JP2007068713A - 医用画像位置合わせ処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は肺野の病変、手術などの有無によらず、安定して、少ない演算量で基準画像と参照画像の全体的な移動量を補正する画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせ装置であって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手段と、前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手段と、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段と、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングする手段とを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求めることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医用画像のＣＡＤ（コンピュータ支援診断：Computer Aided Diagnosis）技術等における全体的な位置合わせ方法に関する、特にＸ線胸部正面写真の左右肺部の有無によらず、安定して高速に基準と参照画像の位置合わせを行う画像処理装置及び画像処理方法に関する。

胸部Ｘ線画像の経時差分技術は、異なる時期に撮影された胸部正面写真に観察基準となる基準画像と比較するための参照画像に対し、肺野全体的な移動量と肺野の細かい変形を補正し、差分処理を行い、両画像に変化のある部分を差分画像として描出する技術である。このような経時差分技術により、２つの画像から骨、血管等の共通の正常な部分を無視して、病巣の変化分だけの画像成分を強調することができる。

胸部Ｘ線画像の経時差分技術において、肺野全体的な移動量、いわゆるグローバルマッチングは、差分処理成功失敗または詳細マッチングの精度に関わり、従来技術は、USP5982915に記載するように、エッジ検出技術を利用して、肺野領域を検出し、肺野領域をマッチングすることにより、基準画像対参照画像の全体移動量を計算する。

図14に、従来技術におけるグローバルマッチングの処理フローを示す。

ステップ100では、X線撮影装置で撮影されたX線写真をフィルムからスキャナで読み込みデジタル画像に変換する。

ステップ102では、異なるモダリティ間の差異を補正するために、画像の輝度とコントラストを補正する。

ステップ104では、画像中心線間の角度に基づいて、画像を回転し、患者撮影姿勢の変化を補正する。

ステップ106では、画像中に胸郭のエッジを検出する。

ステップ108では、画像を縮小し、解像度を128x128に落とす。

ステップ110では、縮小した画像を平滑化する。

ステップ112では、検出された胸郭エッジに基づいて、肺野周辺の領域を抽出する。

ステップ114では、抽出された領域の相互相関を計算し、全体的な移動量を計算する。

しかしながら、従来技術におけるグローバルマッチング方法は、胸郭を検出するために演算量が多く、肺野の一方が病変、手術により、X線写真画像に映らない場合の対応が難しい。

従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２と特許文献３をあげることが出来る。
ＵＳ ５９８２９１５号公報 特開平０６−０７０２３６号公報 特開平０６−１６５０３６号公報

本発明は肺野の病変、手術などの有無によらず、安定して、少ない演算量で基準画像と参照画像の全体的な移動量を補正する画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせ装置であって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手段と、前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手段と、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段と、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングする手段とを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求めることを特徴とする。

前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手段は、基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段と、前記基準と参照画像の代表的な垂直領域において、上肺の水平プロファイルを決定する手段とを備えることを特徴とする。

前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする。

前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置上下に所定垂直幅の領域を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする。

前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置までの全部または一部領域を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする。

前記所定垂直距離は画像の高さと比例して、あらかじめ設定されたパラメータであることを特徴とする。

前記上肺の代表的な水平プロファイルを決定する手段は、前記求めた上肺の代表的な垂直領域にわたって、画像の各水平ラインを重みつけて平均化し、代表的な水平プロファイルを求めることを特徴とする。

前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段と、垂直プロファイルの一次差分を計算する手段と、一次差分に第1の凹zero-crossing位置をもとめ、該位置を肺部最上端とする手段を備えることを特徴とする。

前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の垂直プロファイルと、前記垂直プロファイルの一次差分を平滑化する手段をさらに有することを特徴とする。

前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段は、画像の横幅から所定幅を決定し、画像の水平中央の両辺に所定幅内の列を平均化することを特徴とする。

前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段は、画像の水平中央の左右に、それぞれ、一定距離を離れた位置両辺に所定幅の列を平均化することを特徴とする。

前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手段は、参照画像のプロファイルに水平探索範囲を決定する手段と、基準画像のプロファイルに水平マッチング領域を決定する手段と、水平探索範囲において、基準画像のプロファイルを移動しながら、水平マッチング領域内のプロファイルのマッチング度合いを計算する手段と、最大マッチング度合いの位置を求める手段を備えることを特徴とする。

前記水平探索範囲を決定する手段は、画像の横幅と比例して決定されることを特徴とする。

前記水平マッチング領域を決定する手段は、画像の横幅と比例して決定されることを特徴とする。

前記水平マッチング領域を決定する手段は、前記代表的な水平プロファイルに中央近傍最小値位置を求める手段と、水平プロファイルに基づいて左右肺野有無を判定する手段と、肺野のある方に肺野の外側境界位置を求める手段と、左右肺野有無状況により、水平マッチング領域を決定する手段を備えることを特徴とする。

