JP2014180538A - 医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラム - Google Patents

医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2014180538A
JP2014180538A JP2014033301A JP2014033301A JP2014180538A JP 2014180538 A JP2014180538 A JP 2014180538A JP 2014033301 A JP2014033301 A JP 2014033301A JP 2014033301 A JP2014033301 A JP 2014033301A JP 2014180538 A JP2014180538 A JP 2014180538A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
volume data
voxel
distance
warp field
medical image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014033301A
Other languages
English (en)
Inventor
piper Jim
パイパー ジム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Canon Medical Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Medical Systems Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JP2014180538A publication Critical patent/JP2014180538A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
    • G09G5/36—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators characterised by the display of a graphic pattern, e.g. using an all-points-addressable [APA] memory
    • G09G5/37—Details of the operation on graphic patterns
    • G09G5/377—Details of the operation on graphic patterns for mixing or overlaying two or more graphic patterns
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/20—Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4038—Image mosaicing, e.g. composing plane images from plane sub-images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2219/00—Indexing scheme for manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T2219/20—Indexing scheme for editing of 3D models
    • G06T2219/2004—Aligning objects, relative positioning of parts
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/08—Biomedical applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

【課題】複数の画像データを良好に結合可能な医用画像処理装置の提供。
【解決手段】本実施形態の医用画像処理装置１００は、オーバーラップ領域を有する第１、第２ボリュームデータを非剛体位置合わせする非剛体位置合わせ部１１２と、オーバーラップ領域のボクセル位置からオーバーラップ領域と第１ボリュームデータの非オーバーラップ領域との境界までの第１距離と、オーバーラップ領域と第２ボリュームデータの非オーバーラップ領域との境界までの第２距離とに基づいて距離指標を発生する距離指標発生部１１４と、距離指標と非剛体位置合わせのワープフィールドとに基づいて第１、第２ワープフィールドを発生するワープフィールド発生部１１６と、第１、第２ワープフィールドと第１、第２ボリュームデータと距離指標とに基づいて第１、第２ボリュームデータを結合した結合ボリュームデータを発生する結合ボリュームデータ発生部１１８とを具備する。
【選択図】図１２

Description

本明細書で説明する実施形態は、一般に、３次元（３Ｄ）画像データセットに関し、詳細には、オーバラップする３Ｄ画像データセットを互いにどのようにスティッチして単一の結合データセット（joint data set）にするかに関する。
医療分野では、３次元（３Ｄ）画像データセット、すなわち、ボリュームデータセットは、当該分野においてモダリティと呼ばれるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、超音波、および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）を含む様々な技法によって収集される。
検査が部分的または完全にオーバラップする２つ以上の獲得されたデータセットを含むことは、きわめて普通のことである。２つのオーバラップする３Ｄデータセットは、隣接領域に対する２回のＣＴスキャンによって獲得することができる。ＭＲスキャンを用いる場合も、同じことが起こる。
ＣＴまたはＭＲ検査が、２つ以上のオーバラップするスキャンからなる１組として獲得される場合、これらのスキャンから得られた複数のオーバラップするボリュームデータをマージして、単一の３Ｄ画像データセットを生成することが望ましく、その後、単一の３Ｄ画像データセットは、視覚化アプリケーションによって処理すること、例えば、レンダリングして２Ｄ画像を描くことができる。
複数のオーバラップする３Ｄ画像データセットをマージすることは、「スティッチング」と称される。素朴なスティッチングは、患者座標情報に基づいたボクセル（voxel）を結合することに単純に基づく。しかし、この手法は、通常、強度および形状の不連続性を含む目に見えるアーチファクトを接合部分に生じさせる。不連続性は、スティッチされたデータセットにおいて、解剖学的特徴の重複または喪失のいずれかを引き起こしがちである。
もちろん、２Ｄ画像のスティッチングは、例えばパノラマを作成するときなど、デジタル写真においてよく知られている。医用画像分野でも、例えばコンピュータＸ線撮影２Ｄ画像のスティッチングなど、２Ｄ画像のスティッチングは、よく知られている。簡単な文献検索を行ってみたところでは、３Ｄ画像データセットをスティッチするための方法はあまりよく知られていないようである。
３Ｄ医用画像データセットをスティッチするための１つの知られた方法は、各画像データセットのボクセルに与えられる重みが、その画像データセットのエッジに向かうにつれて徐々に小さくなるような、オーバラップ領域における第１および第２の画像データセットの重み付けされた重ね合わせを使用して、ＭＲ画像データセットをスティッチする。オーバラップにおける移り変わり（transition）の滑らかさを改善するために、変換が繰り返される反復的手法が使用される。
