CN102727204A - 信息处理设备、信息处理方法和摄像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息处理设备和信息处理方法以及摄像系统。所述信息处理设备包括：第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

Description

信息处理设备、信息处理方法和摄像系统

技术领域

本发明涉及用于对各种医用摄像设备所拍摄的医用图像进行处理的信息处理设备、信息处理方法、用于使计算机执行信息处理的程序以及用于拍摄医用图像的摄像系统。

背景技术

使用医用摄像设备(医学影像设备(modality))所获取到的图像来检查患者或查看其患病区域。医学领域所使用的这些医学影像设备的例子包括简单的X射线摄像设备、X射线计算机断层扫描(X射线CT)摄像设备、磁共振成像(MRI)设备、以及超声波(US)摄像设备等。

通过将多个不同的医学影像设备所获取到的这些图像相关联，医生可以利用多个不同类型的图像来查看被检体的同一区域。例如，如果从预先拍摄的三维(3D)MRI图像中获取到与超声波摄像设备所拍摄的超声波图像相对应的MRI断层图像，则医生可以在比较这两个图像的情况下进行诊断。

作为用于实现上述处理的技术，US2007/0010743论述了以下内容：通过设置位置传感器的基准物体与患者所躺的床之间的位置关系并利用具有该位置传感器的超声波探测器指定体表上的一个预定点，来获取超声波图像和MRI图像之间的对应关系。在该技术中，如果患者改变他/她在床上的方向或姿势，则可能产生误差。

发明内容

根据本实施例的一方面，一种信息处理设备，包括：第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

根据本发明的另一方面，一种信息处理设备，包括：第一获取部件，用于获取第一坐标系中的被检体的胸骨上的多个位置；第二获取部件，用于获取第二坐标系中的所述被检体的胸骨上的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一坐标系和所述第二坐标系中的位置，来计算所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的相对关系。

根据本发明的另一方面，一种摄像系统，包括：超声波探测器，用于通过接触被检体的位置获取来自所述被检体的该位置的信号；摄像部件，用于基于所述超声波探测器所获取到的信号来获取超声波图像；第一获取部件，用于获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于基于所述超声波探测器与所述被检体相接触的位置来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系；以及图像生成部件，用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与所获取到的超声波图像相对应的断层图像。

根据本发明的又一方面，一种信息处理方法，包括以下步骤：获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及基于所获取到的所述三维图像中的多个位置和所获取到的所述被检体中的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明实施例的原理。

图1是示出根据本发明第一典型实施例的诊断摄像系统的结构的图。

图2是示出诊断摄像系统的硬件结构的图。

图3是示出诊断摄像系统的摄像功能的图。

图4是示出诊断摄像系统的被检体位置测量功能的图。

图5是示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。

图6是详细示出根据第一典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。

图7是示出用于获取基于肋骨的位置的坐标的处理的流程图。

图8是示出显示控制单元显示在监视器(显示单元)上的图像的图。

图9是示出用于判断第一特征位置获取单元或第二特征位置获取单元所执行的坐标位置获取处理的成功与否的判断单元所执行的处理的流程图。

图10是示出根据本发明第二典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。

图11是详细示出根据第二典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。

图12是示出根据本发明第三典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。

图13是详细示出根据第三典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明各种典型实施例、特征和方面。

图1示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统1的结构。诊断摄像系统1包括信息处理设备100、MRI设备110、超声波摄像设备120、位置姿势测量设备130、显示单元1400和操作单元1500。

MRI设备110使用核磁共振(NMR)方法来获取与被检体(例如，人体)内部的3D区域有关的信息。即，MRI设备110获取MRI图像。在该MRI图像中，将坐标系(MRI图像坐标系)定义为基准，并且由多个像素来表示该坐标系中的3D区域信息。

当使用于发送和接收超声波的(图3所示的)超声波探测器与被检体相接触时，超声波摄像设备120拍摄该被检体内部的超声波图像。在本典型实施例中，超声波摄像设备120拍摄示出被检体的截面区域的二维(2D)B模式超声波图像。

位置姿势测量设备130测量超声波探测器在3D空间内的位置和姿势。为此，例如可以通过将磁性或光学6自由度测量设备安装在超声波探测器上来实现该位置姿势测量设备130。超声波探测器的位置和姿势表示以超声波探测器为基准所定义的坐标系(探测器坐标系)和以位置姿势测量设备130为基准所定义的坐标系(传感器坐标系)之间的相对位置和姿势关系。

在探测器坐标系中，原点是超声波探测器的摄像面(与被检体相接触的表面)的中心，并且由从超声波探测器发射超声波束的方向来表示Y轴。另外，由包括在超声波摄像设备120所拍摄的超声波图像的摄像面上且与Y轴垂直的方向来表示X轴。由X轴和Y轴的叉积方向来表示Z轴。该探测器坐标系是如上所述由X轴、Y轴和Z轴所定义的3D正交坐标系。传感器坐标系是以位置姿势测量设备130为基准所定义的正交坐标系。例如，使用固定安装在执行测量的3D空间内的测量站(未示出)作为基准。

信息处理设备100包括MRI图像获取单元1010、第一特征位置获取单元1020、测量值获取单元1030、第二特征位置获取单元1040、变换规则计算单元1050、对应截面图像生成单元1060、超声波图像获取单元1070、显示图像生成单元1080、显示控制单元1090、判断单元1100以及输出单元1110。

MRI图像获取单元1010获取MRI设备110所拍摄的被检体的MRI图像。第一特征位置获取单元1020获取MRI图像获取单元1010所获取到的MRI图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置，作为MRI图像坐标系(第一坐标系)中的基于胸骨和肋骨的位置坐标。

在位置姿势测量设备130测量出超声波探测器的位置和姿势的值之后，测量值获取单元130获取这些值作为通过平移和转动所表示的4×4刚性变换矩阵。在作为基准的传感器坐标系中表示这些测量值。第二特征位置获取单元1040使用测量值获取单元1030所获取到的这些测量值，并且获取被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为传感器坐标系(第二坐标系)中的基于被检体的胸骨和肋骨的位置坐标。

变换规则计算单元1050基于第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040所获取到的信息来计算传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的位置坐标变换规则。即，变换规则计算单元1050计算被检体与3D图像之间的位置的对应关系。

对应截面图像生成单元1060基于测量值获取单元1030所获取到的与超声波探测器的位置和姿势有关的信息、变换规则计算单元1050所计算出的变换规则、以及MRI图像获取单元1010所获取到的MRI图像，来生成对应截面图像。该对应截面图像是从MRI图像分割得到的图像，并且该分割图像与超声波探测器所拍摄的被检体区域相对应。

超声波图像获取单元1070获取超声波摄像设备120所拍摄的被检体内部的超声波图像。显示图像生成单元1080基于对应截面图像生成单元1060所生成的对应截面图像以及超声波图像获取单元1070所获取到的超声波图像，来生成显示图像。

显示控制单元1090使显示单元1400显示所生成的显示图像。判断单元1100判断第二特征位置获取单元1040所获取到的被检体位置对于变换规则计算单元1050计算精确的变换规则而言是否充分或精确。如果该位置不充分或不适当，则输出单元1110使显示单元1400显示警告消息。代替显示警告消息，显示单元1400可以输出声音等。

图2示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统1的硬件结构。根据第一典型实施例的诊断摄像系统1包括信息处理设备100、MRI设备110、超声波摄像设备120、位置姿势测量设备130、监视器140、鼠标150和键盘160。

信息处理设备100包括中央处理单元(CPU)211、主存储器212、磁盘213和显示存储器214。另外，信息处理设备100连接至监视器140、鼠标150和键盘160。这些组件经由公共总线218相连接以相互进行通信。

CPU 211可以作为单个主处理器、专用微处理器阵列或其组合来实现。矢量或阵列处理可以由专用微处理器阵列来实现；这对于数据密集型图像的并行处理而言是有利的，但在硬件方面实现起来可能复杂且成本高。另一方面，单个主处理器可能更容易实现。在任意情况下，CPU 211主要控制信息处理设备100的各个组件的操作。主存储器212存储用于实现图5和6所示的流程图中的处理的程序。另外，主存储器212提供CPU 211执行该程序时的工作区域。磁盘213例如存储包括操作系统(OS)、外围设备装置驱动程序和用于执行以下所述的处理的程序的各种应用程序软件。

