JP2006020937A - 医用画像の位置合わせ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる時点で撮影された医用画像の位置合わせを正確に行う。
【解決手段】 入力された画像Ｐ１、Ｐ２を縮小処理し（Ｓ３１）、縮小画像に対して対応点を算出する（Ｓ３２）。対応点が重なり合うように、画像Ｐ１、Ｐ２を水平、垂直に平面移動補正を行う（Ｓ３３）。
続いて、画像Ｐ１を基準点を回転軸として回転する（Ｓ３４）。画像Ｐ１を所定の縦伸縮範囲［β〜γ］内において縦方向伸縮を行う（Ｓ３５）。画像Ｐ１を所定の横伸縮範囲［β’〜γ’］内において横方向伸縮を行う（Ｓ３６）。
これらの回転、伸縮処理を同時に行いながら、画像Ｐ１、Ｐ２とのマッチング度合いＤを計算し（Ｓ３７）、最大となる回転角、縦伸縮率、横伸縮率を算出し（Ｓ３８）、得られた回転角、縦伸縮率、横伸縮率に従って画像Ｐ１を補正する（Ｓ３９）。
【選択図】図６

Description

本発明は、２つの医用画像の位置を合わせると共に差分処理を行って、対象部位を抽出して画像処理を行う医用画像の位置合わせ方法及び装置に関するものである。

近年、医用画像診断の分野におけるデジタル画像の利用が進み、例えば半導体センサを使用してＸ線画像を撮影する装置は、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して、極めて広い放射線露出域に渡って画像を記録することができる。また、撮影画像の保存や伝送においても、効率的なシステムを構築し易いという実用的な利点も有している。

医用画像をデジタル化することにより、従来の銀塩写真では困難であった診断形態の可能性が生じている。即ち、従来は患者の経過観察等で異なる時点で撮影された複数のＸ線医用画像の比較には、一般的にフィルムをシャウカステンに架けて比較し読影することにより行われている。

一方、デジタル画像データを用いた場合においては、異なる時点で撮影された２枚の例えば胸部に対するＸ線デジタル画像を解剖学的構造部が一致するように位置合わせし、差分処理を行うことによって差分画像を生成し、この差分画像を元の一対の画像と比較することにより、画像間の変化をより正確に把握することが可能となる。この差分処理は経時サブトラクション処理と呼ばれ、例えば特許文献１に開示されている。

図７は位置合わせに用いる対応点の説明図であり、（ａ）に示す第１画像Ｐ１の肺野の左上側の尖り部にある対応点Ａと肺野の右下側の尖り部にある対応点Ｂとが、（ｂ）に示す第２画像Ｐ２の対応点Ａ’と対応点Ｂ’とそれぞれ最大限重なり合うように、一方の画像の位置をずらして第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士の位置合わせを行う。

また、第１画像Ｐ１にテンプレートＲＯＩを少なくとも２以上設定し、第２画像Ｐ２中から最もテンプレートＲＯＩと相関の高いＲＯＩを検索する位置合わせ方法がある。この場合に、第１画像Ｐ１のテンプレートＲＯＩの座標と、第２画像Ｐ２の検索したＲＯＩの座標が一致するように第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士の位置合わせを行う。

米国特許公報第５３５９５１３号

しかしながら、図８に示すようにＸ線管球１とＸ線センサ２との間に位置する被写体Ｓに対し、異なる時点でＸ線写真を撮影する際には、被写体Ｓの平面と直交する前後方向及び左右方向で矢印で示すように被写体Ｓが回転してしまったり、或いはＸ線センサ２と被写体Ｓの距離Ｌが変化してしまうことがある。そのため、得られた画像に垂直及び水平方向の被写体Ｓの微小な伸縮が生ずることになる。また、Ｘ線管球１の照射角度により、得られた画像の相対的な前後方向及び左右方向の回転が生ずることもある。