一般に、３Ｄ画像データセットのスティッチングに対して望まれるのは、強度と形状の両方において１つのボリュームデータから次のボリュームデータへの滑らかな移り変わりを提供する、コンピュータによる自動化された方法である。スティッチング方法は、ボリュームデータの喪失または重複を避けるべきである。方法は、スティッチングが実行される順序に、すなわち、第１のデータセットが第２のデータセットにマージされるのか、それとも第２のデータセットが第１のデータセットにマージされるのかに影響されないようにもすべきである。さらに、スティッチング方法は、僅かな患者の動きを補償できるようにすべきである。僅かな患者の動きは、第１および第２のデータセットの獲得の合間に生じる。そのような第１および第２のデータセットは、２つの画像データセットの間のミスアライメント（誤った整合）およびワーピング歪み（非線形画像変形による歪み）を引き起こす原因となる。ミスアライメントおよびワーピング歪みの１つの例示的な原因は、患者の呼吸に関連する動きである。別の例は、スキャナ依存の形状および／または強度の不均一性であり、これは、特にＭＲにおいて問題となり得る。
目的は、画質を損ねずに、高速に、かつつながりの良く画像をつなぎ合わせることができる医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラムを提供することにある。
本実施形態に係る医用画像処理装置は、オーバーラップ領域をそれぞれ有する第１ボリュームデータと第２ボリュームデータとの非剛体位置合わせを実行する非剛体位置合わせ部と、前記オーバーラップ領域における複数のボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第１ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第１距離と、前記ボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第２ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第２距離とに基づいて、前記ボクセル位置各々における距離指標を発生する距離指標発生部と、前記距離指標と前記非剛体位置合わせに関するワープフィールドとに基づいて、前記第１ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第１ワープフィールドと、前記第２ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第２ワープフィールドとを発生するワープフィールド発生部と、前記第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第１ボリュームデータのボクセル値と、前記第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第２ボリュームデータのボクセル値と、前記ボクセル位置における距離指標とに基づいて、前記第１ボリュームデータと前記第２ボリュームデータとを結合した結合ボリュームデータを発生する結合ボリュームデータ発生部と、を具備する。
互いにスティッチして単一の結合データセットを形成することが望まれる、第１および第２ボリュームデータＩ1およびＩ2を概略的に示す図。 第２ボリュームデータのプレアライメント（pre-alignment）Ｉ2→Ｉ’2を行って、第２ボリュームデータのボクセルが第１ボリュームデータＩ1のボクセルと同じ座標系にあるようにした後の、第１および第２ボリュームデータを概略的に示す図。 第１および第２ボリュームデータの位置の間のワープフィールド写像（warp field mapping）によって規定されるオーバラップ領域Ｄを示す図。 第１および第２ワープフィールドｗ1およびｗ2がＤ上で規定され、結合ボリュームデータのデータ値ｙを生成するために使用される、スティッチング方法のステップを概略的に示す図。 第１および第２ワープフィールドｗ1およびｗ2がＤ上で規定され、結合ボリュームデータのデータ値ｙを生成するために使用される、スティッチング方法の後続ステップを概略的に示す図。 第１および第２ワープフィールドｗ1およびｗ2がＤ上で規定され、結合ボリュームデータのデータ値ｙを生成するために使用される、スティッチング方法の後続ステップを概略的に示す図。 凸歪み（convex distortion）および凹歪み（concave distortion）を有する第１および第２ボリュームデータ（ａ）のスティッチングであって、素朴な方法（ｂ）および（ｃ）、ならびに本明細書で説明する方法（ｄ）に従って実行されたスティッチングを概略的に示す図。 スティッチング方法を要約したフロー図。 診断デバイスと関連する機器とからなる例示的なネットワークを示す概略図。 ボリュームデータを生成するための汎用的なＣＴスキャナを示す図。 本実施形態による画像データ処理を行うためのコンピュータシステムを概略的に示す図。 本発明の一実施形態による画像データ処理を行うためのコンピュータシステムを概略的に示す図。 図１０Ａおよび図１０Ｂのコンピュータシステムの特徴的要素のいくつかをより詳細に示す図。 本実施形態に係る医用画像処理装置の構成の一例を示す構成図。
本実施形態は、オーバラップする３次元画像データセットを互いにスティッチして、結合データセットを形成するための装置および方法を提供する。
いくつかの実施形態によれば、オーバラップする３次元画像データセットを互いにスティッチして、結合ボリュームデータを形成するためのデータ処理方法を実施するように動作可能なコンピュータ装置が提供される。データ処理は、ａ）オーバラップする第１および第２ボリュームデータを用意することと、ｂ）ワープフィールドが第１ボリュームデータ内のボクセル位置を第２ボリュームデータ内のボクセル位置に写像するオーバラップ領域を規定するために、第２ボリュームデータに対する第１ボリュームデータの非剛体位置合わせ（non-rigid registration）を実行することと、ｃ）オーバラップ領域外のボクセル位置にあるボクセルのボクセル値は、第１および第２ボリュームデータからそれぞれ取得され、オーバラップ領域内のボクセルのボクセル値は、特定の各ボクセル位置に対して、（ｉ）第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置からシフトした第１の点において第１ボリュームデータから取得される第１のボクセル値と、（ｉｉ）第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置からシフトした第２の点において第２ボリュームデータから取得される第２のボクセル値とを結合することによって生成される結合ボリュームデータを構成することとを備える。
第１および第２ワープフィールドは、オーバラップ領域内のボクセル位置が第１ボリュームデータおよび第２ボリュームデータにどの程度属するかに応じて、恒等ワープ（identity warp）フィールドと完全ワープ（full warp）フィールドとの間で変化することができる。
オーバラップ領域内のボクセル位置が第１ボリュームデータおよび第２ボリュームデータにどの程度属するかは、ボクセル位置から第２ボリュームデータ内に含まれない第１ボリュームデータ内の最も近い点までの第１距離と、ボクセル位置から第１ボリュームデータ内にない第２ボリュームデータ内の最も近い点までの第２距離とを、パラメータとして有する距離関数によって規定することができる。
結合は、距離関数に基づいた重み付け結合とすることができる。
