JP5072449B2 - Medical image processing apparatus and medical image processing method - Google Patents

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Description

この発明は、医用画像の画像データを処理する医用画像処理装置及び医用画像処理方法に関し、特に、2つの医用画像(の画像データ)の位置合わせを行う技術に関するものである。   The present invention relates to a medical image processing apparatus and a medical image processing method for processing image data of a medical image, and more particularly to a technique for aligning two medical images (image data thereof).

従来から、或る被検体について、撮影時期の異なる複数の医用画像を比較することにより、疾患の進行や治癒の状況などを把握して治療方針を検討したりすることが行われている(たとえば特許文献1を参照)。このような比較読影においては、被検体のほぼ同じ位置のスライス画像(CT画像等)を比較するために、撮影時期の異なる画像間の位置合わせを行う必要がある。近年では、3次元の医用画像を撮影可能な装置の登場に伴い、3次元医用画像の位置合わせを行う必要も生じてきている。   Conventionally, for a certain subject, by comparing a plurality of medical images with different imaging timings, it is possible to grasp the progress of a disease, the state of healing, etc., and to examine a treatment policy (for example, (See Patent Document 1). In such comparative interpretation, in order to compare slice images (CT images or the like) at substantially the same position of the subject, it is necessary to perform alignment between images having different imaging timings. In recent years, with the advent of devices capable of capturing 3D medical images, it has become necessary to align 3D medical images.

画像間の位置合わせの手法としては、画像相関(image similarity)を用いた反復的位置合わせ法と、ランドマーク(landmark;「特徴点」等と呼ばれる。)を用いた位置合わせ法とが一般に知られている。   As registration methods between images, an iterative registration method using image correlation and a registration method using landmarks (called “feature points”) are generally known. It has been.

画像相関を用いた反復的位置合わせ法については、たとえば非特許文献1に開示されている。この手法は、相関係数等の画像相関を利用して反復的に位置合わせを行うもので、画像に変形を加えずに位置合わせを行う「rigid registration」と呼ばれる方法と、画像に変形を加えて位置合わせを行う「non−rigid registration」と呼ばれる方法とに分類される。この明細書においては、この2つの方法をまとめて「位置合わせ(registration)」と呼ぶことにする。   For example, Non-Patent Document 1 discloses an iterative registration method using image correlation. This method is an iterative alignment that uses image correlation such as correlation coefficient. This method is called “rigid registration” in which the image is aligned without deformation, and the image is deformed. Are classified into a method called “non-rigid registration”. In this specification, these two methods will be collectively referred to as “registration”.

一方、ランドマークを用いた位置合わせ法については、たとえば非特許文献2に開示されている。この手法は、画像相関を用いた反復的位置合わせ法と比較して、本質的に処理時間が短い。すなわち、ランドマークを一旦指定してしまえば、ペアとなるランドマークの位置合わせに線形最適化手法を適用することができ、反復的な手法を用いる必要がないため、データ量が多くても1秒以下程度の処理時間にて画像の位置合わせを実行することが可能である。   On the other hand, an alignment method using landmarks is disclosed in Non-Patent Document 2, for example. This approach inherently has a shorter processing time compared to an iterative registration method using image correlation. That is, once a landmark is specified, a linear optimization method can be applied to align the landmarks that are paired, and it is not necessary to use an iterative method. Image alignment can be executed in a processing time of about a second or less.

特開2005−334219号公報JP 2005-334219 A Jeongtae Kim、Jefferey A. Fessler、「Intensity−Based Image Registration Using Robust Correlation Coefficients」、IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING、VOL.23、NO.11、NOVEMBER 2004、pp.1430−1444Jeongtae Kim, Jeffery A. Fessler, “Intensity-Based Image Registration Usable Robust Correlation Coefficients”, IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGEING, VOL. 23, NO. 11, NOVEMBER 2004, pp. 1430-1444 四方秀則、外7名、「肺の非剛性レジストレーションのための血管分岐点位置検出アルゴリズム」、電子情報通信学会論文誌、Vol.J85−D−II、No.10、pp.1613−1623、2002Hidenori Shikata, 7 others, “Vessel branch point position detection algorithm for non-rigid registration of lungs”, IEICE Transactions, Vol. J85-D-II, no. 10, pp. 1613-1623, 2002

しかしながら、上記のような従来の位置合わせ方法には、次のような問題がある。   However, the conventional positioning method as described above has the following problems.

まず、画像相関を用いた反復的位置合わせ法においては、比較対象となる各画像に対して数十個程度の局所領域を設定し、対応する局所領域のペアについて画像相関を算出するとともに、その画像相関が高くなるように、画像の平行移動、回転、スケーリング(サイズ変更)、変形などの処理を反復的に施していく。この方法は、データ量の少ない2次元画像についてはある程度有効であるが、データ量が格段に多い3次元画像については、処理に長時間を要するため、現段階においては実用的とは言い難い。   First, in the iterative registration method using image correlation, several tens of local regions are set for each image to be compared, image correlation is calculated for the corresponding local region pair, and Processing such as translation, rotation, scaling (size change), and deformation of the image is repeatedly performed so that the image correlation becomes high. This method is effective to some extent for a two-dimensional image with a small amount of data, but for a three-dimensional image with a much larger amount of data, it takes a long time to process, and is not practical at this stage.

たとえば、非特許文献1には、10×10ピクセルの2次元画像の局所領域の画像相関の算出時間は0.1秒程度であることが記載されている。同様の処理を3次元画像の10×10×10ボクセルの局所領域に適用すると、単純に10×0.1=1秒程度の時間が掛かるものと想定される。よって、たとえば50個の局所領域のペアを3次元画像に設定する場合、1回の計算に1×50=50秒程度の時間が必要となる。   For example, Non-Patent Document 1 describes that the calculation time of the image correlation of a local region of a 10 × 10 pixel two-dimensional image is about 0.1 seconds. When similar processing is applied to a local region of 10 × 10 × 10 voxels of a three-dimensional image, it is assumed that it takes a time of approximately 10 × 0.1 = 1 second. Therefore, for example, when 50 pairs of local regions are set in a three-dimensional image, a time of about 1 × 50 = 50 seconds is required for one calculation.

また、画像の位置合わせのアルゴリズムには、公知の最適化手法が用いられるが、変数の個数が増加するほど計算の反復回数も増加することが知られている。たとえば3次元画像のnon−rigid registrationにおいては、数十個程度の変数を最適化することが必要であり、そのためには少なくとも100回程度の反復計算が要される。したがって、3次元画像の位置合わせには、50×100=5000秒(約83分)程度の時間が掛かるものと見積もられる。これでは、たとえ処理高速化のための手法を付加的に適用したとしても、実用的な処理時間の達成は困難であることが予想される。   A known optimization method is used as an image alignment algorithm, but it is known that the number of iterations of calculation increases as the number of variables increases. For example, in non-rigid registration of a three-dimensional image, it is necessary to optimize about several tens of variables, and for this purpose, iterative calculation is required at least about 100 times. Therefore, it is estimated that it takes about 50 × 100 = 5000 seconds (about 83 minutes) to align the three-dimensional image. In this case, even if a technique for speeding up the processing is additionally applied, it is expected that it is difficult to achieve a practical processing time.

一方、ランドマークを用いた位置合わせ方法においては、前述のように処理時間が短いというメリットはあるが、位置合わせの精度に困難性を有している。すなわち、たとえば肺血管を含む画像の位置合わせを行う場合、非特許文献2にも記載されているように、ランドマークを用いた位置合わせを精度良く実施するには、分岐点の位置の高精度な決定と血管の正確なグラフ表現が必要とされる。これは、比較対象となる2つの画像からそれぞれ独立に抽出されたランドマーク群について、対応するランドマークの特定の正確性が、位置合わせの精度に反映されることに起因している。   On the other hand, the alignment method using landmarks has a merit that the processing time is short as described above, but has a difficulty in alignment accuracy. That is, for example, when aligning an image including a pulmonary blood vessel, as described in Non-Patent Document 2, in order to perform alignment using a landmark with high accuracy, the position of a branch point is highly accurate. Decisions and accurate graphical representations of blood vessels are required. This is due to the fact that the specific accuracy of the corresponding landmarks is reflected in the alignment accuracy for the landmark groups independently extracted from the two images to be compared.

また、肺血管のように複雑に張り巡らされた対象物について正確にグラフ表現を取得することは現実的に非常に困難である。これも、ランドマークを用いた位置合わせ方法の精度向上を実現する上での大きな障害となっている。特に医療分野においては、医療ミス等を回避するために精度を重視する必要があるため、ランドマークを用いた方法の有用性は高いとは考えにくい。   In addition, it is practically very difficult to accurately obtain a graph representation of an object that is stretched in a complicated manner such as a pulmonary blood vessel. This is also a big obstacle to realizing the accuracy improvement of the alignment method using landmarks. Particularly in the medical field, it is difficult to think that the method using landmarks is highly useful because accuracy must be emphasized in order to avoid medical errors.

この発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、医用画像の位置合わせに掛かる時間の短縮を図りつつ、位置合わせを高い精度で行うことが可能な医用画像処理装置及び医用画像処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a medical image processing apparatus and medical device capable of performing alignment with high accuracy while shortening the time required for alignment of medical images. An object is to provide an image processing method.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理装置であって、各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定する設定手段と、各ボリュームデータについて、前記設定手段により設定されたランドマークに基づいて、同一の医用画像の2つのランドマークからなる対を複数形成し、前記複数の対のそれぞれについて、ランドマーク間の距離を演算し、前記距離を含む距離情報を位置関係情報として生成する生成手段と、前記位置関係情報に基づいて、一方の医用画像のランドマークの対の間の距離と、他方の医用画像のランドマークの対の間の距離とを比較し、前記比較結果に基づいて対同士を暫定的に対応付け、前記暫定的な対のそれぞれについて、当該対に含まれないランドマークを付加して3つ以上のランドマークの組を形成し、当該組に含まれるランドマークを用いて求めた距離または角度に基づいて、2つの医用画像の間における前記組の対応度合いを示す評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ランドマークのうちの幾つかを除外し、前記除外後に残った医用画像のランドマークを互いに対応付ける対応付け手段と、前記ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う位置合わせ手段と、を備える、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a medical image processing apparatus for aligning volume data of two medical images, and sets landmarks of medical images based on the respective volume data And a plurality of pairs of two landmarks of the same medical image are formed for each volume data based on the landmarks set by the setting means, and the landmarks are set for each of the plurality of pairs. calculating a distance between a generating means for generating distance information including the distance as the positional relationship information, based on the positional relationship information, and distance between pairs of landmark of one of the medical images, other medical Compare the distances between the landmark pairs in the image, and tentatively associate the pairs with each other based on the comparison result. Add a landmark not included in the pair to form a set of three or more landmarks, and based on the distance or angle determined using the landmarks included in the pair, between the two medical images Calculating an evaluation value indicating the degree of correspondence of the set at, removing some of the landmarks based on the evaluation value, and association means for associating the landmarks of the medical image remaining after the exclusion with each other; Alignment means for aligning two volume data based on the association of the landmarks.

また、請求項14に記載の発明は、2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理方法であって、各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定し、各ボリュームデータについて、設定された前記ランドマークに基づいて、同一の医用画像の2つのランドマークからなる対を複数形成し、前記複数の対のそれぞれについて、ランドマーク間の距離を演算し、前記距離を含む距離情報を位置関係情報として生成し、前記位置関係情報に基づいて、一方の医用画像のランドマークの対の間の距離と、他方の医用画像のランドマークの対の間の距離とを比較し、前記比較結果に基づいて対同士を暫定的に対応付け、前記暫定的な対のそれぞれについて、当該対に含まれないランドマークを付加して3つ以上のランドマークの組を形成し、当該組に含まれるランドマークを用いて求めた距離または角度に基づいて、2つの医用画像の間における前記組の対応度合いを示す評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ランドマークのうちの幾つかを除外し、前記除外後に残った2つの医用画像のランドマークを互いに対応付け、前記ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う、ことを特徴とする。 The invention according to claim 14 is a medical image processing method for aligning volume data of two medical images, wherein landmarks of the medical image are set based on each volume data, and each volume data A plurality of pairs of two landmarks of the same medical image are formed based on the set landmarks, a distance between the landmarks is calculated for each of the plurality of pairs, and a distance including the distance Information is generated as positional relationship information, and based on the positional relationship information, the distance between the landmark pair of one medical image is compared with the distance between the landmark pair of the other medical image; Based on the comparison result, pairs are provisionally associated with each other, and for each of the provisional pairs, three or more labels are added by adding landmarks not included in the pair. An evaluation value indicating the degree of correspondence between the two medical images is calculated based on the distance or angle obtained using the landmark included in the set, and the evaluation value Based on this , some of the landmarks are excluded, the landmarks of the two medical images remaining after the exclusion are associated with each other, and the two volume data are aligned based on the association of the landmarks It is characterized by that.

請求項1又は請求項14に記載の発明によれば、医用画像のランドマークの位置関係に基づいてランドマークの幾つかを除外し、残ったランドマークを用いてボリュームデータの位置合わせを行うようになっているので、位置合わせに掛かる時間の短縮を図りつつ、高精度の位置合わせを実現することが可能である。 According to the invention described in claim 1 or claim 14, to exclude some of the landmarks based on the positional relationship of the landmarks in a medical image, to perform alignment of the volume data by using the remaining landmarks Therefore, it is possible to realize highly accurate alignment while shortening the time required for alignment.

この発明に掛かる医用画像処理装置及び医用画像処理方法の実施の形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施形態では、被検者の肺を撮影した医用画像の画像データの位置合わせについて説明する。一般に、肺を撮影した医用画像には、肺実質部、気管支、肺血管(肺動脈、肺静脈)などが映し出されている。なお、この実施形態において、画像データと、それに基づいて表示される医用画像とを同一視することがある。   An example of an embodiment of a medical image processing apparatus and a medical image processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, alignment of image data of a medical image obtained by imaging a subject's lung will be described. In general, a medical image obtained by imaging a lung shows a lung parenchyma, bronchi, pulmonary blood vessels (pulmonary artery, pulmonary vein), and the like. In this embodiment, the image data may be identified with the medical image displayed based on the image data.

[概要]
この発明は、医用画像診断装置により取得された医用画像の比較読影を行う際の画像の位置合わせを好適に行うためのものである。比較読影においては、最新の撮影画像(最新画像)と、それよりも過去に撮影された画像(過去画像)との比較して、傷病の進行具合や治療効果などの把握を行う。被検体のスライス画像を比較する場合、被検体の(ほぼ)同じスライス位置における最新画像と過去画像を表示させてやる必要がある。
[Overview]
The present invention is for suitably performing image alignment when performing comparative interpretation of medical images acquired by a medical image diagnostic apparatus. In comparative interpretation, the progress of a disease and the treatment effect are grasped by comparing the latest captured image (latest image) with an image captured in the past (past image). When comparing slice images of the subject, it is necessary to display the latest image and the past image at (substantially) the same slice position of the subject.

なお、技術的には、比較対象となる画像の撮影時間の前後関係は当該位置合わせ方式の実現に関係ないため、本明細書では、一方の画像を「リファレンス画像」、他方の画像を「ターゲット画像」と呼ぶことにし、両者の位置合わせの方法について記載する。   It should be noted that technically, the relationship between the shooting times of the images to be compared is not related to the realization of the alignment method, so in this specification, one image is referred to as a “reference image” and the other image as “target. It will be referred to as “image”, and a method for aligning both will be described.

図7は、この発明による処理の流れの一例を表している。まず、過去画像と最新画像かからランドマークをそれぞれ抽出する(S1、S2)。このランドマークとしては、たとえば肺血管の分岐点が抽出される。血管の分岐点を特定する手法については、前述の非特許文献2に一例が開示されている。なお、抽出されるランドマークは、過去画像と最新画像の間において互いに順序が不定でもよく、その個数も一致していなくてもよい。なお、ランドマークとは、医用画像中の特徴的な部位に対して人為的に設定されるマーク(特徴点)であり、2つの医用画像(の画像データ)の位置合わせを実施するときの基準となるものである。   FIG. 7 shows an example of the flow of processing according to the present invention. First, landmarks are extracted from the past image and the latest image (S1, S2). As this landmark, for example, a branch point of a pulmonary blood vessel is extracted. An example of a technique for specifying a branch point of a blood vessel is disclosed in Non-Patent Document 2 described above. Note that the order of the landmarks to be extracted may be indefinite between the past image and the latest image, and the number of landmarks may not match. A landmark is a mark (feature point) artificially set for a characteristic part in a medical image, and is a reference for performing alignment of two medical images (image data thereof). It will be.

次に、過去画像及び最新画像からそれぞれ抽出されたランドマークの対応を決定する(S3)。この実施形態では、ランドマーク間の距離の情報(又はランドマークが形成する角度の情報)を用いて過去画像のランドマークと最新画像のランドマークとの対応を決定する。詳細については後述するが、このような対応付けにより、ランドマークに抽出ミスがあった場合でも、血管の分岐構造を正確に特定ができない場合でも画像の位置合わせが可能になる。これは、この実施形態の特徴の一つとなっている。   Next, the correspondence between the landmarks extracted from the past image and the latest image is determined (S3). In this embodiment, the correspondence between the landmark of the past image and the landmark of the latest image is determined using information on the distance between the landmarks (or information on the angle formed by the landmark). Although details will be described later, such association enables image alignment even when there is an extraction error in the landmark or even when the branching structure of the blood vessel cannot be specified accurately. This is one of the features of this embodiment.

続く変換パラメータの決定(I)では、対応付けられたランドマークに対して線形最適化法を適用し、これらランドマーク間の座標変換のパラメータを決定する(S4)。以下、この処理の一例を説明する。最新画像のランドマークの座標を(r1、r2、r3)とし、過去画像のランドマークの座標を(t1、t2、t3)とし、これらランドマークが対応付けられているとする。また、これらのランドマークは次のような関係を有するものとする。   In the subsequent conversion parameter determination (I), the linear optimization method is applied to the associated landmarks, and the coordinate conversion parameters between these landmarks are determined (S4). Hereinafter, an example of this process will be described. Assume that the landmark coordinates of the latest image are (r1, r2, r3), the landmark coordinates of the past image are (t1, t2, t3), and these landmarks are associated with each other. These landmarks have the following relationship.

[数1]
t1−r1=a1×r1+b1×r2+c1×r3+d1
t2−r2=a2×r1+b2×r2+c2×r3+d2
t3−r3=a3×r1+b3×r2+c3×r3+d3
[Equation 1]
t1-r1 = a1 * r1 + b1 * r2 + c1 * r3 + d1
t2-r2 = a2 * r1 + b2 * r2 + c2 * r3 + d2
t3-r3 = a3 * r1 + b3 * r2 + c3 * r3 + d3

ここで、12個の係数ai、bi、ci、di(i=1、2、3)が、求めるべき変換パラメータである。この連立方程式は、方程式の個数が3で、未知数の個数が12であるのため、そのままでは一意的に解くことは不可能であるが、4組以上のランドマークの座標が既知であれば、最小二乗法等の公知の線形最適化法を用いることにより、12個の変換パラメータを求めることができる。   Here, twelve coefficients ai, bi, ci, di (i = 1, 2, 3) are conversion parameters to be obtained. Since the number of equations is 3 and the number of unknowns is 12, this simultaneous equation cannot be solved uniquely as it is, but if the coordinates of four or more landmarks are known, Twelve conversion parameters can be obtained by using a known linear optimization method such as a least square method.

ステップS1、S2で抽出されたランドマーク群のなかのいくつかが非常に近接している場合、ステップS3において対応付けミスが生じる可能性がある。対応付けミスが生じると、ステップS4において、間違って対応付けされたランドマークの位置合わせ結果が、画像全体(画像のボリュームデータ)の位置合わせに反映されて精度が劣化してしまう。   If some of the landmark groups extracted in steps S1 and S2 are very close to each other, an association error may occur in step S3. If an association error occurs, in step S4, the alignment result of the landmark that is associated in error is reflected in the alignment of the entire image (volume data of the image), and the accuracy deteriorates.

そこで、この実施形態では、変換パラメータの決定(II)において、位置合わせ後の残差が大きいランドマークの影響を除去又は小さくして再度変換パラメータを求めることにより、画像(のボリュームデータ)の位置合わせ精度の向上を図る(S5)。   Therefore, in this embodiment, in the determination of the conversion parameter (II), the position of the image (volume data) is obtained by removing or reducing the influence of the landmark having a large residual after alignment and obtaining the conversion parameter again. The alignment accuracy is improved (S5).

このような位置合わせの結果を用いて、過去画像と最新画像について、(ほぼ)同じスライス位置における断層画像を並列表示させる(S6、S7)。読影医は、並列表示された過去と最新の断層画像の比較読影を行う。   Using the result of such alignment, for the past image and the latest image, tomographic images at (almost) the same slice position are displayed in parallel (S6, S7). The interpretation doctor performs comparative interpretation of the past and latest tomographic images displayed in parallel.