前記左右肺野有無を判定する手段は、肺野輝度閾値を決定する手段と、代表的な水平プロファイルに閾値より大きい値の領域がある場合、該側に肺野があると判定し、そうでない場合、該側に肺野がないと判定することを特徴とする。

前記肺野輝度閾値を決定する手段は、前記最小値位置から左右へ、所定幅内に最大値を求め、最小値と最大値の平均または重みつき平均を閾値とすることを特徴とする。

前記肺野輝度閾値を決定する手段は、前記最小値位置から所定幅内に、左右の最大値をそれぞれ求め、両最大値間のプロファイル平均値を閾値とすることを特徴とする。

前記肺野の外側境界位置を求める手段は、前記肺野有無判定手段で肺野があると判定した一方肺野に、前記肺野輝度閾値より大きいプロファイルの内側から画像の境界へ、プロファイルの一次差分を計算し、第一番目の凹のzero-crossing位置を肺野の外側とする。第一番目の凹のzero-crossing位置がない場合、一次差分の平均値を超え始めた位置を肺野の外側とすることを特徴とする。

前記水平マッチング領域を決定する手段は、左右肺野有無状況により、左肺のみがある場合、左肺の外側境界位置から前記求めた最小値まで全部または一部の領域を水平マッチング領域とする手段と、右肺のみがある場合、右肺の外側境界位置から前記求めた最小値まで全部または一部領域を水平マッチング領域とする手段と、両肺ともある場合、前記左右肺野のマッチング領域を合わせって水平マッチング領域とする手段と、両肺ともない場合、例外処理を行う手段を備えることを特徴とする。

前記求めた最大マッチング度合いの位置により、基準と参照画像の水平移動量を計算し、位置合わせする手段をさらに備えることを特徴とする。

前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置を求める際、前記求めた基準または参照画像の垂直プロファイルとすることを特徴とする。

前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段は、前記求めた左右肺野有無状況により、左肺のみがある場合、左肺の外側境界位置から前記求めた最小値までの領域に全部または一部の列を平均化する手段と、右肺のみがある場合、右肺の外側境界位置から前記求めた最小値までの領域に全部または一部の列を平均化する手段と、両肺ともある場合、前記左右肺野の外側境界位置から前記求めた最小値までの領域に全部または一部の列をそれぞれ平均化する手段と、両肺ともない場合、例外処理を行う手段を備えることを特徴とする。

前記上肺領域の垂直マッチングする手段は、参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルに垂直探索範囲を決定する手段と、基準画像の代表的な肺部垂直プロファイルに垂直マッチング領域を決定する手段と、垂直探索範囲において、基準画像のプロファイルを移動しながら、垂直マッチング領域内のプロファイルのマッチング度合いを計算する手段と、最大マッチング度合いの位置を求める手段を備えることを特徴とする。

前記垂直探索範囲を決定する手段は、画像の高さと比例して垂直探索範囲を決定することを特徴とする。

前記垂直マッチング領域を決定する手段は、画像の高さと比例して垂直探索範囲を決定することを特徴とする。

前記垂直マッチング領域を決定する手段は、肺部最上端垂直位置を求める手段と、上肺下端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から上肺下端までの領域全部または一部を垂直マッチング領域とする手段を備えることを特徴とする。

前記肺部最上端垂直位置を求める手段は、肺部垂直プロファイルの一次差分を計算する手段と、一次差分に第1の凹zero-crossing位置をもとめ、該位置を肺部最上端とする手段を備えることを特徴とする。

前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の肺部垂直プロファイルと、前記肺部垂直プロファイルの一次差分を平滑化する手段をさらに有することを特徴とする。

前記上肺下端の垂直位置を求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置から、所定距離を離した位置を上肺下端とすることを特徴とする。

前記上肺下端の垂直位置を求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置から、プロファイルの最大値位置上肺下端とすることを特徴とする。

前記上肺領域の垂直マッチングする手段は、前記左右肺野有無判定結果により、左右肺野それぞれについて、垂直移動量を求める手段と、左右肺野のそれぞれ移動量を統合する手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。

前記左右肺野のそれぞれ移動量を統合する手段は、左右肺野一方のみある場合、ある一方の移動量を垂直移動量とし、両方ともある場合、左右移動量の平均値、またはマッチング度合いの高い方の移動量を垂直移動量とし、両方ともない場合、例外処理を行うことを特徴とする。

本発明において、上肺の水平プロファイルを利用して、左右肺野有無の判定結果により、基準と参照画像に共通の肺部水平マッチング領域を決定し、マッチングすることにより、水平移動量を求める。また、前記左右肺野有無の判定結果により、肺野のある側に、肺部垂直プロファイルを求め、基準と参照画像に共通の上肺部領域を垂直マッチング領域と設定し、マッチングすることにより、垂直移動量を求める。したがって、本発明は肺野の病変、手術などの有無によらず、安定して、高速に基準画像と参照画像の全体的な移動量を求められる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

