JP2010131269A - 情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体に対して非接触な位置で撮影を行う医用画像撮影装置110により撮影された医用画像を取得する医用画像取得部101と、被検体の内部の状態を撮影する超音波プローブが被検体の表面に接触した位置で撮影を行う超音波画像撮影装置120により撮影された超音波画像を取得する超音波画像取得部102と、前記超音波画像における前記接触した位置を基準として、前記医用画像の画像情報と該超音波画像の画像情報とが一致するように、該医用画像または該超音波画像の座標を変換する座標変換部104とを備える。
【選択図】 図1
Description
被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体に対して非接触な位置で撮影を行う第一の撮影手段により撮影された第一の画像を取得する第1の取得手段と、
被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体の体表面に接触した位置で撮影を行う第二の撮影手段により撮影された第二の画像を取得する第2の取得手段と、
前記第二の画像における前記接触した位置を基準として、前記第一の画像の画像情報と該第二の画像の画像情報とが一致するように、該第一の画像または該第二の画像のいずれかの座標を変換する変換手段とを備える。
1.情報処理装置の機能構成
図1は、本実施形態に係る情報処理装置100の機能構成を示す図である。情報処理装置100は医用画像撮影装置110、および超音波画像撮影装置120と接続され、接続された各装置により撮影した対象領域の画像を位置合わせする処理を行う。なお、位置合わせとは、各装置により撮影した対象領域の画像内の画像情報が互いに一致するように、いずれかの画像の座標を変換することをいう。
図2は、本実施形態に係る情報処理装置100のハードウェア構成及び、情報処理装置を備える情報処理システム200のネットワーク構成を示す図である。図2に示すように、情報処理システム200は情報処理装置100、医用画像撮影装置110、医用画像記録装置220、ローカルエリアネットワーク(LAN)340、超音波画像撮影装置120により構成される。
次に、情報処理装置100において実行される、超音波画像と3次元医用画像との位置合わせ処理について説明する。
ステップS301において、医用画像取得部101は、医用画像撮影装置110(第一の撮影装置)が被検査者を撮影することで生成された医用画像を取得する。
ステップS302において、表面位置検出部103は、ステップS301で取得した3次元医用画像I3D(x,y,z)から撮影対象物の表面の位置を検出する。この処理について図4を用いて説明する。
ステップS303において、超音波画像取得部102は、超音波画像撮影装置120(第二の撮影装置)が被検査者を撮影することで生成された超音波画像(第二の画像)を取得する。
ステップS304からステップS309までの処理は、医用画像(第一の画像)と超音波画像(第二の画像)との位置合わせに関する処理である。
ステップS304において、座標変換部104は、座標変換パラメータの初期座標変換Tinitを設定する。本実施形態では座標変換の例として3次元の剛体変換を仮定している。このため、設定される座標変換パラメータは、回転行列Rinitの3パラメータ(rx,ry,rz)Tと、並進ベクトルtinitの3パラメータ(tx,ty,tz)Tとで、合計6個となる。
ステップS305では、現時点における座標変換パラメータの推定値(6個の座標変換パラメータ)のそれぞれに微小な変化を加え、座標変換パラメータの新たな候補を生成する。この座標変換パラメータの候補としては、微小変化の値として異なる値を設定することで、複数の候補(座標変換パラメータの候補群)を生成する。そして、生成した座標変換パラメータの候補群の夫々に関して、(数5)のように撮影基準点と空間的に近い被検査者の表面位置を選択し、(数6)のようにその間のずれに応じて座標変換パラメータを補正する。
ステップS306において、座標変換部104は第一の座標系において撮影された第一の画像に対して、ステップS305で生成した座標変換の候補群に基づき、それぞれの座標変換候補を用いて座標変換を行う。そして、第三の座標系群における第三の画像群を生成する。具体的には(数7)のような座標変換の処理を施す。
ステップS307において、類似度算出部105は、ステップS306で生成した第三の画像群と、ステップS303で取得した第二の画像とのマッチングを行い、類似度を算出する。ここで類似度とは、両方の画像が類似している度合いを意味しており、例えば(数9)のように画素値の平均二乗誤差基準に基づいて算出することができる。
ステップS308において、類似度算出部105は、ステップS307で算出した複数の座標変換候補に係る類似度の値に基づき、最も大きい類似度をとる座標変換候補を選択する。
ステップS309において、座標変換部104はさらに、ステップS305からステップS308までの位置合わせに関する処理を終了するか、もしくはさらに繰り返しを行うかの判定を行う。この判定は例えば、ステップS308で得た類似度が予め設定した閾値よりも大きい場合に終了し、そうでない場合にはステップS305へ進み、位置合わせ処理を繰り返すように判定を行うことができる。
ステップS310において、画像合成部106はステップS304からステップS309の処理によって得た第三の画像と、ステップS303で取得した第二の画像との画像合成を行う。画像合成は様々な方法が考えられるが、本発明はその方法について特に限定をするものではない。
ステップS311において、画像表示装置130は情報処理装置100の画像合成部106が生成した合成画像を表示する。画像表示装置130は読影用の医用モニタなどを用いても良いし、超音波画像撮影装置120に付帯しているモニタを画像表示装置として用いても良い。
上記実施形態では、被検査者の表面形状情報の中の1つを選択し、それに基づいて設定した初期座標変換を繰り返し計算する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、ステップS304において、座標変換部104が、被検査者の表面形状の情報のすべて、もしくはその一部の複数の情報を選択し、複数の初期座標変換を設定するようにしてもよい。