[構成及び動作]
この発明に係る医用画像処理装置の構成及び動作を説明する。図1に示す医用画像処理装置1は、医用画像診断装置1000によって生成された医用画像の画像データを格納する医用画像データベース200に接続されている。医用画像処理装置1、医用画像診断装置1000、医用画像データベース2000は、たとえばLAN(Local Area Network)等の任意のネットワークによって通信可能に接続されている。
[Configuration and operation]
The configuration and operation of the medical image processing apparatus according to the present invention will be described. A medical image processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is connected to a medical image database 200 that stores image data of medical images generated by the medical image diagnostic apparatus 1000. The medical image processing apparatus 1, the medical image diagnostic apparatus 1000, and the medical image database 2000 are communicably connected via an arbitrary network such as a LAN (Local Area Network).

医用画像診断装置1000は、被検体(図示せず)の体内の形態を反映した信号に基づいて医用画像の画像データを生成する装置である、この医用画像診断装置1000の具体例としては、X線CT(Computed Tomography)装置、X線診断装置、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置、PET(Positron Emission computed Tomography)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)、超音波診断装置などがある。この医用画像診断装置1000は、特に、被検体の3次元医用画像の画像データ(ボリュームデータ)を生成可能な装置とされる。   The medical image diagnostic apparatus 1000 is an apparatus that generates image data of a medical image based on a signal that reflects the internal form of a subject (not shown). As a specific example of the medical image diagnostic apparatus 1000, X Line CT (Computed Tomography) apparatus, X-ray diagnostic apparatus, MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus, PET (Positron Emission Computed Tomography), SPECT (Single Photon EmulationTone diagnosis apparatus) The medical image diagnostic apparatus 1000 is particularly an apparatus that can generate image data (volume data) of a three-dimensional medical image of a subject.

ここで、ボリュームデータとは、3次元的なボクセルを画素として有する画像データである。各ボクセルには、輝度、濃淡、色等の画素データがそれぞれ割り当てられている。なお、ボリュームデータは、ボクセルデータなどと呼ばれることもある。ボリュームデータに基づく画像を表示させるときには、ボリュームレンダリングやMIP(Maximum Intensity Projection;最大値投影)等のレンダリング処理を施すことにより、この3次元的なボリュームデータを、画像表示用の2次元的な画像データに変換する。   Here, the volume data is image data having three-dimensional voxels as pixels. Each voxel is assigned pixel data such as luminance, shading, and color. The volume data is sometimes called voxel data. When displaying an image based on the volume data, rendering processing such as volume rendering or MIP (Maximum Intensity Projection) is performed to convert the three-dimensional volume data into a two-dimensional image for image display. Convert to data.

医用画像データベース2000は、たとえば、各種の医用画像の画像データを管理するシステムであるPACS(Picture Archiving and Communication System)のデータベースや、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムのデータベースによって構成される。   The medical image database 2000 is, for example, a database of a PACS (Picture Archiving and Communication System) that is a system for managing image data of various medical images, or a database of an electronic medical record system that manages an electronic medical record to which medical images are attached. Composed.

なお、医用画像診断装置1000から医用画像処理装置1に対して直接に画像データを入力できるようにネットワークを構築することも可能である。   It is also possible to construct a network so that image data can be directly input from the medical image diagnostic apparatus 1000 to the medical image processing apparatus 1.

医用画像処理装置1は、図1に示すように、抽出処理部2、位置関係情報生成部3、ランドマーク対応付け部4、画像位置合わせ部5、断層画像生成部6、表示部7及び操作部8を含んで構成されている。以下、これら各部について、それぞれ詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, the medical image processing apparatus 1 includes an extraction processing unit 2, a positional relationship information generation unit 3, a landmark association unit 4, an image registration unit 5, a tomographic image generation unit 6, a display unit 7, and an operation. The unit 8 is configured to be included. Hereinafter, each of these units will be described in detail.

〔表示部、操作部〕
まず、表示部7と操作部8について説明する。表示部7と操作部8は、医用画像処理装置1のユーザインターフェイスに含まれている。表示部7は、医用画像診断装置1000により取得された医用画像を表示する表示デバイスである。この表示部7には、たとえば、複数の医用画像(たとえば最新画像と過去画像)が並列表示される。表示部7は、この発明の「表示手段」の一例として機能するものである。
(Display section, operation section)
First, the display unit 7 and the operation unit 8 will be described. The display unit 7 and the operation unit 8 are included in the user interface of the medical image processing apparatus 1. The display unit 7 is a display device that displays a medical image acquired by the medical image diagnostic apparatus 1000. For example, a plurality of medical images (for example, the latest image and the past image) are displayed in parallel on the display unit 7. The display unit 7 functions as an example of the “display unit” of the present invention.

操作部8は、医用画像処理装置1に対する各種データの入力作業や操作要求の入力作業に供される操作デバイス(入力デバイス)である。ユーザは、この操作部8を操作することにより、たとえば、医用画像データベース2000からの画像データ取得の要求や、所望の医用画像を表示部7に表示させるための要求を入力する。   The operation unit 8 is an operation device (input device) used for various data input operations and operation request input operations for the medical image processing apparatus 1. The user operates the operation unit 8 to input, for example, a request for acquiring image data from the medical image database 2000 or a request for displaying a desired medical image on the display unit 7.

画像データの取得要求は、たとえば、読影対象の患者の患者IDを入力するとともに、画像データを取得を要求するソフトキーを操作することにより行う。   The acquisition request for image data is performed by, for example, inputting a patient ID of a patient to be interpreted and operating a soft key for requesting acquisition of image data.

また、所望の医用画像の表示要求としては、たとえば、被検体の所望のスライス位置(断面位置)における断層画像の表示要求などがある。表示部7に表示された読影用の画面上には、スライス位置を指定するための画面領域が設けられている。この画面領域には、たとえば、スライス位置を数値(座標)で指定するための入力スペースや、スキャノ像上にスライス位置を指定するためのソフトキーや、複数の断層画像をスライス方向に応じて順次に表示させる画像めくり機能を行うためのソフトキーなどが設けられている。ユーザは、この画像領域に対して所定の操作を行うことによりスライス位置を指定する。表示部7には、指定されたスライス位置における断層画像が表示される。   The display request for a desired medical image includes, for example, a display request for a tomographic image at a desired slice position (cross-sectional position) of the subject. On the interpretation screen displayed on the display unit 7, a screen area for designating a slice position is provided. In this screen area, for example, an input space for designating a slice position with a numerical value (coordinates), a soft key for designating a slice position on a scanogram, and a plurality of tomographic images in order according to the slice direction A soft key for performing an image turning function to be displayed on the screen is provided. The user designates the slice position by performing a predetermined operation on the image area. The display unit 7 displays a tomographic image at the designated slice position.

〔抽出処理部〕
図2に示すブロック図は、抽出処理部2の構成の一例を表している。この抽出処理部2は、医用画像内のランドマークを設定する処理を行うもので、この発明の「設定手段」の一例に相当する。抽出処理部2は、画像領域抽出部21、シード設定部22、ランドマーク抽出部23及びランドマーク抽出禁止部24が設けられている。以下、これら各部21〜24についてそれぞれ詳細に説明する。
[Extraction processing unit]
The block diagram shown in FIG. 2 represents an example of the configuration of the extraction processing unit 2. The extraction processing unit 2 performs processing for setting a landmark in a medical image, and corresponds to an example of a “setting unit” according to the present invention. The extraction processing unit 2 includes an image region extraction unit 21, a seed setting unit 22, a landmark extraction unit 23, and a landmark extraction prohibition unit 24. Hereinafter, each of these units 21 to 24 will be described in detail.

(画像領域抽出部)
画像領域抽出部21は、医用画像データベース2000から入力される医用画像のボリュームデータから、特定の部位に相当する画像領域を抽出する処理を行うものである。
(Image area extraction unit)
The image area extraction unit 21 performs processing for extracting an image area corresponding to a specific part from volume data of a medical image input from the medical image database 2000.

この実施形態では、肺を撮影した医用画像に対して処理を行う。この医用画像には、気管支に相当する画像領域や、肺血管に相当する画像領域など、分岐構造を有する部位に相当する画像領域が含まれている。画像領域抽出部21には、気管支に相当する画像領域(気管支領域と呼ぶことがある。)の抽出を行う気管支抽出部211と、肺血管に相当する画像領域の候補となる画像領域(肺血管候補領域と呼ぶことがある。)の抽出を行う肺血管抽出部212とが設けられている。   In this embodiment, processing is performed on a medical image obtained by imaging a lung. This medical image includes an image region corresponding to a portion having a branch structure, such as an image region corresponding to a bronchus or an image region corresponding to a pulmonary blood vessel. The image region extracting unit 21 includes a bronchus extracting unit 211 that extracts an image region corresponding to a bronchus (sometimes referred to as a bronchial region), and an image region that is a candidate for an image region corresponding to a pulmonary blood vessel (pulmonary blood vessel). A pulmonary blood vessel extraction unit 212 that performs extraction of a candidate region).

まず、気管支領域の抽出について説明する。肺実質部に相当する画像領域(肺実質領域と呼ぶことがある。)の画素値(CT値等)は一様ではなく、また、気管支領域の画素値と近い値を有している。そのため、単一の閾値を用いて気管支領域の抽出を行う場合において、閾値を比較的低い値に設定すると、気管支の太い部分の画像領域しか抽出されない。また、閾値を比較的高い値に設定すると、気管支領域に隣接する肺実質領域まで抽出されることがある(これを本明細書では「あふれ」と呼ぶ。)。あふれを発生させずに、気管支のできるだけ遠位部(分岐した先の気管支の先端部分)に相当する画像領域まで抽出するためには、患者ごとに閾値の値を調節する必要がある。そこで、この実施形態では、局所的な閾値処理(局所閾値処理)を用いて気管支領域の抽出を行う。   First, extraction of the bronchial region will be described. The pixel values (CT values, etc.) of the image region corresponding to the lung parenchyma (sometimes referred to as the lung parenchyma region) are not uniform and have values close to the pixel value of the bronchial region. Therefore, when the bronchial region is extracted using a single threshold, if the threshold is set to a relatively low value, only the image region of the thick part of the bronchus is extracted. When the threshold is set to a relatively high value, the lung parenchyma region adjacent to the bronchial region may be extracted (this is referred to as “overflow” in this specification). In order to extract the image region corresponding to the distal part of the bronchus as far as possible (the tip of the branched bronchus) without causing overflow, it is necessary to adjust the threshold value for each patient. Therefore, in this embodiment, the bronchial region is extracted using local threshold processing (local threshold processing).

気管支抽出部211は、局所閾値処理部211aと画像領域分離処理部211bを備えている。   The bronchus extraction unit 211 includes a local threshold processing unit 211a and an image region separation processing unit 211b.

局所閾値処理部211aは、気管支領域を局所閾値処理によって抽出する。より具体的に説明すると、局所閾値処理部211aは、まず、医用画像の画像データ(ボリュームデータや断層画像の画像データ)に基づいて閾値曲面を求める。閾値曲面は、たとえば、グレースケール(gray scale:モノクロ)の当該画像データに数ボクセル程度のエロージョン(erosion)等のモーフォロジー(Morphology)演算処理を施した結果に対して所定の定数を加算することによって取得することができる。   The local threshold processing unit 211a extracts a bronchial region by local threshold processing. More specifically, the local threshold processing unit 211a first obtains a threshold curved surface based on medical image data (volume data or tomographic image data). For example, the threshold curved surface is obtained by adding a predetermined constant to a result obtained by performing morphological operation processing such as erosion of several voxels on the gray scale (gray scale: monochrome) image data. Can be acquired.

続いて、局所閾値処理部211aは、取得した閾値曲面を用いて画像データの画素値に対する閾値処理を行う。すなわち、各画素について、その画素値と閾値曲面の値とを比較し、その大小関係に基づいて気管支領域の候補となる画像領域を抽出する。   Subsequently, the local threshold processing unit 211a performs threshold processing on the pixel values of the image data using the acquired threshold curved surface. That is, for each pixel, the pixel value is compared with the value of the threshold curved surface, and an image region that is a candidate for a bronchial region is extracted based on the magnitude relationship.

このような局所閾値処理による抽出結果は、単一の閾値を用いる場合よりも比較的遠位部の気管支まで抽出することができる一方で、気管支以外の領域(肺実質領域等)をも抽出してしまう可能性がある。   The extraction result by such local threshold processing can extract the bronchi in the distal part relatively far compared to the case of using a single threshold, while extracting regions other than the bronchi (pulmonary parenchymal region, etc.). There is a possibility that.

このような不都合の解消を図るために、画像領域分離処理部211bは、局所閾値処理部211aにより抽出された気管支領域と、この気管支領域の周囲の領域とをモーフォロジー演算によって分離する処理を行う。このモーフォロジー演算としては、たとえば2値画像に対するモーフォロジー演算処理が適用され、画像の画素数を減少させるように作用するエロージョンやこれに類似の処理を用いることが可能である。それにより、医用画像中の細線部分等が除去されて、気管支領域とそれ以外の領域とが分離される。   In order to eliminate such inconvenience, the image region separation processing unit 211b performs a process of separating the bronchial region extracted by the local threshold processing unit 211a and the region around the bronchial region by morphological calculation. As this morphological operation, for example, morphological operation processing for a binary image is applied, and erosion that acts to reduce the number of pixels of the image or processing similar thereto can be used. Thereby, a thin line portion or the like in the medical image is removed, and the bronchial region and the other region are separated.

画像領域分離処理部211bにより得られる医用画像においては、気管支領域とそれ以外の領域とが分離されてはいるが、上記モーフォロジー演算により気管支領域がやせてしまっているために、この医用画像から気管支領域を抽出するのは好ましくない。   In the medical image obtained by the image region separation processing unit 211b, the bronchial region and other regions are separated, but the bronchial region has been thinned by the morphological calculation. It is not preferable to extract the region.

そこで、気管支抽出部211は、画像領域分離処理部211bにより分離された気管支領域以外の画像領域(気管支領域の周囲の画像領域)を抽出するとともに、この気管支領域以外の画像領域に対してダイレーション(dilation)処理等のモーフォロジー演算を施して若干太らせた後に、この気管支領域以外の画像領域を、局所閾値処理部211aにより抽出された画像領域から除去する。これにより、気管支領域からその周囲の領域へのあふれも除去される。最後に、気管に相当する画像領域の連結領域を検出し、この連結領域を抽出することにより、目的の気管支領域が抽出される。   Therefore, the bronchi extraction unit 211 extracts an image region other than the bronchial region separated by the image region separation processing unit 211b (an image region around the bronchial region), and dilation is performed on the image region other than the bronchial region. After performing a morphological operation such as (dilation) processing to make the image slightly thicker, the image region other than the bronchial region is removed from the image region extracted by the local threshold processing unit 211a. Thereby, overflow from the bronchial region to the surrounding region is also removed. Finally, a connected region of the image region corresponding to the trachea is detected, and this connected region is extracted to extract a target bronchial region.

(肺血管抽出部)
肺動脈及び肺静脈に相当する画像領域は、肺実質領域とは大きく異なる画素値を有するため、通常の閾値処理によりある程度の遠位部まで抽出することができる。しかし、気管支の壁と肺血管とが近い画素値を有し、肺門部において分離しにくいといった問題や、細い血管が多数抽出されるために非常に多くの分岐点(ランドマーク)が得られてしまうといった問題が生じる。そこで、肺血管抽出部212は、このような問題に対処するために、次のような閾値処理により肺血管の抽出を行う。
(Pulmonary blood vessel extraction part)
Since image regions corresponding to the pulmonary artery and pulmonary vein have pixel values that are significantly different from those of the lung parenchymal region, they can be extracted to a certain extent by a normal threshold processing. However, the bronchial wall and the pulmonary blood vessels have close pixel values, and it is difficult to separate them in the hilar region, and because many thin blood vessels are extracted, so many branch points (landmarks) are obtained. Problem arises. Therefore, the pulmonary blood vessel extraction unit 212 extracts pulmonary blood vessels by the following threshold processing in order to deal with such a problem.

肺血管抽出部212は、まず、肺に相当する画像領域を抽出する。次に、この抽出した画像領域に対し、たとえば1〜5ボクセルのダイレーション等のモーフォロジー演算を行って、細い血管等による細かな穴を除去する。続いて、たとえば5〜30ボクセルのエロージョン等のモーフォロジー演算を行って、当該画像領域中の肺門部(気管が肺に入る入口付近の部位。両側の肺の気管支寄りの部位。)に相当する画像領域を除去する。これにより得られる画像が、肺血管の抽出対象の画像領域(肺血管抽出対象領域)となる。   The pulmonary blood vessel extraction unit 212 first extracts an image region corresponding to the lung. Next, a morphological operation such as dilation of 1 to 5 voxels is performed on the extracted image region to remove fine holes due to thin blood vessels or the like. Subsequently, for example, a morphological operation such as erosion of 5 to 30 voxels is performed, and an image corresponding to the hilar portion (a portion near the entrance where the trachea enters the lungs, a portion near the bronchus of both lungs) in the image region. Remove region. The image obtained in this way becomes an image region (pulmonary blood vessel extraction target region) from which pulmonary blood vessels are extracted.

更に、肺血管抽出部212は、この肺血管抽出対象領域に対して閾値処理を行うことにより、たとえば(−300)〜(−700)HU(Hounsfield Unit;CT値の単位)以上のCT値の画像領域を抽出する。次に、たとえば1〜5ボクセルのエロージョン等のモーフォロジー演算を行って、細い血管を除去する。続いて、細い血管が除去された当該画像領域と肺血管抽出対象領域との共通領域を抽出する。以上のような処理により、肺血管抽出部212は、肺血管に相当する画像領域の候補となる画像領域(肺血管候補領域)を求める。   Furthermore, the pulmonary blood vessel extraction unit 212 performs a threshold process on the pulmonary blood vessel extraction target region, so that, for example, (−300) to (−700) HU (Hounsfield Unit; a unit of CT value) or more. Extract the image area. Next, for example, morphological operations such as erosion of 1 to 5 voxels are performed to remove thin blood vessels. Subsequently, a common region between the image region from which the thin blood vessel has been removed and the pulmonary blood vessel extraction target region is extracted. Through the processing as described above, the pulmonary blood vessel extraction unit 212 obtains image regions (pulmonary blood vessel candidate regions) that are candidates for image regions corresponding to the pulmonary blood vessels.

(シード設定部)
シード設定部22は、肺血管抽出部212により抽出された肺血管候補領域内に、肺血管のランドマーク(分岐点)を抽出するための起点(シード)となる位置を設定する処理を行う。
(Seed setting part)
The seed setting unit 22 performs a process of setting a position as a starting point (seed) for extracting a pulmonary blood vessel landmark (branch point) in the pulmonary blood vessel candidate region extracted by the pulmonary blood vessel extraction unit 212.

より具体的に説明すると、シード設定部22は、まず、肺血管抽出対象領域に対してエロージョン等のモーフォロジー演算を行い、この肺血管抽出対象領域の内部領域を抽出するとともに、この内部領域を肺血管抽出対象領域から除去して(肺血管抽出対象領域と当該内部領域との差分を演算して)、肺血管抽出対象領域の境界領域を取得する。そして、この境界領域と肺血管候補領域との共通領域を抽出することにより、肺血管の端部に相当する画像領域(肺血管端部領域)を取得する。   More specifically, the seed setting unit 22 first performs a morphological operation such as erosion on the pulmonary blood vessel extraction target region, extracts an internal region of the pulmonary blood vessel extraction target region, and extracts the internal region to the lung It removes from the blood vessel extraction target region (calculates the difference between the pulmonary blood vessel extraction target region and the internal region), and acquires the boundary region of the pulmonary blood vessel extraction target region. Then, by extracting a common region between the boundary region and the pulmonary blood vessel candidate region, an image region (pulmonary blood vessel end region) corresponding to the end of the pulmonary blood vessel is acquired.

シード設定部22は、この肺血管端部領域内の任意の位置、たとえば当該画像領域の各連結領域の重心位置に、あるいは肺血管端部領域の全部に、肺血管のランドマーク抽出用のシードを設定する。   The seed setting unit 22 is a seed for extracting a pulmonary blood vessel landmark at an arbitrary position in the pulmonary blood vessel end region, for example, at the center of gravity of each connected region of the image region or in the entire pulmonary blood vessel end region. Set.

また、シード設定部22は、肺血管と同様の方法で、気管支抽出部211により抽出された気管支領域内における気管の最も根元の位置にシードを設定する処理を行う。   The seed setting unit 22 performs a process of setting a seed at the most root position of the trachea in the bronchial region extracted by the bronchial extraction unit 211 in the same manner as the pulmonary blood vessel.

