JP2007044276A - 医用画像診断支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の位置合わせを精度よく行うことを目的とする。
【解決手段】複数の医用画像（現在画像３０と過去画像４０）を読込み（Ｓ１）、読み込んだ各医用画像を複数の小領域Ｓ及びＳ’に分割し（Ｓ３）、分割された小領域の移動範囲を設定し（Ｓ４）、移動範囲内において、過去画像４０の小領域Ｓ’を移動させながら現在画像３０の小領域Ｓとの位置のずれの大きさを示す指標値を算出する（Ｓ５）。移動範囲内において指標値が最小値となるときの小領域Ｓ’の位置を検出し（Ｓ６〜８）、検出された位置に小領域Ｓ’を移動させて、小領域Ｓと小領域Ｓ’との位置合わせを行う（Ｓ９〜１２）。
【選択図】図３

Description

本発明は、医用画像診断支援装置に係り、特に同一被検体の同一部位を撮影して得た複数の医用画像の位置合わせをより精度よく行う技術に関する。

医師が二枚のデジタルレントゲン画像（医用画像）の陰影をみて癌か否かを判定する方法として、陰影が時間とともに大きくなっているかどうかをみる方法がある。この場合、二枚の医用画像の経時的変化を強調ために、過去画像と現在画像の間で差分処理をして違いだけを残す経時差分処理が用いられる。一般に、時間を経ることにより受診者の状態が変わるため、二画像間での臓器位置はわずかにずれる。そのため、差分処理に先立って位置合わせ処理が必要になる。

特許文献１には、段落１８に記載されているように、二つの画像間の相関値が最大になるような位置に各画素を移動する位置合わせ処理が開示されている。

図４は、現在画像３０と過去画像４０との位置合わせ処理を示す模式図である。特許文献１では、現在画像３０と過去画像４０との相関をとる場合に１画素ごとの相関ではなく複数画素からなる小領域ごとの相関を取る。例えば、現在画像３０に画素（ｉ，ｊ）を中心とする小領域Ｓ_１を設定し、過去画像４０における画素（ｉ，ｊ）を中心とする小領域Ｓ_１’を設定する。さらに小領域Ｓ_１を含む画像移動範囲（以下「移動範囲」という）Ａを設定する。そして、小領域Ｓ_１’を移動範囲Ａ内で移動させつつ相関最大（例えば、小領域Ｓ_１とＳ_１’との引き算の絶対値の和が最小）の個所を探す。その箇所を小領域Ｓ_１’の位置として決定する。そして小領域Ｓ_１’の中心画素（ｉ’，ｊ’）を始点、画素（ｉ，ｊ）を終点とする移動ベクトル（図６）を求め、小領域Ｓ_１’を移動させる。
特開２００５―１２２４８号

しかし、特許文献１では、小領域での相関をとるために、位置ずれに敏感でない場合があった。例えば、図５に示すように、肋骨付近における位置合わせでは、位置ずれに敏感なのは肋骨のエッジ付近の狭い領域５１（点線の間）のみ差が大で、ほかは多少ずれても差は小さい。その結果、小領域全体としては位置ずれに敏感でなくなる。

そこで、本発明は、画像の位置合わせを小領域毎に行う際にも、小領域全体として精度よく位置合わせを行うことができる医用画像診断支援装置及びプログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る医用画像診断支援装置は、同一被検体の同一部位を撮影して得た第一医用画像及び第二医用画像を読み込む読込手段と、前記第一医用画像を分割して複数の第一分割領域を生成し、更に第二医用画像を前記第一分割領域に相当する領域毎に分割して複数の第二分割領域を生成する分割手段と、前記第二分割領域毎に、その第二分割領域を含む画像移動範囲を設定する設定手段と、前記画像移動範囲内において、前記第一分割領域を相対移動させながら該第一分割領域とその第一分割領域に相当する前記第二分割領域との位置のずれの大きさを示す指標値を算出する算出手段と、前記画像移動範囲内において前記指標値が最小値となる位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した位置に前記第一分割領域を相対移動させることにより第一分割領域と第二分割領域と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。