（第１実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る医用画像位置合わせ処理装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。なお、本実施形態に係る医用画像位置合わせ処理装置は、図１に示す機能を実現するための専用の装置であってもよいし、汎用のコンピュータに後述の処理を実行させる制御プログラムを提供して実現させてもよい。また、図１に示す各機能ブロックは、ハードウエアで実現してもよいし、ソフトウエアで実現してもよいし、ハードウエア及びソフトウエアの協働により実現してもよい。

本実施形態に係る医用画像位置合わせ処理装置は、図１に示すように、上肺代表的な垂直領域決定部10と、上肺水平プロファイル決定部11と、水平探索範囲決定部12と、水平マッチング領域決定部13と、マッチング部1の14と、肺部垂直プロファイル決定部15と、垂直探索範囲決定部16と、垂直マッチング領域決定部17と、マッチング部2の18から構成される。

異なる時期に撮影されたX線正面画像である基準と参照画像を、不図示の画像入力部から、入力され、それぞれ、上肺代表的な垂直領域決定部10において、肺部最上端の垂直位置をもとめ、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置上下に、所定垂直幅の領域を上肺の代表的な垂直領域とする。上肺水平プロファイル決定部11において、前記上肺の代表的な垂直領域を平均化し、または重み付け平均を計算し、上肺の水平プロファイルとする。

上肺代表的な垂直領域決定部10はさらに、図2に示すように、画像の垂直プロファイルを計算部100と、第1の平滑部110と、一次差分計算部120と、第2の平滑部130と、zero-crossing位置決定部140と、垂直領域決定部150から構成される。

入力された基準または参照画像を、画像の垂直プロファイルを計算部100において、図3に示すように、左右肺部のある範囲[0.3w, 0.7w]の各列を平均化し、垂直プロファイルを計算する。ただし、wは画像の横幅である。また、[0.3w, 0.7w]内の各列を平均化することではなく、[0.3w, 0.4w]と[0.6w,0.7w]のように、従隔領域を除いて平均化してもよい。

第1の平滑化部110で、前記求めた画像の垂直プロファイルに低域通過フィルタを適用し、平滑化する。単純平均フィルタまたはGaussianフィルタなど低域通過フィルタが用いられる。

一次差分計算部120で、前記平滑化された垂直プロファイルの前後画素の差分を計算する。

第2の平滑部130で、前記平滑化された垂直プロファイルの一次差分に低域通過フィルタを適用し、平滑化する。同じく、単純平均フィルタまたはGaussianフィルタなど低域通過フィルタを用いて、平滑化する。

Zero-crossing位置決定部140で、前記一次差分に第1番目凹のzero-crossing位置を探索して、該位置肺部最上端位置とする。ここで凹ということは、第k番目の差分値が負で、かつ第k+1番目の差分値が非負の位置を凹のzero-crossing位置とする。

垂直領域決定部150では、図3に示すように、前記求めた肺部最上端位置から、3h/16離れた位置上下各4行の領域を上肺の代表的な垂直領域とする。ただし、hは画像の高さである。また、本実施形態において、単に、肺部最上端位置から、3h/16離れた位置の行を上肺の代表的な垂直領域としてもよいし、肺部最上端位置から、3h/16離れた位置まで、全部または一部の行を上肺の代表的な垂直領域としてもよい。ここで、上肺の長さが呼吸などによらず、経験的に3h/16ぐらいのため、肺野最上端から該高さを離れた位置を上肺下端とする。

水平探索範囲決定部12では、図3に示すように、参照画像の上肺水平プロファイル上に[-0.3w,3w/8]の範囲を水平探索範囲とし、基準画像の上肺水平プロファイルの左端は、この範囲内で移動しながら、マッチングを行う。

水平マッチング領域決定部13では、[0.3w, 0.7w]の範囲を水平マッチング領域とする。

マッチング部1の14では、前記基準画像の上肺水平プロファイルを前記設定された水平探索範囲において、移動しながら、水平マッチング領域内のプロファイルが参照画像の境界を越えない部分を同位置の参照画像プロファイルとの相互相関係数を計算し、相互相関係数が最大になる位置をマッチング位置とし、水平移動量を計算する。

本実施形態において、肺部垂直プロファイル決定部15は、前記上肺代表的な垂直領域決定部10で求めた画像の垂直プロファイルを肺部垂直プロファイルとする。

垂直探索範囲決定部16は、図3に示すように、[-0.2h, 0.4h]の範囲を垂直探索範囲とする。

垂直マッチング領域決定部17は、前記求めた基準画像肺部最上端位置から、3h/16の範囲を垂直マッチング領域と設定する。また、本実施形態において、前記求めた基準画像肺部最上端位置から、前記肺部垂直プロファイルの最大値位置を求め、該位置を上肺下端とし、肺部最上端から上肺下端までの領域を垂直マッチング領域としてもよい。