(ランドマーク抽出部)
ランドマーク抽出部23は、被検体の分岐構造を有する部位のランドマーク(分岐点)を抽出する処理を実行するものである。ランドマーク抽出部23は、次の2つのランドマーク抽出処理を行う:(1)気管支抽出部211により抽出された気管支領域におけるランドマークの抽出処理;(2)シード設定部22により設定されたシードに基づく、肺血管領域におけるランドマークの抽出処理。なお、これら2つのランドマーク抽出処理は、本質的に同じものであるので、ここでは、気管支領域におけるランドマーク抽出処理について詳しく説明することにする。
(Landmark extraction part)
The landmark extraction unit 23 executes a process of extracting a landmark (branch point) of a part having a branch structure of the subject. The landmark extraction unit 23 performs the following two landmark extraction processes: (1) Landmark extraction process in the bronchial region extracted by the bronchial extraction unit 211; (2) Seed set by the seed setting unit 22 Based landmark extraction process in pulmonary blood vessel region. Since these two landmark extraction processes are essentially the same, here, the landmark extraction process in the bronchial region will be described in detail.

ところで、分岐構造を有する対象のランドマーク抽出としては、細線化処理が広く利用されている。しかし、細線化による方法では、対象の表面の小さな凹凸によって、分岐点でない部分に細い「ヒゲ」が発生し、分岐点を精度良く抽出できないという問題がある。この問題を解決するには、この細線化画像の「ヒゲ」を除去する必要があるが、気管支や肺血管の太さが部位によって変化するため、「ヒゲ」除去のための良好な基準を設定することが困難であることから、当該問題の解決は容易ではない(以上の内容については、たとえば次の文献を参照:前述の特許文献2;斉藤豊文、外2名、「ユークリッド距離変換を用いた3次元ディジタル画像の薄面化および細線化の逐次型アルゴリズムとその諸性質」、電子情報通信学会論文誌D−11、Vol.J79−D−II、no.10、pp.1675−1685、1996を参照)米倉達広、外3名、「3次元ディジタル画像における1−要素の消去可能性と図形収縮について」、電子通信学会論文誌、Vol.J65−D、no.12、pp.1543−1549、1982)。   By the way, thinning processing is widely used as a landmark extraction of a target having a branch structure. However, the thinning method has a problem in that a thin “whisker” occurs in a portion that is not a branch point due to small unevenness on the surface of the object, and the branch point cannot be extracted with high accuracy. To solve this problem, it is necessary to remove the “beard” from the thinned image. However, since the thickness of the bronchi and pulmonary blood vessels changes depending on the region, a good standard for removing the “beard” is set. It is difficult to solve this problem (for example, refer to the following document for the above contents: Patent Document 2 mentioned above; Toyofumi Saito, two others, “Using Euclidean distance conversion Sequential algorithms for thinning and thinning of 3D digital images and their properties ", IEICE Transactions D-11, Vol. J79-D-II, no. 10, pp. 1675-1685, 1996. Tatsuhiro Yonekura, 3 others, “About 1-element erasability and figure contraction in 3D digital images”, IEICE Transactions, Vol. J65-D, no. 12, pp. 1543-1549, 1982).

そこで、この実施形態では、分岐構造を有する対象の画像領域(気管支領域、肺血管領域)内における領域を段階的に拡張して、順次に分岐点を抽出していく手法を採用する。この手法については、前述の特許文献2に記載されている。なお、この実施形態では、ランドマーク抽出と同時にあふれの発生を防止するための処理を行うようになっている(ランドマーク抽出禁止部24:後述)。   Therefore, in this embodiment, a method is adopted in which a region in the target image region (bronchial region, pulmonary blood vessel region) having a branch structure is expanded stepwise and branch points are sequentially extracted. This method is described in Patent Document 2 described above. In this embodiment, processing for preventing the occurrence of overflow is performed simultaneously with the landmark extraction (landmark extraction prohibition unit 24: described later).

ランドマーク抽出部23は、まず、シード設定部22が気管支領域に設定したシード(気管の根元位置)を起点としてボクセルを1層ずつ拡張し、各段階において拡張(追加)されたボクセルと気管支領域との共通領域(の断面)を取得する。このようにボクセルを拡張しつつ共通領域(の断面)を取得していくと、分岐点を通過したときに、共通領域の連結領域(又は共通領域の断面)が複数に分離される。   First, the landmark extraction unit 23 expands the voxel layer by layer starting from the seed (root position of the trachea) set by the seed setting unit 22 in the bronchial region, and is expanded (added) at each stage. The common area (cross section) is acquired. When the common region (cross section) is acquired while expanding the voxels in this way, the connection region (or the cross section of the common region) of the common region is separated into a plurality when passing through the branch point.

ランドマーク抽出部23は、この連結領域や断面の個数の変化を検出することで分岐点を検出する。そして、たとえば、当該段階の一つ前の段階においてボクセルの重心位置や中心位置を算出して分岐点の位置とする。   The landmark extraction unit 23 detects a branch point by detecting a change in the number of connected regions and cross sections. Then, for example, the position of the center of gravity or the center position of the voxel is calculated at the stage immediately before that stage and set as the position of the branch point.

(ランドマーク抽出禁止部)
ランドマーク抽出禁止部24は、ランドマーク抽出部23によるランドマーク抽出処理と並行して、あふれの発生を防止するための処理を実行するものである。
(Landmark extraction prohibition part)
The landmark extraction prohibition unit 24 executes processing for preventing occurrence of overflow in parallel with the landmark extraction processing by the landmark extraction unit 23.

なお、気管支抽出部211による気管支領域の抽出時にもあふれを除去する処理を行っている。しかし、ランドマーク抽出時にあふれの発生を防止する処理を再度行うことにより、気管支抽出時に見逃されたあふれを除去するように構成することが望ましい。   It should be noted that processing for removing overflow is also performed when the bronchial region is extracted by the bronchial extraction unit 211. However, it is desirable to remove the overflow that was missed during the bronchus extraction by performing again the process of preventing the occurrence of overflow during the landmark extraction.

ランドマーク抽出禁止部24は、ランドマーク抽出部23がボクセルを拡張する各段階において、抽出された共通領域や断面が、その一つ前の段階において抽出された共通領域や断面よりも所定のサイズ以上大きくなったか判断する。この処理は、各段階における共通領域(又はその断面)のサイズを算出し、当該段階におけるサイズと一つ前の段階におけるサイズとを比較し、サイズの変化が所定値以上であるか否かを判定することにより行う。   The landmark extraction prohibition unit 24 is configured such that, at each stage where the landmark extraction unit 23 expands the voxel, the extracted common area or cross section has a predetermined size than the common area or cross section extracted in the previous stage. Judge whether it has become larger. This process calculates the size of the common region (or its cross section) at each stage, compares the size at that stage with the size at the previous stage, and determines whether the change in size is greater than or equal to a predetermined value. This is done by judging.

ランドマーク抽出禁止部24は、サイズの変化が所定値未満であると判断された場合、当該気管や血管の枝についてのランドマークの抽出処理の続行をランドマーク抽出部23に指示する。一方、サイズの変化が所定値以上であると判断された場合、当該気管や血管の枝について、当該段階以降のランドマークの抽出処理の終了を指示する。それにより、ランドマーク抽出部23による処理は、当該段階の一つ前の段階までで終了することになる。このような処理により、共通領域や断面が急に大きくなっている部分(つまり、あふれが発生している部分)を検出し、それ以降のランドマーク抽出処理を禁止することができる。   When it is determined that the change in size is less than the predetermined value, the landmark extraction prohibition unit 24 instructs the landmark extraction unit 23 to continue the landmark extraction process for the trachea or blood vessel branch. On the other hand, if it is determined that the change in size is greater than or equal to a predetermined value, the end of landmark extraction processing at and after that stage is instructed for the trachea or blood vessel branch. As a result, the processing by the landmark extraction unit 23 ends up to the stage immediately before the stage. By such processing, it is possible to detect a portion where the common area or the cross section suddenly increases (that is, a portion where overflow occurs) and prohibit the subsequent landmark extraction processing.

なお、ランドマーク抽出禁止部24による処理は、ボクセル拡張の各段階で実行する必要はない。たとえば、シードから数段階だけボクセルを拡張したときなど、気管や血管がある程度の太さを有している領域において分岐点を探索しているときには、ランドマーク抽出禁止処理を行う必要はない。そのためには、たとえば、共通領域や断面のサイズを算出し、そのサイズが所定サイズ以下であるときにのみ、前段階とのサイズの比較処理を行うように構成すればよい。   Note that the processing by the landmark extraction prohibition unit 24 need not be executed at each stage of voxel expansion. For example, when a branch point is searched for in a region where the trachea or blood vessel has a certain thickness, such as when a voxel is expanded by several stages from the seed, it is not necessary to perform the landmark extraction prohibition process. For this purpose, for example, the size of the common region or the cross section may be calculated, and the size comparison process with the previous stage may be performed only when the size is equal to or smaller than a predetermined size.

以上に説明したように、ランドマーク抽出処理とあふれ除去処理とを並行して実行することは、この実施形態の特徴の一つである。この並行処理は、たとえば次のようにして実行する。ランドマーク(分岐点)は、シードを起点として段階的にボクセルを拡張していく前述の手法によって抽出する。このとき、各拡張段階において、当該段階において追加された層の各ボクセルに対して、この層を区別するための識別情報(ラベル)を付与する。また、共通領域や断面の各ボクセル、若しくは、共通領域や断面を代表するボクセルに対してフラグを付与するとともに、当該共通領域の体積や断面の面積(サイズ)を示す情報(サイズのフラグ)を付与する。このようなラベルやフラグを参照することにより、ランドマーク抽出処理とあふれ除去処理とを並行して行うことができる。   As described above, it is one of the features of this embodiment that the landmark extraction process and the overflow removal process are executed in parallel. This parallel processing is executed as follows, for example. The landmark (branch point) is extracted by the above-described method in which the voxel is expanded step by step starting from the seed. At this time, in each expansion stage, identification information (label) for distinguishing the layer is given to each voxel of the layer added in the stage. In addition, a flag is assigned to each voxel of the common region or cross section, or voxels representing the common region or cross section, and information (size flag) indicating the volume of the common region or the area (size) of the cross section. Give. By referring to such labels and flags, the landmark extraction process and the overflow removal process can be performed in parallel.

〔位置関係情報生成部〕
位置関係情報生成部3は、ランドマーク抽出部23により抽出されたランドマークの位置関係を示す位置関係情報を生成するもので、この発明の「生成手段」の一例として機能するものである。
[Positional information generator]
The positional relationship information generation unit 3 generates positional relationship information indicating the positional relationship of the landmarks extracted by the landmark extraction unit 23, and functions as an example of the “generation unit” of the present invention.

位置関係情報は、比較読影に供されるリファレンス画像とターゲット画像との位置合わせに利用される情報であり、双方の画像のランドマークを対応付けるための情報である。この位置関係情報としては、たとえば、2つのランドマーク間の距離の情報を含む距離リスト(距離情報)や、3つ(以上)のランドマークが形成する多角形の角度の情報を含む角度リスト(角度情報)などがある。ここでは、距離リストを用いる場合について説明することとし、角度リストを用いる場合については[変形例]の項において後述することにする。   The positional relationship information is information used for positioning the reference image used for comparative interpretation and the target image, and is information for associating landmarks of both images. As this positional relationship information, for example, a distance list (distance information) including information about the distance between two landmarks, or an angle list (including information about angles of polygons formed by three (or more) landmarks) Angle information). Here, the case where the distance list is used will be described, and the case where the angle list is used will be described later in the [Modification] section.

位置関係情報生成部3は、距離リストを生成するために、ランドマーク抽出部23により抽出されたランドマークに基づいて、その内の2つのランドマークからなる対を複数形成し、その各対の2つのランドマークの間の距離を演算する。そして、各ランドマークを識別する情報(又は各対を識別する情報)と、各対の間の距離とを関連付けて距離リストを生成する。   In order to generate a distance list, the positional relationship information generation unit 3 forms a plurality of pairs of two landmarks based on the landmarks extracted by the landmark extraction unit 23, and each of the pairs Calculate the distance between two landmarks. Then, a distance list is generated by associating information for identifying each landmark (or information for identifying each pair) with the distance between each pair.

位置関係情報生成部3は、リファレンス画像とターゲット画像のそれぞれについて、距離リストを生成する。リファレンス画像の距離リストは、このリファレンス画像から抽出されたランドマークを基に形成された複数の対のそれぞれについて、その対に含まれる2つのランドマークri1、ri2の間の距離Dr(i1、i2)を集めたリスト情報である。また、ターゲット画像の距離リストは、このターゲット画像から抽出されたランドマークを基に形成された複数の対のそれぞれについて、その対に含まれる2つのランドマークtj1、tj2の間の距離Dt(j1、j2)を集めたリスト情報である。各距離リストは、たとえば、ランドマーク間の距離が小さいものから順に、ランドマークの対を並べるようにして生成される。   The positional relationship information generation unit 3 generates a distance list for each of the reference image and the target image. The distance list of the reference image includes a distance Dr (i1, i2) between two landmarks ri1 and ri2 included in each of a plurality of pairs formed based on the landmark extracted from the reference image. ) Is collected list information. Further, the distance list of the target image includes a distance Dt (j1) between two landmarks tj1 and tj2 included in each of a plurality of pairs formed based on the landmark extracted from the target image. , J2). Each distance list is generated, for example, by arranging landmark pairs in order from the smallest distance between landmarks.

ここで、ランドマーク間の距離は、抽出された全てのランドマークから2つを選択する全ての組合せ(対)について演算するよりも、抽出されたランドマークに含まれる所定数のランドマークを選択的に用いて処理を行うことが望ましい。詳細は後述するが、この実施形態では、2つのランドマークの各対に対し、新たなランドマークを順次に追加して、ランドマークの3つの組、4つの組、・・・、というように点を増やしつつリファレンス画像とターゲット画像の対応付けを行う。したがって、点を増やしていく処理に要する演算回数は、最初に設定するランドマークの対の個数と、処理に供するランドマークの個数との積程度の値となる。たとえば、100個程度のランドマークについて100程度の対を考慮する場合、10000回程度の演算を行うことになる。なお、新たなランドマークを追加していくに連れて、演算回数は減少していくことになる。したがって、抽出されたランドマークの内から所定数(たとえば100個)のランドマークを選択して処理に供することにより、現実的な処理時間で目的の処理を実施することが可能になる。   Here, as for the distance between landmarks, a predetermined number of landmarks included in the extracted landmarks are selected rather than calculating all combinations (pairs) that select two from all the extracted landmarks. It is desirable to use it for processing. Although details will be described later, in this embodiment, new landmarks are sequentially added to each pair of two landmarks, and three sets of landmarks, four sets,... The reference image and the target image are associated with each other while increasing the points. Therefore, the number of operations required for the process of increasing the number of points is approximately the product of the number of landmark pairs set first and the number of landmarks used for the process. For example, when about 100 pairs are considered for about 100 landmarks, about 10,000 calculations are performed. Note that the number of operations decreases as new landmarks are added. Therefore, by selecting a predetermined number (for example, 100) of landmarks from the extracted landmarks and selecting them for processing, it is possible to perform the target processing in a realistic processing time.

また、通常の画像位置合わせの手法においては、被検体の部位に変形があったとしても、さほど大きなものではない。たとえ変形が大きく見えるとしても、局所的には小さな変形とみなせる場合が多い。また、被検体の部位の大きさそのものの変化についても、被検者が子供であるときなどの特殊なケースを除いて、一般に、数ヶ月や数年程度の間に大きく拡大、縮小することはないと考えられる。   Further, in the normal image registration method, even if the subject part is deformed, it is not so large. Even if the deformation looks large, it can often be regarded as a small deformation locally. In addition, changes in the size of a subject's body itself are generally greatly expanded or reduced within a few months or years, except in special cases such as when the subject is a child. It is not considered.

一方、画像位置合わせにおいては、大きな変位の平行移動や回転が必要になることがある。従来のように点(ランドマーク)の座標値そのものを用いて、点同士の対応を探索する場合、対応関係を評価するために何度も平行移動や回転を繰り替える必要があり、処理時間の増大を招いていた。   On the other hand, in image alignment, a large displacement of parallel movement or rotation may be required. When searching for the correspondence between points using the coordinate values of the points (landmarks) as in the past, it is necessary to repeat translation and rotation many times in order to evaluate the correspondence. Invited to increase.

この実施形態では、2点間の距離や複数の点が成す角度を用いることにより、平行移動や回転を考慮することなく、リファレンス画像とターゲット画像のランドマークの対応関係を評価することにより、処理時間の短縮を図る。これは、距離や角度が平行移動や回転よって不変であることを利用したものである。なお、角度については、サイズ変化(拡大、縮小)に対しても不変であるので、被検者の部位のサイズが変化するケースであっても、好適に応用することができる。   In this embodiment, by using a distance between two points or an angle formed by a plurality of points, the correspondence between the landmarks of the reference image and the target image is evaluated without considering parallel movement or rotation, thereby processing Reduce time. This utilizes the fact that the distance and angle are not changed by translation or rotation. Note that the angle does not change with respect to a change in size (enlargement or reduction), and therefore can be suitably applied even in a case where the size of the site of the subject changes.

〔ランドマーク対応付け部〕
ランドマーク対応付け部4は、位置関係情報生成部3により生成された位置関係情報に基づいて、リファレンス画像とターゲット画像のランドマークを互いに対応付ける処理を行うもので、この発明の「対応付け手段」の一例として機能するものである。
[Landmark mapping part]
The landmark association unit 4 performs processing for associating the landmarks of the reference image and the target image with each other based on the positional relationship information generated by the positional relationship information generation unit 3. It functions as an example.

このランドマーク対応付け部4には、図3に示すように、線分対応付け部41、多角形対応付け部42、ランドマーク選択部43、評価値設定部44及び対応付け評価処理部45が設けられている。これら各部41〜45が実行する処理については後述する。   As shown in FIG. 3, the landmark association unit 4 includes a line segment association unit 41, a polygon association unit 42, a landmark selection unit 43, an evaluation value setting unit 44, and an association evaluation processing unit 45. Is provided. The processes executed by these units 41 to 45 will be described later.

リファレンス画像のランドマークをri(i=1〜M)で表し、ターゲット画像のランドマークをtj(j=1〜N)で表すことにする。これらは、(選択的に)処理に供されるランドマークであるとする(前述)。なお、各画像のランドマークの個数(M、N)は、等しくてもよいし、等しくなくてもよい。   The landmark of the reference image is represented by ri (i = 1 to M), and the landmark of the target image is represented by tj (j = 1 to N). These are landmarks that are (optionally) subjected to processing (described above). Note that the number of landmarks (M, N) in each image may or may not be equal.

ランドマーク対応付け部4は、ランドマークri、tjについて、これらが対応している度合い(可能性)を示す評価値fijを演算し(後述)、たとえば次の評価処理(段階1〜3)を実行することにより、これらランドマークri、tjが対応しているかを判断する。この評価処理は、対応付け評価処理部45によって実行される。   The landmark associating unit 4 calculates an evaluation value fij indicating the degree (possibility) of correspondence between the landmarks ri and tj (described later), and performs, for example, the following evaluation processing (stages 1 to 3). By executing, it is determined whether or not these landmarks ri and tj correspond. This evaluation process is executed by the association evaluation processing unit 45.

(段階1)
i=i0を固定する。j=1〜Nについて、評価値fi0jの総和Si0を演算する。あらかじめ設定された定数Cfと総和Si0との積を超える評価値fi0j0を有するj=J0があるか否か判断する(つまり、fi0j0>Cf×Si0となるようなj0が存在するか否かを判断する)。
(Stage 1)
i = i0 is fixed. For j = 1 to N, the total sum Si0 of the evaluation values fi0j is calculated. It is determined whether or not there is j = J0 having an evaluation value fi0j0 that exceeds the product of a preset constant Cf and the total sum Si0 (that is, whether or not j0 exists such that fi0j0> Cf × Si0). To do).

(段階2)
j=j0を固定する。i=1〜Mについて、評価値fij0の総和Sj0を演算する。定数Cfと総和Sj0との積を超える評価値fi1j0を有するi=i1があるか否か判断する(つまり、fi1j0>Cf×Sj0となるようなi1が存在するか否かを判断する)。
(Stage 2)
j = j0 is fixed. For i = 1 to M, the total sum Sj0 of the evaluation values fij0 is calculated. It is determined whether there is i = i1 having an evaluation value fi1j0 exceeding the product of the constant Cf and the sum Sj0 (that is, it is determined whether i1 exists such that fi1j0> Cf × Sj0).

(段階3)
段階1においてfi0j0>Cf×Si0となるj0が存在すると判断され、かつ、段階2においてfi1j0>Cf×Sj0となるようなi1が存在すると判断された場合に、i0とi1とが等しいか否か判断する。i0=i1の場合、リファレンス画像のランドマークri0と、ターゲット画像のランドマークtj0とは対応しているものと判定し、これらを対応付ける。一方、i0≠i1の場合には、これらのランドマークは対応していないものと判定する。
(Stage 3)
Whether or not i0 and i1 are equal when it is determined in step 1 that j0 satisfying fi0j0> Cf × Si0 exists and in step 2 it is determined that i1 satisfying fi1j0> Cf × Sj0 exists to decide. When i0 = i1, it is determined that the landmark ri0 of the reference image corresponds to the landmark tj0 of the target image, and these are associated with each other. On the other hand, when i0 ≠ i1, it is determined that these landmarks do not correspond.