前記「相対移動」には、第一分割領域を固定して第二分割領域を移動させる場合と、第二分割領域を固定して第一分割領域を移動させる場合と、第一分割領域及び第二分割領域を同時に移動させる場合とを含む。

また、前記指標値は、前記第一分割領域及び第二分割領域を構成する各画素の濃度値の差の絶対値における最大値であってもよい。

また、前記設定手段は、前記第一医用画像及び第二医用画像に撮影された被検体の特徴部位領域であって、位置合わせを所望する特徴部位領域の半値幅に基づいて前記画像移動範囲を設定してもよい。

また、本発明に係る医用画像診断支援プログラムは、同一被検体の同一部位を撮影して得た第一医用画像及び第二医用画像を読み込むステップと、前記第一医用画像を分割して複数の第一分割領域を生成し、更に第二医用画像を前記第一分割領域に相当する領域に分割して複数の第二分割領域を生成するステップと、前記第二分割領域毎に、その第二分割領域を含む画像移動範囲を設定するステップと、前記画像移動範囲内において、前記第一分割領域を相対移動させながら該第一分割領域とその第一分割領域に相当する前記第二分割領域との位置のずれの大きさを示す指標値を算出するステップと、前記画像移動範囲内において前記指標値が最小値となる位置を検出するステップと、前記検出された位置に前記第一分割領域を相対移動させることにより第一分割領域と第二分割領域との位置合わせを行うステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、画像の位置合わせを小領域ごとに行う際に、最も位置ずれに敏感なところ、即ち、少しの位置ずれで大きく濃度値が変わるところに着目し、その位置ずれに敏感なところのずれを小さくするように位置合わせを行う。そのため、小領域の中に位置ずれに敏感なところとそうでないところがある場合にも小領域全体として精度よく位置合わせを行うことができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

〔システム構成〕
図１は、本実施形態に係る医用画像診断支援システム１の構成を示すハードウェア構成図である。

図１の医用画像診断支援システム１は、被検体の画像を撮影する医用画像撮影装置２と、医用画像撮影装置２が撮影した医用画像を蓄積する画像データベース４と、被検体の画像を読み込んで差分画像を生成する医用画像診断支援装置１０とを備え、医用画像撮影装置２と画像データベース４と医用画像診断支援装置１０とは、ＬＡＮ３等のネットワークに接続される。

医用画像撮影装置２は、Ｘ線ＣＴ装置の他、ＭＲ装置、ＰＥＴ装置、ＤＲ装置など、被検体の画像を撮影可能な装置により構成される。本実施の形態においては、医用画像撮影装置２としてＤＲ装置を用い、被検体の肋骨を含む胸部コロナル画像を生成する。

医用画像診断支援装置１０は、主として各構成要素の動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）１１、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ１２と、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライブ、後述する位置合わせ処理や差分処理を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク１３と、表示用データを一時記憶する表示メモリ１４と、この表示メモリ１４からのデータに基づいて画像を表示するＣＲＴモニタや液晶モニタ等のモニタ１５と、位置入力装置としてのマウス１６、マウス１６の状態を検出してモニタ１５上のマウスポインタの位置やマウス１６の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１６ａと、キーボード１７と、通信インターフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」という）１８と、上記各構成要素を接続するバス１９とから構成される。