いくつかの実施形態は、非剛体位置合わせの実行に先立つ前処理ステップをさらに備えることができ、第１および第２ボリュームデータが共通の座標系を有するように、第１および第２ボリュームデータの少なくとも一方のボクセルの座標系が変換される。
いくつかの実施形態によれば、オーバラップする３次元画像データセットを互いにスティッチして、結合ボリュームデータを形成するための、コンピュータによって自動化されたデータ処理方法が提供される。データ処理方法は、ａ）オーバラップする第１および第２ボリュームデータを用意することと、ｂ）ワープフィールドが第１ボリュームデータ内のボクセル位置を第２ボリュームデータ内のボクセル位置に写像するオーバラップ領域を規定するために、第２ボリュームデータに対する第１ボリュームデータの非剛体位置合わせを実行することと、ｃ）オーバラップ領域外のボクセル位置にあるボクセルのボクセル値は、れ第１および第２ボリュームデータからそれぞれ取得され、オーバラップ領域内のボクセルのボクセル値は、特定の各ボクセル位置に対して、（ｉ）第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置からシフトした第１の点において第１ボリュームデータから取得される第１のボクセル値と、（ｉｉ）第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置からシフトした第２の点において第２ボリュームデータから取得される第２のボクセル値とを結合することによって生成される結合ボリュームデータを構成することを備える。
いくつかの実施形態によれば、本実施形態によるコンピュータによって自動化されたデータ処理方法を実行するための機械可読命令を記憶した非一時的なコンピュータプログラム製品が提供される。
いくつかの実施形態によれば、本実施形態によるコンピュータによって自動化されたデータ処理を実行するための機械可読命令をロードし、実行するように動作可能な画像獲得デバイスが提供される。
分かり易い方法で３Ｄ画像を示す図を提示することは容易には可能にならないので、図では、２Ｄ画像について方法を説明する。しかし、２Ｄ画像は、３Ｄ画像をスティッチする方法に適用される原理を説明している。
図１Ａは、正方形メッシュを含む垂直に配置された長方形によって表される第１の２ＤデータセットＩ1と、第１の２ＤデータセットＩ1にオーバーラップする第２の２ＤデータセットＩ2とを表している。第１の２ＤデータセットＩ1において、正方形メッシュ内のブロックは、ピクセル（３Ｄデータセットにおけるボクセル）を表している。オーバラップする第２の２ＤデータセットＩ2は、斜めに配置された長方形によって表されている。第２のデータセットの正方形メッシュにおける格子線（axis）は、第１のデータセットの格子線と平行になっていない。この格子線のずれは、第１のデータセットと第２のデータセットそれぞれの座標系が一致しない一般的な場合を表している。
示された２ＤデータセットＩ1およびＩ2は、本実施形態における第１および第２ボリュームデータの３Ｄデータに対応する。さらに、２Ｄにおけるピクセルを表す、正方形メッシュ内のブロックは、３Ｄにおけるボクセルに対応する。
図１Ｂは、第２のエリア（ボリュームデータ）のピクセル（ボクセル）を、変換Ｉ2→Ｉ’2を用いて変換して、第２のエリア（ボリュームデータ）のピクセル（ボクセル）が、第１のエリア（ボリュームデータ）のピクセル（ボクセル）と共通の座標系を有するようにする、すなわち、Ｉ’2が、Ｉ1の座標系を共有するようにするプレアライメント（事前整合）ステップの結果を示している。画像データは、様々な方法でプレアライメントすることができる。最も簡単には、２つのボリュームデータを獲得するために使用したそれぞれのスキャナによって提供される座標を使用することによって、２つのボリュームデータをアライメントすることができる。より精巧な手法には、剛体位置合わせに（rigid registration）よって２つのボリュームデータをアライメントするものがある。場合によっては、すなわち、２つのボリュームデータが同じ座標系を有するように獲得された場合には、プレアライメントは必要とされないことにも留意されたい。
この説明がなされる例では、スティッチされた画像の最終的な座標系として、Ｉ1の座標系が使用されることも仮定する。一般に、最終的な座標系は、任意の座標系とすることができるが、ほとんどの場合、最終的な座標系にＩ1またはＩ2のいずれかを選択するのが最も容易あり、また最も便利である。
図２は、第２ボリュームデータに対する第１ボリュームデータの非剛体位置合わせを実行するための方法の次のステップを概略的に示している。ワープフィールドは、第１ボリュームデータにおけるボクセル位置を第２ボリュームデータにおけるボクセル位置に、オーバラップ領域Ｄを規定する結び付き（linkage）で写像する。すなわち、Ｉ1に対するＩ’2の非剛体位置合わせを実行することは、ｘ（ボクセル位置）がＩ1の点である場合に、ｘ＋ｗ（ｘ）がＩ’2の対応する点となるように、オーバラップ領域Ｄに対して有効なワープフィールドｗ：Ｉ2→Ｒ2をもたらす。したがって、オーバラップ領域Ｄは、ｗによりＩ’2上に写像されたＩ1の部分集合である。図２の概略的な例に示されるように、オーバラップ領域Ｄは、必ずしもＩ1∩Ｉ’2の全体を覆うとは限らないことに留意されたい。０≦ｂ（ｘ）≦１：Ｒ2→Ｒを、Ｄ上で規定され、点ｘ∈ＤがＩ1よりもむしろＩ’2に属する程度を示す「混合（blending）」または「距離」関数とする。「混合（blending）」または「距離」関数ｂ（ｘ）は、例えば、
ｂ（ｘ）＝ｄ１（ｘ）／（ｄ１（ｘ）＋ｄ２（ｘ））
であり、ここで、ｄ1（ｘ）は、第１距離である。第１距離は、ｘからＩ1＼Ｉ’2の最も近い点までの距離である。ｄ2（ｘ）は、第２距離である。第２距離は、ｘからＩ’2＼Ｉ1の最も近い点までの距離である。［この表記において、「＼」は、「除外する」または「中にない」という意味であり、そのため、例えば、Ｉ1＼Ｉ’2は、Ｉ’2とオーバラップしないＩ1の部分を表す］。第１距離ｄ1（ｘ）は、ボクセル位置から、第２ボリュームデータに含まれない第１ボリュームデータの最も近い点までの距離である。第２距離ｄ2（ｘ）は、ボクセル位置から、第１ボリュームデータの中にない第２ボリュームデータの最も近い点までの距離である。
図３は、以下のように、Ｄ上で規定された第１および第２ワープフィールドｗ1およびｗ2を構成するための、方法の次のステップを概略的に示している。各整数座標ｘ∈Ｄに対して、ｙ＝ｒｏｕｎｄ（ｘ＋ｂ（ｘ）ｗ（ｘ））とし、ここで、ｒｏｕｎｄ（．）は、実数値座標に最も近い整数値座標を返す丸め関数である。丸め関数が必要とされるのは、ワープを適用した各結果に、最終的な座標系の格子の座標を強制的にもたせるためであるが、そうする理由は、結合ボリュームデータのボクセルは、共通の格子またはメッシュに配置する必要があるからである。
図４は、オーバラップ領域に対して第１および第２ワープフィールドをどのように規定するかを概略的に示している。すなわち、ｙ∈Ｄである場合に限って、
ｗ１（ｙ）＝−ｂ（ｘ）ｗ（ｘ）
ｗ２（ｙ）＝（１−ｂ（ｘ））ｗ（ｘ）
である。
第１ワープフィールドｗ１（ｙ）は、オーバラップ領域Ｄを規定する結び付き（linkage）を示すワープフィールドｗを第１距離に関する距離関数ｂ（ｘ）にマイナスで重み付けし、重み付けされたワープフィールドを整数に丸める関数である。第１ワープフィールドｗ１（ｙ）の計算式における距離関数ｂ（ｘ）の前のマイナスは、ワープフィールドｗがＩ１に対するものであることに起因する。第２ワープフィールドは、オーバラップ領域Ｄを規定する結び付き（linkage）を示すワープフィールドｗを第２距離に関する距離関数（１ーｂ（ｘ））で重み付けし、重み付けされたワープフィールドを整数に丸める関数である。