マッチング部2の18では、前記基準画像の肺部垂直プロファイルを前記設定された垂直探索範囲において、移動しながら、垂直マッチング領域内のプロファイルが参照画像の境界を越えない部分を同位置の参照画像プロファイルとの相互相関係数を計算し、相互相関係数が最大になる位置をマッチング位置とし、垂直移動量を計算する。

図4は本実施形態基本概念のフローチャートを示す。

S100：上肺代表的な垂直領域決定部10の垂直プロファイル計算部100が、画像の[0.3w,0.7]内の各列を平均化し、画像の垂直プロファイルを計算する。

S102：上肺代表的な垂直領域決定部10の第1の平滑部110が、前記求めた垂直プロファイルに、低域通過フィルタを適用し、平滑化する。

S104：上肺代表的な垂直領域決定部10の一次差分計算部120が、平滑化した垂直プロファイルの一次差分を計算する。

S106：上肺代表的な垂直領域決定部10の第2の平滑部130が、計算した一次差分に、低域通過フィルタを適用し、平滑化する。

S108：上肺代表的な垂直領域決定部10のzero-crossing位置決定部140が、平滑化した一次差分に、第1番目の凹のzero-crossing位置を探索する。すなわち、位置kの差分値がゼロより小さく、位置k+1の差分値が非負の場合、該位置が凹のzero-crossing位置である。第1番目の凹のzero-crossing位置を肺野最上端とする。

S110：上肺代表的な垂直領域決定部10の垂直領域決定部150が、前記求めた肺部最上端位置から、3h/16離れた位置上下各4行の領域を上肺の代表的な垂直領域とする。

S112：水平探索範囲決定部12が、参照画像の上肺水平プロファイル上に[-0.3w,3w/8]の範囲を水平探索範囲と設定する。

S114：水平マッチング領域決定部13が、[0.3w, 0.7w]の範囲を水平マッチング領域と設定する。

S116：マッチング部1の14が、次のマッチング度合い計算が、水平探索範囲内の各位置を全部走査したかどうかを判断し、終わった場合、S120へ進み、そうでない場合、ステップS118へ進む。

S118：マッチング部1の14が、該水平位置において、水平マッチング領域内の基準画像の上肺水平プロファイルが参照画像の境界を越えない部分を同位置の参照画像の上肺水平プロファイルとの相互相関係数を計算する。

S120：マッチング部1の14が、前記求めた全部の相互相関係数が最大になる位置をマッチング位置とし、水平移動量を計算する。

S122：垂直探索範囲決定部16が、[-0.2h, 0.4h]の範囲を垂直探索範囲と設定する。

S124：垂直マッチング領域決定部17が、前記求めた基準画像肺部最上端位置から、3h/16の範囲を垂直マッチング領域と設定する。

S126：マッチング部2の18が、次のマッチング度合い計算が、垂直探索範囲内の各位置を全部走査したかどうかを判断し、終わった場合、S130へ進み、そうでない場合、ステップS128へ進む。

S128：マッチング部2の18が、該垂直位置において、前記垂直マッチング領域内の基準画像のプロファイルが参照画像の境界を越えない部分を同位置の参照画像プロファイルとの相互相関係数を計算する。

S130：マッチング部2の18が、前記求めた全部の相互相関係数が最大になる位置をマッチング位置とし、垂直移動量を計算する。

（第2実施形態）
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。

異なる時期に撮影されたX線胸部正面画像には、肺野の病気、手術などにより、前回撮影するときにあった肺野が、今回の撮影でX線写真に映らない場合がある。このような場合は、両肺ともマッチングすることは好ましくないため、本実施形態において、基準画像に左右肺野の有無を判定して、両方ともある場合、左右肺野の外側間の領域を水平マッチング領域とし、一方の肺野のみある場合、ある側肺野の外側位置から画像中央付近の最小プロファイル画素値位置までの領域を水平マッチング領域とし、両肺ともない場合、例外処理を行う。

図5に本実施形態の機能的な構成を示す。本実施形態は、上肺代表的な垂直領域決定部21と、上肺水平プロファイル決定部22と、水平探索範囲決定部23と、左右肺野有無判定部24と、水平マッチング領域決定部25と、マッチング部1の26と、肺部垂直プロファイル決定部27と、垂直探索範囲決定部28と、垂直マッチング領域決定部29と、マッチング部2の30から構成される。

本実施形態と第1実施形態の違いは左右肺野有無判定部24と水平マッチング領域決定部25であるため、以下、これらの処理ブロックについて説明し、他の処理ブロックの説明は省略する。

図6に左右肺野有無判定部24のブロック図を示す。左右肺野有無判定部24は、肺野輝度閾値決定部200と、比較判定部210から構成される。肺野輝度閾値決定部200は、さらに、左右肺野中央の最小値位置決定部2001と、最大値位置決定部2003と平均部2005から構成される。

