを算出する(ステップS52)、という動作を繰り返す。そして、この動作が所定回数(例えば(Nk−1)回)行われたと判定(ステップS53)された後に、そのうち最も総合エネルギーUeが最適化される一時変形モデルを選択し、当該選択された一時変形モデルに対応する位置へとその制御点を移動させる(ステップS54)。これによれば、式(5)に示すように、接近ベクトルpjの大きさに近い大きさの変形が行われるときに先験的知識項Heが最小化されることになり、想定領域RBに早く近づきやすくすることができる。すなわち、処理の高速化を図ることができる。   Specifically, while incrementing the value k (for example, k = 2, 3,..., Nk), the control is performed in the same direction as the direction of movement corresponding to the temporary deformation model selected in step S35. A temporary deformation model obtained by moving the point by an integral multiple (k times) of the original movement amount | u | (= L) is obtained (step S51), and each total energy Ue of the temporary deformation model after each movement is calculated (step S51). The operation of S52) is repeated. Then, after it is determined (step S53) that this operation has been performed a predetermined number of times (for example, (Nk-1) times), a temporary deformation model that optimizes the total energy Ue is selected, and the selected temporary The control point is moved to a position corresponding to the deformation model (step S54). According to this, as shown in the equation (5), the a priori knowledge term He is minimized when a deformation having a size close to the size of the approach vector pj is performed, and the assumed region RB is stored in the assumed region RB. It can make it easier to approach quickly. That is, the processing speed can be increased.

また、上記実施形態においては、外部エネルギー項Feと内部エネルギー項Geと先験的知識項Heとの3つの項の和で表される総合エネルギーUe(式(1)参照)を評価関数として用いたがこれに限定されない。たとえば、内部エネルギー項Geを考慮せず、外部エネルギー項Feと先験的知識項Heとの和で表される総合エネルギーUeを評価関数として用いるようにしてもよい。   In the above embodiment, the total energy Ue (see equation (1)) represented by the sum of the three terms of the external energy term Fe, the internal energy term Ge, and the a priori knowledge term He is used as the evaluation function. However, it is not limited to this. For example, the total energy Ue represented by the sum of the external energy term Fe and the a priori knowledge term He may be used as the evaluation function without considering the internal energy term Ge.

また、上記実施形態においては、標準モデルを領域抽出装置1内のモデル格納部11から取得する場合を例示したが、これに限定されず、領域抽出装置1に接続された他の装置からネットワーク等を介して「標準モデル」を取得するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the standard model is acquired from the model storage unit 11 in the region extraction device 1 is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and other devices connected to the region extraction device 1 can be connected to the network. The “standard model” may be acquired via

領域抽出装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of an area | region extraction apparatus. 領域抽出装置の各種機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the various functions of an area | region extraction apparatus. X線CT装置によって取得される3次元画像と所定位置のスライス画像とを示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional image acquired by X-ray CT apparatus, and the slice image of a predetermined position. 領域抽出装置の全体動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole operation | movement of an area | region extraction apparatus. 領域拡張法を用いた暫定領域抽出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the temporary area | region extraction process using the area | region expansion method. 所定位置におけるスライス画像を示す図である。It is a figure which shows the slice image in a predetermined position. 図6に示されるスライス画像上の画素M1付近の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view near a pixel M1 on the slice image shown in FIG. 6. 重心点を利用した初期位置決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the initial position determination process using a gravity center point. 3次元画像に含まれる物体を示す図である。It is a figure which shows the object contained in a three-dimensional image. 標準モデルを初期位置に移動させる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a standard model is moved to an initial position. モデルフィッティング処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a model fitting process. 初期配置された標準モデルと抽出対象物体との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the standard model initially arranged, and an extraction object. 複数のスライス画像を示す図である。It is a figure which shows a some slice image. 制御点間を仮想バネで繋いだ模式図である。It is the schematic diagram which connected between control points with the virtual spring. 同種の複数の対象物の存在位置を重ね合わせて示す図である。It is a figure which overlaps and shows the existing position of the same kind of several target object. 存在確率マップを示す図である。It is a figure which shows an existence probability map. 対象物が存在すると想定される想定領域を示す図である。It is a figure which shows the assumption area | region assumed that a target object exists. 接近ベクトルマップを示す図である。It is a figure which shows an approach vector map. 初期状態に配置された標準モデルの各制御点における接近ベクトルpjを示す図である。It is a figure which shows the approach vector pj in each control point of the standard model arrange | positioned in the initial state. ベクトルuと接近ベクトルpjとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the vector u and the approach vector pj. 移動後の各制御点Cjにおける更新された接近ベクトルpjを示す図である。It is a figure which shows the approach vector pj updated in each control point Cj after a movement. 変形例に係る動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

1 領域抽出装置
Cj 制御点
Fe 外部エネルギー項
Ge 内部エネルギー項
He 先験的知識項
Ue 総合エネルギー
VM 接近ベクトルマップ
RB 想定領域
SO 標準モデル
p,pj 接近ベクトル
1 region extraction device Cj control point Fe external energy term Ge internal energy term He a priori knowledge term Ue total energy VM approach vector map RB assumption region SO standard model p, pj approach vector

Claims (11)