なお、たとえば定数Cf>0.5とすることにより、1つのランドマークriに対しして2つ以上のランドマークtjが対応付けられるケースや、その逆のケースを排除することができる。   For example, by setting constant Cf> 0.5, it is possible to exclude a case where two or more landmarks tj are associated with one landmark ri and vice versa.

また、次のような処理を行って対応の重複を排除することも可能である。まず、1つのランドマークri0に対応するランドマークtjのうち、評価値fi0jの値が最大のものをtj0とする。同様に、1つのランドマークtj0に対応するランドマークtjのうち、評価値fij0の値が最大のものをri1とする。そして、i0=i1か否か判断し、i0=i1のときに、リファレンス画像のランドマークi0とターゲット画像のランドマークj0とは対応するものと判定する。   It is also possible to eliminate correspondence duplication by performing the following processing. First, among the landmarks tj corresponding to one landmark ri0, the one having the maximum evaluation value fi0j is defined as tj0. Similarly, the landmark tj corresponding to one landmark tj0 having the largest evaluation value fij0 is defined as ri1. Then, it is determined whether i0 = i1. When i0 = i1, it is determined that the landmark i0 of the reference image corresponds to the landmark j0 of the target image.

以上に説明したように、評価値fijが構成されれば、ランドマークの対応付けは容易に行うことができる。以下、評価値fijの構成方法の一例を説明する。この評価値構成処理は、ランドマーク対(線分)の対応付け処理→多角形の対応付け処理→ランドマーク選択処理→評価値設定処理という段階を経る。   As described above, if the evaluation value fij is configured, the landmarks can be easily associated with each other. Hereinafter, an example of a method for configuring the evaluation value fij will be described. This evaluation value construction process goes through the steps of landmark pair (line segment) association processing → polygon association processing → landmark selection processing → evaluation value setting processing.

(ランドマーク対の対応付け処理)
ランドマークの対(線分)の対応付け処理は、図3に示す線分対応付け部41により実行される。線分対応付け部41は、位置関係情報生成部3により生成された距離リストに基づいて、リファレンス画像のランドマーク対の間の距離と、ターゲット画像のランドマーク対の間の距離とを比較し、それらの距離の差を演算する。そして、その距離の差が所定値よりも小さな対同士を暫定的に対応付けする。
(Landmark pair matching process)
The process of associating landmark pairs (line segments) is executed by the line segment association unit 41 shown in FIG. The line segment association unit 41 compares the distance between the landmark pair of the reference image and the distance between the landmark pair of the target image based on the distance list generated by the positional relationship information generation unit 3. , Calculate the difference between those distances. Then, a pair whose distance difference is smaller than a predetermined value is provisionally associated.

たとえば、リファレンス画像の距離リストに示すランドマーク対〈ri1、ri2〉の間の距離がDr(ri1、ri2)であり、ターゲット画像の距離リストに示すランドマーク対〈tj1、tj2〉の間の距離がDt(tj1、tj2)である場合、線分対応付け部41は、距離Dr(ri1、ri2)、Dt(tj1、tj2)の差ΔD=|Dr(ri1、ri2)−Dt(tj1、tj2)|を算出する。そして、この距離差ΔDが所定の定数Cd2以下であるか否か判定する。ΔD<Cd2の場合、線分対応付け部41は、リファレンス画像のランドマーク対〈ri1、ri2〉と、ターゲット画像のランドマーク対〈tj1、tj2〉とを暫定的に対応付けする。   For example, the distance between the landmark pair <ri1, ri2> shown in the distance list of the reference image is Dr (ri1, ri2), and the distance between the landmark pair <tj1, tj2> shown in the distance list of the target image Is Dt (tj1, tj2), the line segment association unit 41 determines the difference ΔD = | Dr (ri1, ri2) −Dt (tj1, tj2) between the distances Dr (ri1, ri2) and Dt (tj1, tj2). ) | Is calculated. Then, it is determined whether or not the distance difference ΔD is equal to or smaller than a predetermined constant Cd2. When ΔD <Cd2, the line segment association unit 41 provisionally associates the landmark pair <ri1, ri2> of the reference image with the landmark pair <tj1, tj2> of the target image.

ここで、2つのランドマークによって形成される対を〈・、・〉によって表現した(後述する3つ以上のランドマークの組についても同様に表現することにする。)。   Here, a pair formed by two landmarks is expressed by <., ..> (a group of three or more landmarks described later is also expressed in a similar manner).

なお、以上に説明した対応付け処理は、リファレンス画像の距離リストに含まれる対(線分)のうち、距離Dr(ri1、ri2)が小さいものから所定個数の対と、ターゲット画像の距離リストに含まれる対(線分)のうち、距離Dt(tj1、tj2)が小さいものから所定個数の対とのみについて実行することが望ましい(処理時間の増大を避けるため)。また、この対応付け処理においては、重複した対応付けを行ってもよい。たとえば、リファレンス画像の1つのランドマーク対に、2つ以上のターゲット画像のランドマーク対を対応付けることができる。   Note that the association processing described above is performed on the distance list of the target image and the predetermined number of pairs from the smallest distance Dr (ri1, ri2) among the pairs (line segments) included in the distance list of the reference image. It is desirable to execute only a predetermined number of pairs (in order to avoid an increase in processing time) from among the included pairs (line segments) having a small distance Dt (tj1, tj2). In this association process, duplicate association may be performed. For example, one or more landmark pairs of the target image can be associated with one landmark pair of the reference image.

(多角形の対応付け処理)
多角形(3つ以上のランドマークの組)の対応付け処理は、多角形対応付け部42によって実行される。多角形対応付け部42は、線分対応付け部41により対応付けられたリファレンス画像のランドマーク対とターゲット画像のランドマーク対のそれぞれについて、その対に含まれないランドマークを付加して3つ(以上)のランドマークの(暫定的な)組を形成する。
(Polygon matching process)
Polygon (a set of three or more landmarks) is associated by the polygon associating unit 42. The polygon associating unit 42 adds three landmarks that are not included in each of the reference image landmark pair and the target image landmark pair associated with each other by the line segment associating unit 41. Form a (provisional) set of (and above) landmarks.

この処理についてより具体的に説明する。多角形対応付け部42は、まず、リファレンス画像のランドマーク対〈ri1、ri2〉の各ランドマークri1、ri2と、リファレンス画像の他のランドマークri3(i3≠i1、i2)との間の距離Dr(ri1、ri3)、Dr(ri2、ri3)を演算する。同様に、ターゲット画像のランドマーク対〈tj1、tj2〉の各ランドマークtj1、tj2と、ターゲット画像の他のランドマークtj3(j3≠j1、j2)との間の距離Dt(tj1、tj3)、Dt(tj2、tj3)を演算する。   This process will be described more specifically. The polygon associating unit 42 first determines the distance between each landmark ri1, ri2 of the reference image landmark pair <ri1, ri2> and another landmark ri3 (i3 ≠ i1, i2) of the reference image. Dr (ri1, ri3) and Dr (ri2, ri3) are calculated. Similarly, a distance Dt (tj1, tj3) between each landmark tj1, tj2 of the landmark pair <tj1, tj2> of the target image and another landmark tj3 (j3 ≠ j1, j2) of the target image, Dt (tj2, tj3) is calculated.

次に、多角形対応付け部42は、リファレンス画像の3つのランドマークの(暫定的な)組〈ri1、ri2、ri3〉が成す三角形の3辺の長さDr(ri1、ri2)、Dr(ri1、ri3)、Dr(ri2、ri3)と、ターゲット画像の3つのランドマークの(暫定的な)組〈tj1、tj2、tj3〉が成す三角形の3辺の長さDt(ti1、ti2)、Dt(tj1、tj3)、Dt(tj2、tj3)との距離差が所定値Cd3以下であるか判定する。   Next, the polygon associating unit 42 determines the lengths Dr (ri1, ri2), Dr () of the three sides of the triangle formed by the (provisional) set of three landmarks <ri1, ri2, ri3> of the reference image. ri1, ri3), Dr (ri2, ri3) and a (provisional) set of three landmarks of the target image <tj1, tj2, tj3>, the lengths Dt (ti1, ti2) of the three sides of the triangle It is determined whether the distance difference between Dt (tj1, tj3) and Dt (tj2, tj3) is equal to or smaller than a predetermined value Cd3.

この処理は、たとえば、リファレンス画像側の距離Dr(ri1、ri2)、Dr(ri1、ri3)、Dr(ri2、ri3)と、ターゲット画像側の距離Dt(ti1、ti2)、Dt(tj1、tj3)、Dt(tj2、tj3)との全ての組合せの距離差が、所定値Cd3以下であるか否か判定することにより行う。すなわち、次式が成立するか否かを判定する。   This processing is performed by, for example, distances Dr (ri1, ri2), Dr (ri1, ri3), Dr (ri2, ri3) on the reference image side, and distances Dt (ti1, ti2), Dt (tj1, tj3) on the target image side. ) And Dt (tj2, tj3) are performed by determining whether or not the distance difference of all combinations is equal to or less than a predetermined value Cd3. That is, it is determined whether or not the following equation holds.

[数2]
max{|Dr(ri1、ri2)−Dt(ti1、ti2)|、
|Dr(ri1、ri2)−Dt(tj1、tj3)|、
|Dr(ri1、ri2)−Dt(tj2、tj3)|、
|Dr(ri1、ri3)−Dt(ti1、ti2)|、
|Dr(ri1、ri3)−Dt(tj1、tj3)|、
|Dr(ri1、ri3)−Dt(tj2、tj3)|、
|Dr(ri2、ri3)−Dt(ti1、ti2)|、
|Dr(ri2、ri3)−Dt(tj1、tj3)|、
|Dr(ri2、ri3)−Dt(tj2、tj3)|} ≦ Cd3
[Equation 2]
max {| Dr (ri1, ri2) -Dt (ti1, ti2) |,
| Dr (ri1, ri2) −Dt (tj1, tj3) |,
| Dr (ri1, ri2) −Dt (tj2, tj3) |,
| Dr (ri1, ri3) -Dt (ti1, ti2) |,
| Dr (ri1, ri3) -Dt (tj1, tj3) |,
| Dr (ri1, ri3) −Dt (tj2, tj3) |,
| Dr (ri2, ri3) -Dt (ti1, ti2) |,
| Dr (ri2, ri3) −Dt (tj1, tj3) |,
| Dr (ri2, ri3) −Dt (tj2, tj3) |} ≦ Cd3

ここで、max{・}は、括弧内の複数の値の最大値を採用する演算を表している。この式が成立することは、リファレンス画像側の三角形の任意の辺の長さと、ターゲット画像側の三角形の任意の辺の長さとの差が、所定値Cd3以下であることを示している。これは、リファレンス画像側の3つのランドマークの組〈ri1、ri2、ri3〉のうちの任意の2つの間の距離と、ターゲット画像側の3つのランドマークの組〈tj1、tj2、tj3〉のうちの任意の2つの間の距離との誤差が、所定値Cd3以下であることと同値である。   Here, max {·} represents an operation that employs the maximum value of a plurality of values in parentheses. The fact that this equation is satisfied indicates that the difference between the length of an arbitrary side of the triangle on the reference image side and the length of an arbitrary side of the triangle on the target image side is equal to or less than a predetermined value Cd3. This is because the distance between any two of the three landmark sets <ri1, ri2, ri3> on the reference image side and the three landmark sets <tj1, tj2, tj3> on the target image side The error with the distance between any two of them is equivalent to being equal to or less than a predetermined value Cd3.

多角形対応付け部42は、このようなリファレンス画像のランドマークの組〈ri1、ri2、ri3〉とターゲット画像のランドマークの組〈tj1、tj2、tj3〉とのペアを探索し、このペアを成すランドマークの組(三角形)同士を対応付ける。   The polygon associating unit 42 searches for a pair of such a reference image landmark set <ri1, ri2, ri3> and a target image landmark set <tj1, tj2, tj3>. Corresponding pairs of landmarks (triangles).

同様に、多角形対応付け部42は、対応付けられた三角形のペア〈ri1、ri2、ri3〉、〈tj1、tj2、tj3〉に対して他のランドマークri4、tj4をそれぞれ追加し、4つのランドマークの組(四角形)〈ri1、ri2、ri3、ri4〉、〈tj1、tj2、tj3、tj4〉をそれぞれ形成する。更に、リファレンス画像側の四角形の任意の辺の長さと、ターゲット画像側の四角形の任意の辺の長さとの差が、所定値Cd4以下であるかを判定する。そして、この判定基準が充足されるような四角形のペアを探索して、互いに対応付ける。   Similarly, the polygon association unit 42 adds other landmarks ri4 and tj4 to the associated triangle pairs <ri1, ri2, ri3>, <tj1, tj2, tj3>, respectively, A set of landmarks (rectangles) <ri1, ri2, ri3, ri4>, <tj1, tj2, tj3, tj4> are formed. Further, it is determined whether the difference between the length of an arbitrary side of the square on the reference image side and the length of the arbitrary side of the square on the target image side is equal to or less than a predetermined value Cd4. Then, a rectangular pair that satisfies this criterion is searched and associated with each other.

このような処理をL個のランドマークの組(L角形)のペアを対応付けるまで繰り返す。ここで、Lは、3以上の任意の整数である。但し、処理時間を勘案すると、Lとして大きな値を適用することは望ましくない。実用上、L=3、4、5程度で十分であることが多い。   Such a process is repeated until a pair of L landmarks (L square) is associated. Here, L is an arbitrary integer of 3 or more. However, considering the processing time, it is not desirable to apply a large value as L. In practice, L = 3, 4, and 5 are often sufficient.

(ランドマーク選択処理)
ランドマーク選択部43は、多角形対応付け部42により対応付けられたリファレンス画像側及びターゲット画像側のL角形のペアに基づいて、評価値fijの算出に供されるランドマーク(の組のペア)を選択する処理を行う。そのために、ランドマーク選択部43は、たとえば次のような処理(段階1〜4)を実行して、評価値fijの算出に好適なランドマークを選択する。
(Landmark selection process)
The landmark selection unit 43 uses a pair of landmarks (a pair of landmarks) used for calculating the evaluation value fij based on the L-angle pair on the reference image side and the target image side associated by the polygon association unit 42. ) Is selected. For this purpose, the landmark selection unit 43 executes the following processing (steps 1 to 4), for example, and selects a landmark suitable for calculating the evaluation value fij.

(段階1)
まず、リファレンス画像側及びターゲット画像側のL角形のそれぞれについて、2つの頂点を結んだ線分の長さ(つまり、2つのランドマーク間の距離)を演算する。この演算処理は、L角形を成すL個のランドマークの全ての組合せ(L個から2個を選択するときの全ての組合せ)について実施する。
(Stage 1)
First, the length of a line segment connecting two vertices (that is, the distance between two landmarks) is calculated for each of the L-angles on the reference image side and the target image side. This calculation process is performed for all combinations of L landmarks forming an L-gon (all combinations when selecting two from L).

この処理の具体例として、リファレンス画像側の四角形〈ri1、ri2、ri3、ri4〉と、ターゲット画像側の四角形〈tj1、tj2、tj3、tj4〉とが対応付けられている場合を説明する。ランドマーク選択部43は、リファレンス画像側の四角形〈ri1、ri2、ri3、ri4〉について、距離Dr(ri1、ri2)、Dr(ri1、ri3)、Dr(ri1、ri4)、Dr(ri2、ri3)、Dr(ri2、ri4)、Dr(ri3、ri4)をそれぞれ算出する。また、ターゲット画像側の四角形〈tj1、tj2、tj3、tj4〉について、距離Dt(ti1、ti2)、Dt(tj1、tj3)、Dt(tj1、tj4)、Dt(tj2、tj3)、Dt(tj2、tj4)、Dt(tj3、tj4)をそれぞれ算出する。なお、既に算出されている距離、たとえばDr(ri1、ri2)、Dr(ri1、ri3)、Dr(ri2、ri3)、Dt(ti1、ti2)、Dt(tj1、tj3)、Dt(tj2、tj3)等については、ここで再度算出する必要はなく、以前の算出結果を参照するようにしてもよい。   As a specific example of this processing, a case will be described in which a square <ri1, ri2, ri3, ri4> on the reference image side is associated with a square <tj1, tj2, tj3, tj4> on the target image side. The landmark selection unit 43 sets the distances Dr (ri1, ri2), Dr (ri1, ri3), Dr (ri1, ri4), Dr (ri2, ri3) for the square <ri1, ri2, ri3, ri4> on the reference image side. ), Dr (ri2, ri4), and Dr (ri3, ri4), respectively. Further, for the squares <tj1, tj2, tj3, tj4> on the target image side, distances Dt (ti1, ti2), Dt (tj1, tj3), Dt (tj1, tj4), Dt (tj2, tj3), Dt (tj2) , Tj4) and Dt (tj3, tj4) are calculated. Note that distances that have already been calculated, for example, Dr (ri1, ri2), Dr (ri1, ri3), Dr (ri2, ri3), Dt (ti1, ti2), Dt (tj1, tj3), Dt (tj2, tj3) ) And the like need not be calculated again here, and the previous calculation result may be referred to.

(段階2)
次に、段階1で求めたリファレンス画像側のL角形を成すランドマーク間の距離(線分の長さ)と、ターゲット画像側のL角形を成すランドマーク間の距離(線分の長さ)との差が、所定値Cdfを超えているか否か判断する。この処理は、たとえば、リファレンス画像側の線分と、ターゲット画像側の線分との全ての組合せについて実行する。
(Stage 2)
Next, the distance (the length of the line segment) between the landmarks forming the L-angle on the reference image side obtained in step 1 and the distance (the length of the line segment) between the landmarks forming the L-angle on the target image side. It is determined whether or not the difference exceeds the predetermined value Cdf. This process is executed for all combinations of the line segment on the reference image side and the line segment on the target image side, for example.

距離が所定値Cdfを超えていると判断された線分の両端の各ランドマークに対して点数1を加える。この処理は、たとえば、L角形を成すL個のランドマークのそれぞれについてカウンタを設け、当該ランドマークを端点とする線分の長さが所定値Cdfを超えたときに、そのカウンタの値を+1することによって行うことができる。   One point is added to each landmark at both ends of the line segment for which the distance is determined to exceed the predetermined value Cdf. In this process, for example, a counter is provided for each of L landmarks forming an L-shaped square, and when the length of a line segment having the landmark as an end point exceeds a predetermined value Cdf, the value of the counter is incremented by +1. Can be done.

このような処理により、リファレンス画像のランドマークと、ターゲット画像のランドマークについて、他方の画像のランドマークとの対応関係が良好でないランドマークに大きな点数が付与されることになる。   By such processing, a large score is given to a landmark having a poor correspondence between the landmark of the reference image and the landmark of the target image with the landmark of the other image.

(段階3)
続いて、段階2にて付与された点数が多い幾つかのランドマークを除外する処理を行う。このとき、点数の閾値をあらかじめ設定し、この閾値よりも大きな点数のランドマークを除外するように構成できる。また、除外するランドマークの個数をあらかじめ設定しておき、点数の多いランドマークから順に当該個数だけ除外するように構成するようにしてもよい。それにより、リファレンス画像のランドマークと、ターゲット画像のランドマークについて、他方の画像のランドマークとの対応関係が良好なランドマークのみが残ることになる。
(Stage 3)
Subsequently, a process of excluding some landmarks having a large number of points given in Step 2 is performed. At this time, a point threshold value can be set in advance, and landmarks larger than this threshold value can be excluded. Alternatively, the number of landmarks to be excluded may be set in advance, and the number of landmarks may be excluded in order from the landmark having the highest score. As a result, only the landmark having a good correspondence between the landmark of the reference image and the landmark of the target image with the landmark of the other image remains.

(段階4)
次に、段階3の処理の後に残ったランドマークに対して段階2、3と同様の処理を行う。このときに除外の基準となる所定値Cdf′を、段階2の所定値Cdfよりも小さな値に設定する。このような処理を、たとえば、残った全てのランドマークの点数が0になるまで繰り返す。
(Stage 4)
Next, the same processing as in steps 2 and 3 is performed on the landmarks remaining after the processing in step 3. At this time, the predetermined value Cdf ′ serving as a criterion for exclusion is set to a value smaller than the predetermined value Cdf in step 2. Such a process is repeated until, for example, all remaining landmarks have zero scores.

それにより、リファレンス画像側において残った全ランドマークにより形成される任意の線分と、ターゲット画像側において残った全ランドマークによる任意の線分との距離差が所定値以下になる。すなわち、他方の画像のランドマークとの対応関係が非常に良好なランドマークのみが残されることになる。   Thereby, the distance difference between an arbitrary line segment formed by all landmarks remaining on the reference image side and an arbitrary line segment formed by all landmarks remaining on the target image side becomes a predetermined value or less. That is, only a landmark having a very good correspondence with the landmark of the other image is left.