显示存储器214临时存储监视器140上所显示的数据。例如，监视器140是阴极射线管(CRT)监视器或液晶监视器，并基于从显示存储器214所供给的数据来显示图像。例如，鼠标150输入用户所指示的信息并且键盘160输入用户所键入的文本或命令。

当CPU 211载入并执行存储在主存储器212中的程序时，信息处理设备100的硬件和软件协作起作用。结果，信息处理设备100实现了如图1所示的上述功能。例如，监视器140用作显示单元1400。另外，信息处理设备100实现了图5和6所示的处理。

接着，将参考图3来说明诊断摄像系统1的摄像功能。超声波摄像设备120包括具有摄像面3020的超声波探测器3000。超声波摄像设备120通过使摄像面3020与被检体3030相接触并经由摄像面3020获取来自被检体3030的信号，来拍摄被检体3030的超声波图像。

位置姿势测量设备130的位置姿势传感器3010固定安装在超声波探测器3000上。这样，位置姿势测量设备130使用位置姿势测量基准3040作为基准，并测量超声波探测器3000的位置和姿势。

检查者从被检体3030拍摄超声波图像和MRI图像这两种图像。更具体地，检查者在保持超声波摄像设备120的超声波探测器3000处于被检体3030的体表上的情况下从被检体3030拍摄超声波图像。结果，检查者可以获取被检体3030的覆盖超声波摄像区域3100的超声波图像3110。当检查者使超声波探测器3000与体表相接触时，超声波摄像区域3100表示被检体3030的相应内部的断层图像。

对于该超声波图像3110，定义了超声波图像坐标系3120。在该坐标系中，例如，原点是超声波图像3110的左上角的像素的位置，由水平方向来表示X轴，由垂直方向来表示Y轴，并且由X轴和Y轴的叉积方向来表示Z轴。

位置姿势测量设备130通过使用位置姿势测量基准3040作为基准来获取超声波探测器3000的位置和姿势作为测量值。这样，以位置姿势测量基准3040作为基准，还获取由超声波探测器3000所定义的超声波摄像区域3100的位置和姿势作为测量值。使用位置姿势测量基准3040作为基准的坐标系(传感器坐标系)与超声波图像坐标系之间的关系是基于位置姿势测量设备130所获得的测量结果而唯一确定的。

当拍摄MRI图像时，用户设置MRI设备110的摄像区域3200。用户可以拍摄摄像区域3200中的被检体3030的多个MRI图像3210。这些MRI图像3210分别是示出被检体3030的3D构造的3D图像。

在MRI图像中，定义了MRI图像坐标系3220。例如，MRI设备110使用该坐标系作为基准。如果可以获得MRI图像坐标系3220和传感器坐标系之间的关系，则还可以获得MRI图像坐标系3220和超声波图像坐标系3120之间的关系。结果，可以对MRI图像3210和超声波图像3110中绘制出的被检体3030内部的图像进行对准、比较和检查。

将参考图4来说明用于获得MRI图像坐标系3220和传感器坐标系之间的关系的测量处理的概述。首先，信息处理设备100分别在MRI图像坐标系(第一坐标系)和传感器坐标系(第二坐标系)中获取被检体(人体)的胸骨和肋骨附近的体表位置。接着，基于所获取到的位置，信息处理设备100计算这两个坐标系之间的坐标变换。

胸骨4050和肋骨4060存在于被检体3030的内部。检查者使超声波探测器3000的摄像面3020与被检体3030的胸骨附近的至少两个测量点4070以及被检体3030的肋骨附近的至少两个测量点4080相接触。接着，位置姿势测量设备130测量摄像面3020的位置和姿势。这样，位置姿势测量设备130以位置姿势测量基准3040作为基准，来测量被检体3030的胸骨附近的测量点4070的位置和肋骨附近的测量点4080的位置。

期望测量出胸骨附近的这种体表位置。这是因为：当利用超声波探测器3000等从体外非侵入地识别被检体的位置时，检查者可以容易地指定胸骨的位置。另外，即使被检体使他/她的姿势在仰卧和俯卧之间改变，胸骨的位置也不易改变。特别地，当检查者对胸部区域进行诊断时，由于胸骨的位置位于胸部区域附近并且检查者可以精确地指定胸骨的位置，因此期望使用胸骨。另外，即使从体外也可以特别精确地指定胸骨中第二肋骨根部附近的体表位置，并且该位置的测量对被检体造成的负担极小。另外，由于还可以容易且精确地指定胃部附近(胸骨下端)的体表位置，因此该位置是要测量的另一期望位置。

还可以从被检体的体外容易地测量出肋骨附近的位置。另外，由于这些位置的测量不易受被检体的姿势改变所影响，因此这些肋骨附近的位置可以适当用于与3D图像进行对准。特别地，假定左右两侧的肋骨关于被检体的体轴大致对称，则检查者可以指定关于胸骨对称的左右两侧的一对肋骨附近的点。这样，可以提高对准精度。另外，检查者可以容易地指定这些位置。指定肋骨附近的这些位置仅是第一典型实施例的例子。以下将说明检查者没有指定肋骨位置的另一例子。

通过获取如上所述所获取到的被检体位置与利用MRI图像所指定的位置之间的对应关系，信息处理设备100可以获得超声波探测器所拍摄的超声波图像和与该超声波图像相对应的MRI图像的对应区域(对应截面)。因而，通过使用MRI图像和超声波图像这两者，检查者可以精确且有效地对诸如肺或乳房等的胸部区域进行诊断。

接着，将参考图5的流程图来说明信息处理设备100所执行的处理。如上所述，CPU 211通过执行存储在主存储器212中且实现各组件的功能的程序来实现该处理。另外，将信息处理设备100所执行的各个步骤的结果存储和记录在主存储器212中。

另外，与处理步骤无关，测量值获取单元1030顺次获取位置姿势测量设备130所测量出的超声波探测器的位置和姿势的值。测量值获取单元1030存储与这些值有关的信息，并响应于来自其它处理单元的请求来输出更新后的测量结果。另外，与处理步骤无关，超声波图像获取单元1070还顺次获取超声波摄像设备120所拍摄的超声波图像。超声波图像获取单元1070存储与这些图像有关的信息，并响应于来自其它处理单元的请求来输出更新后的超声波图像。

在步骤S500中，MRI设备110拍摄被检体，并且MRI图像获取单元1010获取3D MRI图像。该MRI图像由多个像素构成，并且各个像素均具有亮度值和位置信息。通过MRI图像所使用的坐标系(MRI图像坐标系)为基准的3D位置坐标来表示各个像素的位置。

在步骤S510中，第一特征位置获取单元1020获取MRI图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为MRI图像坐标系中的位置。被检体的胸骨和肋骨附近的这些体表位置例如是被检体的体表中在空间上离胸骨表面位置和肋骨表面位置最近的位置。被检体的胸骨的上端和下端附近的体表位置可以用作胸骨附近的体表位置。另外，例如，被检体的左右两侧的第二肋骨附近的体表位置可以用作肋骨附近的体表位置。然而，肋骨附近的体表位置没有必要一定是被检体的第二肋骨附近的体表位置。例如，可以使用被检体的诸如第一肋骨或第三肋骨等的任意肋骨附近的体表位置。然而，期望使用与步骤S520所使用的肋骨相同的肋骨。

例如，第一特征位置获取单元1020可以按照如下获取胸骨和肋骨附近的这些体表位置。首先，信息处理设备100使监视器140显示MRI图像的诸如轴向图像、矢状图像或冠状图像等的分割得到的任意截面图像。接着，用户操作鼠标150或键盘160等以对该截面图像的位置或姿势进行切换。接着，用户操作鼠标150等以指定该截面图像中绘制出的胸骨和肋骨附近的体表位置，并且第一特征位置获取单元1020获取这些指定位置。基于该截面图像的位置和姿势以及用户在该截面图像中指定的位置，第一特征位置获取单元1020计算MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置。

在上述说明中，用户操作鼠标150等以在MRI图像中指定胸骨和肋骨附近的体表位置，并且第一特征位置获取单元1020获取这些指定位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，在用户操作鼠标150等并指定胸骨和肋骨的位置之后，第一特征位置获取单元1020可以获取与这些位置有关的信息。接着，第一特征位置获取单元1020可以执行图像处理等以计算这些位置附近的体表位置。例如，可以对MRI图像执行图像处理，并且可以提取出被检体的体表的形状作为密集点群等。这样，第一特征位置获取单元1020可以从该点群中选择用户所指定的位置附近的点。