最小値位置決定部2001は、画像の中央付近[0.3w,0.7w]の領域内に最小プロフィル値位置MinPosを探索する。

最大値位置決定部2003は、前記最小値位置から左右へ、[0.3w,MinPos]と[MinPos,0.7w]のそれぞれ領域に水平プロファイルが最大となる位置を探索する。

平均部2005は、前記求めた左右最大値位置間のプロファイルの画素平均値を求め、肺野輝度の閾値とする。求めた肺野輝度閾値は図8に示す。また、最大値と最小値の平均または重み付け平均を肺野輝度の閾値としてもよい。

比較判定部210は、前記最小値位置の左右に、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域があるかどうかを判断する。ある場合、該領域の最大値位置が、[0.1w,0.9w]の間にあるかどうかを判断する。ある場合、該側に肺野があると判断する。そうでない場合、該側に肺野がないと判断する。実際に、前記上肺代表的な水平プロファイルの両端にX線直接照射領域がありうるので、前記最大値位置がX線直接照射領域にないことを判断するために、[0.1w,0.9w]の間にあるかどうかを判断する。

水平マッチング領域決定部25は、左右肺野有無の判定結果により、水平マッチング領域を決定する。図7に示すように、該処理は、さらに制御部300と、一次差分計算部310と、外側境界位置探索部320と、領域決定部330と、領域統合部340から構成される。

制御部300は、左右肺野有無の判定結果により、以下のように処理を制御する。

左肺野がある場合、左肺の領域に前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の外側から、画像境界までのプロファイルを、一次差分計算部310において、一次差分を計算し、外側位置探索部320において、第1の凹のzero-crossing位置を左肺野の外側境界位置とし、第1の凹のzero-crossing位置がない場合、一次差分の平均値より超え始めた位置を肺野の外側とする。最後に、領域決定部330において、左肺野の外側境界位置と前記画像中央近傍の最小値位置間の領域または一部領域を左肺野マッチング領域とする。また、本処理は単に、画像の横幅に基づいて、[5w/8,7w/8]の領域を左肺のマッチング領域を決定してもよい。

右肺野がある場合、右肺の領域に、肺野輝度閾値より大きい値の領域の外側から、画像境界までのプロファイルを、一次差分計算部310において、一次差分を計算し、外側位置探索部320において、第1の凹のzero-crossing位置を右肺野の外側境界位置とする。最後に、前記画像中央近傍の最小値位置から右肺野の外側境界位置までの領域または一部領域を右肺野マッチング領域とする。また、本処理は単に、画像の横幅に基づいて、[w/8,3w/8]の領域を右肺のマッチング領域を決定してもよい。

領域統合部340において、決定された左肺野と右肺野のマッチング領域をあわせって最終のマッチング領域とする。図8に、求めた肺野外側境界位置とマッチング領域を示す。

左右肺野ともない場合、不図示の例外処理を行う。

図9に、本実施形態の基本概念のフローチャートを示す。

S200〜S212：これらの処理ステップ第1実施形態と同じなので、説明を省略する。

S214：左右肺野有無判定部24の肺野輝度閾値決定部200が、画像の中央付近[0.3w,0.7w]の領域内に最小プロフィル値位置MinPosを探索し、[0.3w,MinPos]と[MinPos,0.7w]のそれぞれ領域に水平プロファイルが最大となる位置を探索する。最後に、左右最大値位置間の領域の平均輝度値を肺野輝度閾値とする。

S216：左右肺野有無判定部24の比較判定部210が、前記最小値位置の左右に、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域があるかどうかを判断し、ある場合、該領域の最大値位置が、[0.1w,0.9w]の間にあるかどうかを判断し、ある場合、該側に肺野があると判断する。そうでない場合、該側に肺野がないと判断する。

S218：水平マッチング領域決定部25の制御部300が、左右肺野有無の判定結果により、水平マッチング領域を決定する。左肺がある場合、ステップS220へ、右肺がある場合、ステップS222へ進む。左右肺ともがない場合、例外処理を行い、位置合わせ処理を終了する。

S220：水平マッチング領域決定部25の一次差分計算部310が、左肺領域に前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の外側から画像境界まで、水平プロファイルの一次差分を計算し、外側位置探索部320が、前記一次差分の第1凹のzero-crossing位置を探索し、左肺野の外側境界位置とする。第1の凹のzero-crossing位置がない場合、一次差分の平均値を超え始めた位置を肺野の外側とする。

S222：水平マッチング領域決定部25の領域決定部330が、前記最小値位置から左肺野の外側境界位置までの領域またはその一部を左肺野マッチング領域とする。

S224：水平マッチング領域決定部25の一次差分計算部310が、右肺領域に前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の外側から画像境界まで、水平プロファイルの一次差分を計算し、外側位置探索部320が、前記一次差分の第1凹のzero-crossing位置を探索し、右肺野の外側境界位置とする。