次に図２に基づいて医用画像診断支援装置１０が実行する画像処理プログラムについて説明する。図２は、画像処理プログラムの構成を示すブロック図である。

画像処理プログラムは、複数の医用画像（本実施形態では現在画像３０と過去画像４０）を読込む読込部１１ａ、読み込んだ各医用画像を複数の小領域Ｓ_１、Ｓ_２、…及びＳ_１’、Ｓ_２’…に分割する分割部１１ｂ、分割された小領域の移動範囲を設定する設定部１１ｃ、移動範囲内において、過去画像４０の小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…を移動させながら現在画像３０の小領域Ｓ_１、Ｓ_２…との位置のずれの大きさを示す指標値を算出する算出部１１ｄ、移動範囲内において指標値が最小値となるときの小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…の位置を検出する位置検出部１１ｅ、検出された位置に小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…を移動させて、小領域Ｓ_１、Ｓ_２…と小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…との位置合わせを行う位置合わせ部１１ｆ、小領域Ｓ_１、Ｓ_２…と小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…との差分処理を行う差分部１１ｇ、により構成される。

医用画像診断支援装置１０のＣＰＵ１１は、上記画像プログラムを磁気ディスク１３から読み出して主メモリ１２にロードし、実行する。

〔処理の流れ〕
図３に基づいて医用画像診断支援システム１の処理の流れを説明する。図３は医用画像診断支援システム１の処理の流れを示すフローチャートである。以下の処理では、被検体の肋骨を含む現在及び過去の胸部コロナル画像を読込んで位置合わせを行い、それらの差分画像を生成する。これにより、精度よく位置合わせを行い、肋骨領域を効果的に消去することを目的とする。

Ｓ１では、読込部１１ａが医用画像撮影装置２、画像データベース４、又は磁気ディスク１３から被検体の現在画像３０及び過去画像４０を読み込む（Ｓ１）。Ｓ２では、位置検出部１１ｅは、変数ＭＩＮに十分大きな値を代入する（Ｓ２）。この変数ＭＩＮは、現在画像３０と過去画像４０との位置ずれの大きさを判断するための初期値である。変数ＭＩＮの初期値は十分大きい値であることが望ましく、例えば１,０００,０００を設定する。

Ｓ３では、分割部１１ｂが、現在画像３０を複数の小領域Ｓ_１、Ｓ_２…に分割する。同様に、過去画像４０も複数の小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…に分割する（Ｓ３）。図４に、小領域Ｓ_１、Ｓ_２…とＳ_１’、Ｓ_２’…とを示す。図４では、便宜的に小領域Ｓ_１及びＳ_１’を一つずつ示したが、実際には複数の小領域を設定する。分割部１１ｂは、現在画像３０を構成する画素（ｉ_１、ｊ_１）を中心とし、例えば３*３の９画素から構成されるマトリックス状の小領域Ｓ_１を設定する。画素（ｉ_１、ｊ_１）の座標は（Ｘ_Ｃ、Ｙ_Ｃ）である。同様に、分割部１１ｂは、過去画像４０における座標位置（Ｘ_Ｃ、Ｙ_Ｃ）の画素（ｉ_１’、ｊ_１’）を検索し、画素（ｉ_１’、ｊ_１’）を中心とする小領域Ｓ_１’を設定する。

Ｓ４では、設定部１１ｃが、現在画像３０の小領域Ｓ_１を含む移動範囲Ａを設定する（Ｓ４）。移動範囲Ａは、位置合わせを所望する被検体の特徴部位の特徴量に基づいて設定してもよい。例えば、肋骨領域を特に位置合わせしたいときには、肋骨領域の半値幅に基づいて移動範囲を設定する。この場合、肋骨領域が５０画素の幅で構成される場合には、移動範囲Ａの縦（被検体の体軸方向に相当）幅を２５画素幅で構成する。移動範囲Ａの横幅は、同じく２５画素幅でもよいし、これとは異なる画素値で構成してもよい。

Ｓ５では、算出部１１ｄが位置ずれ量の大きさを示す値の最大値を検出する。以下、「位置ずれ量の大きさを示す値」を「反相関値」という。また反相関値の最大値を「反相関最大値」といい、「ｍａｘ」と記載する。