ｘからｙへの写像は、必ずしも１対１であるとは限らないので、Ｄ内のあるｙは、Ｄ内の２つ以上のｘからもたらされる。他方、Ｄ内のあるｙは、ｗによってまったく「ヒット」しないことがあり、すなわち、最終的な座標系には、ワープから値がまったく割り当てられないいくつかのボクセル位置が存在することがある。１つのボクセルに複数のヒットが存在するという第１の問題は、平均を取ること、またはより単純には、ワープ中にその点に最後に割り当てられた値を取ることのいずれかによって対処することができる。特定のボクセルにヒットが１つも存在しないという第２の問題は、有効な値をｗ1およびｗ2の未規定要素に伝搬させることによって、例えば、近隣の値を用いて補間を行うこと、または単純に最も近くの値から値を割り当てることによって対処することができる。
図５は、Ｉ1とＩ’2の和集合である結合ボリュームデータＪを生成するための、方法の最終ステップを示している。オーバラップ領域外のボクセル位置におけるボクセルのボクセル値は、適宜、第１および第２ボリュームデータから自明に獲得される。オーバラップ領域内のボクセルの場合、特定の各ボクセル位置に対して、（ｉ）前記ボクセル位置から第１ワープフィールドだけシフトした第１の点において第１ボリュームデータから取得される第１のボクセル値と、（ｉｉ）前記ボクセル位置から第２ワープフィールドだけシフトした第２の点において第２ボリュームデータから取得される第２のボクセル値とを結合することによって、ボクセル値が生成される。すなわち、結合ボリュームデータＪ（ｘ）は、以下の式に従って計算される。
Ｉｆ （ｘ∈（Ｉ１＼Ｄ）） ｔｈｅｎ Ｊ（ｘ）＝Ｉ１（ｘ）
Ｅｌｓｅ ｉｆ （ｘ∈（Ｉ’２＼Ｉ１）） ｔｈｅｎ Ｊ（ｘ）＝Ｉ’２（ｘ）
Ｅｌｓｅ ｔｈｅｎ
Ｊ（ｘ）＝(１−ｂ（ｘ）)Ｉ１（ｘ＋ｗ１（ｘ））＋ｂ（ｘ）Ｉ’２（ｘ＋ｗ２（ｘ））
ボクセル位置ｘが、オーバーラップ領域Ｄを除く第１ボリュームデータに含まれるなら、そのとき、結合ボリュームデータのボクセル位置ｘにおけるデータは、第１ボリュームデータにおけるデータとなる。ボクセル位置ｘが、オーバーラップ領域Ｄおよび第１ボリュームデータに含まれず、第２ボリュームデータに含まれるなら、そのとき、結合ボリュームデータのボクセル位置ｘにおけるデータは、第２ボリュームデータにおけるデータとなる。上記いずれの場合でもないならば、結合ボリュームデータのボクセル位置ｘにおけるデータは、ボクセル位置ｘを第１ワープフィールでワープさせた座標における第１ボリュームデータのボクセル値に、第２距離に関する距離関数（１ーｂ（ｘ））で重み付けたボクセル値と、ボクセル位置ｘを第２ワープフィールでワープさせた座標における第２ボリュームデータのボクセル値に、第１距離に関する距離関数ｂ（ｘ）で重み付けたボクセル値と、の和となる。第１ワープフィールドｗ１（ｘ）でワープされた第１ボリュームデータのボクセル値（Ｉ１（ｘ＋ｗ１（ｘ）））の重みが第２距離に関する距離関数（１ーｂ（ｘ））であること、および第２ワープフィールドｗ２（ｘ）でワープされた第２ボリュームデータのボクセル値（Ｉ２（ｘ＋ｗ２（ｘ）））の重みが第１距離に関する距離関数ｂ（ｘ）であることは、座標系に依存するオーバラップ領域における歪みの影響を低減させために用いられる。
したがって、オーバラップ領域における結合は、２つのワープフィールドｗ1およびｗ2と同様に、距離関数ｂ（ｘ）に基づいた重み付け結合である。この式では、図２に概略的に示されるような、Ｉ1＼ＤとＩ’2＼Ｄが互いに素でない可能性も考慮されていることに留意されたい。
上記の論理式では、ｘ∈Ｄである場合、方法は、混合関数ｂ（ｘ）を使用する加重和を形成する。Ｉ’2（ｘ＋ｗ2（ｘ））は、実際には、ｗ2を図１Ｂに概略的に示されたＩ2からＩ’2へのプレアライメント変換と組み合わせることによって、Ｉ2から直接的に補間できることに留意されたい。
説明する方法は、位置合わせと、それに続くボクセル値の強度混合とに単純に基づくスティッチングの素朴な方法よりも著しく優れている。位置合わせと、それに続く強度（ボクセル値）混合が有する問題は、結果が２つの座標系のどちらが最終的な座標系として選択されるかに強く依存すること、すなわち、Ｉ1とＩ2の間に強い非対称性が存在することである。位置合わせの基準としてＩ1とＩ2のどちらが選択されたとしても、オーバラップ領域における歪みに影響する。非対称性問題ばかりでなく、オーバラップ領域上でワープが緩やかには進展しないことも、オーバラップ境界の１つにおける目障りで明らかな遷移をもたらす。
距離関数ｂ（ｘ）に応じて、恒等ワープフィールドと完全ワープフィールドの間で正反対にスライドする２つのワープフィールドを規定することは、オーバラップ領域における緩やかな遷移を提供する。オーバラップ領域における緩やかな遷移は、Ｉ1に近い結合ボリュームデータＪ（ｘ）において、Ｉ1のワープが支配的となり、かつＩ2に近い結合ボリュームデータＪ（ｘ）において、Ｉ2のワープが支配的となることにより、２つのワープフィールドの間の遷移が滑らかであることを保証する。強度、すなわち、ボクセル値も、距離関数に基づいて、緩やかに変化する。したがって、目障りな境界は、どこにも見られない。ここで、恒等ワープフィールドとは、恒等変換に対応するワープフィールドで有り、事実上非ワープなワープフィールドである。一方、完全ワープフィールドとは、事前整合（プレアライメント）により実行された非剛体位置合わせにより発生されるワープフィールドｗである。
提案する方法では、Ｉ1→Ｉ2の位置合わせが、Ｉ2→Ｉ1の位置合わせの完全な逆を生成することは保証できないので、Ｉ1とＩ2の選択は、理想的なように、完全に任意になるとは限らない。それにも係わらず、座標とボクセル値の両方をオーバラップ領域上で滑らかに移り変わらせる方法のため、この選択に関連する非対称性はいずれも取るに足りない。
図６は、Ｉ1が（何らかの理由で）凸形状に歪められ、一方、Ｉ2は凹状に歪められた特定の例を概略的に示している（図６の（ａ）に概略的に示されたボリュームデータＩ1およびＩ2を参照）。素朴な方法は、Ｉ1およびＩ2の割り当てに応じて、凸状または凹状の遷移を生成する。図６の（ｂ）は、最終的な座標系としてＩ1が選択されたオプションを示している。図６の（ｃ）は、最終的な座標系としてＩ2が選択されたオプションを示している。提案する方法を用いた場合、結果は、（ｄ）に概略的に示されたようになる。すなわち、プレアライメントが基づくデータセットとしてどちらを選択するかには実質的に影響されない、滑らかで緩やかな遷移が存在する。
図７は、上で説明したスティッチング方法を要約したフロー図である。
ステップＳ１において、オーバラップする第１および第２ボリュームデータが、メモリから、例えば、ＤＩＣＯＭファイルストア、あるいは特定のスキャニング機器またはパーソナルコンピュータもしくはワークステーションから見てローカルなファイルストアからロードされる。
ステップＳ２において、第１および第２ボリュームデータの少なくとも一方のボクセルを変換して、第１および第２ボリュームデータのボクセルが共通のメッシュまたは格子にあるようにするプレアライメント（事前整合）が実施される。一般に、一方のボリュームデータのボクセルが、他方のボリュームデータの既存のメッシュまたは格子に合致するように変換される。
ステップＳ３において、第１ボリュームデータのボクセル位置を第２ボリュームデータのボクセル位置に写像するワープフィールドｗにおいてオーバラップ領域Ｄを規定するために、第１ボリュームデータの非剛体位置合わせが、第２ボリュームデータに関して実施される。