S226：水平マッチング領域決定部25の領域決定部330が、前記最小値位置から右肺野の外側境界位置までの領域またはその一部を右肺野マッチング領域とする。

S228：水平マッチング領域決定部25の領域統合部340が、前記左右肺野マッチング領域を合わせって最終のマッチング領域とする。

S230〜S244：これらの処理ステップ第1実施形態と同じなので、説明を省略する。

（第3実施形態）
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。

第2実施形態に説明したように、異なる時期に撮影されたX線胸部正面画像には、肺野の病気、手術などにより、前回撮影するときにあった肺野が、今回の撮影でX線写真に映らない場合がある。このような場合は、垂直移動量を求める際、左右肺野領域とも用いて肺部垂直プロファイルを計算することは好ましくない。本実施形態において、基準画像に左右肺野の有無を判定し、左肺がある場合左肺領域を用いて、右肺がある場合右肺領域を用いて、それぞれ、左右肺部の垂直プロファイルを求め、垂直探索範囲と、垂直マッチング領域を決定し、マッチングを行い、マッチング結果を統合することにより、垂直移動量を求める。

図10に本実施形態の機能的な構成を示す。本実施形態は、上肺代表的な垂直領域決定部41と、上肺水平プロファイル決定部42と、水平探索範囲決定部43と、左右肺野有無判定部44と、水平マッチング領域決定部45と、マッチング部1の46と、制御部47と、肺部垂直プロファイル決定部48と、垂直探索範囲決定部49と、垂直マッチング領域決定部50と、マッチング部2の51と、統合部52から構成される。

本実施形態と第2実施形態の違いは制御部47と、肺部垂直プロファイル決定部48と、統合部52であるため、以下、これらの処理ブロックについて説明し、他の処理ブロックの説明は省略する。

制御部47は、左右肺野有無の判定結果により、以下のように処理を制御する。

左肺野がある場合、肺部垂直プロファイル決定部48が、左肺野の外側境界位置と前記画像中央近傍の最小値位置間の領域または一部領域に渡って各列を平均化して、肺部垂直プロファイルとする。好適な実装形態として、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の各列を平均化して、肺部垂直プロファイルとすることが好ましい。以降、垂直探索範囲決定部49と、垂直マッチング領域決定部50と、マッチング部2との処理は第1または第2形態と同じなので、説明を省略する。図11に、肺部垂直プロファイルと垂直マッチング領域の代表例を示す。

右肺がある場合、同じく、肺部垂直プロファイル決定部48が、右肺野の外側境界位置と前記画像中央近傍の最小値位置間の領域または一部領域に渡って各列を平均化して、肺部垂直プロファイルとする。好適な実装形態として、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の各列を平均化して、肺部垂直プロファイルとすることが好ましい。以降、垂直探索範囲決定部49と、垂直マッチング領域決定部50と、マッチング部2との処理は第1または第2形態と同じなので、説明を省略する。

統合部52において、計算されたマッチング度合いに基づいて、左右肺部の垂直移動量を統合する。

好適な実装形態として、左右肺部ともがある場合、相互相関係数の高い方の垂直移動量を最終の画像全体の垂直移動量としてもよいし、左右相互相関係数を重みとして、左右の垂直移動量を平均化し、平均値を画像全体の垂直移動量としてもよい。

左右肺野一方のみある場合、ある一方の垂直移動量を画像全体の垂直移動量とする。

左右肺野両方ともない場合、不図示の例外処理を行う。

図12に、本実施形態の基本概念のフローチャートを示す。

S300〜S334：これらステップの処理は第2実施形態と同じなので、説明を省略する。

S336：制御部47が、左右肺野があるかどうかに基づいて、処理フローを制御する。左肺がある場合、ステップS338へ、右肺がある場合、ステップS342へ進む。左右肺ともがない場合、例外処理へ進む。

S338：左肺がある場合、肺部垂直プロファイル決定部48が、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の各列を平均化して、左肺部垂直プロファイルとする。

S340：肺部垂直プロファイルのマッチングルーチンを呼び出して、左肺垂直プロファイルに基づいて、水平移動量を計算する。

S342：右肺がある場合、肺部垂直プロファイル決定部48が、前記肺野輝度閾値より大きい値の領域の各列を平均化して、右肺部垂直プロファイルとする。

S344：肺部垂直プロファイルのマッチングルーチンを呼び出して、右肺垂直プロファイルに基づいて、水平移動量を計算する。

S346：左右肺野垂直プロファイルのマッチング度合いに基づいて、重みを付けて、全体的な垂直移動量を計算する。

また、肺部垂直プロファイルのマッチングルーチンのフローチャートは図13に示す。該ルーチンの各処理ステップは、第2実施形態の処理ステップS236〜S244と同じなので、説明を省略する。

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、撮像装置、web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、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