反相関値としては、例えば、小領域Ｓ_１を構成する９画素の濃度値と小領域Ｓ_１’を構成する９画素の濃度値との差分値の絶対値がある。また反相関値の他の例として、上記差分値の絶対値の和としてもよい。差分値が大きいということは、小領域Ｓ_１とＳ_１’の位置ずれが大きい、即ちこれらの画像の一致度が小さいことを意味する。算出部１１ｄは、小領域Ｓ_１とＳ_１’との画素の濃度値を差分処理し、９つの差分値の絶対値（反相関値）を求める。そして、この９つの反相関値のうちの最大値を決定する。図５はＳ５の処理を説明する模式図である。図５は、現在画像３０に過去画像４０を重ね合わせた図と、その過去画像４０の肋骨領域４５における濃度プロファイル５０とを示す。濃度プロファイル５０は、縦軸が体軸方向位置を示し、横軸が濃度値を示す。

過去画像４０における縦領域４３は、肋骨領域４５と軟部組織領域４６とを含む。濃度プロファイル５０には、縦領域４３の濃度プロファイル曲線４１と、現在画像３０における縦領域４３に相当する部分の濃度プロファイル曲線３１とが描画されている。濃度プロファイル曲線４１は、肋骨領域４５では濃度値が高く、肋骨領域４５と軟部領域４６との境界付近５１では濃度値が急激に小さくなり、軟部領域４６では肋骨領域４５よりも小さい濃度値になる。濃度プロファイル曲線３１も同じ特性を持つ。

上記反相関値は、濃度プロファイル５０において、体軸方向位置が同一なとき濃度プロファイル曲線３１と４１との乖離値として示される。濃度プロファイル５０では、体軸方向位置が５２のときの矢印幅が反相関最大値となる。

小領域内での反相関値は、小領域をさらにN×M（N=1,2,3,4,… ;M=1,2,3,4,5…）に分割して、この微小領域内の複数画素を対象にした平均値から求めてもよい。例えば現在画像３０及び過去画像４０の小領域Ｓ_１、Ｓ_１’を４×４の１６画素からなるマトリックス状に形成し、小領域Ｓ_１及びＳ_１’をそれぞれ２×２の４画素からなる４つの微小領域に分割する。そして、Ｓ_１の４画素の微小領域を構成する画素の濃度値の平均値と、Ｓ_１’、Ｓ_１の４画素の微小領域を構成する画素の濃度値の平均値とを求め、最も平均値の乖離が大きいときの乖離値（Ｓ_１’の微小領域の濃度平均値―Ｓ_１の微小領域の濃度平均値）としてもよい。

Ｓ６では、位置検出部１１ｅが、変数ＭＩＮと反相関最大値（ｍａｘ）との大小を比較して、変数ＭＩＮが反相関最大値（ｍａｘ）よりも大きいか否かを判定する（Ｓ６）。「Ｙｅｓ」ならステップＳ７へ、「Ｎｏ」 ならステップＳ８へ進む。

Ｓ７では、位置検出部１１ｅが、変数ＭＩＮの値をＳ５で算出した反相関最大値ｍａｘに置き換える。さらに、この位置における小領域Ｓ_１’の中心画素（ｉ_１’、ｊ_１’）の座標（Ｘｃ’、Ｙｃ’）を記録する。これにより、反相関最大値がより小さいものと取り替えたことになる。

Ｓ８では、位置検出部１１ｅが、小領域Ｓ_１’を移動範囲Ａ内の移動を終了させたか否かを判断する（Ｓ８）。「Ｙｅｓ」ならステップＳ９へ、「Ｎｏ」ならステップＳ１０へ進む。

Ｓ９では、位置合わせ部１１ｆが、小領域Ｓ_１を基準として小領域Ｓ_１’を移動（変位）させるための変位方向及び変位量を示す変移ベクトル（Ｘｃ’―Ｘｃ、Ｙｃ’―Ｙｃ）を記録する。