上記実施形態では、1つの医用画像(第一の画像)と超音波画像(第二の画像)との位置合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、以下のような手順により位置合わせを行うようにしてもよい。
上記実施形態では、1つの医用画像(第一の画像)と1つの超音波画像(第二の画像)との位置合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、第二の画像が時系列など複数の超音波画像であり、この画像列に対して連続して位置合わせ処理を行うようにしても良い。
上記実施形態では、医用画像(第一の画像)を座標変換した第三の画像を生成し、第三の画像と超音波画像(第二の画像)との類似度を用いて位置合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。
上記実施形態では、撮影基準点601の位置と被検査者の表面503の位置とが一致することを拘束条件として、位置合わせを行う場合について説明した。しかしながら、本発明は、第一の画像上における被検査者の表面の形状に係る情報と、第二の画像上における超音波プローブの位置および/または姿勢に係る情報との間に成り立つ位置関係を利用するものであれば、これに限定されるものではない。
上記実施形態では、被検査者の表面位置を点群として求める場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、医用画像(第一の画像)に対して画像処理を施すことにより被検査者の表面らしさを求め、その結果に基づいてステップS304および(または)ステップS305における座標変換パラメータの設定を変更するように構成しても良い。
上記実施形態では、超音波画像(第二の画像)が2次元断層像である場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、超音波画像撮影装置120により撮影された3次元画像であってもよい。この場合、第二の画像の情報量が多くなるため、より正確な位置合わせを行うことが可能となり、画像診断においてより有効な合成画像を提示することが可能となる。
上記実施形態では、第二の画像が超音波画像である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、撮影対象物の内部を撮影する際に、当該撮影対象物の表面位置により何らかの拘束を受ける撮影方式により撮影された撮影画像であれば何でも良い。
上記実施形態では、情報処理装置100が表面位置検出部103を備える場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、表面位置検出部103と同様の機能をもつ装置を情報処理装置100とは別体として構成し、情報処理装置100は、該装置により検出された表面位置を取得する構成としてもよい。
上記実施形態では、座標変換パラメータの推定値に対して数種類の微小変化を与えた座標変換の候補群を生成し、その候補群の中から類似度が最大となる候補を選択して更新する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。
上記第1の実施形態では、超音波画像と医用画像との位置合わせを、各画像内の画像情報に基づいて行うこととしたが、本発明はこれに限定されない。該画像情報に加えて、更に超音波プローブの位置・姿勢を計測することにより得られた計測結果を用いて、座標変換パラメータを算出するように構成してもよい。以下、本実施形態の詳細について説明する。
図11は、本実施形態に係る情報処理装置1100の機能構成を示す図である。情報処理装置1100は医用画像撮影装置1110、超音波画像撮影装置1120、および位置姿勢計測装置1140と接続されている。
図12は、本実施形態に係る情報処理装置1100のハードウェア構成及び、情報処理装置を備える情報処理システム1200のネットワーク構成を示す図である。図12に示すように、情報処理システム1200は、上記第1の実施形態で説明した図2のネットワーク構成とほぼ同様であるが、位置姿勢計測装置1140が加わっている点が相違する。
図13は、超音波画像撮影装置1120を構成する超音波プローブと位置姿勢計測装置1140の詳細を示す図である。図13に示すように、超音波プローブ1300は被検査者の表面1303に対して、プローブ表面1301に接するようにして使用される。
図14は、第一の座標系および第三の座標系、ならびに位置合わせ処理に関係するその他の座標系の関係を説明した図である。図14において、第一の座標系1401は医用画像(第一の画像)の基準となる座標系である。計測ステーション座標系1402は図13の位置姿勢計測ステーション1306を基準とし、超音波画像撮影装置1120が撮影を行う実際の空間上に定義される座標系である。
図15は、本実施形態に係る情報処理装置1100における位置合わせ処理の流れを示すフローチャートである。図15の、ステップS1501からステップS1510の各処理ステップは、図3で説明した第1の実施形態のステップS301からステップS310の処理内容と同様のものが多く含まれる。このため、以下では、第1の実施形態と異なる処理を行う部分についてのみ説明を行う。
ステップS1503において、図11の計測値取得部1107は、図14で示した座標変換1412を取得する。ここで、第一の座標変換1411および第三の座標変換1413には、予め暫定的な値が設定されているから、それらを用いて第五の座標変換1415は(数21)により暫定的に求めることができる。以後、図11の計測値取得部1107から(数21)に示したT3D→probeの値が直接得られるものとして説明する。
ステップS1504において、図11の座標変換部1104は、第1の実施形態と同様に第一の座標系から第二の座標系への初期座標変換Tinitを設定する。本実施形態では、この第二の座標系を第三の座標系に近づける(または一致させる)処理、すなわち位置合わせ処理を行う。この初期座標変換の設定方法について図16を用いて説明する。