信息处理设备100将步骤S510中所获取到的位于MRI图像坐标系中的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置记录为p_M1。同样，信息处理设备100将胸骨下端附近的体表位置记录为p_M2。另外，信息处理设备100将左右两侧的第二肋骨附近的体表位置分别记录为p_M3和p_M4。期望位置p_M3和p_M4关于被检体的体轴对称。其原因将在以下说明步骤S533时进行详细说明。信息处理设备100可以按用户指定这四个位置p_M1～p_M4的顺序记录这些位置。可选地，信息处理设备100可以基于用户输入至键盘160的指示来按任意顺序记录这些位置。信息处理设备100将位置p_M1～p_M4作为表示3D空间内的位置的扩展矢量进行记录。如果输入了这四个点的所有位置，则该操作进入步骤S520。

在上述说明中，被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置是基于用户的输入操作所获取的。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，还可以将上述数据预先存储在外部记录装置等中。这样，如果用户将该数据输入至信息处理设备100，则第一特征位置获取单元1020可以获取该数据。

在步骤S520中，第二特征位置获取单元1040获取传感器坐标系中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。例如，该处理可以按照如下来执行。用户保持超声波探测器，以使得该超声波探测器的摄像面的中心与被检体的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置相接触。接着，用户操作键盘160等，以输入用于获取位置的命令。接着，测量值获取单元1030获取与传感器坐标系中的超声波探测器的位置和姿势有关的更新后的测量结果。信息处理设备100将超声波探测器的摄像面的中心位置记录为p_U1。同样，信息处理设备100将胸骨下端附近的体表位置记录为p_U2。另外，信息处理设备100将左右两侧的第二肋骨附近的体表位置分别记录为“p_U3”和“p_U4”。期望位置p_U3和pU4关于被检体的体轴对称。其原因将如下说明步骤S533时进行详细说明。信息处理设备100可以按用户指定这四个位置p_U1～p_U4的顺序记录这些位置。可选地，信息处理设备100可以基于用户输入至键盘160的指示来按任意顺序记录这些位置。信息处理设备100将位置p_U1～p_U4作为表示3D空间内的位置的扩展矢量进行记录。

在上述说明中，使用在传感器坐标系中测量位置和姿势的超声波探测器，并且获取该超声波探测器的摄像面的中心位置，以获取被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，代替超声波探测器，可以使用诸如触针等的装置。在这种情况下，可以在传感器坐标系中测量触针的前端。更具体地，当触针的前端与被检体的预定区域相接触时可以获取到该触针的前端的位置。这样，在步骤S520中，第二特征位置获取单元1040获取胸骨和肋骨附近的体表位置。接着，该操作进入步骤S530。

在步骤S530中，变换规则计算单元1050计算与传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换有关的变换规则。换言之，变换规则计算单元1050通过计算第一特征位置获取单元1020所获取到的基于胸骨和肋骨的多个位置以及第二特征位置获取单元1040所获取到的基于胸骨和肋骨的多个位置之间的对应关系，来计算被检体和3D图像之间的位置对应关系。以下将参考图6来详细说明步骤S530。

在步骤S540中，对应截面图像生成单元1060通过使用超声波探测器的位置和姿势以及步骤S530中所获取到的变换规则来生成与基于预定帧频而顺次输入的超声波图像相对应的MRI对应截面图像。另外，显示图像生成单元1080生成显示图像，以使得对超声波图像和对应截面图像进行比较和检查。更具体地，执行以下的处理。

首先，对应截面图像生成单元1060获取探测器坐标系中的超声波摄像区域。例如，如果超声波图像为矩形，则对应截面图像生成单元1060获取该图像的四个角的位置。接着，对应截面图像生成单元1060从测量值获取单元1030中获取与超声波探测器的位置和姿势有关的更新后的测量值。接着，基于这些值，对应截面图像生成单元1060计算这四个角在传感器坐标系中的位置。

另外，基于步骤S530中所计算出的变换规则M4，对应截面图像生成单元1060将这些位置变换成MRI图像坐标系中的位置。这样，对应截面图像生成单元1060计算这四个角在MRI图像坐标系中的位置。接着，对应截面图像生成单元1060计算MRI图像坐标系中的矩形区域，其中该区域是通过连结这四个角的位置所构成的区域。通过切出该区域中的MRI图像，对应截面图像生成单元1060生成对应截面图像。

接着，显示图像生成单元1080获取超声波图像获取单元1070所获取到的更新后的超声波图像。接着，显示图像生成单元1080生成如下的显示图像，其中在该显示图像中，可以对超声波图像和对应截面图像生成单元1060所获取到的对应截面图像进行比较和检查。显示图像生成单元1080将该显示图像显示在监视器140等上。例如，显示图像生成单元1080可以将对应截面图像和超声波图像并排显示在该显示图像中。可选地，显示图像生成单元1080可以将这两个图像的其中一个叠加在另一个图像上进行显示。

这样，用户可以比较和检查超声波图像以及与该超声波图像相对应的MRI截面图像。对每时每刻输入的超声波图像重复执行步骤S540，直到用户输入预定命令为止。

在步骤S550中，信息处理设备100判断是否结束该处理。如果需要结束该处理(步骤S550中为“是”)，则该操作结束。否则(步骤S550中为“否”)，该操作返回至步骤S520。信息处理设备100基于用户输入至鼠标150或键盘160的操作来进行该判断。因而，通过观察步骤S540中显示在监视器140上的超声波图像和对应截面图像，用户可以判断在步骤S530中是否适当执行了坐标变换。即，用户可以对信息处理设备100所执行的处理进行切换。例如，如果用户判断为适当执行了坐标变换(步骤S550中为“是”)，则信息处理设备100结束该处理。否则(步骤S550中为“否”)，信息处理设备100可以使第二特征位置获取单元1040再次获取传感器坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置并使变换规则计算单元1050再次计算坐标变换。

可选地，在用户判断为已适当执行了坐标变换之后，代替结束该处理，信息处理设备100可以继续该处理。例如，信息处理设备100通过使用MRI图像和超声波图像，还可以执行用于更加精确地校正坐标变换的、包括与被检体的姿势变化有关的校正的处理。在这种情况下，信息处理设备100可以使用步骤S530中所计算出的与坐标变换有关的变换规则作为初始值。

接着，将参考图6的流程图来详细说明步骤S530。在步骤S531中，变换规则计算单元1050计算如下的坐标变换，其中该坐标变换用以使传感器坐标系中的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置p_U1与MRI图像坐标系中的胸骨上端附近的体表位置p_M1对准。由于能够从体外最精确且最容易地指定第二肋骨根部附近的这种点，因此优选使用该点来进行对准。该坐标变换由刚性变换矩阵M₁来表示。刚性变换矩阵M₁是满足数学表达式(1)的关系的4×4矩阵。

p_M1＝M₁p_U1    (1)

另外，变换规则计算单元1050通过使用刚性变换矩阵M₁并对传感器坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置p_U1～p_U4进行刚性变换，来计算位置p_U1′～p_U4′。在根据第一典型实施例的变换中，位置p_U1和p_U1′表示同一位置。

在步骤S532中，变换规则计算单元1050计算如下的坐标变换，其中该坐标变换用以使连接有步骤S531中执行了坐标变换的胸骨上端和下端附近的体表位置的直线(胸骨轴)与MRI图像坐标系中的相应胸骨轴对准。更具体地，变换规则计算单元1050按照如下计算坐标变换。首先，基于数学表达式(2)，变换规则计算单元1050计算由步骤S531中执行了坐标变换的、胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置和胸骨下端附近的体表位置所定义的胸骨方向矢量d_U2。

d_U2＝p′_U2-p′_U1    (2)

同样，基于数学表达式(3)，变换规则计算单元1050计算由MRI图像坐标系中的胸骨上端和下端附近的体表位置所定义的胸骨方向矢量d_M2。

d_M2＝p_M2-p_M1    (3)

接着，基于数学表达式(4)，变换规则计算单元1050计算这两个矢量的叉积、即表示转动轴方向的矢量d_a2，以使矢量d_U2(位置姿势测量设备130所测量出的被检体的胸骨方向)与矢量d_M2(在3D MRI图像中指定的被检体的胸骨方向)对准。

d_a2＝d_U2×d_M2    (4)