なお、全ランドマークの点数が0になるまでランドマークの除外処理を行う必要はなく、一般に、付与された点数が所定範囲に含まれるランドマークのみを残すようにすれば十分である。ここで、点数の所定範囲は、点数0を下限とすることが望ましく、また、上限として大きな値を用いることは望ましくない(他方の画像のランドマークとの対応関係が良好でないランドマークが残存してしまうため)。   Note that it is not necessary to perform the landmark exclusion process until the number of points of all landmarks becomes 0, and it is generally sufficient to leave only the landmarks whose assigned points are within a predetermined range. Here, it is desirable that the predetermined range of the score has 0 as the lower limit, and it is not desirable to use a large value as the upper limit (a landmark having a poor correspondence with the landmark in the other image remains. To end up).

ランドマーク選択部43は、以上のような処理(段階1〜4)によって、評価値fijを算出するためのランドマークを選択する。   The landmark selection unit 43 selects a landmark for calculating the evaluation value fij through the above processing (steps 1 to 4).

(評価値設定処理)
評価値設定部44は、ランドマーク選択部43により選択されたランドマークに基づいて、リファレンス画像のランドマークとターゲット画像のランドマークとが対応している度合い(可能性)を示す評価値fijを設定する処理を行う。
(Evaluation value setting process)
Based on the landmark selected by the landmark selection unit 43, the evaluation value setting unit 44 calculates an evaluation value fij indicating the degree (possibility) that the landmark of the reference image corresponds to the landmark of the target image. Perform the setting process.

評価値fijとしては、たとえば、ランドマーク選択部43の除外処理により残ったリファレンス画像側及びターゲット画像側のランドマークの個数を設定することができる。   As the evaluation value fij, for example, the number of landmarks on the reference image side and the target image side remaining by the exclusion process of the landmark selection unit 43 can be set.

対応付け評価処理部45は、評価値設定部44により設定された評価値fijを用いて、リファレンス画像の各ランドマークriと、ターゲット画像の各ランドマークtjとが、互いに対応しているか否かを判断する(この判断処理の具体例については前述した)。   The association evaluation processing unit 45 uses the evaluation value fij set by the evaluation value setting unit 44 to check whether each landmark ri of the reference image and each landmark tj of the target image correspond to each other. (A specific example of this determination process has been described above).

なお、ランドマーク選択部43により選択されたランドマークのペアを、そのまま対応付けるようにしてもよい。すなわち、評価値fijの設定及び対応付けの評価処理を実施せず、ランドマーク選択部43による除外処理の後に残ったリファレンス画像のランドマークとターゲット画像のランドマークとのペアを、最終的に対応するランドマークとして以降の処理を行うようにしてもよい。   Note that the landmark pairs selected by the landmark selection unit 43 may be associated with each other as they are. That is, the setting of the evaluation value fij and the evaluation process of the association are not performed, and the pair of the landmark of the reference image and the landmark of the target image remaining after the exclusion process by the landmark selection unit 43 is finally associated The subsequent processing may be performed as a landmark to be performed.

〔画像位置合わせ部〕
画像位置合わせ部5は、ランドマーク対応付け部4によって対応付けられたリファレンス画像及びターゲット画像のランドマークに基づいて、この2つの画像(のボリュームデータ)の位置合わせ処理を行うもので、この発明の「位置合わせ手段」の一例に相当するものである。
(Image alignment part)
The image alignment unit 5 performs alignment processing of the two images (volume data thereof) based on the reference image and the landmark of the target image associated with each other by the landmark association unit 4. This corresponds to an example of the “positioning means”.

この画像位置合わせ部5には、変換パラメータ演算部51と変換パラメータ補正部52が設けられている。変換パラメータ演算部51は、ランドマーク対応付け部4によって対応付けられたランドマークに基づいて、リファレンス画像とターゲット画像(のボリュームデータ)の一方の位置を他方の位置に合わせるための座標変換のパラメータを演算する処理を行うもので、この発明の「変換パラメータ演算手段」の一例として機能するものである。   The image alignment unit 5 includes a conversion parameter calculation unit 51 and a conversion parameter correction unit 52. The conversion parameter calculation unit 51 is a parameter for coordinate conversion for aligning one position of the reference image and the target image (volume data thereof) with the other position based on the landmark associated by the landmark association unit 4. And functions as an example of the “conversion parameter calculation means” of the present invention.

また、変換パラメータ補正部52は、この演算された変換パラメータを補正する処理を行うもので、この発明の「変換パラメータ補正手段」の一例として機能するものである。また、変換パラメータ補正部52は、変換パラメータ演算部51により演算された変換パラメータに基づいて、当該演算処理に用いられたランドマークから幾つかのランドマークを選択して、新たなランドマークを演算するように作用する。   The conversion parameter correction unit 52 performs processing for correcting the calculated conversion parameter, and functions as an example of the “conversion parameter correction unit” of the present invention. Further, the conversion parameter correction unit 52 selects several landmarks from the landmarks used in the calculation processing based on the conversion parameter calculated by the conversion parameter calculation unit 51, and calculates a new landmark. Acts like

(変換パラメータ演算部)
リファレンス画像(のボリュームデータ)には、3次元座標系(ri、rj、rk)があらかじめ定義されている(この3次元座標系を「リファレンス座標系」と呼ぶことがある。)。また、ターゲット画像(のボリュームデータ)には、3次元座標系(ti、tj、tk)があらかじめ定義されている(この3次元座標系を「ターゲット座標系」と呼ぶことがある。)。変換パラメータ演算部51は、リファレンス座標系の座標(ri、rj、rk)をターゲット座標系の座標(ti、tj、tk)に変換する座標変換のパラメータ(座標変換式)を演算する。
(Conversion parameter calculator)
In the reference image (volume data thereof), a three-dimensional coordinate system (ri, rj, rk) is defined in advance (this three-dimensional coordinate system may be referred to as a “reference coordinate system”). Further, a three-dimensional coordinate system (ti, tj, tk) is defined in advance for the target image (volume data thereof) (this three-dimensional coordinate system may be referred to as a “target coordinate system”). The conversion parameter calculation unit 51 calculates a coordinate conversion parameter (coordinate conversion formula) for converting the coordinates (ri, rj, rk) of the reference coordinate system into the coordinates (ti, tj, tk) of the target coordinate system.

なお、ターゲット座標系をリファレンス座標系に変換するパラメータを演算するようにしてもよいし、また、リファレンス座標系とターゲット座標系の双方を、それぞれ他の3次元座標系に変換するパラメータを演算するようにしてもよい。すなわち、変換パラメータ演算部51は、リファレンス座標系とターゲット座標系とを相対的に変換して、同じ3次元座標系に移行させるようなパラメータを演算する。   Note that parameters for converting the target coordinate system to the reference coordinate system may be calculated, and parameters for converting both the reference coordinate system and the target coordinate system to another three-dimensional coordinate system are calculated. You may do it. That is, the conversion parameter calculation unit 51 calculates a parameter that relatively converts the reference coordinate system and the target coordinate system and shifts to the same three-dimensional coordinate system.

変換パラメータ演算部51は、たとえば、従来と同様の線形最適化法を用いて、変換パラメータを演算するようになっている。   The conversion parameter calculation unit 51 calculates the conversion parameter using, for example, a linear optimization method similar to the conventional one.

その一例として、まず、リファレンス座標系の座標riに対するターゲット座標系の座標tiの差ti−riを、パラメトリック関数(parametric function)、たとえば3次多項式(各係数は未定)で表現し、リファレンス座標系の座標rjに対するターゲット座標系の座標tjの差tj−rjを3次多項式(各係数は未定)で表現し、リファレンス座標系の座標rkに対するターゲット座標系の座標t×の差tk−rkを3次多項式(各係数は未定)で表現する。これらの3次多項式の係数(パラメータ)を決定することにより、リファレンス座標系の座標(ri、rj、rk)をターゲット座標系の座標(ti、tj、tk)に変換する座標変換式(3次多項式で表現される)が得られる。   As an example, first, the difference ti-ri of the coordinate ti of the target coordinate system with respect to the coordinate ri of the reference coordinate system is expressed by a parametric function (parametric function), for example, a cubic polynomial (each coefficient is undetermined). The difference tj−rj of the coordinate tj of the target coordinate system with respect to the coordinate rj of the target coordinate system is expressed by a cubic polynomial (each coefficient is undetermined), and the difference tk−rk of the coordinate t × of the target coordinate system with respect to the coordinate rk of the reference coordinate system is 3 Represented by a second-order polynomial (each coefficient is undetermined). By determining the coefficients (parameters) of these cubic polynomials, a coordinate conversion formula (third order) for converting the coordinates (ri, rj, rk) of the reference coordinate system into the coordinates (ti, tj, tk) of the target coordinate system. (Represented by a polynomial).

これらの3次多項式の係数の演算手法の一例を説明する。ランドマーク対応付け部4により対応付けられたリファレンス画像のランドマークrとターゲット画像のランドマークtについて、ランドマークrのリファレンス座標系による座標を(ri、rj、rk)とし、ランドマークtのターゲット座標系による座標を(ti、tj、tk)とする。   An example of a method for calculating the coefficients of these cubic polynomials will be described. For the landmark r of the reference image and the landmark t of the target image associated by the landmark associating unit 4, the coordinates of the landmark r in the reference coordinate system are (ri, rj, rk), and the target of the landmark t. The coordinates in the coordinate system are (ti, tj, tk).

このとき、ランドマークrの座標(ri、rj、rk)の、ランドマークtの座標を(ti、tj、tk)への変換は、前述の3つの3次多項式を満たすものとなる。ランドマーク対応付け部4により対応付けられた各ランドマーク(P個とする)について、このような関係が成り立つので、これらを連立させることにより、3P次の連立一次方程式が得られる。この連立方程式を行列によって表現すると、その変換行列は3P×60次の行列になる。   At this time, the transformation of the coordinates (ri, rj, rk) of the landmark r into the coordinates (ti, tj, tk) of the landmark t satisfies the above-mentioned three cubic polynomials. Such a relationship is established for each of the landmarks associated with the landmark associating unit 4 (assuming that P landmarks are associated with each other), and therefore, a 3P-order simultaneous linear equation can be obtained by coupling them together. When this simultaneous equation is expressed by a matrix, the transformation matrix is a 3P × 60th order matrix.

3P次の連立一次方程式の最小ノルム解は、周知のように、当該変換行列を用いて表現することができる。また、各未知数が独立変数であり、それらの標準偏差を仮定するとともに、測定ノイズの標準偏差を仮定することにより、上記の連立方程式の最小ノルム解を求めることができる。それにより、リファレンス画像とターゲット画像(のボリュームデータ)の一方の位置を他方の位置に合わせるための座標変換のパラメータ(座標変換式)が得られる。   As is well known, the minimum norm solution of the 3P-order simultaneous linear equations can be expressed using the transformation matrix. In addition, each unknown is an independent variable, and assuming the standard deviation thereof, the minimum norm solution of the above simultaneous equations can be obtained by assuming the standard deviation of the measurement noise. Thereby, a coordinate conversion parameter (coordinate conversion formula) for aligning one position of the reference image and the target image (volume data thereof) with the other position is obtained.

(変換パラメータ補正部)
ランドマーク対応付け部4によるランドマークの対応付け処理や、変換パラメータ演算部51による演算処理には、ある程度の誤差が介入してしまう。たとえば、非常に近い位置に異なるランドマークが存在する場合、ランドマークの対応付けにおいて、間違ったランドマークが対応付けられる可能性がある。このような場合、前述の変換パラメータ演算部51は、間違ったランドマークが対応付けられているにも拘わらず、その間違った対応付けのランドマークと、正しく対応付けられた他のランドマークとを同等に扱って、変換パラメータを演算するため、リファレンス画像とターゲット画像の位置合わせ結果に、間違った対応付けに基づく悪影響が反映されて位置合わせ精度が悪化してしまう。
(Conversion parameter correction unit)
Some degree of error intervenes in the landmark associating process by the landmark associating unit 4 and the calculating process by the conversion parameter calculating unit 51. For example, when different landmarks exist at very close positions, there is a possibility that an incorrect landmark is associated with the landmark. In such a case, the conversion parameter calculation unit 51 described above displays the wrongly associated landmark and other correctly associated landmarks even though the wrong landmark is associated. Since the conversion parameters are calculated with the same treatment, the alignment accuracy between the reference image and the target image is reflected in the alignment result of the reference image and the target image, and the alignment accuracy deteriorates.

そこで、この実施形態では、このような悪影響を減少させる又は除去するために、変換パラメータ補正部52が変換パラメータの補正や再演算を実施するように作用する。それにより、正しく対応付けされたランドマークの情報を有効に用いた高精度の画像位置合わせを実現することができるようになる。   Therefore, in this embodiment, in order to reduce or eliminate such an adverse effect, the conversion parameter correction unit 52 operates so as to perform correction and recalculation of the conversion parameter. As a result, it is possible to realize high-accuracy image alignment that effectively uses information of landmarks that are correctly associated.

以下、このような変換パラメータ補正部52による処理の具体例を説明する。以下、3つの具体例について説明するが、この発明に係る医用画像処理装置は、これら具体例のうちの少なくとも1つを備えていればよい。2つ以上を備えている場合、ユーザが所望の処理を適宜に選択できるように構成してもよいし、装置が自動的に1つを選択適用するように構成してもよい。   Hereinafter, a specific example of such processing by the conversion parameter correction unit 52 will be described. Three specific examples will be described below, but the medical image processing apparatus according to the present invention only needs to include at least one of these specific examples. When two or more are provided, the user may be configured to select a desired process as appropriate, or the apparatus may be configured to automatically select and apply one.

(具体例1)
第1の具体例は、変換パラメータ演算部51により得られた変換パラメータに基づいてランドマークの座標変換を行ったときの残差を算出し、その残差が所定値以上であるランドマークを除外して、残ったランドマークのみを用いて再度変換パラメータの演算を行うものである。
(Specific example 1)
The first specific example calculates a residual when the coordinate transformation of the landmark is performed based on the conversion parameter obtained by the conversion parameter calculation unit 51, and excludes a landmark whose residual is a predetermined value or more. Then, the conversion parameter is calculated again using only the remaining landmarks.

この処理の一例について、より詳しく説明する。変換パラメータ補正部52は、変換パラメータ演算部51により得られた変換パラメータを用いて、リファレンス画像の各ランドマークrの座標(ri、rj、rk)をターゲット座標系の座標(ti′、tj′、tk′)に変換する。   An example of this process will be described in more detail. The conversion parameter correction unit 52 uses the conversion parameters obtained by the conversion parameter calculation unit 51 to convert the coordinates (ri, rj, rk) of each landmark r of the reference image into the coordinates (ti ′, tj ′) of the target coordinate system. , Tk ′).

次に、この変換により得られた座標(ti′、tj′、tk′)と、当該ランドマークrに対応付けられたターゲット画像のランドマークtのターゲット座標系の座標(ti、tj、tk)との差Δ(r、t)を演算する。この差Δ(r、t)は、たとえば、演算式Δ(r、t)={(ti′−ti)^2+(tj′−tj)^2+(tk′−tk)^2}^(1/2)によって得られる。なお、差Δ(r、t)の演算式は、これに限定されるものではなく、たとえば、差Δ(r、t)=max{ti′−ti、tj′−tj、tk′−tk}など、変換パラメータによる座標変換の残差を表す任意の演算式を用いることが可能である。   Next, the coordinates (ti ′, tj ′, tk ′) obtained by this conversion and the coordinates (ti, tj, tk) of the landmark t of the target image associated with the landmark r in the target coordinate system. The difference Δ (r, t) is calculated. This difference Δ (r, t) is calculated by, for example, calculating the equation Δ (r, t) = {(ti′−ti) ^ 2 + (tj′−tj) ^ 2 + (tk′−tk) ^ 2} ^ (1 / 2). The arithmetic expression of the difference Δ (r, t) is not limited to this, and for example, the difference Δ (r, t) = max {ti′−ti, tj′−tj, tk′−tk}. It is possible to use an arbitrary arithmetic expression that represents the residual of coordinate conversion by a conversion parameter.

続いて、各ランドマークのペアr、tについて、差Δ(r、t)と所定値δ1とを比較して、条件Δ(r、t)<δ1を満たすランドマークのペアを探索する。そして、当該条件を満たすランドマークのペアのみを用いて、新たな変換パラメータを演算する。この演算処理は、変換パラメータ演算部51と同様の処理により行う。   Subsequently, for each of the landmark pairs r and t, the difference Δ (r, t) is compared with a predetermined value δ1, and a landmark pair satisfying the condition Δ (r, t) <δ1 is searched. Then, a new conversion parameter is calculated using only the landmark pair that satisfies the condition. This calculation process is performed by the same process as the conversion parameter calculation unit 51.

このような処理を、上記条件における閾値を順次に小さくしながら反復することが望ましい。すなわち、閾値δ1>δ2>δ3>・・・をあらかじめ設定しておき、第1回目の処理では、上記のように閾値δ1を使用し、第2回目の処理では閾値δ2を使用し、第3回目の処理では閾値δ3を使用し、・・・というようにして、新たな変換パラメータを繰り返し求めていく。それにより、より高い精度で位置合わせを行うことが可能な変換パラメータを取得することができる。   It is desirable to repeat such processing while sequentially reducing the threshold value in the above conditions. That is, threshold values δ1> δ2> δ3>... Are set in advance, the threshold value δ1 is used as described above in the first process, the threshold value δ2 is used in the second process, and the third In the second process, the threshold value δ3 is used, and a new conversion parameter is repeatedly obtained as follows. Thereby, a conversion parameter capable of performing alignment with higher accuracy can be acquired.

また、上記の処理では、残差が大きなランドマークのペアを除外するのみであるが、座標変換後の座標座標を用いて距離リストを再び作成し、ランドマークの対応付けを再び実施し、その結果を基に不適切に対応付けられたランドマーク(誤差が大きいもの)を除去するように構成することが望ましい。それにより、より高い精度で位置合わせを行うことが可能な変換パラメータを取得することができる。なお、再度のランドマーク対応付け処理において、対応付けの判定基準となる値Cd、Cfをより小さな値に設定して、対応付けの精度を上げることが望ましい。   In the above processing, only a pair of landmarks having a large residual is excluded. However, a distance list is created again using coordinate coordinates after coordinate conversion, and landmarks are associated again. It is desirable to remove the landmarks that are improperly associated with the results (those with large errors). Thereby, a conversion parameter capable of performing alignment with higher accuracy can be acquired. In the landmark association process again, it is desirable to set the values Cd and Cf, which are the determination criteria for association, to smaller values to increase the accuracy of association.

(具体例2)
第2の具体例は、具体例1と同様に得られる差Δ(r、t)に応じた重み付け関数(目的関数)を用いて、ランドマークのペア毎に重み付けを行うことにより変換パラメータを補正するものである。
(Specific example 2)
The second specific example uses the weighting function (objective function) corresponding to the difference Δ (r, t) obtained in the same manner as the specific example 1 to correct the conversion parameter by weighting each landmark pair. To do.

図5は、この重み付け関数の一例を表している。同図に示す重み付け関数Fは、差Δ(r、t)の値が小さいとき(変換パラメータによる残差が小さいとき)には勾配(傾き)F′Δ(r、t)の値が大きく、差Δ(r、t)の値が大きくなるに従って、勾配F′Δ(r、t)の値が徐々に小さくなるような非線形関数である。この重み付け関数Fは、差Δ(r、t)の値が小さいときには、たとえば勾配F′Δ(r、t)=1を有している。   FIG. 5 shows an example of this weighting function. In the weighting function F shown in the figure, when the value of the difference Δ (r, t) is small (when the residual due to the conversion parameter is small), the value of the gradient (slope) F′Δ (r, t) is large. The nonlinear function is such that the value of the gradient F′Δ (r, t) gradually decreases as the value of the difference Δ (r, t) increases. The weighting function F has, for example, a gradient F′Δ (r, t) = 1 when the value of the difference Δ (r, t) is small.

変換パラメータ補正部52は、重み付け関数Fに基づく反復解法による非線形最適化法により、変換パラメータを補正する。この処理は、反復解法によるものであるが、重み付け関数Fが単純な関数であるため、演算を高速で行うことができ、処理時間の増大を引き起こすことはない。   The conversion parameter correction unit 52 corrects the conversion parameter by a non-linear optimization method based on an iterative solution based on the weighting function F. Although this process is based on an iterative solution method, since the weighting function F is a simple function, the calculation can be performed at a high speed and the processing time is not increased.