ステップＳ４において、結合ボリュームデータが計算される。オーバラップ領域外のボクセル位置にあるボクセルのボクセル値は、それぞれ第１および第２のボリュームデータから取得される。オーバラップ領域内のボクセルのボクセル値は、特定の各ボクセル位置に対して、前記ボクセル位置から第１ワープフィールドだけシフトした第１の点において第１ボリュームデータから取得される第１のボクセル値と、前記ボクセル位置から第２ワープフィールドだけシフトした第２の点において第２ボリュームデータから取得される第２のボクセル値との重み付け結合によって生成される。さらに、第１および第２ワープフィールドは、第１および第２ボリュームデータの隣接する非オーバラップ部分（領域）に対するボクセル位置の相対的な近さに反応する混合関数に応じて、恒等ワープフィールドと完全ワープフィールドとの間で緩やかに変化する。
ステップＳ５において、結果として得られた結合ボリュームデータが出力される。出力は、単純に記憶することができ、または視覚化のためのレンダリングモジュールに出力することができる。
２つのボリュームデータのスティッチングに関して方法を説明したが、３つ以上のボリュームデータをスティッチするように方法を拡張することができる。
さらに、２つのボリュームデータが比較的狭い領域でオーバラップするだけの例を用いて方法を説明したが、方法は、一方のボリュームデータが他方に完全に包含される状況、または両方のボリュームデータが実質的もしくは正確に同じ広がりを有する状況を含むどのような程度のオーバラップにも適用可能である。
上で説明した方法は、ソフトウェアによって、またはソフトウェアと、ボリュームデータの処理およびその後のレンダリングに適したもしくは最適化されたグラフィックスカードもしくはチップセットなどの最適化もしくは専用ハードウェアとの組み合わせによって実施される。ボリュームデータをスティッチするためのソフトウェアは、実際には、クライアント−サーバモデルの下で機能するネットワークの部分であるコンピュータワークステーションまたはサーバ上で動作できるレンダリングアプリケーションの部分を形成するモジュールである可能性が非常に高い。レンダリングアプリケーションが存在するワークステーションまたはサーバが通常配置される環境は、今から説明するような病院ネットワークである。それが望ましければ、スティッチングモジュールをボリュームデータに適用することができ、結果として得られた結合ボリュームデータを、同じセッションにおける視覚化を実施することなく、メモリに記憶することができる。
図８は、コンピュータ制御の診断デバイスと、スタンドアロンのコンピュータワークステーションと、関連する機器とからなる例示的なネットワーク１の概略図である。ネットワーク１は、３つの構成要素を備える。主病院コンポーネント２と、リモート診断デバイスコンポーネント４と、リモートシングルユーザコンポーネント６とが存在する。主病院コンポーネント２は、患者画像を獲得するための複数の診断デバイス、この例では、ＣＴスキャナ８と、ＭＲ撮像装置１０と、デジタルＸ線撮影（ＤＲ）デバイスまたはコンピュータＸ線撮影（ＣＲ）デバイス１２と、超音波診断装置１４とを備え、また複数のコンピュータワークステーション１６と、共通フォーマットファイルサーバ１８と、ファイルアーカイブ２０と、インターネットゲートウェイ１５とを備える。これらの特徴的要素はすべて、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２５によって相互接続される。各コンピュータ装置は、ネットワークを介して通信を行うための少なくとも１つのネットワーク出力接続を有することが理解されよう。
リモート診断デバイスコンポーネント４は、ＣＴスキャナ１１と、共通フォーマットファイルサーバ１３と、インターネットゲートウェイ１７とを備える。一般に、ＣＴスキャナ１１および共通フォーマットファイルサーバ１３は、インターネットゲートウェイ１７に接続され、今度は、インターネットゲートウェイ１７が、主病院コンポーネント２内のインターネットゲートウェイ１５にインターネットを介して接続される。
リモートシングルユーザコンポーネント６は、内蔵モデム（図示されず）を有するコンピュータワークステーション２１を備える。コンピュータワークステーション２１も、主病院コンポーネント２内のインターネットゲートウェイ１５にインターネットを介して接続される。
ネットワーク１は、標準化された共通フォーマット内のデータを送信するように構成される。例えば、ＣＴスキャナ８が、最初に、ソースデータセット、すなわち３Ｄ画像データ（第１、第２ボリュームデータ）を生成し、オペレータは、そのソースデータセットから適切な２Ｄ画像を導出することができる。２Ｄ画像は、標準画像データフォーマットで符号化され、ファイルアーカイブ２０上に保存するために、ＬＡＮ２５を介してファイルサーバ１８に転送される。コンピュータワークステーション１６の１つで作業を行うユーザは、その後、画像を要求することができ、ファイルサーバ１８は、画像をアーカイブ２０から取り出し、それをＬＡＮ２５を介してユーザに渡す。同様に、リモート診断デバイスコンポーネント４またはリモートシングルユーザコンポーネント６のいずれかにおいて、主病院コンポーネント２からリモートで作業を行うユーザも、アーカイブ２０またはネットワーク１上の他の場所に保存されたデータにアクセスし、それを送信することができる。
図９は、スキャナ８の開口７内の患者５の部位に関連するＸ線減衰の断面像を獲得するための汎用的なスキャナ、とりわけ、図８に表されるようなコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ８の概略斜視図である。異なるタイプの医用画像データを提供するために、異なる画像モダリティ（例えば、ＣＴ、ＭＲ、ＰＥＴ、超音波）を使用することができる。
図８および図９を参照すると、本実施形態を実施するスティッチングモジュールを有するレンダリングアプリケーションは、示されるコンピュータ装置、すなわち、ワークステーション６、１６、サーバ１３、１５、１７、１８、またはスキャナ８、１０、１１、１２、１４に関連付けられたコンピュータおよび任意の関連グラフィックス処理ハードウェアのいずれかに存在することができる。
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施形態による処理を実行するように構成された汎用コンピュータシステム２２を概略的に示している。図１０Ａは、コンピュータシステム２２を構成する機能ユニットを主として表し、図１０Ｂは、使用するために配置されたコンピュータシステム２２を示す概略斜視図である。
コンピュータ２２は、中央処理装置（ＣＰＵ）２４と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８と、ハードディスクドライブ３０と、ディスプレイドライバ３２と、２つのディスプレイ３４、すなわち第１のディスプレイ３４Ａおよび第２のディスプレイ３４Ｂと、キーボード３８およびマウス４０に接続されたユーザ入出力（ＩＯ）回路３６とを含む。これらのデバイスは、共通バス４２を介して接続される。コンピュータ２２は、共通バス４２を介して接続されたグラフィックスカード４４も含む。グラフィックスカードは、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）と、ＧＰＵに緊密に結合されたランダムアクセスメモリ（ＧＰＵメモリ）とを含む。
ＣＰＵ２４は、ＲＡＭ２８またはハードディスクドライブ３０内に記憶できる医用画像データの処理、表示、および操作を実施するために、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２８、またはハードディスクドライブ３０内に記憶されたプログラム命令を実行することができる。ＲＡＭ２８とハードディスクドライブ３０は、一括してシステムメモリと呼ばれる。ＣＰＵ２４は、コンピュータシステム２２のオペレーティングシステムに対応するプログラム命令も実行することができる。この点で、ＣＰＵ２４は、コンピュータシステム２２の動作に関連するタスクを実行するための様々な機能ユニットを備えると見なすことができる。ＧＰＵも、ＣＰＵ２４からＧＰＵに渡される画像データの処理を実施するために、プログラム命令を実行することができる。
ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２８、ハードディスク３０、ディスプレイドライバ３２、ユーザ入出力（ＩＯ）回路３６、グラフィックスカード４４、および接続バス４２など、コンピュータシステム２２を備える様々な機能的要素は、筐体２１内に含まれる。このケースでは、２つのディスプレイ３４Ａ、３４Ｂ、キーボード３８、およびマウス４０は、筐体から分離されており、適切な配線が、それらを筐体２１内のコンピュータシステムの関連する機能的要素に接続する。この点で、図１０Ａおよび図１０Ｂにおける例示的な実施形態のコンピュータシステム２２は、デスクトップ型であると見なすことができるが、他のタイプのコンピュータシステムも、同様に利用することができる。
図１１は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるコンピュータシステム２の特徴的要素のいくつかをより詳細に概略的に示している。ＲＡＭ２８とハードディスクドライブ３０は、一括してシステムメモリ４６として示されている。図８に示されるスキャナ８から獲得された医用画像データは、図に概略的に示されるようにシステムメモリに記憶される。コンピュータシステム２２の特徴的要素の間の異なるデータ転送経路を示す助けとなるように、図１１では、図１０Ａに示される共通バス４２は、一連の別個のバス接続４２ａ〜ｄとして概略的に示されている。１つのバス接続４２ａは、システムメモリ４６とＣＰＵ２４の間を接続する。別のバス接続４２ｂは、ＣＰＵ２４とグラフィックスカード４４の間を接続する。さらなる１対のバス接続、すなわち、第１のバス接続４２ｃＡと第２のバス接続４２ｃＢは、グラフィックスカード４４とディスプレイ３４Ａ、３４Ｂそれぞれの間を接続する。別のバス接続４２ｄは、ユーザＩ／Ｏ回路３６と、カーソル制御ユニットと、ＣＰＵ２４との間を接続する。ＣＰＵ２４は、ＣＰＵキャッシュ５０を含む。グラフィックスカード４４は、ＧＰＵ５４とＧＰＵメモリ５６とを含む。ＧＰＵ５４は、アクセラレーテッドグラフィックス処理インタフェース６０と、ＧＰＵキャッシュＩ／Ｏコントローラ６２と、処理エンジン６４と、ディスプレイＩ／Ｏコントローラ６６とを提供するための回路を含む。処理エンジン６４は、典型的には医用画像データセットの処理に関連するタイプのプログラム命令を最適に実行するように設計される。
ユーザは、ディスプレイ３４上に表示されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）と組み合わせて、キーボード３８およびマウス４０（またはトラックパッドもしくはペンタブレット／デジタイザなどの他のポインティングデバイス）を使用して、例えば、第１および第２のディスプレイ３４Ａ、３４Ｂそれぞれにおいてポイントおよびクリックを行うための、マウス、トラックパッドなどと組み合わされた、可動スクリーンカーソルを使用して、所望の処理パラメータを選択することができる。
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１１を参照すると、本実施形態を実施するスティッチングモジュールを有するレンダリングアプリケーションは、ＨＤＤ３０および／またはＲＯＭ２６に記憶することができる。アプリケーションを実行する場合、必要に応じて、アプリケーションをシステムメモリ４６またはＲＡＭ２８にロードすることができる。実行時には、ＣＰＵ２４およびＧＰＵ５４に利用可能なキャッシュメモリ５０、６２などのより高速なメモリも、アプリケーションの一部をホストする。レンダリングアプリケーションから出力される画像は、第１および第２のディスプレイ３４Ａ、３４Ｂなどの適切なディスプレイに表示することができる。レンダリングアプリケーションから出力される画像は、適切なメモリに記憶することもできる。レンダリングアプリケーションから出力される画像は、ネットワーク内の別の場所において表示または記憶するために、ネットワークを介して送信することもできる。
さらに、３次元画像データセット（第１、第２のボリュームデータ）に対する言及は、時間分解撮像（time-resolved imaging）によって生成されるような、４次元画像データセットと呼ばれることがある、３次元画像データセットの系列を含む。
いくつかの実施形態は、方法を実施するための機械可読命令を保持する非一時的なコンピュータプログラム製品とすることができる、コンピュータプログラム製品を提供する。
いくつかの実施形態は、方法を実施するための機械可読命令をロードし、実行するように動作可能なコンピュータシステムを提供する。
いくつかの実施形態は、方法を実施するための機械可読命令をロードし、実行するように動作可能な画像獲得デバイスを提供する。
本実施形態が、コンピュータ実施システム、方法、および非一時的媒体上に記憶できるコンピュータプログラム製品との関連で、以下本明細書で説明される。本実施形態のいくつかは、例えば、パーソナルコンピュータまたは他の形態のワークステーションなどのコンピュータにいくつかの実施形態で必要な機能を提供させる、コンピュータプログラム製品に関して説明されるが、以下の説明から、これが、いくつかの実施形態の一例に関係するにすぎないことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、スタンドアロンコンピュータの代わりに、コンピュータのネットワークが、本実施形態を実施することができる。代替として、または加えて、本実施形態の機能の少なくともいくつかは、例えば、専用集積回路（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））の形態をとる、専用ハードウェアによって実施することができる。
図１２は、本実施形態に係る医用画像処理装置１００の構成の一例を示す構成図である。
医用画像処理装置１００は、座標変換部１１０と、非剛体位置合わせ部１１２と、距離指標発生部１１４と、ワープフィールド発生部１１６と、結合ボリュームデータ発生部１１８と、インターフェース部１２０と、入力部１２２と、記憶部１２４と、制御部１２６と、表示部１２８とを有する。
座標変換部１１０は、後述する非剛体位置合わせの前に、第１ボリュームデータＩ１における第１座標系と第２ボリュームデータＩ２における第２座標系とに基づいて、第１ボリュームデータＩ１におけるボクセルの座標を第２座標系に変換、または第２ボリュームデータＩ２におけるボクセルの座標を第１座標系に変換する。具体的には、座標変換部１１０は、記憶部１２４から、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ２とを読み出す。座標変換部１１０は、第１座標系と第２座標系とに基づいて、第２座標系から第１座標検系への座標変換を決定する。座標変換部１１０は、決定した座標変換を用いて、第２ボリュームデータＩ２におけるボクセルの座標を第１座標系に変換する。これにより、第１座標系を有する第２ボリュームデータＩ'２が発生される。図１Ａは、第２ボリュームデータＩ２におけるボクセルの座標を第１座標系に変換前の一例を示す図である。図１Ｂは、第２ボリュームデータＩ２におけるボクセルの座標を第１座標系に変換後の一例を示す図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第２ボリュームデータＩ２の座標系を第１座標系に変換することにより、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ２との座標系は、共通なものとなる。