接着，基于数学表达式(5)，变换规则计算单元1050以由基于数学表达式(4)所计算出的矢量d_a2所表示的方向作为轴来计算转动量θ₂(转动角)。

${\mathrm{\θ}}_2={\cos }^{-1}\left(\frac{d_{U2}\·d_{M2}}{\left|\right|d_{U2}\left|\right|\left|\right|d_{M2}\left|\right|}\right)---\left(5\right)$

接着，变换规则计算单元1050计算如下的刚性变换矩阵M₂，其中该刚性变换矩阵M₂能够以步骤S531中执行了坐标变换的胸骨上端附近的体表位置p_U1′作为中心且以矢量d_a2的方向作为轴转动了转动量θ₂。该刚性变换矩阵M₂是4×4矩阵并且可以利用已知方法来进行计算。刚性变换矩阵M₂表示被检体和3D图像之间的对应关系，并且使第一特征位置获取单元1020所获取到的基于被检体的第二肋骨根部的位置与第二特征位置获取单元1040所获取到的3D MRI图像中的基于第二肋骨根部的位置对准。假定胸骨上端(第二肋骨根部)附近的位置的测量值是最可靠的值并且胸骨下端附近的位置的测量值是第二可靠的值，如果使用胸骨的这些位置，则可以执行精确对准。

另外，变换规则计算单元1050使用刚性变换矩阵M₂来对步骤S531中执行了刚性变换的胸骨和肋骨附近的体表位置p_U1′～p_U4′执行刚性变换，以计算位置p_U1″～p_U4″。在根据第一典型实施例的变换中，位置p_U1、p_U1′和p_U1″表示同一位置。

在步骤S533中，变换规则计算单元1050基于MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置以及步骤S532中所计算出的胸骨和肋骨附近的体表位置，来计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换。

图7示意性示出步骤S510中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置p_M1、p_M3和p_M4以及步骤S520中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置p_U1、p_U3和p_U4。尽管实际被检体的这些位置存在于3D空间内，但为了便于说明，如图7所示，将这些位置投影到被检体的轴向截面上。另外，在位置p_U1、p_U3和p_U4以及位置p_M1、p_M3和p_M4是以不同的坐标系所表示的位置的情况下，图7示出被检体上的各个位置。在图7中，在被检体的整个体表730上，左右两侧的肋骨附近的体表700和710分别是肋骨附近的区域。如图7所示，被检体的左右两侧的肋骨附近的体表700和710可被看作3D空间中关于被检体的体轴大致对称的曲线。

步骤S510中所获取到的位置p_M3存在于左侧第二肋骨附近的弯曲体表700上，并且步骤S510所获取到的位置p_M4存在于右侧第二肋骨附近的弯曲体表710上。同样，步骤S520中所获取到的位置p_U3存在于左侧第二肋骨附近的弯曲体表700上，并且步骤S520中所获取到的位置p_U4存在于右侧第二肋骨附近的弯曲体表710上。然而，如图7所示，位置p_M3和p_U3(p_M4和p_U4)没有必要一定表示被检体的同一区域。因而，如果所获取到的p_M3、p_M4、p_U3和p_U4在左右两侧的第二肋骨附近的体表上完全自由，则使用这些点并计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换并不容易。因此，在第一典型实施例中，在步骤S510和S520中，用户获取左右两侧的肋骨附近的体表位置，其中这些位置关于被检体的体轴大致对称。这样，变换规则计算单元1050可以使用简单的处理来计算坐标变换。

接着，将详细说明变换规则计算单元1050所执行的步骤S533。首先，变换规则计算单元1050计算相对于如下平面的法线n_UL，其中该平面包括步骤S532中所计算出的胸骨上端和下端附近的体表位置以及左侧第二肋骨附近的体表位置。变换规则计算单元1050基于数学表达式(6)来计算法线n_UL。

n_UL＝(p_U2″-p_U1″)×(p_U3″-p_U1″)    (6)

同样，基于数学表达式(7)，变换规则计算单元1050计算如下平面的法线n_UR，其中该平面包括胸骨上端和下端附近的体表位置以及右侧第二肋骨附近的体表位置。

n_UR＝(p_U4″-p_U1″)×(p_U2″-p_U1″)    (7)

接着，基于数学表达式(8)，变换规则计算单元1050计算法线n_UL和n_UR的平均矢量n_U。

$n_U=\frac{n_{\mathrm{UL}}+n_{\mathrm{UR}}}{2}---\left(8\right)$

另外，基于MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置，变换规则计算单元1050通过使用数学表达式(9)、(10)和(11)来计算法线n_ML和n_MR及其平均矢量n_M。

n_ML＝(p_M2-p_M1)×(p_M3-p_M1)    (9)

n_MR＝(p_M4-p_M1)×(p_M2-p_M1)    (10)

$n_M=\frac{n_{\mathrm{ML}}+n_{\mathrm{MR}}}{2}---\left(11\right)$

接着，基于数学表达式(12)和(13)，变换规则计算单元1050计算用于使矢量n_U和n_M的方向对准的转动轴d_a3和转动量θ₃。

d_a3＝n_U×n_M    (12)

${\mathrm{\θ}}_3={\cos }^{-1}\left(\frac{n_U\·n_M}{\left|\right|n_U\left|\right|\left|\right|n_M\left|\right|}\right)---\left(13\right)$

接着，变换规则计算单元1050计算如下的刚性变换矩阵M₃，其中该刚性变换矩阵M₃能够以步骤S532中通过坐标变换所获得的胸骨上端附近的体表位置p_U1″作为中心且以矢量d_a3的方向作为轴转动了转动量θ₃。刚性变换矩阵M₃根据第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040所获取到的基于肋骨的位置对应关系，示出被检体和3D MRI图像之间以胸骨作为轴的转动方向对应关系。刚性变换矩阵M₃是4×4矩阵，并且可以利用已知方法来进行计算。

在步骤S534中，变换规则计算单元1050通过将刚性变换矩阵M₁～M₃进行合成来计算刚性变换矩阵M₄。该刚性变换矩阵M₄将传感器坐标系中的位置坐标变换成MRI图像坐标系中的对应位置坐标。该计算通过使用数学表达式(14)来执行。

M₄＝M₃M₂M₁    (14)

通过上述步骤S531～S534，变换规则计算单元1050计算用于将传感器坐标系中的位置坐标变换成MRI图像坐标系中的对应位置坐标的刚性变换矩阵M₄。这样，信息处理设备100执行了该处理。

在步骤S530中，信息处理设备100还可以执行如下的处理。即，监视器140可以显示通过基于刚性变换矩阵M₄对步骤S520中所获取到的传感器坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置执行刚性变换所获得的位置，以使得检查者可以识别3D位置关系。以相同的方式，监视器140可以显示步骤S510中所获取到的MRI图像坐标系中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。这样，信息处理设备100可以向用户呈现胸骨和肋骨附近的体表位置之间的位置关系。结果，用户可以识别是否适当执行了步骤S531～S534。

图8示出步骤S540中显示单元1400响应于来自显示控制单元1090的指示所显示的显示图像800。在显示图像800中，并排显示MRI断层图像810和超声波图像820。显示图像800是在拍摄超声波图像820期间由显示单元1400所显示的。基于变换规则计算单元1050所计算出的被检体和3D图像之间的对应关系，生成与所拍摄的超声波图像820相对应的MRI断层图像810。

因而，基于根据第一典型实施例的诊断摄像系统1，可以在无需复杂操作的情况下精确地计算出传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的变换规则。

变形例1-1

在上述例子中，为了获取3D图像和被检体之间的对应关系，检查者需要手动指定被检体的体表位置。信息处理设备100可以具有用于呈现测量用的用户辅助信息的功能，以减轻对检查者的负担。

将参考图9的流程图来说明辅助检查者作业的处理。每当在上述的图5的步骤S520中第二特征位置获取单元1040获取到被检体的测量位置时执行该处理。

首先，在步骤S900中，判断单元1100获取第二特征位置获取单元1040所获取到的特征位置。接着，在步骤S910中，判断单元1100判断所获取到的位置相对于阈值是否大幅偏移。在一个例子中，判断单元1100判断是否获取到预定位置。在上述例子中，这些预定位置是基于胸骨的两个点(第二肋骨根部附近的一个点和胸骨下端附近的另一点)以及基于关于胸骨对称的肋骨的两个点。判断单元1100判断所获取到的特征位置与这些预定位置中的任一个是否相匹配。