本実施形態の説明では、図14で定義した各座標系の間の関係、すなわち座標変換に関して、剛体変換で表現する場合を例として説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、ステップS1503で取得した位置姿勢の計測値が、実空間に対して精度良く得られている場合には、被検査者の表面位置座標1602と、プローブ表面の計測座標1601の位置のずれが、プローブの圧力による変形とみなすことができる。この変形量を考慮した位置合わせを行う場合について、以下に説明する。
・T.W Sederberg著 “Free−form deformation of solid geometric models”(Proc。 SIGGRAPH’86,vol.20,no.4 pp.151−160,1986)。
・Fred L.Boolstein著 “Principal Warps:Thin−Plate Splines andthe Decomposition of Decormation”(IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence.Vol.11,No.6,1989)。
なお、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、リーダ、プリンタなど)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(例えば、複写機、ファクシミリ装置など)に適用してもよい。
Claims (11)
- 被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体に対して非接触な位置で撮影を行う第一の撮影手段により撮影された第一の画像を取得する第1の取得手段と、
被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体の体表面に接触した位置で撮影を行う第二の撮影手段により撮影された第二の画像を取得する第2の取得手段と、
前記第二の画像における前記接触した位置を基準として、前記第一の画像の画像情報と該第二の画像の画像情報とが一致するように、該第一の画像または該第二の画像のいずれかの座標を変換する変換手段と
を備えることを特徴とする情報処理装置。 - 前記変換手段は、前記第二の画像における前記接触した位置と、前記第一の画像における前記被検体の体表面の対応する位置とが一致するように、該第一の画像または該第二の画像のいずれかの座標を変換することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記第二の撮影手段における撮影部が被検体の内部の状態を撮影する際の位置および姿勢に関する情報を取得する第3の取得手段を更に備え、
前記変換手段は、前記位置および姿勢に関する情報に基づいて設定された値を初期値として、前記座標を変換するための変換パラメータを算出することを特徴とする請求項1または2に記載の情報処理装置。 - 前記変換手段は、更に、
座標の変換が行われた後の、前記第一の画像と前記第二の画像との類似度を算出する算出手段と、
前記算出された類似度に基づいて、前記第一の画像の画像情報と前記第二の画像の画像情報とが一致しているか否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記第二の撮影手段は、超音波の送受信により被検体の内部の状態を撮影する超音波プローブを備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記第二の撮影手段は、前記超音波プローブが被検体の体表面に接触した位置で撮影を行うことを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。
- 前記変換手段は、
前記第一の画像における前記被検体の体表面の位置または姿勢のいずれか一方または両方と、前記第3の取得手段により取得された前記位置および姿勢に関する情報とに基づいて、前記第二の撮影手段における撮影部が前記被検体の体表面に接触したことに伴う、該被検体の変形量を算出し、該算出した変形量を用いて、該第一の画像または該第二の画像のいずれかの座標を変換することを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記変換手段は、
前記第一の画像における前記被検体の体表面の位置または姿勢のいずれか一方または両方と、前記第3の取得手段により取得された前記位置および姿勢に関する情報とに基づいて、前記第二の撮影手段における撮影部が前記被検体の体表面に接触したことに伴って生じた圧力を推定することで、前記被検体の変形量を算出することを特徴とする請求項7に記載の情報処理装置。 - 前記変換手段は、
前記第一の画像に配置した制御点と、前記第二の画像に配置した制御点とを、前記第一の画像の座標系と前記第二の画像の座標系との位置関係に応じて移動させた場合の移動量に基づいて、前記座標を変換するための変換パラメータを算出することを特徴とする請求項7に記載の情報処理装置。 - 被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体に対して非接触な位置で撮影を行う第一の撮影手段により撮影された第一の画像を取得する第1の取得工程と、
被検体の内部の状態を撮影する撮影部が被検体の体表面に接触した位置で撮影を行う第二の撮影手段により撮影された第二の画像を取得する第2の取得工程と、
前記第二の画像における前記接触した位置を基準として、前記第一の画像の画像情報と該第二の画像の画像情報とが一致するように、該第一の画像または該第二の画像のいずれかの座標を変換する変換工程と
を備えることを特徴とする情報処理装置における情報処理方法。 - 請求項10に記載の情報処理方法をコンピュータによって実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体。
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