また、この重み付け関数Fは、差Δ(r、t)が小さいときには勾配F′Δ(r、t)が大きく、差Δ(r、t)が大きいときには勾配F′Δ(r、t)が小さいことから、最適化の過程において、差Δ(r、t)が小さいランドマークのペアが位置合わせに与える影響が大きくなるとともに、差Δ(r、t)が大きいランドマークのペアが与える影響が小さくなる。特に、差Δ(r、t)が大きいランドマークのペアの個数が、差Δ(r、t)が小さいランドマークのペアの個数と比べて十分に少ない場合、差Δ(r、t)が大きいランドマークのペアが与える影響はほとんど無視されることになる。その結果、差Δ(r、t)が大きいランドマークのペアが存在していても、それによる位置合わせ結果への影響が低減(無視)されるため、高精度の位置合わせが可能になる。   The weighting function F has a large gradient F′Δ (r, t) when the difference Δ (r, t) is small, and a gradient F′Δ (r, t) when the difference Δ (r, t) is large. Therefore, in the optimization process, the influence of the landmark pair having a small difference Δ (r, t) on the alignment increases, and the influence of the landmark pair having a large difference Δ (r, t). Becomes smaller. In particular, when the number of landmark pairs having a large difference Δ (r, t) is sufficiently smaller than the number of landmark pairs having a small difference Δ (r, t), the difference Δ (r, t) is reduced. The effects of large landmark pairs are almost ignored. As a result, even if there is a pair of landmarks having a large difference Δ (r, t), the influence on the alignment result is reduced (ignored), so that highly accurate alignment is possible.

なお、この具体例にて使用する重み付け関数は、上記のものに限定されるものではなく、任意の関数を用いることが可能である。但し、差Δ(r、t)が小さいランドマークのペアによる位置合わせへの影響を大きくし、差Δ(r、t)が大きいランドマークのペアによる位置合わせへの影響を小さくするような関数を採用する必要はある。   Note that the weighting function used in this specific example is not limited to the above-described one, and an arbitrary function can be used. However, a function that increases the influence on alignment by a pair of landmarks having a small difference Δ (r, t) and reduces the influence on alignment by a pair of landmarks having a large difference Δ (r, t). It is necessary to adopt.

(具体例3)
第3の具体例は、具体例2の変形である。この具体例は、具体例2で説明した反復解法による非線形最適化法の反復過程において、重み付け関数(目的関数)を変更することを特徴とするものである。
(Specific example 3)
The third specific example is a modification of specific example 2. This specific example is characterized in that the weighting function (objective function) is changed in the iterative process of the nonlinear optimization method based on the iterative solution described in specific example 2.

図6は、この具体例にて使用される重み付け関数の一例を表している。同図には、2つの重み付け関数F1、F2が示されている。重み付け関数F1は、反復解法による非線形最適化法の初期の反復過程において使用され、重み付け関数F2は、後期の反復過程において使用される。重み付け関数F2は、重み付け関数F1よりも小さい差Δ(r、t)の値において勾配F′Δ(r、t)が次第に小さくなるように設定されている。   FIG. 6 shows an example of a weighting function used in this specific example. In the figure, two weighting functions F1 and F2 are shown. The weighting function F1 is used in the initial iteration process of the nonlinear optimization method by the iterative solution, and the weighting function F2 is used in the latter iteration process. The weighting function F2 is set so that the gradient F′Δ (r, t) becomes gradually smaller at the value of the difference Δ (r, t) smaller than the weighting function F1.

変換パラメータ補正部52は、反復回数が所定回数に達するまで重み付け関数F1を用いて処理を行い、所定回数に達したときに重み付け関数F2に切り替えて処理を行うようになっている。なお、反復毎に残差を演算し、その残差が所定値以下になったときに重み付け関数F2に切り替えるようにしてもよい。   The conversion parameter correction unit 52 performs processing using the weighting function F1 until the number of iterations reaches a predetermined number of times, and switches to the weighting function F2 when the predetermined number of times is reached. Note that the residual may be calculated for each iteration, and the weighting function F2 may be switched when the residual becomes a predetermined value or less.

このような構成を適用することにより、次のようなメリットを享受することができる。重み付け関数F2は、重み付け関数F1と比較して、差Δ(r、t)がある程度小さいランドマークのペアについても、位置合わせに与える影響を小さくするように作用するので、反復の最初から重み付け関数F2を用いても良いように思われる。しかし、最初から重み付け関数F2を使用すると、位置合わせに与える影響が大きなランドマークのペア(つまり、差Δ(r、t)が非常に小さなランドマークのペア)の個数が極端に少なくなり、位置合わせ結果の誤差がかえって大きくなるおそれがある。   By applying such a configuration, the following merits can be enjoyed. The weighting function F2 acts so as to reduce the influence on the alignment even with respect to the pair of landmarks whose difference Δ (r, t) is somewhat smaller than the weighting function F1, so that the weighting function F2 from the beginning of the iteration is used. It seems that F2 may be used. However, if the weighting function F2 is used from the beginning, the number of landmark pairs that have a large influence on alignment (that is, landmark pairs with a very small difference Δ (r, t)) is extremely small, and the position There is a possibility that the error of the alignment result may be increased.

そこで、反復初期においては、重み付け関数F1を用いて、ある程度の差Δ(r、t)を有するランドマークのペア(比較的多数存在する)を用いて変換パラメータを好適に補正する。そして、反復回数が進んだときに重み付け関数F2に変更することにより、高精度の位置合わせが可能な変換パラメータを求める。   Therefore, in the initial iteration, the transformation parameter is suitably corrected using a pair of landmarks (a relatively large number) having a certain difference Δ (r, t) using the weighting function F1. Then, by changing to the weighting function F2 when the number of iterations progresses, a conversion parameter capable of highly accurate alignment is obtained.

なお、図6に示す例では、2つの重み付け関数F1、F2を切り替え使用するようになっているが、使用する重み付け関数の個数は3つ以上であってもよい。また、反復回数に応じて連続的に変化する重み付け関数を適用することも可能である。   In the example shown in FIG. 6, two weighting functions F1 and F2 are switched and used, but the number of weighting functions to be used may be three or more. It is also possible to apply a weighting function that changes continuously according to the number of iterations.

〔断層画像生成部〕
断層画像生成部6は、画像位置合わせ部5により位置合わせされたリファレンス画像とターゲット画像のボリュームデータに基づいて、位置合わせにより同じ位置とされた断面における断層画像の画像データをそれぞれ生成する処理を行うもので、この発明の「断層画像生成手段」の一例に相当する。なお、ボリュームデータに基づく断層画像の画像データの生成処理は、たとえばMPR(Multi−Planar Reconstruction;多断面再構成法)により行うことができる。
[Tomographic image generator]
The tomographic image generation unit 6 performs processing for generating image data of a tomographic image at a cross-section at the same position by alignment based on the reference image and target image volume data aligned by the image alignment unit 5. This is performed and corresponds to an example of the “tomographic image generating means” of the present invention. The generation processing of the tomographic image data based on the volume data can be performed by, for example, MPR (Multi-Planar Reconstruction).

断層画像生成部6の処理について、より具体的に説明する。画像位置合わせ部5は、前述の処理を行うことにより、リファレンス画像とターゲット画像の位置合わせを行う。たとえば、リファレンス座標系で表現されるリファレンス画像のボリュームデータの座標と、ターゲット座標系で表現されるターゲット画像のボリュームデータの座標とを、変換パラメータによる座標変換によって対応付ける。   The processing of the tomographic image generation unit 6 will be described more specifically. The image alignment unit 5 aligns the reference image and the target image by performing the above-described processing. For example, the coordinates of the volume data of the reference image expressed in the reference coordinate system and the coordinates of the volume data of the target image expressed in the target coordinate system are associated by coordinate conversion using conversion parameters.

ユーザが操作部8を操作してリファレンス画像のスライス位置を指定すると(前述)、断層画像生成部6は、リファレンス画像のボリュームデータに基づいて、このスライス位置におけるリファレンス画像の断層画像の画像データを生成する。また、断層画像生成部6は、画像位置合わせ部5による位置合わせ結果(変換パラメータ)に基づいて、指定されたスライス位置に対応するターゲット画像のスライス位置を演算する。そして、ターゲット画像のボリュームデータに基づいて、この演算されたスライス位置における断層画像の画像データを生成する。リファレンス画像及びターゲット画像のそれぞれについて生成された画像データは、表示部7に送られる。   When the user operates the operation unit 8 to specify the slice position of the reference image (described above), the tomographic image generation unit 6 sets the image data of the tomographic image of the reference image at this slice position based on the volume data of the reference image. Generate. Further, the tomographic image generation unit 6 calculates the slice position of the target image corresponding to the designated slice position based on the alignment result (conversion parameter) by the image alignment unit 5. Then, based on the volume data of the target image, image data of the tomographic image at the calculated slice position is generated. Image data generated for each of the reference image and the target image is sent to the display unit 7.

なお、医用画像処理装置1が、或るスライス位置における断層画像の画像データをあらかじめ記憶している場合において当該スライス位置が指定されたときには、指定されたスライス位置に対応する断層画像の画像データを生成する代わりに、そのスライス位置に対応する断層画像の画像データを読み出して表示部7に送るように構成することも可能である。   Note that when the medical image processing apparatus 1 stores image data of a tomographic image at a certain slice position in advance, when the slice position is designated, the image data of the tomographic image corresponding to the designated slice position is obtained. Instead of generating, it is possible to read out the image data of the tomographic image corresponding to the slice position and send it to the display unit 7.

表示部7は、断層画像生成部6から画像データを受けて、リファレンス画像の断層画像とターゲット画像の断層画像とを並列表示する。これらの断層画像は、前述のように、画像位置合わせ部5による位置合わせ結果に基づくものであり、(ほぼ)同じスライス位置における断層画像である。   The display unit 7 receives the image data from the tomographic image generation unit 6 and displays the tomographic image of the reference image and the tomographic image of the target image in parallel. As described above, these tomographic images are based on the alignment result by the image alignment unit 5 and are (substantially) tomographic images at the same slice position.

〔ハードウェア構成〕
医用画像処理装置1のハードウェア構成について説明する。医用画像処理装置1は、一般的なコンピュータ装置を含んで構成されている。この医用画像処理装置1には、マイクロプロセッサ、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置、ユーザインターフェイス、通信インターフェイスなどが搭載されている。
[Hardware configuration]
A hardware configuration of the medical image processing apparatus 1 will be described. The medical image processing apparatus 1 includes a general computer device. The medical image processing apparatus 1 includes a microprocessor, a volatile storage device, a nonvolatile storage device, a user interface, a communication interface, and the like.

マイクロプロセッサは、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等により構成される。揮発性記憶装置は、RAM(Random Access Memory)等により構成される。   The microprocessor includes a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), and the like. The volatile storage device includes a RAM (Random Access Memory) or the like.

不揮発性記憶装置は、ROM(Read Only Memory)やハードディスクドライブ等により構成される。ハードディスクドライブには、前述した処理をコンピュータ装置に実行させるコンピュータプログラムがあらかじめ記憶されている。また、ハードディスクドライブには、医用画像の画像データや患者に関するデータ(カルテ情報など)が記憶される。   The nonvolatile storage device is configured by a ROM (Read Only Memory), a hard disk drive, or the like. The hard disk drive stores in advance a computer program that causes the computer device to execute the processing described above. The hard disk drive stores medical image data and patient-related data (such as medical chart information).

ユーザインターフェイスは、表示デバイスと操作デバイス(入力デバイス)とを有している。表示デバイスは、LCD(Liquid Crystal Display)や、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ等の任意の表示装置により構成される。操作デバイスは、マウス、キーボード、トラックボール、コントロールパネルなどの任意のデバイスにより構成される。なお、タッチパネル方式のLCD等を適用することにより、表示デバイスと操作デバイスとを一体的に構成することも可能である。   The user interface has a display device and an operation device (input device). The display device includes an arbitrary display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube) display. The operation device is configured by an arbitrary device such as a mouse, a keyboard, a trackball, or a control panel. Note that a display device and an operation device can be integrally configured by applying a touch panel type LCD or the like.

通信インターフェイスは、LANカード等のネットワークアダプタを含んで構成される。また、モデムを搭載することにより、インターネットを介してデータ通信を行えるように構成することも可能である。   The communication interface includes a network adapter such as a LAN card. It is also possible to configure so that data communication can be performed via the Internet by installing a modem.

図1等に示す抽出処理部2、位置関係情報生成部3、ランドマーク対応付け部4、画像位置合わせ部5及び断層画像生成部6は、それぞれ、上記のコンピュータプログラムを実行するマイクロプロセッサを含んで構成される。   The extraction processing unit 2, the positional relationship information generation unit 3, the landmark association unit 4, the image registration unit 5, and the tomographic image generation unit 6 shown in FIG. 1 and the like each include a microprocessor that executes the computer program. Consists of.

また、表示部7は表示デバイスを含んで構成され、操作部8は操作デバイス(入力デバイス)を含んで構成される。   The display unit 7 includes a display device, and the operation unit 8 includes an operation device (input device).

また、前述の処理を実行するための医用画像処理装置1の全体制御は、実行マイクロプロセッサが上記のコンピュータプログラムを実行することにより行う。たとえば、マイクロプロセッサは、各種の画面や画像を表示デバイス(表示部7)に表示させるための制御を行う。また、マイクロプロセッサは、操作デバイス(操作部8)からの操作信号(操作に対応して出力される信号)に基づいて、装置各部の制御を行う。   The overall control of the medical image processing apparatus 1 for executing the above-described processing is performed by the execution microprocessor executing the computer program. For example, the microprocessor performs control for displaying various screens and images on the display device (display unit 7). Further, the microprocessor controls each part of the apparatus based on an operation signal (signal output corresponding to the operation) from the operation device (operation unit 8).

[作用効果]
以上に説明した医用画像処理装置1によれば、主として、以下のような作用、効果を奏することができる。
[Function and effect]
According to the medical image processing apparatus 1 described above, the following actions and effects can be mainly achieved.

まず、この医用画像処理装置1は、次のように作用するように構成されている:(1)抽出処理部2が、リファレンス画像とターゲット画像のボリュームデータのそれぞれについて、画像内のランドマークを抽出する;(2)位置関係情報生成部3が、これら2つのボリュームデータのそれぞれについて、抽出されたランドマークの位置関係を示す距離リスト(位置関係情報)を生成する;(3)ランドマーク対応付け部4が、生成された位置関係情報に基づいて、リファレンス画像及びターゲット画像のそれぞれのランドマークのうちの幾つかを除外し、残ったリファレンス画像とターゲット画像のランドマークを互いに対応付ける;(4)画像位置合わせ部5が、ランドマーク対応付け部4により対応付けられたランドマークに基づいて、これら2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   First, the medical image processing apparatus 1 is configured to operate as follows: (1) The extraction processing unit 2 displays landmarks in an image for each of the volume data of the reference image and the target image. (2) The positional relationship information generation unit 3 generates a distance list (positional relationship information) indicating the positional relationship of the extracted landmarks for each of these two volume data; (3) Landmark correspondence The attaching unit 4 excludes some of the landmarks of the reference image and the target image based on the generated positional relationship information, and associates the remaining landmarks of the reference image and the target image with each other; (4 ) Based on the landmark associated with the landmark associating unit 4 by the image alignment unit 5 Aligning the two volume data.

この画像位置合わせ処理は、処理に長時間を要する従来の反復的位置合わせ法の代わりに、ランドマークを用いた位置合わせ方法を採用するとともに、ランドマーク自体の位置を解析してランドマークを対応付けるのではなく、距離リストに示すランドマークの位置関係(ランドマーク間の距離)に基づいて幾つかのランドマークを除外し、残ったランドマークを対応付けるようになっている。ここで、ランドマーク間の距離は、画像の平行移動や回転によって不変な量である。   This image alignment process employs a registration method using landmarks instead of the conventional iterative registration method, which takes a long time to process, and analyzes the position of the landmarks themselves to associate the landmarks with each other. Instead, some landmarks are excluded based on the positional relationship of landmarks shown in the distance list (distance between landmarks), and the remaining landmarks are associated with each other. Here, the distance between the landmarks is an invariable amount due to translation and rotation of the image.

ここで、医用画像処理装置1が実行する処理について、図8及び図9を参照して説明する。ここでは、図8(A)に示す過去画像GPと図8(B)に示す最新画像GNとの位置合わせ処理を説明する。   Here, processing executed by the medical image processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Here, an alignment process between the past image GP shown in FIG. 8A and the latest image GN shown in FIG. 8B will be described.

まず、医用画像処理装置1は、過去画像GPと最新画像GNのランドマークをそれぞれ抽出する。図8(A)に示す円で囲まれた数字1〜7は、過去画像GPから抽出された7つのランドマークを表す。また、図8(B)に示す四角形で囲まれた数字1〜8は、、最新画像GNから抽出された8個のランドマークを表す。   First, the medical image processing apparatus 1 extracts the landmarks of the past image GP and the latest image GN, respectively. Numbers 1 to 7 surrounded by a circle shown in FIG. 8A represent seven landmarks extracted from the past image GP. Also, numerals 1 to 8 surrounded by a square shown in FIG. 8B represent eight landmarks extracted from the latest image GN.

次に、医用画像処理装置1は、過去画像GPのランドマーク1〜7及び最新画像GNのランドマーク1〜8の位置関係を表す距離リストを生成する。   Next, the medical image processing apparatus 1 generates a distance list representing the positional relationship between the landmarks 1 to 7 of the past image GP and the landmarks 1 to 8 of the latest image GN.

続いて、医用画像処理装置1は、この距離リストに基づいてランドマークを除外する。この例では、過去画像GPのランドマーク7が除外されるとともに、最新画像GNのランドマーク7、8が除外される。それにより、残されたランドマークは、過去画像GPのランドマーク1〜6、及び最新画像GNのランドマーク1〜6となる。   Subsequently, the medical image processing apparatus 1 excludes landmarks based on the distance list. In this example, the landmark 7 of the past image GP is excluded, and the landmarks 7 and 8 of the latest image GN are excluded. Thereby, the remaining landmarks are the landmarks 1 to 6 of the past image GP and the landmarks 1 to 6 of the latest image GN.

図9は、双方の画像GP、GNの残されたランドマークの位置関係を表している。この例では、過去画像GPのランドマーク1、2、・・・、6と、最新画像GNのランドマーク1、2、・・・、6とがそれぞれ対応付けられる。   FIG. 9 shows the positional relationship between the remaining landmarks of both the images GP and GN. In this example, the landmarks 1, 2,..., 6 of the past image GP and the landmarks 1, 2,.

医用画像処理装置1は、過去画像GPのランドマーク1〜6の位置を、各々対応する最新画像GNのランドマーク1〜6の位置に合わせるように変換パラメータを決定することで、双方の画像GP、GNの位置合わせを行う。なお、最新画像GNのランドマーク1〜6の位置を最新画像GNのランドマーク1〜6の位置に合わせるように変換パラメータを決定するなどしてもよい。   The medical image processing apparatus 1 determines the conversion parameters so that the positions of the landmarks 1 to 6 of the past image GP are matched with the positions of the landmarks 1 to 6 of the corresponding latest image GN. , GN is aligned. Note that the conversion parameters may be determined so that the positions of the landmarks 1 to 6 of the latest image GN are aligned with the positions of the landmarks 1 to 6 of the latest image GN.

このように、距離リストを用いて幾つかのランドマークを除外してから対応付けを行うことで、処理時間の短縮を図ることが可能である。特に、ランドマークの除外により単純な閾値処理によって画像の位置合わせを行うことが可能となり、処理時間を短縮できる。また、従来のようにランドマークを平行移動させたり回転させたりする必要がないため、従来と比較して処理時間の短縮を図ることが可能である。また、前述したように、画像の位置合わせ精度も良好である。また、ランドマークの抽出に誤りがあったとしても、ランドマークの対応付けの段階でこの誤りが除去されるので、画像の位置合わせを高確度でかつ迅速に行うことができるという効果もある。   In this way, it is possible to reduce the processing time by performing association after removing some landmarks using the distance list. In particular, by excluding landmarks, it is possible to perform image alignment by simple threshold processing, and the processing time can be shortened. Further, since it is not necessary to translate or rotate the landmark as in the prior art, the processing time can be shortened as compared with the prior art. Further, as described above, the image alignment accuracy is also good. Further, even if there is an error in landmark extraction, the error is removed at the stage of landmark association, so that there is an effect that image alignment can be performed with high accuracy and speed.

また、医用画像処理装置1は、次のように作用するように構成されている:(1)抽出処理部2が、リファレンス画像とターゲット画像のボリュームデータのそれぞれについて、画像内のランドマークを抽出する;(2)ランドマーク対応付け部4が、これら2つの医用画像の間において、抽出処理部2により抽出されたランドマークを対応付ける;(3)変換パラメータ演算部51が、ランドマーク対応付け部4により対応付けられたランドマークに基づいて、これら2つのボリュームデータの一方の位置を他方の位置に合わせるための座標変換のパラメータを演算する;(4)変換パラメータ補正部52が、演算されたパラメータに基づいて位置合わせされた2つのボリュームデータにおける、対応付けられたランドマークの間の距離を演算し、この演算された距離に応じてパラメータを補正する;(5)画像位置合わせ部5が、補正されたパラメータに基づいて、これら2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   The medical image processing apparatus 1 is configured to operate as follows: (1) The extraction processing unit 2 extracts landmarks in the image for each of the volume data of the reference image and the target image. (2) The landmark associating unit 4 associates the landmark extracted by the extraction processing unit 2 between these two medical images; (3) The conversion parameter calculating unit 51 is configured as a landmark associating unit. 4 is used to calculate a coordinate conversion parameter for matching one position of these two volume data to the other position based on the landmark associated with 4; (4) the conversion parameter correction unit 52 is calculated The distance between the associated landmarks in the two volume data aligned based on the parameters Calculated, and corrects the parameter in response to the computed distance; is (5) image registration unit 5, based on the corrected parameters, to position the two volume data.