在另一例子中，判断单元1100判断第二特征位置获取单元1040所获取到的多个胸骨位置是否分布在超过正常被检体的胸骨大小的范围内。如果是，则判断单元1100将该测量判断为失败。在检查者测量平躺在床上的被检体的另一例子中，可以认为胸骨的方向与床的方向大致平行，或者床方向和胸骨方向所成的角度至少落入预定角度范围内。因而，在该例子中，如果由基于胸骨的多个位置所获取到的胸骨位置相对于床的水平方向成预定角度以上，则判断单元1100将该测量判断为失败。

在已指定胸骨的三个点以上的位置的另一例子中，如果判断单元1100判断为与其它点相比、一个点相对于预定阈值大幅偏移，则判断单元1100将该测量判断为失败。如果判断单元1100将该测量判断为失败(步骤S910中为“是”)，则该操作进入步骤S920中。否则(步骤S910中为“否”)，该操作跳过步骤S920并进入步骤S930。在步骤S920中，输出单元1110使显示单元1400显示表示所获取到的位置不适当的警告。

在步骤S930中，判断单元1100判断是否已处理了所获取到的所有位置。如果仍存在未处理的点(步骤S930中为“否”)，则该操作返回至步骤S900。如果已处理了所有的输入点(步骤S930中为“是”)，则该操作进入步骤S940。

在步骤S940中，判断单元1100判断是否已获取到所有的预定特征位置。在上述例子中，这些预定特征位置是基于胸骨的两个点(第二肋骨根部附近的一个点和胸骨下端附近的另一点)以及基于关于胸骨对称的肋骨的两个点。如果已获取到所有的预定特征位置(步骤S940中为“是”)，则该操作跳过步骤S950并结束该处理。否则(步骤S940中为“否”)，该操作进入步骤S950。在步骤S950中，输出单元1110输出与未获取到的特征位置有关的警告信息并且显示单元1400显示该信息。

不仅可以对第二特征位置获取单元1040所执行的获取处理执行上述处理，还可以对第一特征位置获取单元1020所执行的获取处理执行上述处理。这样，检查者可以更容易地指定3D图像中的特征位置。

信息处理设备100可以以另一方式向用户呈现辅助信息。例如，信息处理设备100可以呈现用以辅助用户获取关于被检体的体轴对称的位置p_U3和p_U4的辅助信息。例如，基于与所获取到的位置p_U1～p_U4有关的信息，计算从连结位置p_U1和p_U2的直线到位置p_U3的距离以及从该直线到位置p_U4的距离。如果这些距离之间的差等于或大于预定值，则显示单元1400可以呈现用于请求检查者再次获取这些位置的消息等。

可选地，如果第二特征位置获取单元1040在获取到位置p_U1～p_U3之后获取到位置p_U4，则可以计算出从连结位置p_U1和p_U2的直线到位置p_U3的距离以及从连结位置p_U1和p_U2的直线到作为超声波探测器的摄像面中心的当前位置的距离。这样，显示单元1400可以呈现与这些距离之间的差有关的信息。例如，如果这些距离之间的差等于或小于预定值，则显示单元1400可以输出蜂鸣声。如果基于这些距离之间的差来控制蜂鸣声的生成间隔，则针对较小的差可以以较短的间隔生成蜂鸣声。

可选地，显示单元1400可以将诸如使用户能够三维地掌握所获取到的位置p_U1～p_U4之间的位置关系的图像等的信息显示在监视器140上。基于上述处理，由于判断单元1100辅助用户获取关于被检体的体轴对称的位置p_U3和p_U4，因此该用户可以在步骤S530之后获取到适当信息。

在另一例子中，当执行测量处理时，第二特征位置获取单元1040向用户呈现辅助信息。例如，显示单元1400可以使监视器140显示人体的胸部区域中标记有胸骨和肋骨的位置的示意图像。在这种情况下，可以根据胸骨和肋骨附近的体表位置的获取状态来以不同的方式标记该示意图中的位置。例如，如果按预定顺序获取这些位置，则基于当前获取状态，可以以不同的方式来标记接下来要获取的位置。

如果以任意顺序获取到这些位置，则可以显示不同的标记以将所获取到的位置与未获取到的位置区分开。基于上述处理，可以请求用户获取胸骨和肋骨附近的体表位置。

变形例1-2

在第一典型实施例中，在步骤S520中，用户指定被检体的肋骨附近的体表上的一个右侧位置和一个左侧位置，并且第二特征位置获取单元1040获取这些位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，用户可以指定肋骨附近的体表的右侧或左侧的多个位置，并且第二特征位置获取单元1040可以获取这些位置。例如，作为被检体的左侧肋骨附近的体表位置，用户可以指定多个位置p_U3i(1≤i≤N，其中N是位置的数量)，并且第二特征位置获取单元1040获取这些位置。

在这种情况下，第二特征位置获取单元1040被配置为能够从多个位置p_U3i(1≤i≤N)中选择适合于计算坐标变换的位置。例如，第二特征位置获取单元1040计算胸骨上端附近的体表位置p_U1与右侧肋骨附近的体表位置p_U4之间的距离d_U14。另外，第二特征位置获取单元1040计算左侧肋骨附近的体表上的多个位置p_U3i各自与胸骨上端附近的体表位置p_U1之间的距离，作为距离d_U13i(1≤i≤N)。接着，在这些距离d_U13i(1≤i≤N)中，第二特征位置获取单元1040选择与距离d_U14最接近的一个距离并将相应的位置判断为位置p_U3。基于上述方法，当获取到传感器坐标系中的被检体肋骨附近的体表位置时，用户无需执行用于选择关于被检体的体轴对称的位置的复杂处理。因而，可以通过较为简单的操作来获取这些位置。

变形例1-3

在第一典型实施例的步骤S510和S520中，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040获取到被检体的胸骨的上端和下端附近的体表位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，只要可以使MRI图像坐标系和传感器坐标系相关联，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040就可以获取到其它体表位置。另外，胸骨下端附近的体表位置在MRI图像坐标系和传感器坐标系之间没有必要一定对准。

变形例1-4

在第一典型实施例的步骤S533中，变换规则计算单元1050使用数学表达式(8)来计算相对于包括左侧第二肋骨附近的体表位置的平面的法线n_UL与相对于包括右侧第二肋骨附近的体表位置的平面的法线n_UR的平均矢量n_U。同样，变换规则计算单元1050使用数学表达式(11)来计算法线n_ML和n_MR的平均矢量n_M。然而，本发明的实施例不限于该例子。变换规则计算单元1050可以计算相对于包括左侧第二肋骨附近的体表位置和右侧第二肋骨附近的体表位置这两者的平面的法线。即，代替使用数学表达式(6)～(8)，变换规则计算单元1050可以使用数学表达式(15)来计算矢量n_U。同样，代替使用数学表达式(9)～(11)，变换规则计算单元1050可以使用数学表达式(16)来计算矢量n_M。

n_U＝(p_U2″-p_U1″)×(p_U3″-p_U4″)    (15)

n_M＝(p_M2-p_M1)×(p_M3-p_M4)    (16)

基于上述方法，变换规则计算单元1050可以更加容易地计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换。

变形例1-5

在第一典型实施例中，变换规则计算单元1050使用被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置来计算传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，变换规则计算单元1050可以使用被检体的胸骨和肋骨的位置来计算传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换。

在这种情况下，在步骤S510中，第一特征位置获取单元1020例如基于用户输入至鼠标150或键盘160的操作来获取MRI图像中的被检体的胸骨和肋骨的位置。在步骤S520中，第二特征位置获取单元1040使监视器140显示超声波图像获取单元1070所获取到的超声波图像，并且例如基于用户输入至鼠标150的操作来获取超声波图像中的胸骨和肋骨的位置。另外，第二特征位置获取单元1040基于测量值获取单元1030所获取到的超声波探测器的位置和姿势的测量值以及在超声波图像中指定的位置来计算传感器坐标系中的胸骨和肋骨的位置。基于上述方法，与利用第一典型实施例中的体表位置相比，变换规则计算单元1050可以直接使用不易受到因摄像环境等所引起的位置波动影响的胸骨和肋骨的位置。因而，变换规则计算单元1050可以计算出更加精确的变换规则。

另外，可以以另一方式来获取传感器坐标系中的胸骨和肋骨的位置。例如，在执行第一典型实施例的步骤S520之后，第二特征位置获取单元1040可以获取在发射超声波束的方向上相对于超声波探测器的摄像面远离了预定距离的位置，作为胸骨和肋骨的位置。例如，可以使用体表和胸骨(或肋骨)之间的统计平均距离作为该预定距离。可选地，例如，可以基于被检体的年龄、性别、体重或其它临床信息等来确定该预定距离。