なお、座標変換部１１０は、第１座標系と第２座標系とに基づいて、第２座標系から第１座標検系への座標変換を決定してもよい。このとき、座標変換部１１０は、決定した座標変換を用いて、第１ボリュームデータＩ１におけるボクセルの座標を第２座標系に変換する。なお、座標変換部１１０は、図１０Ａおよび図１１のグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４または中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４に組み込まれてもよい。
非剛体位置合わせ部１１２は、オーバーラップ領域をそれぞれ有する第１ボリュームデータＩ１と第１座標系を有する第２ボリュームデータＩ'２との非剛体位置合わせを実行する。具体的には、非剛体位置合わせ部１１２は、座標系を共通化した第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ'２とにおいて、非剛体位置合わせを実行する。非剛体位置合わせ部１１２は、実行した非剛体位置合わせに対応するワープフィールドｗを決定する。非剛体位置合わせ部１１２は、この非剛体位置合わせにより、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ'２とのオーバーラップ領域を決定する。なお、非剛体位置合わせ部１１２は、図１０Ａおよび図１１のグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４または中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４に組み込まれてもよい。
距離指標発生部１１４は、オーバーラップ領域における複数のボクセル位置ｘ各々からオーバーラップ領域と第１ボリュームデータＩ１における非オーバーラップ領域との境界までの第１距離ｄ１（ｘ）を、オーバーラップ領域における複数のボクセル各々について計算する。距離指標発生部１１４は、ボクセル位置ｘ各々からオーバーラップ領域と第２ボリュームデータＩ'２における非オーバーラップ領域との境界までの第２距離ｄ２（ｘ）を、オーバーラップ領域における複数のボクセル各々について計算する。距離指標発生部１１４は、第１距離ｄ１（ｘ）と第２距離ｄ２（ｘ）とに基づいて、ボクセル位置各々における距離指標を発生する。具体的には、距離指標発生部は、距離指標として、オーバーラップ領域における複数のボクセル各々のボクセル位置に応じた第１距離ｄ１（ｘ）と第２距離ｄ２（ｘ）とをパラメータとする距離関数ｂ（ｘ）を発生する。具体的には、距離関数ｂ（ｘ）は、例えば、ｂ（ｘ）＝ｄ１（ｘ）／（ｄ１（ｘ）＋ｄ２（ｘ））で定義される。なお、距離指標発生部１１４は、図１０Ａおよび図１１のグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４または中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４に組み込まれてもよい。
ワープフィールド発生部１１６は、距離指標（距離関数ｂ（ｘ））と非剛体位置合わせに関するワープフィールドｗとに基づいて、第１ボリュームデータＩ１におけるオーバーラップ領域の複数のボクセルをオーバーラップ領域のボクセル位置ｘにそれぞれワープさせる第１ワープフィールドｗ１を発生する。ワープフィールド発生部１１６は、距離指標（距離関数ｂ（ｘ））と非剛体位置合わせに関するワープフィールドｗとに基づいて、第２ボリュームデータＩ'２におけるオーバーラップ領域の複数のボクセルをオーバーラップ領域のボクセル位置ｘにそれぞれワープさせる第２ワープフィールドｗ２を発生する。
具体的には、第１ワープフィールドｗ１の発生のために、ワープフィールド発生部１１６は、距離関数ｂ（ｘ）のマイナスにワープフィールドｗ（ｘ）を乗じた−ｂ（ｘ）ｗ（ｘ）を計算する。次いで、ワープフィールド発生部１１６は、（−ｂ（ｘ）ｗ（ｘ））を引数とする丸め関数を用いて、第１ワープフィールドｗ１を発生する。
また、第１ワープフィールドｗ１の発生のために、ワープフィールド発生部１１６は、１から距離関数ｂ（ｘ）を差分した距離指標（１−ｂ（ｘ））にワープフィールドｗ（ｘ）を乗じた（１−ｂ（ｘ））ｗ（ｘ）を計算する。次いで、ワープフィールド発生部１１６は、（１−ｂ（ｘ））ｗ（ｘ）を引数とする丸め関数を用いて、第２ワープフィールドｗ２を発生する。
すなわち、ワープフィールド発生部１１６は、非剛体位置合わせに関するワープフィ−ルドｗ（完全ワープフィールド）と恒等ワープフィールドとの間で、オーバーラップ領域におけるボクセル位置ｘ各々における距離指標（ｂ（ｘ）または（１−ｂ（ｘ）））に応じて、第１ワープフィールドｗ１と第２ワープフィールドｗ２とを変化させることができる。なお、ワープフィールド発生部１１６は、図１０Ａおよび図１１のグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４または中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４に組み込まれてもよい。
結合ボリュームデータ発生部１１８は、第１ワープフィールドｗ１によりオーバーラップ領域のボクセル位置ｘをワープした位置における第１ボリュームデータのボクセル値と、第２ワープフィールドｗ２によりオーバーラップ領域のボクセル位置ｘをワープした位置における前記第２ボリュームデータのボクセル値と、オーバーラップ領域のにおけるボクセル位置ｘにおける距離指標とに基づいて、第１ボリュームデータと第２ボリュームデータとを結合した結合ボリュームデータを発生する。具体的には、結合ボリュームデータ発生部１１８は、非オーバーラップ領域における結合ボリュームデータとして、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ'２とを用いる。また、結合ボリュームデータ発生部１１８は、距離関数ｂ（ｘ）を重み付けとして用いて、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ'２とのボクセル値を加重加算することにより、オーバーラップ領域における結合ボリュームデータを発生する。なお、結合ボリュームデータ発生部１１８は、図１０Ａおよび図１１のグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４または中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４に組み込まれてもよい。
結合ボリュームデータ発生部１１８は、例えば、以下の論理式により、結合ボリュームデータＪ（ｘ）を発生する。
Ｉｆ （ｘ∈（Ｉ１＼Ｄ）） ｔｈｅｎ Ｊ（ｘ）＝Ｉ１（ｘ）
Ｅｌｓｅ ｉｆ （ｘ∈（Ｉ’２＼Ｉ１）） ｔｈｅｎ Ｊ（ｘ）＝Ｉ’２（ｘ）
Ｅｌｓｅ ｔｈｅｎ
Ｊ（ｘ）＝(１−ｂ（ｘ）)Ｉ１（ｘ＋ｗ１（ｘ））＋ｂ（ｘ）Ｉ’２（ｘ＋ｗ２（ｘ））
インターフェース部１２０は、入力部１２２、ネットワーク、インターネット、図示していない外部記憶装置などに関するインターフェースである。インターフェース部１２０は、医用画像撮影装置（ＣＴスキャナ８、ＭＲ撮像装置１０、デジタルＸ線撮影（ＤＲ）デバイスならびにコンピュータＸ線撮影（ＣＲ）デバイス１２、超音波診断装置１４など）および医用画像保管装置（コンピュータワークステーション１６、共通フォーマットファイルサーバー１８など）に対して電子的通信回線、典型的にはローカルエリアネットワーク（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：以下ＬＡＮと呼ぶ）、インターネットなどを介して接続される。