このような画像位置合わせ処理によれば、ランドマークを用いた位置合わせ方法を採用して処理時間の増大を回避するとともに、ランドマーク間の距離に基づいてパラメータを補正し、この補正されたパラメータを用いてリファレンス画像とターゲット画像のボリュームデータの位置合わせを行うので、画像位置合わせを良好な精度で行うことが可能である。   According to such an image alignment process, an alignment method using landmarks is employed to avoid an increase in processing time, and the parameters are corrected based on the distance between the landmarks. Since the volume data of the reference image and the target image is aligned using, image alignment can be performed with good accuracy.

また、医用画像処理装置1は、次のように作用するように構成されている:(1)抽出処理部2が、分岐構造を有する被検体の部位(肺血管)について取得されたリファレンス画像とターゲット画像のボリュームデータのそれぞれについて、画像内のランドマークを抽出する。このとき、抽出処理部2は、(1a)これら2つのボリュームデータのそれぞれについて、分岐構造を有する部位に相当する画像領域を抽出し、(1b)これら2つの画像のそれぞれについて、抽出された画像領域の少なくとも一部を含む画像の部分領域の境界領域と、抽出された画像領域との共通領域を抽出し、(1c)抽出された共通領域内の位置をシードに設定する、(1d)このシードを起点として、分岐構造を有する部位の分岐位置に相当する画像領域のランドマークを抽出する;(2)ランドマーク対応付け部4が、これら2つの医用画像について抽出されたランドマークを互いに対応付ける;(3)画像位置合わせ部5が、対応付けられたランドマークに基づいて、これら2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   Further, the medical image processing apparatus 1 is configured to operate as follows: (1) a reference image acquired by the extraction processing unit 2 for a portion (pulmonary blood vessel) of a subject having a branch structure; For each volume data of the target image, a landmark in the image is extracted. At this time, the extraction processing unit 2 (1a) extracts an image area corresponding to a part having a branch structure for each of these two volume data, and (1b) extracts an image for each of these two images. Extracting a common area between the boundary area of the partial area of the image including at least a part of the area and the extracted image area, and (1c) setting the position in the extracted common area as a seed, (1d) A landmark in an image area corresponding to a branch position of a part having a branch structure is extracted starting from the seed; (2) the landmark association unit 4 associates the landmarks extracted for these two medical images with each other. (3) The image alignment unit 5 aligns these two volume data based on the associated landmarks.

このような画像位置合わせ処理によれば、分岐構造を有する部位のランドマークを抽出するときに、抽出処理の起点となるシードを自動的に設定することができるので、処理時間の増大の防止を図ることができるとともに、画像の位置合わせを良好な精度で行うことができる。   According to such an image alignment process, when extracting a landmark of a part having a branch structure, a seed as a starting point of the extraction process can be automatically set, so that an increase in processing time can be prevented. It is possible to achieve image alignment and image alignment with good accuracy.

[変形例]
以上に説明した内容は、この発明を実施するための具体的な構成例に過ぎず、任意の変形を適宜に施すことが可能である。
[Modification]
The content described above is only a specific configuration example for carrying out the present invention, and arbitrary modifications can be appropriately made.

〔変形例1〕
まず、上記の実施形態の説明中でも触れたが、医用画像から抽出されたランドマークの位置関係を示す位置関係情報として、3つ以上のランドマークからなる多角形の頂点の角度を含む角度リスト(角度情報)を使用する変形例について説明する。
[Modification 1]
First, as mentioned in the description of the above embodiment, as positional relationship information indicating the positional relationship of landmarks extracted from a medical image, an angle list including angles of vertices of a polygon composed of three or more landmarks ( A modification using (angle information) will be described.

ここでは、3つのランドマークからなる三角形の頂点の角度を含む角度リストを具体例として取り上げる。位置関係情報生成部3は、ランドマーク抽出部23により抽出されたランドマークに基づいて、その内の3つのランドマークからなる組を複数形成する。より具体的には、最初に、互いの間の距離が短い2つのランドマークを選択し、それらの対を形成する。このとき、距離の短いものから順に対を形成していってもよいし、距離が所定値以下となる対を形成するようにしてもよい。次に、位置関係情報生成部3は、上記実施形態の他覚形態対応付け部42と同様に、各対に対して新たなランドマークを追加して3つのランドマークの組を形成する。   Here, an angle list including the angles of the vertices of a triangle composed of three landmarks is taken as a specific example. Based on the landmarks extracted by the landmark extraction unit 23, the positional relationship information generation unit 3 forms a plurality of sets of three landmarks. More specifically, first, two landmarks with a short distance between each other are selected and their pairs are formed. At this time, pairs may be formed in order from the shortest distance, or a pair whose distance is a predetermined value or less may be formed. Next, the positional relationship information generation unit 3 adds a new landmark to each pair to form a set of three landmarks, as with the objective form association unit 42 of the above embodiment.

続いて、位置関係情報生成部3は、各組の3つのランドマークが形成する三角形の頂点の角度を演算する。そして、各ランドマークを識別する情報(又は各組を識別する情報)と、演算された角度とを関連付けて、リファレンス画像とターゲット画像のそれぞれについて角度リストを生成する。   Subsequently, the positional relationship information generation unit 3 calculates the angle of the vertex of the triangle formed by the three landmarks in each group. Then, information for identifying each landmark (or information for identifying each set) is associated with the calculated angle, and an angle list is generated for each of the reference image and the target image.

次に、角度リストを用いたランドマークの対応付け処理について説明する。リファレンス画像側の三角形(3つのランドマークの組)を〈ri1、ri2、ri3〉とし、ターゲット画像側の三角形を〈tj1、tj2、tj3〉とする。更に、三角形〈ri1、ri2、ri3〉の頂点ri1の角度をθr(ri1)、頂点ri2の角度をθr(ri2)、頂点ri3の角度をθr(ri3)とする。また、三角形〈tj1、tj2、tj3〉の頂点tj1の角度をθt(tj1)、頂点tj2の角度をθt(tj2)、頂点tj3の角度をθt(tj3)とする。   Next, landmark association processing using an angle list will be described. The triangle on the reference image side (a set of three landmarks) is <ri1, ri2, ri3>, and the triangle on the target image side is <tj1, tj2, tj3>. Further, the angle of the vertex ri1 of the triangle <ri1, ri2, ri3> is θr (ri1), the angle of the vertex ri2 is θr (ri2), and the angle of the vertex ri3 is θr (ri3). Further, the angle of the vertex tj1 of the triangle <tj1, tj2, tj3> is θt (tj1), the angle of the vertex tj2 is θt (tj2), and the angle of the vertex tj3 is θt (tj3).

ランドマーク対応付け部4は、リファレンス画像側の角度をθr(ri1)、θr(ri2)、θr(ri3)と、ターゲット画像側の角度θt(tj1)、θt(tj2)、θt(tj3)との差が所定値以下であるか判定し、差が所定値以下の三角形同士を対応付けする(つまり、当該差が所定値を超える三角形を除外して対応付けを行う)。このとき、双方の画像の角度の全ての組合せについて角度の差を演算し、全ての組合せの角度差が所定値以下になるかを判定する。   The landmark associating unit 4 sets the angles on the reference image side to θr (ri1), θr (ri2), θr (ri3), and the angles θt (tj1), θt (tj2), θt (tj3) on the target image side. Are determined to be equal to or less than a predetermined value, and triangles with the difference equal to or less than the predetermined value are associated with each other (that is, the association is performed by excluding triangles with the difference exceeding the predetermined value). At this time, the angle difference is calculated for all combinations of the angles of both images, and it is determined whether the angle difference of all the combinations is equal to or less than a predetermined value.

ここで、必要があれば、上記の実施形態と同様に、ランドマークを追加してL角形を形成し、その頂点の角度について上記と同じ判定処理を実施してL角形同士を対応付けする。以下の処理は、上記の実施形態と同様である。   Here, if necessary, as in the above-described embodiment, a landmark is added to form an L-gon, and the same determination process as described above is performed for the angle of the vertex to associate the L-gons with each other. The following processing is the same as in the above embodiment.

〔変形例2〕
上記の実施形態では、気管支や肺血管の分岐点をランドマークとして2つの医用画像の位置合わせを実施したが、この変形例では、肺の境界部分(輪郭)の形状を用いてランドマークを決定する手法を説明する。
[Modification 2]
In the above embodiment, the alignment of the two medical images is performed using the branch point of the bronchus or the pulmonary blood vessel as a landmark. In this modification, the landmark is determined using the shape of the boundary portion (contour) of the lung. The method to do is explained.

この変形例に係る医用画像処理装置の構成の一例を図10に示す。同図に示す医用画像処理装置100は、特定部位抽出処理部110、ランドマーク設定部120、ランドマーク対応付け部130、画像位置合わせ部140、断層画像生成部150、表示部160及び操作部170を備えている。断層画像生成部150、表示部160及び操作部170は、それぞれ、上記の実施形態の断層画像生成部6、表示部7及び操作部8と同様の構成を有している。   An example of the configuration of a medical image processing apparatus according to this modification is shown in FIG. The medical image processing apparatus 100 shown in the figure includes a specific part extraction processing unit 110, a landmark setting unit 120, a landmark association unit 130, an image alignment unit 140, a tomographic image generation unit 150, a display unit 160, and an operation unit 170. It has. The tomographic image generation unit 150, the display unit 160, and the operation unit 170 have the same configurations as the tomographic image generation unit 6, the display unit 7, and the operation unit 8 of the above-described embodiment, respectively.

(特定部位抽出処理部)
特定部位抽出処理部110は、リファレンス画像とターゲット画像のそれぞれについて、被検体の特定部位に相当する画像領域を抽出する処理を行うもので、この発明の「特定部位抽出手段」の一例として機能する。特定部位抽出処理部110は、被検体の肺に相当する画像領域を特定部位として抽出する。なお、この変形例では、肺門部の小さな凹凸を詳細に抽出する必要はなく、肺の境界形状(輪郭形状)を抽出すれば十分である。
(Specific part extraction processing unit)
The specific part extraction processing unit 110 performs processing for extracting an image region corresponding to the specific part of the subject for each of the reference image and the target image, and functions as an example of the “specific part extraction unit” of the present invention. . The specific part extraction processing unit 110 extracts an image region corresponding to the lungs of the subject as a specific part. In this modification, it is not necessary to extract small irregularities in the hilar portion in detail, and it is sufficient to extract the lung boundary shape (contour shape).

そのために、特定領域抽出処理部110は、まず、肺の画像領域を含む医用画像(リファレンス画像、ターゲット画像)に対して閾値処理を行って、たとえば−400HU以下の画像領域を抽出する。次に、たとえば公知の手法(connected component labelingなど)を用いて、抽出された画像領域の各連結領域(連結成分)にラベル(識別情報)を付与する。   For this purpose, the specific area extraction processing unit 110 first performs threshold processing on a medical image (reference image, target image) including a lung image area, and extracts an image area of −400 HU or less, for example. Next, a label (identification information) is assigned to each connected region (connected component) of the extracted image region using, for example, a known method (connected component labeling or the like).

続いて、各連結領域のボクセル数をカウントするとともに、医用画像のボリュームデータの8隅のいずれも含まない連結領域のうち、ボクセル数が最大の連結領域を選択する。ここで、ボリュームデータの8隅のいずれかを含む連結領域を除外するのは、被検体の体外の空気領域のボクセル数が最大である場合に、この空気領域が選択されることを回避するためである。以上により、医用画像(のボリュームデータ)から肺に相当する領域(のボクセル)が抽出される。   Subsequently, the number of voxels in each connected area is counted, and the connected area having the maximum number of voxels is selected from the connected areas that do not include any of the eight corners of the volume data of the medical image. Here, the reason why the connected region including any one of the eight corners of the volume data is excluded is to avoid selecting this air region when the number of voxels in the air region outside the body of the subject is maximum. It is. As described above, the region (voxel) corresponding to the lung is extracted from the medical image (volume data thereof).

(ランドマーク設定部)
ランドマーク設定部120は、特定部位抽出処理部110により抽出された特定部位に相当する画像領域に基づいて、この特定部位のランドマークを設定する処理を行うもので、この発明の「ランドマーク設定手段」の一例として機能するものである。
(Landmark setting part)
The landmark setting unit 120 performs processing for setting the landmark of the specific part based on the image region corresponding to the specific part extracted by the specific part extraction processing unit 110. It functions as an example of “means”.

このランドマーク設定部120は、特定部位として抽出された肺に相当する画像領域(肺領域)の上位置、左位置、右位置、前位置及び後位置に位置するランドマークをそれぞれ設定するように作用する。なお、この発明においては、これらの位置の少なくともいずれかに位置するランドマークを設定すれば十分である。以下、これらの位置のランドマークの設定処理についてそれぞれ説明する。   The landmark setting unit 120 sets the landmarks located at the upper position, the left position, the right position, the front position, and the rear position of the image area (lung area) corresponding to the lung extracted as the specific part. Works. In the present invention, it is sufficient to set a landmark located at at least one of these positions. Hereinafter, the landmark setting processing of these positions will be described.

まず、上位置のランドマークの設定処理について説明する。ランドマーク設定部120は、上位置のランドマークを設定するために、まず、抽出された肺領域の側部位置を検出する。側部位置とは、左肺の左端位置及び/又は右肺の右端位置を意味するものとする。ここでは、両肺に上位置のランドマークを設定するので、左肺の左端位置と右肺の右端位置の双方を検出する。   First, the process for setting the landmark at the upper position will be described. The landmark setting unit 120 first detects the side position of the extracted lung region in order to set the landmark at the upper position. The side position means the left end position of the left lung and / or the right end position of the right lung. Here, since the landmarks in the upper position are set in both lungs, both the left end position of the left lung and the right end position of the right lung are detected.

左肺の左端位置の検出は、たとえば、抽出された左肺に相当する画像領域(左肺領域)のボクセルのうち、左右方向の座標値が最大(又は最小:左右方向の座標軸の向きに依存する)のものを探索することにより行う。右肺の右端位置の検出も同様にして行う。   The left end position of the left lung is detected, for example, among the voxels of the image area (left lung area) corresponding to the extracted left lung, the horizontal coordinate value is the maximum (or minimum: depends on the direction of the coordinate axis in the horizontal direction Do this by searching for things. The right end position of the right lung is detected in the same manner.

次に、ランドマーク設定部120は、検出された側部位置を起点として、肺領域内を上方(頭部の方向)に辿っていくことで肺尖部に相当する位置を検出する。左肺の肺尖部の位置を検出する場合の例を具体的に説明する。まず、検出された左肺の左端位置のボクセルの1つ上方(頭部方向)のボクセルが、左肺領域に含まれるか判定する。含まれている場合には、更に1つ上方のボクセルが左肺領域に含まれるか判定する。一方、左端位置の1つ上方のボクセルが左肺領域に含まれない場合、1つ右方のボクセルが左肺領域に含まれるか判断する。上方のボクセルも右方のボクセルも左肺領域に含まれないと判定されるまで、このような判定処理を反復する。それにより、左肺の肺尖部に相当する位置が検出される。   Next, the landmark setting unit 120 detects the position corresponding to the lung apex by tracing upward (in the direction of the head) within the lung region starting from the detected side position. An example in which the position of the apex of the left lung is detected will be specifically described. First, it is determined whether or not a voxel that is one above (in the head direction) the detected voxel at the left end position of the left lung is included in the left lung region. If it is included, it is determined whether the upper left voxel is included in the left lung region. On the other hand, when the voxel one position above the left end position is not included in the left lung region, it is determined whether one right voxel is included in the left lung region. Such determination processing is repeated until it is determined that neither the upper voxel nor the right voxel is included in the left lung region. Thereby, a position corresponding to the apex of the left lung is detected.

続いて、ランドマーク設定部120は、検出された肺尖部に相当する位置よりも所定距離だけ下方の位置に上位置のランドマークを設定する。この所定距離としては、たとえば、肺尖部から、肺の前後左右方向のスライス面の面積が所定値(700平方ミリメートル等)以上になる最も上方のスライス位置までの距離を採用する。当該スライス位置の取得方法としては、たとえば、肺尖部の位置から下方に向かって所定間隔でスライス面の面積を演算し、面積が最初に所定値以上となった位置を当該スライス位置とする。   Subsequently, the landmark setting unit 120 sets the landmark at the upper position at a position that is a predetermined distance below the position corresponding to the detected lung apex. As the predetermined distance, for example, the distance from the apex of the lung to the uppermost slice position where the area of the slice plane in the front-rear and left-right directions of the lung is equal to or greater than a predetermined value (such as 700 square millimeters) is employed. As a method for obtaining the slice position, for example, the area of the slice plane is calculated at a predetermined interval downward from the apex of the lung, and the position where the area first becomes a predetermined value or more is set as the slice position.

ランドマーク設定部120は、当該スライス位置における肺の断面のたとえば重心位置に、上位置のランドマークを設定する(左肺、右肺のそれぞれについて設定する。)。このランドマークを、肺尖下ランドマークと呼ぶことがある。   The landmark setting unit 120 sets the landmark at the upper position, for example, at the center of gravity position of the cross section of the lung at the slice position (set for each of the left lung and the right lung). This landmark may be referred to as a subpulmonary landmark.

なお、肺に相当する画像領域を上方(頭部方向)から下方(足部方向)に向かって解析していくことで肺尖部の検出を行うことも考えられる。しかし、特定部位抽出処理部110による抽出処理では気管も一緒に抽出されることから、肺尖部に到達する前に気管が検出されるため、肺尖部の抽出が有効に実施されないおそれがある。この変形例では、上記のように側部位置から肺の領域を上方に辿っていくことにより肺尖部を抽出するので、このような事態を回避できるというメリットがある。   It is also conceivable to detect the apex of the lung by analyzing the image region corresponding to the lung from the top (head direction) to the bottom (foot direction). However, since the trachea is also extracted together with the extraction process by the specific part extraction processing unit 110, the trachea is detected before reaching the lung apex, and thus the lung apex may not be extracted effectively. . In this modified example, since the lung apex is extracted by tracing the lung region upward from the side position as described above, there is an advantage that such a situation can be avoided.

次に、左位置、右位置のランドマークの設定処理について説明する。そのためにランドマーク設定部120は、左右の肺の下端位置を検出する。下端位置は、左肺領域、右肺領域のそれぞれのボクセルの座標を参照して、下端に位置するボクセルを探索することにより得られる。なお、この下端位置にランドマーク(下位置のランドマーク)を設定してもよい。   Next, the landmark setting process for the left and right positions will be described. Therefore, the landmark setting unit 120 detects the lower end positions of the left and right lungs. The lower end position is obtained by searching for the voxel located at the lower end with reference to the coordinates of the respective voxels in the left lung region and the right lung region. Note that a landmark (a landmark at the lower position) may be set at the lower end position.

ランドマーク設定部120は、肺尖下ランドマーク(のスライス位置)と下端位置とを所定の比(たとえば8:2)で内分するスライス位置を求める。そして、このスライス位置において、左肺領域の左端位置と右肺領域の右端位置とを検出する。この検出処理は、当該スライス位置における左肺領域、右肺領域のボクセルの座標を参照することにより行う。   The landmark setting unit 120 obtains a slice position that internally divides the sub-pulmonary landmark (slice position thereof) and the lower end position by a predetermined ratio (for example, 8: 2). Then, at this slice position, the left end position of the left lung region and the right end position of the right lung region are detected. This detection process is performed by referring to the voxel coordinates of the left lung region and the right lung region at the slice position.

更に、ランドマーク設定部120は、検出された左肺の左端位置と右肺の右端位置とに基づいて、左位置のランドマーク及び右位置のランドマークを設定する。これらのランドマークは、左肺の左端位置と右肺の右端位置を基に任意の手法で設定することができる。たとえば、これらのランドマークの左右方向の位置としては、肺領域を左右方向に4分割する3つの線(又は面)のうち、左側の線及び右側の線の上に設定できる。また、前後方向の位置についても同様に設定できる(たとえば肺領域を前後方向に2分割する線や面の上の位置に設定できる。)。   Further, the landmark setting unit 120 sets a left position landmark and a right position landmark based on the detected left end position of the left lung and right end position of the right lung. These landmarks can be set by any method based on the left end position of the left lung and the right end position of the right lung. For example, the positions of these landmarks in the left-right direction can be set on the left line and the right line among three lines (or planes) that divide the lung region into four in the left-right direction. The position in the front-rear direction can also be set in the same manner (for example, it can be set at a position on a line or plane that divides the lung region in the front-rear direction).