このような原因から、例えば図９に示すように第１画像Ｐ１の縦幅ｈ１及び横幅ｗ１と、第２画像Ｐ２の縦幅ｈ２及び横幅ｗ２が異なってしまう場合があり、このような場合には複数の対応点の位置合わせが困難となり、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士の位置合わせが正確にできないという問題点がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、画像を変形することにより２つの医用画像同士の位置合わせ精度を向上させ得る医用画像の位置合わせ方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る医用画像の位置合わせ方法は、被写体に対して異なる時点の撮影で得られた医用画像である第１、第２の画像同士を重ね合わせる医用画像の位置合わせ方法であって、被写体の解剖学的構造部において少なくとも一対以上の対応点を求める工程と、前記対応点の位置ずれに基づいて前記第１又は第２の画像の平面移動を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の平面回転を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の縦方向伸縮を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の横方向伸縮を補正する工程とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る医用画像の位置合わせ装置は、被写体に対して異なる時点の撮影で得られた医用画像である第１、第２の画像同士を重ね合わせる医用画像の位置合わせ装置であって、被写体の解剖学的構造部において少なくとも一対以上の対応点を求める検出手段と、前記対応点の位置ずれに基づいて前記第１又は第２の画像の平面移動を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の平面回転を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の縦方向伸縮を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の横方向伸縮を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る医用画像の位置合わせ方法及び装置によれば、時間的に異なる２つの医用画像の位置合わせ精度を向上することができ、差分画像を求めて正確な診断を可能とする。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の位置合わせ方法を実現するためのブロック構成図を示し、画像入力部１１に入力され撮影時点が異なる少なくとも２つの医用画像である第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２は、画像入力部１１を介して位置合わせ部１２に入力され、位置合わせ処理が行われた後に差分演算部１３に入力され、ここで差分処理が行われて差分画像Ｐ３が生成され、この差分画像Ｐ３は第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２と共に表示出力部１４に入力される。

また位置合わせ部１２は、入力された第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２に対して、一対以上対応点検出部１２ａで、少なくとも一対の対応点を求める。次に、この対応点を用いて、Ｐ１対Ｐ２又はＰ２対Ｐ１の平面移動、回転、縦横方向伸縮を平面移動、回転、縦横方向伸縮補正部１２ｂにおいて補正する。更に、詳細マッチング部１２ｃで補正した画像を用いて、詳細マッチングを行い、位置合わせを行う。詳細マッチング部１２ｃの処理は必ずしも必要ではないが、肺部の細かい複雑な変化を補正するために行われる。

このような位置合わせ方法は、例えばコンピュータ及びこのコンピュータに搭載されるソフトウェアの組み合わせを用いて実現でき、図１における画像入力部１１、位置合わせ部１２、差分演算部１３、表示出力部１４はソフトウェアモジュール又は特定のハードウェアにより実現することができる。

図２は実施例１の主たる工程である位置合わせ部１２における画像処理の流れを示すフローチャート図である。先ず、画像入力部１１において入力された原画像の第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２を縮小処理する（ステップＳ１１）。この縮小処理は必ずしも必要ではないが、計算時間の短縮等を目的として行われる。

次に、縮小した縮小画像に対して対応点、例えば解剖学的構造部となる部位、例えば右肺の肺尖部などによる一対の対応点を検出し（ステップＳ１２）、この対応点が重なり合うように、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２を水平、垂直に平面移動することにより平面移動補正を行う（ステップＳ１３）。通常では、医者が観察の基準とする画像を基にし、他方の画像を基準画像に重なり合うように移動する。

更に、図３（ａ）に示すような第１画像Ｐ１を回転角度範囲α以内において、（ｂ）に示すように所定の角度ずつ対応点Ｃを回転中心軸とし回転する（ステップＳ１４）。ここで、所定の回転角度範囲αは実際に患者である被写体Ｓが取り得る姿勢変化範囲及び照射装置の撮影パラメータ変化範囲に基づいて決定されている。

続いて、ステップＳ１４で回転した第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士のマッチング度合いＤを次の（１）式を用いて、両画像Ｐ１、Ｐ２の画素値差分の絶対値の平均値として計算する（ステップＳ１５）。所定の回転範囲α内において、（１）式のｄの逆数であるマッチング度合いＤ＝１／ｄが最大になる角度を最終的に探索し（ステップＳ１６）、回転角度とする。なお、（１）式のＩ₁、Ｉ₂は第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２の座標関数である。

このようにして求めた回転角度に従って、第１画像Ｐ１を回転し、第２画像Ｐ２に対する平面回転を補正する（ステップＳ１７）。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１画像Ｐ１を所定の縦伸縮率［β〜γ］の範囲内において、所定の基準軸Ｃ’を基に縦方向に伸縮処理を行う（ステップＳ１８）。なお、この所定の縦伸縮範囲［β〜γ］は実際に被写体Ｓが取り得る姿勢変化範囲及び照射装置の撮影パラメータ変化範囲に基づいて決定する。