前述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。

また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えば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、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。本発明を前記記録媒体に適用する場合、その記録媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の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がコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの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格納された後、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または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。

第1実施形態のブロック図。 上肺代表的な垂直領域決定部。 第1実施形態における各パラメータ。 第1実施形態のフローチャート。 第2実施形態のブロック図。 左右肺野有無判定部のブロック図。 第2実施形態の水平マッチング領域決定部ブロック図。 水平プロファイル、肺野輝度閾値、マッチング領域。 第2実施形態のフローチャート。 第3実施形態のブロック図。 肺部垂直プロファイルと垂直マッチング領域。 第3実施形態のフローチャート。 マッチングルーチンのフローチャート。 従来方式の処理フロー。

Claims (36)

1. 同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせ装置であって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手段と、前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手段と、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段と、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングする手段とを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求めることを特徴とする医用画像位置合わせ処理装置。
2. 前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手段は、基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段と、前記基準と参照画像の代表的な垂直領域において、上肺の水平プロファイルを決定する手段とを備えることを特徴とする前記請求項１に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
3. 前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする前記請求項２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
4. 前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置上下に所定垂直幅の領域を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする前記請求項２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
5. 前記基準と参照画像に上肺の代表的な垂直領域を決定する手段は、肺部最上端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から所定垂直距離を離れた垂直位置までの全部または一部領域を上肺の代表的な垂直領域とすることを特徴とする前記請求項2に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
6. 前記所定垂直距離は画像の高さと比例して、あらかじめ設定されたパラメータであることを特徴とする前記請求項３から請求項５までに記載の医用画像位置合わせ処理装置。
7. 前記上肺の代表的な水平プロファイルを決定する手段は、前記求めた上肺の代表的な垂直領域にわたって、画像の各水平ラインを単純または重みつけて平均化し、代表的な水平プロファイルを求めることを特徴とする前記請求項２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
8. 前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段と、垂直プロファイルの一次差分を計算する手段と、一次差分に第1の凹zero-crossing位置をもとめ、該位置を肺部最上端とする手段を備えることを特徴とする前記請求項３から請求項５までに記載の医用画像位置合わせ処理装置。
9. 前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の垂直プロファイルと、前記垂直プロファイルの一次差分を平滑化する手段をさらに有することを特徴とする前記請求項８に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
10. 前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段は、画像の横幅から所定幅を決定し、画像の水平中央の両辺に所定幅内の列を平均化することを特徴とする前記請求項８に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
11. 前記基準または参照画像の垂直プロファイルを計算する手段は、画像の水平中央の左右に、それぞれ、一定距離を離れた位置両辺に所定幅の列を平均化することを特徴とする前記請求項８に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
12. 前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手段は、参照画像のプロファイルに水平探索範囲を決定する手段と、基準画像のプロファイルに水平マッチング領域を決定する手段と、水平探索範囲において、基準画像のプロファイルを移動しながら、水平マッチング領域内のプロファイルのマッチング度合いを計算する手段と、最大マッチング度合いの位置を求める手段を備えることを特徴とする前記請求項１に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
13. 前記水平探索範囲を決定する手段は、画像の横幅と比例して決定されることを特徴とする前記請求項１２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
14. 前記水平マッチング領域を決定する手段は、画像の横幅と比例して決定されることを特徴とする前記請求項１２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
15. 前記水平マッチング領域を決定する手段は、前記水平プロファイルに基づいて左右肺野有無を判定する手段と、左右肺野有無状況により、水平マッチング領域を決定する手段を備えることを特徴とする前記請求項１２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
16. 前記左右肺野有無を判定する手段は、肺野輝度閾値を決定する手段と、代表的な水平プロファイルに閾値より大きい値の領域があり、かつ該領域の最大値が所定幅内にある場合、該側に肺野があると判定し、そうでない場合、該側に肺野がないと判定することを特徴とする前記請求項１５に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
17. 前記肺野輝度閾値を決定する手段は、前記代表的な水平プロファイルに中央近傍最小値位置を求め、最小値位置から左右へ、所定幅内に最大値を求め、最小値と最大値の平均または重みつき平均を閾値とすることを特徴とする前記請求項１６に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
18. 前記肺野輝度閾値を決定する手段は、前記代表的な水平プロファイルに中央近傍最小値位置を求め、最小値位置から所定幅内に、左右の最大値をそれぞれ求め、両最大値間のプロファイル平均値を閾値とすることを特徴とする前記請求項１６に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