最後に、前位置、後位置のランドマークの設定処理について説明する。これらのランドマークは、たとえば左位置、右位置のランドマークを基に設定される。そのために、ランドマーク設定部120は、上記の内分位置のスライス位置における前端位置と後端位置とを検出する。そして、設定された左位置及び右位置のランドマークと、当該スライス位置の前端位置及び後端位置とに基づいて、前位置のランドマークと後位置のランドマークを設定する。その設定方法は任意である。たとえば、左右のランドマークの中点を求め、この中点から左右ランドマークを結ぶ線分に直行する前方向に延びる直線を考える。そして、中点から当該直線に沿って、肺の前後方向の長さの半分だけ進んだ位置に前位置のランドマークを設定する。後位置のランドマークも同様に設定できる。   Finally, the landmark setting process for the front and rear positions will be described. These landmarks are set based on, for example, landmarks at the left position and the right position. For this purpose, the landmark setting unit 120 detects the front end position and the rear end position in the slice position of the internal division position. Then, based on the set left and right landmarks and the front and rear end positions of the slice position, the front and rear position landmarks are set. The setting method is arbitrary. For example, the midpoint of the left and right landmarks is obtained, and a straight line extending in the forward direction from the midpoint to the line connecting the left and right landmarks is considered. Then, a landmark at the previous position is set at a position advanced from the midpoint along the straight line by half the length in the front-rear direction of the lung. The landmark at the rear position can be set similarly.

(ランドマーク対応付け部)
ランドマーク対応付け部130によるランドマークの対応付け処理は容易である。つまり、この変形例では、各ランドマークに意味づけ(上位置、右位置、左位置、前位置、後位置)が為されている。この意味づけは、各ランドマークを設定するときに、フラグ等の識別情報を付与することにより為される。ランドマーク対応付け部130は、この意味づけに応じて、リファレンス画像のランドマークとターゲット画像のランドマークとを対応付ける(たとえば、左肺の上位置のランドマーク同士が対応付けられる。)。なお、上記の実施形態のように幾つかのランドマークを除外し、残ったランドマークを対応付けるようにしてもよい。
(Landmark mapping part)
Landmark association processing by the landmark association unit 130 is easy. In other words, in this modified example, each landmark is given meaning (upper position, right position, left position, front position, rear position). This meaning is given by adding identification information such as a flag when setting each landmark. In accordance with this meaning, the landmark associating unit 130 associates the landmark of the reference image with the landmark of the target image (for example, landmarks in the upper position of the left lung are associated with each other). Note that some landmarks may be excluded and the remaining landmarks may be associated as in the above embodiment.

(画像位置合わせ部)
画像位置合わせ部140は、ランドマーク対応付け部130により対応付けられたランドマークのペアについて、たとえばリファレンス画像側のランドマークの座標(リファレンス座標系の座標)を、ターゲット画像側のランドマークの座標(ターゲット座標系の座標)に変換するような変換パラメータを演算する。この演算は、公知の手法を用いることができる。
(Image alignment part)
The image alignment unit 140 uses, for example, the reference image side landmark coordinates (reference coordinate system coordinates) for the landmark pairs associated by the landmark association unit 130, and the target image side landmark coordinates. A conversion parameter to be converted into (coordinates of the target coordinate system) is calculated. A known method can be used for this calculation.

この変形例によれば、処理時間が長い従来の反復的位置合わせ法を用いる代わりに、ランドマークを用いた位置合わせ方法を採用し、更に、各ランドマークに意味づけを持たせることにより、短い処理時間で画像の位置合わせを行うことができる。また、考慮するランドマークの個数も非常に少ないことから、極めて短い時間で画像の位置合わせを行うことができる。また、意味づけが為されたランドマーク同士を対応付けるようになっているので、対応付けの間違いが無く、高い精度での画像の位置合わせを行うことが可能である。   According to this modification, instead of using the conventional iterative alignment method with a long processing time, an alignment method using landmarks is adopted, and each landmark is made meaningful, thereby making it short. Image alignment can be performed in processing time. In addition, since the number of landmarks to be considered is very small, image alignment can be performed in a very short time. In addition, since the landmarks that have been given meaning are associated with each other, there is no mistake in association, and it is possible to perform image alignment with high accuracy.

[医用画像処理方法]
この発明に係る医用画像処理方法について説明する。上記の実施形態の医用画像処理装置は、この医用画像処理方法を実現するための装置の一例である。
[Medical image processing method]
A medical image processing method according to the present invention will be described. The medical image processing apparatus according to the above embodiment is an example of an apparatus for realizing this medical image processing method.

この発明に係る第1の医用画像処理方法は、2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理方法であって、以下の処理を含むものである:(1)各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定する;(2)各ボリュームデータについて、ランドマークの位置関係を示す位置関係情報を生成する;(3)位置関係情報に基づいて、ランドマークのうちの幾つかを除外し、除外後に残った2つの医用画像のランドマークを互いに対応付ける;(4)ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   A first medical image processing method according to the present invention is a medical image processing method for aligning volume data of two medical images, and includes the following processes: (1) Medical based on each volume data (2) generating positional relationship information indicating the positional relationship of landmarks for each volume data; (3) excluding some of the landmarks based on the positional relationship information; The landmarks of the two medical images remaining after the exclusion are associated with each other; (4) The two volume data are aligned based on the association of the landmarks.

このような医用画像処理方法によれば、上記の実施形態で説明したように、処理時間の短縮を図ることが可能であり、また画像の位置合わせを高い精度で行うことが可能である。   According to such a medical image processing method, as described in the above embodiment, it is possible to shorten the processing time and to perform image alignment with high accuracy.

この発明に係る第2の医用画像処理方法は、2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理方法であって、以下の処理を含むものである:(1)各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定する;(2)2つの医用画像のランドマークを互いに対応付ける:(3)ランドマークの対応付けに基づいて、一方のボリュームデータの位置を他方のボリュームデータの位置に合わせるための座標変換のパラメータを演算する;(4)パラメータに基づく位置合わせ後における、対応付けられたランドマークの間の距離を演算する;(5)距離に応じてパラメータを補正する;(6)補正されたパラメータに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   A second medical image processing method according to the present invention is a medical image processing method for aligning volume data of two medical images, and includes the following processes: (1) Medical based on each volume data (2) Associate two medical image landmarks with each other: (3) To match the position of one volume data with the position of the other volume data based on the association of the landmarks (4) Calculate the distance between the associated landmarks after alignment based on the parameter; (5) Correct the parameter according to the distance; (6) Correction Based on the set parameters, the two volume data are aligned.

このような医用画像処理方法によれば、ランドマークを用いることで処理時間の増大を回避できる。また、ランドマーク間の距離に基づいてパラメータを補正し、この補正されたパラメータを用いて画像の位置合わせを行うので、画像の位置合わせを高い精度で行うことが可能である。   According to such a medical image processing method, an increase in processing time can be avoided by using landmarks. In addition, since the parameters are corrected based on the distance between the landmarks and the images are aligned using the corrected parameters, the images can be aligned with high accuracy.

この発明に係る第3の医用画像処理方法は、2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理方法であって、以下の処理を含むものである:(1)各医用画像について、被検体の左右の肺に相当する画像領域を抽出する;(2)画像領域における各肺の肺尖部の位置と下端の位置とを検出する;(3)画像領域における肺尖部の位置と下端の位置とを所定の比で内分する断面位置における左肺の画像領域の左端位置と右肺の画像領域の右端位置とを検出する;(4)肺尖部の位置、下端の位置、左端位置及び右端位置に基づいて各医用画像のランドマークを設定する;(5)2つの医用画像のランドマークを互いに対応付ける;(6)ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う。   A third medical image processing method according to the present invention is a medical image processing method for aligning volume data of two medical images, and includes the following processing: (1) For each medical image, the subject Image regions corresponding to the left and right lungs are extracted; (2) the position of the apex and the lower end of each lung in the image region is detected; and (3) the position of the apex and the lower end of the lung in the image region Detecting the left end position of the left lung image region and the right end position of the right lung image region at a cross-sectional position that internally divides the position by a predetermined ratio; (4) apex position, lower end position, left end position And a landmark of each medical image is set based on the right end position; (5) the landmarks of the two medical images are associated with each other; (6) the two volume data are aligned based on the association of the landmarks. Do.

このような医用画像処理方法によれば、ランドマークを用いるとともに各ランドマークに意味づけを持たせることにより、短い処理時間で画像の位置合わせを行うことができる。また、考慮するランドマークの個数も非常に少ないことから、極めて短い時間で画像の位置合わせを行うことができる。また、意味づけが為されたランドマーク同士を対応付けるようになっているので、対応付けの間違いが無く、画像の位置合わせを高い精度で行うことが可能である。   According to such a medical image processing method, it is possible to perform image alignment in a short processing time by using landmarks and making each landmark meaningful. In addition, since the number of landmarks to be considered is very small, image alignment can be performed in a very short time. In addition, since the landmarks that have been given meanings are associated with each other, there is no mistake in association, and image alignment can be performed with high accuracy.

この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態の全体構成の一例を表す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an example of the overall configuration of an embodiment of a medical image processing apparatus according to the present invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態の抽出処理部の構成の一例を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing an example of a structure of the extraction process part of embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態のランドマーク対応付け部の構成の一例を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing an example of a structure of the landmark matching part of embodiment of the medical image processing apparatus which concerns on this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態の画像位置合わせ部の構成の一例を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing an example of a structure of the image position alignment part of embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態の画像位置合わせ部による処理の一例を説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an example of the process by the image position alignment part of embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態の画像位置合わせ部による処理の一例を説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an example of the process by the image position alignment part of embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態による処理の流れの一例を表す概略図である。It is the schematic showing an example of the flow of a process by embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態による処理を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process by embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の実施の形態による処理を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process by embodiment of the medical image processing apparatus concerning this invention. この発明に係る医用画像処理装置の変形例の全体構成の一例を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing an example of the whole structure of the modification of the medical image processing apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、100 医用画像処理装置
2 抽出処理部
21 画像領域抽出部
211 気管支抽出部
211a 局所閾値処理部
211b 画像領域分離処理部
212 肺血管抽出部
22 シード設定部
23 ランドマーク抽出部
24 ランドマーク抽出禁止部
3 位置関係情報生成部
4、130 ランドマーク対応付け部
41 線分対応付け部
42 多角形対応付け部
43 ランドマーク選択部
44 評価値設定部
45 対応付け評価処理部
5、140 画像位置合わせ部
51 変換パラメータ演算部
52 変換パラメータ補正部
6、150 断層画像生成部
7、160 表示部
8、170 操作部
F、F1、F2 重み付け関数(目的関数)
110 特定部位抽出処理部
120 ランドマーク設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Medical image processing apparatus 2 Extraction processing part 21 Image area extraction part 211 Bronchial extraction part 211a Local threshold value processing part 211b Image area separation processing part 212 Pulmonary blood vessel extraction part 22 Seed setting part 23 Landmark extraction part 24 Landmark extraction prohibition Unit 3 positional relationship information generation unit 4, 130 landmark association unit 41 line segment association unit 42 polygon association unit 43 landmark selection unit 44 evaluation value setting unit 45 association evaluation processing unit 5, 140 image registration unit 51 Conversion Parameter Calculation Unit 52 Conversion Parameter Correction Unit 6, 150 Tomographic Image Generation Unit 7, 160 Display Unit 8, 170 Operation Units F, F1, F2 Weighting Function (Objective Function)
110 Specific part extraction processing unit 120 Landmark setting unit

Claims (14)

2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理装置であって、
各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定する設定手段と、
各ボリュームデータについて、前記設定手段により設定されたランドマークに基づいて、同一の医用画像の2つのランドマークからなる対を複数形成し、前記複数の対のそれぞれについて、ランドマーク間の距離を演算し、前記距離を含む距離情報を位置関係情報として生成する生成手段と、
前記位置関係情報に基づいて、一方の医用画像のランドマークの対の間の距離と、他方の医用画像のランドマークの対の間の距離とを比較し、前記比較結果に基づいて対同士を暫定的に対応付け、前記暫定的な対のそれぞれについて、当該対に含まれないランドマークを付加して3つ以上のランドマークの組を形成し、当該組に含まれるランドマークを用いて求めた距離または角度に基づいて、2つの医用画像の間における前記組の対応度合いを示す評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ランドマークのうちの幾つかを除外し、前記除外後に残った医用画像のランドマークを互いに対応付ける対応付け手段と、
前記ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う位置合わせ手段と、
を備える、
ことを特徴とする医用画像処理装置。
A medical image processing apparatus for aligning volume data of two medical images,
Setting means for setting a landmark of a medical image based on each volume data;
For each volume data, a plurality of pairs of two landmarks of the same medical image are formed based on the landmarks set by the setting means, and the distance between the landmarks is calculated for each of the plurality of pairs. Generating means for generating distance information including the distance as positional relationship information;
Based on the positional relationship information, the distance between the pair of landmarks of one medical image is compared with the distance between the pair of landmarks of the other medical image, and the pair is determined based on the comparison result. Temporarily correlate, for each of the provisional pairs, add a landmark not included in the pair to form a set of three or more landmarks, and use the landmarks included in the set An evaluation value indicating the degree of correspondence of the set between two medical images is calculated based on the measured distance or angle, and some of the landmarks are excluded based on the evaluation value and remain after the exclusion Association means for associating landmarks of medical images with each other;
Alignment means for aligning two volume data based on the association of the landmarks;
Comprising
A medical image processing apparatus.
前記生成手段は、
前記設定手段により設定されたランドマークに基づいて、同一の医用画像の3つ以上のランドマークからなる組を複数形成し、
前記複数の組のそれぞれについて、3つ以上のランドマークを頂点とする多角形の前記頂点の角度を演算し、
前記角度を含む角度情報を前記位置関係情報として生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
The generating means includes
Based on the landmarks set by the setting means, a plurality of sets of three or more landmarks of the same medical image are formed,
For each of the plurality of sets, calculate an angle of the vertex of a polygon having three or more landmarks as vertices;
Generating angle information including the angle as the positional relationship information;
The medical image processing apparatus according to claim 1.
前記対応付け手段は、
前記位置関係情報に基づいて、2つの医用画像についてそれぞれ設定されたランドマークの対応度合いを示す評価値を演算し、
前記評価値に基づいて、2つの医用画像の間の前記ランドマークの対応付けを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
The association means includes
Based on the positional relationship information, an evaluation value indicating the degree of correspondence between the landmarks set for the two medical images is calculated,
Based on the evaluation value, the landmark is associated between two medical images.
The medical image processing apparatus according to claim 1.
前記対応付け手段は、
前記暫定的な対に含まれない1つのランドマークを付加して3つのランドマークの組を形成したときに、当該1つのランドマークと当該対の各ランドマークとの間の距離を演算し、
これらの距離の差が所定値以下である場合に、2つの医用画像の当該組同士を暫定的に対応付け、
当該暫定的な組に基づいて前記評価値を演算する、
ことを特徴とする請求項に記載の医用画像処理装置。
The association means includes
When one landmark not included in the temporary pair is added to form a set of three landmarks, a distance between the one landmark and each landmark of the pair is calculated,
When the difference between these distances is less than or equal to a predetermined value, the group of two medical images is provisionally associated with each other,
Calculating the evaluation value based on the provisional set;
The medical image processing apparatus according to claim 1 .
前記対応付け手段は、
前記距離の差が所定値以下であるランドマークを前記暫定的な対に順次に付加することにより、前記3つ以上のランドマークの組同士を暫定的に対応付け、
当該暫定的な組に基づいて前記評価値を演算する、
ことを特徴とする請求項に記載の医用画像処理装置。
The association means includes
By sequentially adding landmarks whose difference in distance is equal to or less than a predetermined value to the temporary pair, the set of three or more landmarks is temporarily associated with each other,
Calculating the evaluation value based on the provisional set;
The medical image processing apparatus according to claim 1 .
前記対応付け手段は、
前記ランドマークの組に含まれる2つのランドマークの間の距離を演算し、
2つの医用画像の間における当該距離の差が所定値を超えるランドマークに対して点数を付与し、前記点数が所定範囲に含まれるランドマークに基づいて前記評価値を演算する、
ことを特徴とする請求項に記載の医用画像処理装置。
The association means includes
Calculating a distance between two landmarks included in the set of landmarks;
Assigning a score to a landmark in which the difference in distance between the two medical images exceeds a predetermined value, and calculating the evaluation value based on the landmark whose score is included in the predetermined range;
The medical image processing apparatus according to claim 1 .
前記評価値は、前記点数が所定範囲に含まれるランドマークの個数とされる、
ことを特徴とする請求項に記載の医用画像処理装置。
The evaluation value is the number of landmarks whose score is included in a predetermined range.
The medical image processing apparatus according to claim 6 .
前記位置合わせ手段は、
前記対応付け手段により対応付けられたランドマークに基づいて、一方のボリュームデータの位置を他方のボリュームデータの位置に合わせるための座標変換のパラメータを演算し、
前記パラメータに基づく位置合わせ後における前記対応付けられたランドマークの間の距離を演算し、
当該距離が所定値以下であるランドマークのみに基づいて、新たな前記パラメータを演算する、
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
The alignment means includes
Based on the landmarks correlated by the correlating means, a coordinate conversion parameter for adjusting the position of one volume data to the position of the other volume data is calculated,
Calculating the distance between the associated landmarks after alignment based on the parameters;
Based on only landmarks whose distance is less than or equal to a predetermined value, the new parameter is calculated.
The medical image processing apparatus according to claim 1.
前記位置合わせ手段は、
前記対応付け手段により対応付けられたランドマークに基づいて、一方のボリュームデータの位置を他方のボリュームデータの位置に合わせるための座標変換のパラメータを演算し、
前記パラメータに基づく所定の連続関数に基づいて2つのボリュームデータの位置合わせを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
The alignment means includes
Based on the landmarks correlated by the correlating means, a coordinate conversion parameter for adjusting the position of one volume data to the position of the other volume data is calculated,
Aligning two volume data based on a predetermined continuous function based on the parameters,
The medical image processing apparatus according to claim 1.
前記所定の連続関数は滑らかな関数である、
ことを特徴とする請求項に記載の医用画像処理装置。
The predetermined continuous function is a smooth function;
The medical image processing apparatus according to claim 9 .
前記滑らかな関数は多項式である、
ことを特徴とする請求項10に記載の医用画像処理装置。
The smooth function is a polynomial;
The medical image processing apparatus according to claim 10 .
前記位置合わせ手段は、前記多項式の解を線形最適化法により演算し、前記解に基づいて2つのボリュームデータの位置合わせを行う、
ことを特徴とする請求項11に記載の医用画像処理装置。
The alignment means calculates a solution of the polynomial by a linear optimization method, and aligns two volume data based on the solution.
The medical image processing apparatus according to claim 11 .
前記位置合わせ手段により位置合わせされた2つのボリュームデータに基づいて、前記位置合わせにより同じ位置とされた断面における断層画像の画像データをそれぞれ生成する断層画像生成手段と、
前記画像データに基づく2つの断層画像を表示する表示手段と、
を更に備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
Based on the two volume data aligned by the alignment means, tomographic image generation means for respectively generating image data of tomographic images at the same cross section by the alignment;
Display means for displaying two tomographic images based on the image data;
Further comprising
The medical image processing apparatus according to claim 1.
2つの医用画像のボリュームデータの位置合わせを行う医用画像処理方法であって、
各ボリュームデータに基づいて医用画像のランドマークを設定し、
各ボリュームデータについて、設定された前記ランドマークに基づいて、同一の医用画像の2つのランドマークからなる対を複数形成し、前記複数の対のそれぞれについて、ランドマーク間の距離を演算し、前記距離を含む距離情報を位置関係情報として生成し、
前記位置関係情報に基づいて、一方の医用画像のランドマークの対の間の距離と、他方の医用画像のランドマークの対の間の距離とを比較し、前記比較結果に基づいて対同士を暫定的に対応付け、前記暫定的な対のそれぞれについて、当該対に含まれないランドマークを付加して3つ以上のランドマークの組を形成し、当該組に含まれるランドマークを用いて求めた距離または角度に基づいて、2つの医用画像の間における前記組の対応度合いを示す評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ランドマークのうちの幾つかを除外し、前記除外後に残った2つの医用画像のランドマークを互いに対応付け、
前記ランドマークの対応付けに基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う、
ことを特徴とする医用画像処理方法。
A medical image processing method for aligning volume data of two medical images,
Set landmarks for medical images based on each volume data,
For each volume data, a plurality of pairs of two landmarks of the same medical image are formed based on the set landmarks, and a distance between the landmarks is calculated for each of the plurality of pairs, Generate distance information including distance as positional relationship information,
Based on the positional relationship information, the distance between the pair of landmarks of one medical image is compared with the distance between the pair of landmarks of the other medical image, and the pair is determined based on the comparison result. Temporarily correlate, for each of the provisional pairs, add a landmark not included in the pair to form a set of three or more landmarks, and use the landmarks included in the set An evaluation value indicating the degree of correspondence of the set between two medical images is calculated based on the measured distance or angle, and some of the landmarks are excluded based on the evaluation value and remain after the exclusion The two medical image landmarks are associated with each other,
Based on the association of the landmarks, the two volume data are aligned.
A medical image processing method characterized by the above.
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