可选地，可以获取MRI图像中的胸骨和肋骨的位置以及胸骨和肋骨附近的体表位置。在这种情况下，可以计算MRI图像中的胸骨与胸骨附近的体表之间的距离以及肋骨和肋骨附近的体表之间的距离。各个距离均可用作预定距离。在这种情况下，考虑到例如被检体在拍摄MRI图像时和拍摄超声波图像时的姿势的差异，可以改变该距离。

基于上述方法，用户无需在超声波图像中指定骨的位置。因而，用户可以更加容易地执行该处理。在另一方面中，可以在3D MRI图像中指定特征胸骨位置，并且可以通过由位置姿势测量设备130对位置和姿势进行测量的超声波探测器来指定容易指定的体表位置。这样，检查者可以更加容易地执行对准。

在第一典型实施例中，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040分别获取被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为四个点的群。然而，本发明的实施例不限于该典型实施例。在第二典型实施例中，获取多个点(点群)作为肋骨附近的体表位置。

由于根据本发明第二典型实施例的诊断摄像系统的结构与第一典型实施例的结构相同，因此将不重复对该结构的说明。然而，第二典型实施例与第一典型实施例的不同之处在于存储在主存储器212中的程序实现了图10和11所示的处理。

接着，将参考图10的流程图来详细说明根据第二典型实施例的诊断摄像系统1所执行的整体处理。由于步骤S1000与根据第一典型实施例的步骤S500相同，因此将不重复对该步骤的说明。

在步骤S1010中，第一特征位置获取单元1020获取MRI图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为MRI图像坐标系中的位置。由于对胸骨附近的体表位置的获取与根据第一典型实施例的获取相同，因此将不重复对该获取的详细说明。第一特征位置获取单元1020将MRI图像坐标系中的胸骨的上端和下端附近的体表位置分别记录为位置p_M1和p_M2。

接着，将说明对肋骨附近的体表位置的获取。尽管如第一典型实施例那样获取被检体的左右两侧的第二肋骨附近的体表位置，但第二典型实施例与第一典型实施例的不同之处在于：第一特征位置获取单元1020获取这些位置作为多个点(点群)。第一特征位置获取单元1020按照如下获取作为点群的肋骨附近的体表位置。

首先，如第一典型实施例那样，信息处理设备100使监视器140显示MRI图像的诸如轴向图像、矢状图像或冠状图像等的分割得到的任意截面图像(截面图像)。用户操作鼠标150或键盘160等，以对该截面图像的位置或姿势进行切换。接着，例如，用户通过使用鼠标150来指定该截面图像中所显示的胸骨和肋骨附近的体表位置，并且第一特征位置获取单元1020获取这些位置。基于该截面的位置和姿势以及用户在截面图像中指定的位置，第一特征位置获取单元1020计算MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置。

然而，与第一典型实施例不同，用户可以通过使用鼠标150等指定多个位置。这样，第一特征位置获取单元1020将左侧第二肋骨附近的体表位置上的点群记录为p_M3i(1≤i≤N_ML)，并将右侧第二肋骨附近的体表位置上的点群记录为p_M4j(1≤j≤N_MR)，其中，N_ML表示左侧第二肋骨附近的体表位置上的点的数量，并且N_MR表示右侧第二肋骨附近的体表位置上的点的数量。

在步骤S1020中，第二特征位置获取单元1040获取传感器坐标系中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。由于对胸骨附近的体表位置的获取与根据第一典型实施例的获取相同，因此将不重复对该获取的详细说明。第二特征位置获取单元1040将传感器坐标系中的胸骨的上端和下端附近的体表位置分别记录为p_U1和p_U2。

接着，将说明对肋骨附近的体表位置的获取。如第一典型实施例那样，第二特征位置获取单元1040获取被检体的左右两侧的第二肋骨附近的体表位置。然而，第二典型实施例与第一典型实施例的不同之处在于：第二特征位置获取单元1040获取这些位置作为多个点(点群)。第二特征位置获取单元1040按照如下获取作为点群的肋骨附近的体表位置。

首先，用户保持超声波探测器，以使得该超声波探测器的摄像面中心与被检体的左侧第二肋骨的体轴侧附近的体表位置相接触。接着，用户操作键盘160等，以输入用以开始获取这些位置的命令。接着，用户使超声波探测器沿着被检体的左侧第二肋骨附近的体表位置向着被检体的旁侧移动。接着，当超声波探测器到达被检体的左侧第二肋骨附近的旁侧端位置时，用户操作键盘160等，以输入用以结束获取这些位置的命令。

在从用户获取到用以开始获取的命令之后，第二特征位置获取单元1040从测量值获取单元1030顺次获取传感器坐标系中的超声波探测器的位置和姿势的更新后的测量结果，并且重复记录更新后的测量结果。第二特征位置获取单元1040连续执行该处理，直到第二特征位置获取单元1040从用户获取到用以结束该获取的命令为止。

这样，第二特征位置获取单元1040获取被检体的左侧第二肋骨附近的体表位置上的点群。第二特征位置获取单元1040将所获取到的左侧第二肋骨附近的体表上的点群记录为p_U3k(i≤k≤N_UL)，其中N_UL表示左侧第二肋骨附近的体表上的点的数量。同样，第二特征位置获取单元1040获取被检体的右侧第二肋骨附近的体表上的点群并将这些点记录为位置p_U41(1≤l≤N_UR)，其中N_UR表示右侧第二肋骨附近的体表上的点的数量。

在步骤S1030中，变换规则计算单元1050计算与传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换有关的变换规则。以下将参考图11来详细说明步骤S1030。由于步骤S1040和S1050与根据第一典型实施例的步骤S540和S550相同，因此将不重复对这些步骤的说明。

将参考图11的流程图来详细说明步骤S1030。在步骤S1031中，变换规则计算单元1050以与根据第一典型实施例的步骤S531相同的方式来计算刚性变换矩阵M₁。变换规则计算单元1050对步骤S1020中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置执行刚性变换，以计算位置p_U1′、p_U2′、p_U3k′(i≤k≤N_UL)和p_U41′(1≤l≤N_UR)。

在步骤S1032中，变换规则计算单元1050以与根据第一典型实施例的步骤S532相同的方式来计算刚性变换矩阵M₂。变换规则计算单元1050对步骤S1031中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置执行刚性变换，以计算p_U1″、p_U2″、p_U3k″(i≤k≤N_UL)和p_U41″(1≤l≤N_UR)。

在步骤S1033中，基于MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置以及步骤S1020中所计算出的胸骨和肋骨附近的体表位置，变换规则计算单元1050计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换。该坐标变换使得能够以连结位置p_U1″和p_U2″的直线作为轴来进行转动，从而使位置p_U3k″(i≤k≤N_UL)与位置p_M3i(1≤i≤N_ML)以及位置p_U41″(1≤l≤N_UR)与位置p_M4j(1≤j≤N_MR)大致对准。更具体地，变换规则计算单元1050使用迭代最近点(ICP)方法来计算相对于由位置p_U1″和p_U2″唯一确定的转动轴的转动量。代替该ICP方法，可以使用诸如最速下降法或牛顿法等的任意最优化方法来计算该转动量。

这样，变换规则计算单元1050计算使位置p_U3k″(i≤k≤N_UL)与位置p_M3i(1≤i≤N_ML)以及位置p_U41″(1≤l≤N_UR)与位置p_M4j(1≤j≤N_MR)大致对准的坐标变换，作为刚性变换矩阵M₃。

由于步骤S1034与第一典型实施例中的步骤S534相同，因此将不重复对该步骤的说明。

通过上述的步骤S1031～S1034，变换规则计算单元1050计算用于将传感器坐标系中的位置坐标变换成MRI图像坐标系中的相应位置坐标的刚性变换矩阵M₄。

因而，根据第二典型实施例的诊断摄像系统1可以获取肋骨附近的体表位置作为多个点(点群)，并计算绕胸骨轴的转动。结果，与根据第一典型实施例的诊断摄像系统1相比，变换规则计算单元1050可以计算出更加精确的坐标变换。另外，用户无需输入关于被检体的体轴对称的肋骨附近的体表位置，并且用户可以更容易地操作诊断摄像系统1。