Ｓ１０では、算出部１１ｄが、小領域Ｓ_１’を移動範囲Ａ内において更に移動し、Ｓ５へ戻る。

Ｓ１１では、算出部１１ｄが、Ｓ３で設定したすべての小領域について反相関最大値を求めたか否かを判断する（Ｓ１１）。「Ｙｅｓ」ならステップＳ１２へ、「Ｎｏ」ならステップＳ１３へ進む。

Ｓ１２では、位置合わせ部１１ｆが、過去画像４０の各小領域Ｓ_１’、Ｓ_２’…をこれに対応する現在画像３０の各小領域Ｓ_１、Ｓ_２…についてＳ９で求めた変位ベクトル量の移動を行い、現在画像３０と過去画像４０との位置合わせを行う（Ｓ１２）。Ｓ１３では、算出部１１ｄは、次の小領域、例えばＳ_２及びＳ_２’を設定し、Ｓ４へ戻る。なお、位置合わせ部１１ｆは、位置合わせを実行する前に、現在画像３０又は過去画像４０条上に上記変位ベクトルを合成し、モニタ１５上に表示させてもよい。図６は現在画像３０と、変位ベクトル４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを合成した過去画像４０とを表示した画面表示例である。これにより、どの部位をどれくらい移動させたかを視認することができる。

Ｓ１４では、差分部１１ｇが、Ｓ１２で位置合わせされた現在画像３０と過去画像４０との差分処理を行い、差分画像を生成する（Ｓ１４）。生成された差分画像は、モニタ１５に表示してもよい。

上記実施形態では、小領域Ｓ_１、Ｓ_２…及びＳ_１’、Ｓ_２’…と移動範囲Ａとをマトリクス状に構成したが、小領域及び移動範囲は円形等でもよい。

本実施の形態によれば、小領域ごとに位置ずれに伴う濃度値の差が大きくなる部分に着目し、この部分の位置があうように位置合わせ処理を行うことができる。これにより、小領域全体としてより精度よく位置合わせを行うことができる。

医用画像診断支援システムのハードウェア構成図。 医用画像支援プログラムの構成を示すブロック図。 医用画像診断支援システムの処理の流れを示すフローチャート。 小領域を移動させつつ、反相関値の最小値を求める処理の説明図。 反相関値の概念を説明する模式図。 変位ベクトルを合成した過去画像と現在画像とを並列表示した画面表示例。

符号の説明

１…医用画像診断支援システム、２…医用画像撮影装置、３…ＬＡＮ、４…画像データベース、１０…医用画像診断支援装置、１１…ＣＰＵ、１２…主メモリ、１３…磁気ディスク、１４…表示メモリ、１５…ＣＲＴ、１６…マウス、１６ａ…コントローラ、１７…キーボード、１８…通信Ｉ／Ｆ、１９…バス

Claims (3)

1. 同一被検体の同一部位を撮影して得た第一医用画像及び第二医用画像を読み込む読込手段と、
   前記第一医用画像を分割して複数の第一分割領域を生成し、更に第二医用画像を前記第一分割領域に相当する領域毎に分割して複数の第二分割領域を生成する分割手段と、
   前記第二分割領域毎に、その第二分割領域を含む画像移動範囲を設定する設定手段と、
   前記画像移動範囲内において、前記第一分割領域を相対移動させながら該第一分割領域とその第一分割領域に相当する前記第二分割領域との位置のずれの大きさを示す指標値を算出する算出手段と、
   前記画像移動範囲内において前記指標値が最小値となる位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段が検出した位置に前記第一分割領域を相対移動させることにより第一分割領域と第二分割領域と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診断支援装置。
2. 前記指標値は、前記第一分割領域及び第二分割領域を構成する各画素の濃度値の差の絶対値における最大値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像診断支援装置。
3. 前記設定手段は、前記第一医用画像及び第二医用画像に撮影された被検体の特徴部位領域であって、位置合わせを所望する特徴部位領域の半値幅に基づいて前記画像移動範囲を設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の医用画像診断支援装置。

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