対象物のモデルを生成するモデリング装置であって、
前記対象物に関する標準モデルを取得する取得手段と、
モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成するモデル変形手段と、
を備え、
前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とするモデリング装置。
A modeling device for generating a model of an object,
Obtaining means for obtaining a standard model for the object;
Model deformation means for deforming the standard model so as to optimize a predetermined evaluation function using a model fitting method, and generating a model of the object;
With
The predetermined evaluation function is an a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed area that is assumed as an existing area of the object based on a priori knowledge. A modeling apparatus comprising:
請求項1に記載のモデリング装置において、
前記想定領域は、前記対象物の存在確率が所定値よりも高い領域であることを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to claim 1,
The modeling apparatus, wherein the assumed area is an area in which the existence probability of the object is higher than a predetermined value.
請求項1または請求項2に記載のモデリング装置において、
前記先験的知識項は、前記想定領域の境界へと最短距離で接近するベクトルである接近ベクトルの向きに前記標準モデルの各制御点が移動するときに最適化されるものであることを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to claim 1 or 2,
The a priori knowledge term is optimized when each control point of the standard model moves in the direction of an approach vector that is a vector that approaches the boundary of the assumed region at the shortest distance. Modeling equipment.
請求項3に記載のモデリング装置において、
前記モデル変形手段が前記標準モデルを逐次変形させていく際において、前記接近ベクトルは変形後の前記標準モデルの各制御点の位置に応じて更新され、前記先験的知識項は、更新された前記接近ベクトルに基づいて算出されることを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to claim 3, wherein
When the model deforming means sequentially deforms the standard model, the approach vector is updated according to the position of each control point of the standard model after the deformation, and the a priori knowledge term is updated. A modeling apparatus, wherein the modeling apparatus is calculated based on the approach vector.
請求項3に記載のモデリング装置において、
前記接近ベクトルは、前記各制御点の初期位置に応じて前記各制御点ごとに予め設定され、
前記モデル変形手段が前記標準モデルを逐次変形させていく際においても、前記先験的知識項は、常に、前記各制御点の初期位置に応じて前記各制御点ごとに予め設定された前記接近ベクトルに基づいて算出されることを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to claim 3, wherein
The approach vector is preset for each control point according to the initial position of each control point,
Even when the model deforming means sequentially deforms the standard model, the a priori knowledge term is always the preset approach for each control point according to the initial position of each control point. A modeling apparatus characterized by being calculated based on a vector.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のモデリング装置において、
前記所定の評価関数は、前記標準モデルの形状が計測データにおける輪郭に近づくときに最適化される外部エネルギー項を有することを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to any one of claims 1 to 5,
The modeling apparatus according to claim 1, wherein the predetermined evaluation function has an external energy term that is optimized when the shape of the standard model approaches a contour in measurement data.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のモデリング装置において、
前記所定の評価関数は、前記標準モデルの各制御点相互の関係が一定の関係に近づくときに最適化される内部エネルギー項を有することを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to any one of claims 1 to 6,
The modeling apparatus, wherein the predetermined evaluation function has an internal energy term that is optimized when the relationship between the control points of the standard model approaches a certain relationship.
請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のモデリング装置において、
生成された前記対象物のモデルの存在位置に対応する領域を前記対象物の領域として計測データから抽出する手段と、
をさらに備えることを特徴とするモデリング装置。
The modeling device according to any one of claims 1 to 7,
Means for extracting from the measurement data the region corresponding to the position of the generated model of the object as the region of the object;
A modeling apparatus further comprising:
対象物のモデルを生成するモデリング方法であって、
前記対象物に関する標準モデルを初期位置に配置する工程と、
モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成する工程と、
を備え、
前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とするモデリング方法。
A modeling method for generating a model of an object,
Placing a standard model for the object in an initial position;
Deforming the standard model to optimize a predetermined evaluation function using a model fitting technique, and generating a model of the object;
With
The predetermined evaluation function is an a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed area that is assumed as an existing area of the object based on a priori knowledge. The modeling method characterized by having.
コンピュータに、
前記対象物に関する標準モデルを初期位置に配置する手順と、
モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させ、前記対象物のモデルを生成する手順と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき前記対象物の存在領域として想定される領域である想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とするプログラム。
On the computer,
Placing a standard model for the object in an initial position;
Deforming the standard model to optimize a predetermined evaluation function using a model fitting technique, and generating a model of the object;
A program for executing
The predetermined evaluation function is an a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed area that is assumed as an existing area of the object based on a priori knowledge. The program characterized by having.
計測データから対象物の領域を抽出する領域抽出装置であって、
前記対象物に関する標準モデルを取得する取得手段と、
モデルフィッティング手法を用いて所定の評価関数を最適化するように前記標準モデルを変形させる手段と、
変形後の前記標準モデルの存在位置に対応する領域を前記対象物の領域として前記計測データから抽出する手段と、
を備え、
前記所定の評価関数は、先験的知識に基づき対象物が存在すると想定される想定領域に一致するように前記標準モデルが変形するときに最適化される先験的知識項を有することを特徴とする領域抽出装置。
An area extraction device for extracting an area of an object from measurement data,
Obtaining means for obtaining a standard model for the object;
Means for transforming the standard model to optimize a predetermined evaluation function using a model fitting technique;
Means for extracting from the measurement data a region corresponding to the position of the standard model after deformation as a region of the object;
With
The predetermined evaluation function has an a priori knowledge term that is optimized when the standard model is deformed so as to coincide with an assumed region in which an object is assumed to exist based on a priori knowledge. An area extraction device.
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