变形例2-1

在第二典型实施例中，用户分别在MRI图像坐标系和传感器坐标系中获取作为点群的肋骨附近的体表位置。然而，第二典型实施例不限于该例子。例如，如第一典型实施例那样，在步骤S1020中，第二特征位置获取单元1040可以获取传感器坐标系中的肋骨附近的体表位置分别作为左右两侧的第二肋骨附近的位置p_U3和p_U4。在这种情况下，在步骤S1034中，变换规则计算单元1050可以计算绕由位置p_U1″和p_U2″唯一确定的转动轴的转动量，其中位置p_U3″与位置p_M3i(1≤i≤NML)大致对准并且位置p_U4″与位置p_M4j(1≤j≤N_MR)大致对准。例如，变换规则计算单元1050可以基于诸如ICP方法等的公知方法来计算转动量。这样，变换规则计算单元1050可以如第一典型实施例那样容易地获取传感器坐标系中的肋骨附近的体表位置，并且与第二典型实施例相比可以以高精度计算坐标变换。

另外，第二典型实施例不限于该例子。例如，在步骤S1010中，第一特征位置获取单元1020可以获取MRI图像坐标系中的肋骨附近的位置，分别作为左右两侧的第二肋骨附近的两个位置。这样，可以提供与上述有利效果相同的有利效果。

另外，当计算转动量时，变换规则计算单元1050可以向左右两侧的肋骨附近的体表位置有关的信息赋予相同的权重。可选地，可以向各个位置赋予不同的权重。例如，权重的差可以基于位置p_U3和p_U1之间的距离以及位置p_U4和p_U1之间的距离来确定。在这种情况下，如果位置p_U3和p_U1之间的距离大于位置p_U4和p_U1之间的距离，则当计算转动量时，变换规则计算单元1050可以向与左侧肋骨附近的位置有关的信息分配较大的权重。否则，变换规则计算单元1050可以向与右侧肋骨附近的位置有关的信息分配较大的权重。这样，变换规则计算单元1050可以检查与胸骨和肋骨附近的体表位置的获取有关的误差。因而，由于变换规则计算单元1050可以利用更加可靠的信息来执行该处理，因此变换规则计算单元1050可以更加适当地计算转动量。

变形例2-2

第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040分别被配置为对位置获取处理进行切换。即，可以获取肋骨附近的体表位置分别作为左右两侧的肋骨附近的两个点或者作为点群。如果第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040这两者获取到左侧肋骨附近的一个点和右侧肋骨附近的一个点作为体表位置，则信息处理设备100执行根据第一典型实施例的步骤S530～S550。如果第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040这两者获取到作为点群的肋骨附近的体表位置，则信息处理设备100执行根据第二典型实施例的步骤S1030～S1050。

另外，如果第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040的其中一个获取到左侧肋骨附近的一个体表位置和右侧肋骨附近的一个体表位置、并且另一特征位置获取单元获取到作为点群的体表位置，则信息处理设备100执行变形例2-1所述的处理。

这样，用户可以考虑到输入肋骨附近的体表位置所需的时间和精力以及坐标变换的计算精度这两者来选择期望的处理方法。

在第一典型实施例和第二典型实施例中，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040获取MRI图像坐标系和传感器坐标系各自中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置，并且变换规则计算单元1050计算这两个坐标系之间的关系(坐标变换)。然而，本发明的实施例不限于这些典型实施例。例如，信息处理设备100没有必要一定获取被检体的肋骨附近的体表位置。

根据本发明的第三典型实施例，首先，信息处理设备100获取MRI图像坐标系和传感器坐标系各自中的被检体的胸骨附近的体表位置以及该被检体的前方方位。接着，信息处理设备100计算这两个坐标系之间的关系(坐标变换)。根据第三典型实施例的处理系统的结构与根据第一典型实施例的结构相同，因而将不重复对该结构的说明。然而，第三典型实施例与第一典型实施例的不同之处在于：主存储器212存储用于执行图12和13的流程图的处理的程序。

将参考图12的流程图来说明诊断摄像系统1所执行的处理。由于步骤S1200与根据第一典型实施例的步骤S500相同，因此将不重复对该步骤的说明。

在步骤S1210中，第一特征位置获取单元1020获取MRI图像中所显示的被检体的胸骨附近的体表位置以及被检体的前方方位。由于对胸骨附近的体表位置的获取与根据第一典型实施例的获取相同，因此将不重复对该获取的详细说明。第一特征位置获取单元1020将MRI图像坐标系中的胸骨的上端和下端附近的体表位置记录为位置p_M1和p_M2。

接着，将说明对被检体的前方方位的获取。该被检体的前方方位是从被检体的后侧向着前侧延伸的线，并且是相对于被检体的姿势所精确拍摄到的轴向截面图像中的向上方向。在轴向截面中，通常，作为被检体的人体关于前方方位上的穿过被检体的中心的直线大致对称(镜像)。

根据第三典型实施例，用户检查MRI断层图像并使用鼠标150等，并且第一特征位置获取单元1020获取图像中的前方方位。第一特征位置获取单元1020获取该前方方位并将其记录为MRI图像坐标系中的单位矢量vM。被检体的前方方位未必是基于用户指示所获取的。例如，第一特征位置获取单元1020可以从与MRI图像相关联的诸如医学数字成像和通信(DICOM)报头等的信息中获取MRI图像中绘制出的被检体的姿势。这样，基于所获取到的被检体的姿势，第一特征位置获取单元1020可以获取到被检体的前方方位。

在步骤S1220中，第二特征位置获取单元1040获取传感器坐标系中的被检体的胸骨附近的体表位置以及被检体的对称轴。由于对胸骨附近的体表位置的获取与根据第一典型实施例的获取相同，因此将不重复对该获取的详细说明。第二特征位置获取单元1040将传感器坐标系中的胸骨的上端和下端附近的体表位置记录为位置p_U1和p_U2。

接着，将说明对被检体的对称轴的获取。例如，第二特征位置获取单元1040可以基于获取胸骨附近的体表位置时的超声波探测器的姿势来获取传感器坐标系中的被检体的前方方位。即，用户使超声波探测器与胸骨附近的体表位置相接触，以使得从该超声波探测器发射超声波束的方向(探测器坐标系的y轴)与被检体的体表大致垂直。将沿着探测器坐标系的y轴的方向变换成传感器坐标系中的方向，并且获取变换后的方向并将该方向记录为表示传感器坐标系中的方位的单位矢量v_U。

在该处理中，第二特征位置获取单元1040没有必要一定基于超声波探测器的姿势来获取被检体的前方方位。例如，如果被检体以仰卧位置进行检查，则可以使被检体所躺的床的上方向预先与作为位置姿势测量设备130的测量基准的任意轴方向对准。这样，与超声波探测器的位置和姿势的测量值无关，可以获取任意轴方向上的单位矢量v_U。

在步骤S1230中，变换规则计算单元1050计算与传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换有关的变换规则。由于步骤S1240和S1250与根据第一典型实施例的步骤S540和S550相同，因此将不重复对这些步骤的说明。

接着，将参考图13的流程图来详细说明步骤S1230。变换规则计算单元1050以与根据第一典型实施例的步骤S531相同的方式来执行步骤S1231，以计算刚性变换矩阵M₁。接着，变换规则计算单元1050对步骤S1220中所获取到的胸骨附近的体表位置p_U1和p_U2执行刚性变换以计算位置p_U1′和p_U2′。

变换规则计算单元1050以与根据第一典型实施例的步骤S532相同的方式来执行步骤S1232，以计算刚性变换矩阵M₂。接着，变换规则计算单元1050对步骤S1231中所获取到的胸骨附近的体表位置p_U1′和p_U2′执行刚性变换，以计算位置p_U1″和p_U2″。另外，变换规则计算单元1050对被检体的前方方位v_U执行刚性变换以计算方位v_U″。

在步骤S1233中，变换规则计算单元1050执行以下处理。即，基于MRI图像坐标系中的胸骨附近的体表位置和被检体的前方方位以及基于步骤S1232中所计算出的胸骨附近的体表位置以及被检体的前方方位，变换规则计算单元1050计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换。该坐标变换能够以连结位置p_U1″和p_U2″的直线作为轴进行转动并且能够使方位v_U″和矢量v_M大致对准。变换规则计算单元1050可以使用公知的非线性最优化方法来计算坐标变换。

