JP2008043736A - 医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】医用画像処理装置1の抽出処理部2は、2つの医用画像のボリュームデータに基づいて、各医用画像のランドマークを設定する。位置関係情報生成部3は、2つの医用画像のそれぞれについて、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。ランドマーク対応付け部4は、この位置関係情報に基づいて、各医用画像のランドマークのうちの幾つかを除外する。更にランドマーク対応付け部4は、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する。画像位置合わせ部5は、このランドマークの対応付け結果に基づいて、2つのボリュームデータの位置合わせを行う。
【選択図】図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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)|、
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|Dr(ri2、ri3)−Dt(ti1、ti2)|、
|Dr(ri2、ri3)−Dt(tj1、tj3)|、
|Dr(ri2、ri3)−Dt(tj2、tj3)|} ≦ Cd3
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (22)
- 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生成手段と、
前記位置関係情報に基づいて、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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 前記対応付け手段は、
前記距離情報に基づいて、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、これらの距離の差が所定値以下となる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2つのランドマーク間の距離に基づいて、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、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2に記載の医用画像処理装置。 - 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5に記載の医用画像処理装置。 - 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5に記載の医用画像処理装置。 - 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5に記載の医用画像処理装置。 - 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8に記載の医用画像処理装置。 - 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。 - 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。 - 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11に記載の医用画像処理装置。 - 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12に記載の医用画像処理装置。 - 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13に記載の医用画像処理装置。 - 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。 - 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、
前記2つの医用画像の前記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、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変換パラメータ演算手段と、
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、前記距離に応じて前記パラメータを補正する変換パラメータ補正手段と、
を備え、
前記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、
ことを特徴とする医用画像処理装置。 - 前記変換パラメータ補正手段は、前記距離が所定値以下であるランドマークのみに基づいて前記パラメータを補正する、
ことを特徴とする請求項16に記載の医用画像処理装置。 - 前記変換パラメータ補正手段は、前記距離を変数とする非線形関数の関数値に基づいて前記パラメータを補正する、
ことを特徴とする請求項16に記載の医用画像処理装置。 - 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特定部位抽出手段と、
前記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し、前記画像領域における前記肺尖部の位置と前記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し、前記肺尖部の位置、前記下端の位置、前記左端位置及び前記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ランドマーク設定手段と、
2つの医用画像の前記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。 - 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、前記ランドマークの位置関係を示す位置関係情報を生成し、
前記位置関係情報に基づいて、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。 - 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、
前記2つの医用画像の前記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、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、
前記距離に応じて前記パラメータを補正し、
前記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、
ことを特徴とする医用画像処理方法。 - 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し、
前記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し、
前記画像領域における前記肺尖部の位置と前記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し、
前記肺尖部の位置、前記下端の位置、前記左端位置及び前記右端位置に基づいて各医用画像のランドマークを設定し、
2つの医用画像の前記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。
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