ステップＳ１８で伸縮した第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士のマッチング度合いＤを（１）式に従って計算し（ステップＳ１９）、所定の縦伸縮範囲内において、マッチング度合いＤが最大になる縦伸縮率を算出し（ステップＳ２０）、この求めた縦伸縮率に従って、第１画像Ｐ１を縦方向に伸縮を行って縦伸縮を補正する（ステップＳ２１）。同様に、医者が観察の基準とする画像を基にし、他方の画像を基準画像に重なり合うように移動する。

続いて、図５（ａ）、（ｂ）に示すように第１画像Ｐ１を所定の横伸縮率の範囲［β’〜γ’］内において、所定の基準軸Ｃ”を基に縮小率β’〜伸張率γ’まで、横方向に伸縮処理を行う（ステップＳ２２）。この横伸縮範囲［β’〜γ’］は実際に被写体Ｓが取り得る姿勢変化範囲及び照射装置の撮影パラメータ変化範囲に基づいて決定する。

横伸縮した第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２とのマッチング度合いＤを（１）式に従って計算し（ステップＳ２３）、所定の横伸縮範囲内において、マッチング度合いＤが最大になる横伸縮率を求める（ステップＳ２４）。

このように求めた横伸縮率に従って第１画像Ｐ１を横方向に伸縮を行い、第１画像Ｐ１の横伸縮を補正する（ステップＳ２５）。同様に、医者が観察の基準とする画像を基にし、他方の画像を基準画像に重なり合うように移動する。

このように、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２間の回転、縦伸縮、横伸縮を行うことにより、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２同士の位置合わせを精度良く行うことができる。また、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２の重なり度合いを示す指標を用いると、重なり精度を数値化することが可能であり、更に重ね合わせ精度を向上させることができる。

図６は実施例２における画像処理を示すフローチャート図である。実施例１においては、ステップＳ１７における平面回転補正後に、ステップＳ２１における縦方向補正、ステップＳ２５における横方向補正を行ったが、本実施例においては平面回転補正、縦方向補正、横方向補正を同時に逐次的に行う。

先ず、画像入力部１１に入力された第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２を縮小処理し（ステップＳ３１）、縮小した縮小画像に対して対応点を算出する（ステップＳ３２）。そして、対応点が重なり合うように、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２を水平、垂直に平面移動することにより平面移動補正を行う（ステップＳ３３）。

次に、第１画像Ｐ１の所定の角度、基準点を回転軸として回転する（ステップＳ３４）。ここで、回転角度範囲をα以内とする。続いて、第１画像Ｐ１を所定の縦伸縮範囲［β〜γ］内において、所定の縦伸縮間隔ずつ縦方向の伸縮を行う（ステップＳ３５）。更に、第１画像Ｐ１を所定の横伸縮範囲［β’〜γ’］内において、所定の横伸縮間隔ずつ横方向の伸縮を行う（ステップＳ３６）。

これらのステップＳ３４〜Ｓ３６の処理を同時に行いながら、（１）式に従って第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２とのマッチング度合いＤを計算する（ステップＳ３７）。また、マッチング度合いＤが最大となる回転角、縦伸縮率、横伸縮率を算出する（ステップＳ３８）。

ステップＳ３８で得られた回転角、縦伸縮率、横伸縮率に従って、第１画像Ｐ１に対し回転、縦伸縮、横伸縮を行う（ステップＳ３９）。同様に、画像Ｐ１は医者が観察の基準とする画像であり、画像Ｐ２は比較画像である。

これらの実施例１、２において、被写体Ｓのマッチング度合いＤを算出する際に原画像を用いたが、画像にフィルタを掛けてノイズを除去し、解剖学的構造部を強調し差分を求めた後に、マッチング度合いＤを算出するようにしてもよい。

また実施例１、２において、マッチング度合いＤは（１）式のように第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２の差分を求め画素絶対値の平均値としたが、第１、第２画像Ｐ１、Ｐ２の相互相関値をマッチング度合いＤとしてもよい。更に、このマッチング度合いＤを算出する際に、解剖学的構造部を全体の領域に対して、或いは解剖学的構造部に代表的な部位を関心領域とし、差分又は相互相関を算出してもよい。

なお、実施例１、２を異なる倍率の縮小画像に段階的に繰り返し適用し、これらの画像間の変形を補正することもできる。

なお、本発明の方法又は装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を装置又はシステムに供給し、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成できる。

この場合には、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が実施形態の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及びそのプログラムコードは本発明を構成することとなる。