变换规则计算单元1050计算以上述方式所计算出的坐标变换作为刚性变换矩阵M₃。由于步骤S1234与根据第一典型实施例的步骤S534相同，因此将不重复对该步骤的说明。基于根据第三典型实施例的处理系统，信息处理设备100不获取被检体的肋骨附近的体表位置，因而变换规则计算单元1050可以更加容易地计算传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的变换规则。

变形例3-1

在第三典型实施例中，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040获取MRI图像坐标系和传感器坐标系中的胸骨附近的体表位置以及被检体的前方方位，并且变换规则计算单元1050计算这两个坐标系之间的坐标变换，以使这些位置和方位大致对准。然而，本典型实施例不限于该例子。例如，第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040没有必要一定获取MRI图像坐标系和传感器坐标系中的被检体的各个前方方位。

在这种情况下，在步骤S1233中，变换规则计算单元1050获取MRI图像和超声波图像，并且基于这些图像中的解剖学特征或统计亮度值来计算与绕胸骨轴的转动有关的坐标变换。这样，由于第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040没有必要一定获取MRI图像坐标系和传感器坐标系中的被检体的各个前方方位，因此可以进一步减轻因获取这些方位时可能发生的误差所引起的影响。

根据上述典型实施例，指定基于被检体的其它部位中容易指定的胸骨的多个位置。因而，由于在被检体和3D图像之间使胸骨的位置和姿势对准，因此可以有效且精确地获取到被检体和3D图像之间的对应关系。

在上述典型实施例中，MRI图像用作3D医用图像的例子。然而，只要该图像是被检体的3D图像，就可应用诸如X射线CT图像或正电子发射断层扫描(PET)图像等的任意图像。

在上述典型实施例中，通过计算MRI图像坐标系和传感器坐标系之间的变换规则来对MRI图像以及在传感器坐标系中测量出位置和姿势的超声波图像进行比较和检查。然而，本发明的实施例不限于这些典型实施例。本发明的特征在于：通过使用作为人体的解剖学特征的胸骨的结构作为指标来获得诸如人体的图像、测量值或示意图等的数据之间的空间对应关系。因而，本实施例的各种模式可以为如下所述。

例如，代替根据第一典型实施例的超声波探测器，可以使用在传感器坐标系中测量出位置和坐标的穿孔装置。在这种情况下，例如，如果预先在MRI图像中确定出穿孔对象的位置，则可以提示穿孔装置相对于该对象的位置或姿势。另外，还可应用能够测量出位置和姿势的3D指示装置。

另外，例如，为了对MRI图像和诸如X射线CT图像等的其它3D医用图像进行比较和检查，信息处理设备100可以计算MRI图像坐标系与该其它3D医用图像用作基准的坐标系之间的变换规则。在这种情况下，代替获取根据第一典型实施例的传感器坐标系中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置，第二特征位置获取单元1040获取该其它3D医用图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。

另外，例如，本发明的实施例可以包括使MRI图像与绘制了正常人体的概略形状的示意图进行空间对准。在这种情况下，第二特征位置获取单元1040在由该示意图用作基准的坐标系中获取与胸骨和肋骨的位置有关的信息。这样，信息处理设备100可以获取MRI图像和该示意图之间的空间对应关系。此外，在这种情况下，例如，信息处理设备100可以获取MRI图像坐标系中的诸如病变部位等的目标区域并且在该示意图上呈现相应区域。

在上述典型实施例中，本发明的实施例还可以利用软件和计算机硬件来实现。然而，存储有该软件的存储介质也构成了本发明。上述信息处理设备100通过包括CPU的电子计算器(计算机)与软件的协作来实现。信息处理设备100的功能块中的一部分可以由电路来实现，并且其它块可以由软件来实现。电路可以按功能块而分组。可选地，这些功能中的仅一部分可以作为电路来实现。另外，本发明的实施例可以包括将信息处理设备100的功能分配至多个设备的信息处理系统。

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。由于该原因，例如经由网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。

Claims (17)

1.一种信息处理设备，包括：

第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；

第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及

计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

2.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件基于位置姿势测量设备所测量出的被检体的体表位置，来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置。

3.根据权利要求2所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件基于由所述位置姿势测量设备测量位置和姿势的超声波探测器的摄像面与所述被检体相接触的位置，来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置。

4.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，还包括图像生成部件，所述图像生成部件用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与基于如下信号所获取到的超声波图像相对应的断层图像，其中，该信号是超声波探测器的摄像面与所述被检体相接触时所获取到的信号。

5.根据权利要求4所述的信息处理设备，其特征在于，还包括显示控制部件，所述显示控制部件用于使显示单元显示所获取到的超声波图像和所生成的断层图像。

6.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件至少获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置，

所述第二获取部件至少获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置，以及

所述计算部件计算所述被检体和所述三维图像之间的对应关系，以使得所述第一获取部件所获取到的、所述被检体的三维图像中的基于胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置与所述第二获取部件所获取到的、所述被检体中的基于第二肋骨根部所获得的位置相匹配。

7.根据权利要求6所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件还至少获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置，

所述第二获取部件还至少获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置，以及

所述计算部件还计算所述被检体和所述三维图像之间的对应关系，以使得如下两个方向相匹配：由所述三维图像中的基于第二肋骨根部所获得的位置和所述三维图像中的基于胸骨下端所获得的位置所定义的方向；以及由所述被检体中的基于第二肋骨根部所获得的位置和所述被检体中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置所定义的方向。

8.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件还获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的肋骨所获得的多个位置，

所述第二获取部件还获取所述被检体中的基于所述被检体的肋骨所获得的多个位置，以及

所述计算部件通过计算所述第一获取部件所获取到的基于胸骨和肋骨所获得的多个位置与所述第二获取部件所获取到的基于胸骨和肋骨所获得的多个位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

9.根据权利要求8所述的信息处理设备，其特征在于，所述计算部件根据所述第一获取部件和所述第二获取部件所获取到的基于胸骨所获得的位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间的胸骨位置的对应关系，并且根据所述第一获取部件和所述第二获取部件所获取到的基于肋骨所获得的位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间以胸骨作为轴的转动方向的对应关系。

10.根据权利要求8所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件至少获取基于所述被检体的右侧肋骨所获得的多个位置和基于所述被检体的左侧肋骨所获得的多个位置，

所述信息处理设备还包括：

判断部件，用于判断所获取到的基于右侧肋骨所获得的其中一个位置与所获取到的基于左侧肋骨所获得的其中一个位置所组成的至少一对位置是否相对于所获取到的基于胸骨所获得的位置对称；以及

输出部件，用于如果所述判断部件判断为该对位置不对称，则输出警告。

11.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，还包括：

判断部件，用于判断所述第二获取部件是否获取到基于胸骨所获得的多个位置、基于所述被检体的左侧肋骨所获得的多个位置以及基于所述被检体的右侧肋骨所获得的多个位置；以及

输出部件，用于如果所述判断部件判断为所述第二获取部件没有获取到这些位置，则输出警告。

12.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件获取所述被检体的体表的、位于所述被检体的胸骨附近的多个位置。

13.根据权利要求12所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件获取所述被检体的三维图像中的胸骨的多个位置，

所述计算部件基于所获取到的所述被检体的体表的位置和所述被检体的三维图像，来计算所述被检体的胸骨的位置，以及

所述计算部件还基于计算出的所述被检体的胸骨的位置以及所述第一获取部件所获取到的胸骨的位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的信息处理设备，其特征在于，还包括第三获取部件，所述第三获取部件用于获取所述被检体的磁共振图像、计算机断层扫描图像和正电子发射断层扫描图像其中之一作为所述被检体的三维图像。

15.一种信息处理设备，包括：

第一获取部件，用于获取第一坐标系中的被检体的胸骨上的多个位置；

第二获取部件，用于获取第二坐标系中的所述被检体的胸骨上的多个位置；以及

计算部件，用于基于所述第一坐标系和所述第二坐标系中的位置，来计算所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的相对关系。

16.一种摄像系统，包括：

超声波探测器，用于通过接触被检体的位置获取来自所述被检体的该位置的信号；

摄像部件，用于基于所述超声波探测器所获取到的信号来获取超声波图像；

第一获取部件，用于获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；

第二获取部件，用于基于所述超声波探测器与所述被检体相接触的位置来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；

计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系；以及

图像生成部件，用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与所获取到的超声波图像相对应的断层图像。

17.一种信息处理方法，包括以下步骤：

获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；

获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及

基于所获取到的所述三维图像中的多个位置和所获取到的所述被检体中的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。

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