19. 前記水平マッチング領域を決定する手段は、左右肺野有無状況により、肺野のある方に肺野の外側境界位置を求める手段と、左肺のみがある場合、左肺の外側境界位置から画像中央付近の最小値位置までの領域に全部または一部を水平マッチング領域とする手段と、右肺のみがある場合、右肺の外側境界位置から画像中央付近の最小値位置までの領域に全部または一部を水平マッチング領域とする手段と、両肺ともある場合、前記左右肺野のマッチング領域を合わせって水平マッチング領域とする手段と、両肺ともない場合、例外処理を行う手段を備えることを特徴とする前記請求項１５に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
20. 前記肺野の外側境界位置を求める手段は、前記肺野有無判定手段で肺野があると判定した一方肺野に、前記肺野輝度閾値より大きいプロファイルの外側から画像の境界へ、プロファイルの一次差分を計算し、第一番目の凹のzero-crossing位置を肺野の外側とする。第一番目の凹のzero-crossing位置がない場合、一次差分の平均値を超え始めた位置を肺野の外側とすることを特徴とする前記請求項１５に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
21. 前記求めた最大マッチング度合いの位置により、基準と参照画像の水平移動量を計算し、位置合わせする手段をさらに備えることを特徴とする前記請求項１２に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
22. 前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置を求める際、前記求めた基準または参照画像の垂直プロファイルとすることを特徴とする前記請求項1に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
23. 前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手段は、前記求めた左右肺野有無状況により、左肺のみがある場合、左肺の外側境界位置から前記求めた最小値までの領域に全部または一部の列を平均化する手段と、右肺のみがある場合、右肺の外側境界位置から前記求めた最小値までの領域に全部または一部の列を平均化する手段と、両肺ともある場合、前記左右肺野の外側境界位置間の領域に全部または一部の列をそれぞれ平均化する手段と、両肺ともない場合、例外処理を行う手段を備えることを特徴とする前記請求項１に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
24. 前記上肺領域の垂直マッチングする手段は、参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルに垂直探索範囲を決定する手段と、基準画像の代表的な肺部垂直プロファイルに垂直マッチング領域を決定する手段と、垂直探索範囲において、基準画像のプロファイルを移動しながら、垂直マッチング領域内のプロファイルのマッチング度合いを計算する手段と、最大マッチング度合いの位置を求める手段を備えることを特徴とする前記請求項１に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
25. 前記垂直探索範囲を決定する手段は、画像の高さと比例して垂直探索範囲を決定することを特徴とする前記請求項２４に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
26. 前記垂直マッチング領域を決定する手段は、画像の高さと比例して垂直探索範囲を決定することを特徴とする前記請求項２４に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
27. 前記垂直マッチング領域を決定する手段は、肺部最上端垂直位置を求める手段と、上肺下端の垂直位置を求める手段と、肺部最上端から上肺下端までの領域全部または一部を垂直マッチング領域とする手段を備えることを特徴とする前記請求項２４に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
28. 前記肺部最上端垂直位置を求める手段は、肺部垂直プロファイルの一次差分を計算する手段と、一次差分に第1の凹zero-crossing位置をもとめ、該位置を肺部最上端とする手段を備えることを特徴とする前記請求項２７に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
29. 前記肺部最上端の垂直位置を求める手段は、前記基準または参照画像の肺部垂直プロファイルと、前記肺部垂直プロファイルの一次差分を平滑化する手段をさらに有することを特徴とする前記請求項２７に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
30. 前記上肺下端の垂直位置を求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置から、所定距離を離した位置を上肺下端とすることを特徴とする前記請求項27に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
31. 前記上肺下端の垂直位置を求める手段は、前記肺部最上端の垂直位置から、プロファイルの最大値位置上肺下端とすることを特徴とする前記請求項２７に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
32. 前記上肺領域の垂直マッチングする手段は、前記左右肺野有無判定結果により、左右肺野それぞれについて、垂直移動量を求める手段と、左右肺野のそれぞれ移動量を統合する手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする前記請求項２４に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
33. 前記左右肺野のそれぞれ移動量を統合する手段は、左右肺野一方のみある場合、ある一方の移動量を垂直移動量とし、両方ともある場合、左右移動量の単純または重み付け平均値、またはマッチング度合いの高い方の移動量を垂直移動量とし、両方ともない場合、例外処理を行うことを特徴とする前記請求項２４に記載の医用画像位置合わせ処理装置。
34. 同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせ方法であって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求めるステップと、前記代表的な水平プロファイルをマッチングするステップと、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求めるステップと、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングするステップとを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求めることを特徴とする医用画像位置合わせ処理方法。
35. 同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせプログラムであって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手順と、前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手順と、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手順と、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングする手順とを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求める手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
36. 同一被写体に対して異なる時点の撮影で得られた胸部正面画像である基準と参照画像同士を重ね合わせる胸部正面画像の位置合わせプログラムであって、前記基準と参照画像の上肺に代表的な水平プロファイルを求める手順と、前記代表的な水平プロファイルをマッチングする手順と、前記基準と参照画像の代表的な肺部垂直プロファイルを求める手順と、前記代表的な肺部垂直プロファイルに上肺領域を垂直マッチングする手順とを備え、基準画像対参照画像の水平および垂直移動量を求める手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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