また、このプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基いて、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施の形態の機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後に、そのプログラムコードの指示に基づいて、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施形態の機能が実現される場合も、本発明の実施の態様に含まれる。

このようなプログラム又は当該プログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合に、当該プログラムは例えば上述の図２又は図６に示される処理のフローチャート図に対応したプログラムコードから構成される。

また、本発明は複数の機器、例えばホストコンピュータ、インタフェース機器、ウェブアプリケーション等から構成されるシステムに適用しても、或いは１つの機器から成る装置に適用してもよい。

実施例１のブロック構成図である。 実施例１のフローチャート図である。 平面回転の補正の説明図である。 縦方向伸縮の補正の説明図である。 横方向伸縮の補正の説明図である。 実施例２のフローチャート図である。 第１、第２画像の対応点の説明図である。 被写体及びＸ線管球の移動の説明図である。 被写体の前後回転により生じた画像の説明図である。

符号の説明

１１ 画像入力部
１２ 位置合わせ部
１３ 差分演算部
１４ 表示出力部

Claims (9)

1. 被写体に対して異なる時点の撮影で得られた医用画像である第１、第２の画像同士を重ね合わせる医用画像の位置合わせ方法であって、被写体の解剖学的構造部において少なくとも一対以上の対応点を求める工程と、前記対応点の位置ずれに基づいて前記第１又は第２の画像の平面移動を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の平面回転を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の縦方向伸縮を補正する工程と、前記第１又は（及び）第２の画像の横方向伸縮を補正する工程とを備えることを特徴とする医用画像の位置合わせ方法。
2. 前記平面回転を補正する工程は、前記解剖学的構造部を所定の平面回転範囲において前記第１の画像を所定の回転軸に対して所定の角度ずつ回転し、前記第２の画像とのマッチング度合いの最大値を検出し、平面回転の角度を決定することを特徴とする請求項１に記載の医用画像の位置合わせ方法。
3. 前記縦方向伸縮を補正する工程は、前記解剖学的構造部を所定の伸縮範囲において、前記第１の画像を所定の基準軸に対して所定の伸縮率の間隔ずつ縮小し前記第２の画像とのマッチング度合いと、前記第１の画像を前記所定の基準軸に対して前記所定の伸縮率の間隔ずつ縦方向に伸張し前記第２の画像とのマッチング度合いとの最大値を検出し、縦方向の伸縮を補正することを特徴とする請求項１に記載の医用画像の位置合わせ方法。
4. 前記横方向伸縮を補正する工程は、前記解剖学的構造部を所定の伸縮範囲において、前記第１の画像を所定の基準軸に対して所定の伸縮率の間隔ずつ横方向に伸縮し前記第２の画像とのマッチング度合いと、前記第１の画像を前記所定の基準軸に対して前記所定の伸縮率の間隔ずつ回転し前記第２の画像とのマッチング度合いとの最大値を検出し、横方向の伸縮を補正することを特徴とする請求項１に記載の医用画像の位置合わせ方法。
5. 前記第１、第２の画像をフィルタリングし、前記解剖学的構造部を強調する工程を有することを特徴とする請求項２〜４の何れか１つの請求項に記載の医用画像の位置合わせ方法。
6. 前記第１、第２の画像におけるマッチング度合いは、前記平面移動、平面回転、縦伸縮、横伸縮の何れかの補正を行った後に、前記第１、第２の画像の前記解剖学的構造部の差分画像の統計的値とすることを特徴とする請求項２〜５の何れか１つの請求項に記載の医用画像の位置合わせ方法。
7. 前記第１、第２の画像におけるマッチング度合いは、前記平面移動、平面回転、縦伸張、横伸張の何れかの補正を行った後に、前記解剖学的構造部の相互相関値とすることを特徴とする請求項２〜５の何れか１つの請求項に記載の医用画像の位置合わせ方法。
8. 前記解剖学的構造部に単一及び複数の関心領域を設定し、該関心領域を用いてマッチング度合いを算出することを特徴とする請求項７に記載の医用画像の位置合わせ方法。
9. 被写体に対して異なる時点の撮影で得られた医用画像である第１、第２の画像同士を重ね合わせる医用画像の位置合わせ装置であって、被写体の解剖学的構造部において少なくとも一対以上の対応点を求める検出手段と、前記対応点の位置ずれに基づいて前記第１又は第２の画像の平面移動を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の平面回転を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の縦方向伸縮を補正する補正手段と、前記第１又は（及び）第２の画像の横方向伸縮を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする医用画像の位置合わせ装置。

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