医用画像撮影装置で発生された第１、第２ボリュームデータ、または医用画像保管装置で保管された第１、第２ボリュームデータは、インターフェース部１２０を介して、記憶部１２４に記憶される。また、本医用画像処理装置１００で編集された編集対象を有するボリュームデータなどは、ネットワークを介して図示していない医用画像保管装置などの他の装置に転送可能である。インターフェース部１２０は、例えば、図８のインターネットゲートウェイ１５、１７などに対応する。
入力部１２２は、操作者などからの各種指示・命令・情報・選択・設定などを制御部１２６に入力する。具体的には、入力部１２２は、上記各種指示・命令・情報・選択・設定などを入力するためのトラックボール、スイッチボタン、図１０Ａおよび図１０Ｂのマウス４０、マウス・ホイール、図１０Ａおよび図１０Ｂのキーボード３８等の入力デバイスを有する。なお、入力デバイスは、表示部１２８における表示画面を覆うタッチパネルでもよい。入力部１２２は、図１０Ａおよび図１１のユーザー入出力（ＩＯ）回路３６、キーボード３８、マウス４０に対応する。入力部１２２は、結合ボリュームデータの発生に関する２つのボリュームデータの選択指示を入力する。なお、入力部１２２は、非剛体位置合わせにおいて、基準とする座標系に関するボリュームデータを入力してもよい。また、入力部１２２は、表示部１２８に表示されている種々の画像に対して、操作者による調整指示を入力することも可能である。
記憶部１２４は、第１ボリュームデータＩ１に第１座標系を付帯させて、第１ボリュームデータＩ１を記憶する。記憶部１２４は、第２ボリュームデータＩ２に第２座標系を付帯させて、第２ボリュームデータＩ２を記憶する。記憶部１２４は、非剛体位置合わせ、距離指標の発生、ワープフィールドの発生、結合ボリュームデータの発生に関する医用画像処理プログラム、および各部を制御する制御プログラムを記憶する。記憶部１２４は、入力部１２２を介して、第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ２との選択指示が入力されると、記憶された第１ボリュームデータＩ１と第２ボリュームデータＩ２とを、座標変換部１１０に出力する。記憶部１２４は、図１０Ａのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８、ハードディスクドライブ３０、図１１のシステムメモリ４６、ＧＰＵメモリ５６に対応する。
制御部１２６は、本医用画像処理装置１００の中枢として機能とする。制御部１２６は、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：以下、ＣＰＵと呼ぶ）２４、メモリ５０等を有する。具体的には、制御部１２６は、入力部１２２を介して入力された入力操作に応じて、記憶部１２４から制御プログラムなどを読み出して自身のメモリ上に展開する。制御部１２６は、展開した制御プログラムを実行することにより、本医用画像処理装置１００の各部を制御する。また、例えば、制御部１２６は、記憶部１２４から医用画像処理プログラムを読み出して実行することにより、座標変換部１１０、非剛体位置合わせ部１１２、距離指標発生部１１４、ワープフィールド発生部１１６、記憶部１２４、表示部１２８などの各部を制御する。
表示部１２８は、結合ボリュームデータを表示する。具体的には、表示部１２８は、結合ボリュームデータに基づいて発生された各種レンダリング画像などの３次元画像を表示する。なお、表示部１２８は、座標変換部１１０による座標変換において、例えば、図１Ａ、図１Ｂに示すような画像を表示してもよい。また、表示部１２８は、非剛体位置合わせ部１１２における非剛体位置合わせにおいて、例えば、図２に示すな画像を、オーバーラップ領域とともに表示してもよい。。表示部１２８は、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１における第１のディスプレイ３４Ａおよび第２のディスプレイ３４Ｂに対応する。
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る医用画像処理装置１００によれば、それぞれのデータ（例えば、第１、第２ボリュームデータ）における非オーバーラップ領域とオーバーラップ領域との境界からオーバーラップ領域のボクセル位置までの距離の比に応じた距離指標（距離関数ｂ（ｘ））を用いて、空間的な非剛体位置合わせと輝度的なブレンディング（加重加算）を実行することができる。このとき、反復処理をする必要が無いため、処理時間が短縮される。加えて、本医用画像処理装置１００によれば、特にＭＲ画像のようにオーバーラップ領域に歪み（ワープ）がある場合において、画質を損ねずに、高速に、かつつながりの良く画像をつなぎ合わせることができる。すなわち、本医用画像処理装置１００によれば、複数のボリュームデータを結合させた結合ボリュームデータの結合部分において、操作者に認識されるアーチファクトを著しく減少または除去することができる。これにより、被検体に対する診断効率を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１・・・ネットワーク、２・・・主病院コンポーネント、４・・・リモート診断デバイスコンポーネント、５・・・患者、６・・・リモートシングルユーザーコンポーネント、７・・・開口、８・・・ＣＴスキャナ、１０・・・ＭＲ撮像装置、１１・・・ＣＴスキャナ、１２・・・デジタルＸ線撮影（ＤＲ）デバイスまたはコンピュータＸ線撮影（ＣＲ）デバイス、１３・・・共通フォーマットファイルサーバ、１４・・・超音波診断装置、１５・・・インターネットゲートウェイ、１６・・・複数のコンピュータワークステーション、１７・・・インターネットゲートウェイ、１８・・・共通フォーマットファイルサーバ、２０・・・ファイルアーカイブ、２１・・・コンピュータワークステーション、２２・・・コンピュータシステム、２４・・・中央演算処理装置（ＣＰＵ）、２５・・・ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、２６・・・読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２８・・・ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、３０・・・ハードディスクドライブ、３２・・・ディスプレイドライバ、３４Ａ・・・第１のディスプレイ、３４Ｂ・・・第２のディスプレイ、３６・・・ユーザ入出力（ＩＯ）回路、３８・・・キーボード、４０・・・マウス、４２・・・共通バス４２、４２ａ・・・バス接続、４２ｂ・・・バス接続、４２ｃＡ・・・第１のバス接続部、４２ｃＢ・・・第２のバス接続部、４２ｄ・・・バス接続、４４・・・グラフィックスカード、４６・・・システムメモリ、５０・・・ＣＰＵキャッシュ、５４・・・ＧＰＵ、５６・・・ＧＰＵメモリ、６０・・・アクセラレーテッドグラフィックスプロセッシングインターフェイス、６２・・・ＧＰＵキャッシュＩ／Ｏコントローラ、６４・・・処理エンジン、６６・・・ディスプレイＩ／Ｏコントローラ、１００・・・医用画像処理装置、１１０・・・座標変換部、１１２・・・非剛体位置合わせ部、１１４・・・距離指標発生部、１１６・・・ワープフィールド発生部、１１８・・・結合ボリュームデータ発生部、１２０・・・インターフェース部、１２２・・・入力部、１２４・・・記憶部、１２６・・・制御部、１２８・・・表示部。

Claims (7)

  1. オーバーラップ領域をそれぞれ有する第１ボリュームデータと第２ボリュームデータとの非剛体位置合わせを実行する非剛体位置合わせ部と、
    前記オーバーラップ領域における複数のボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第１ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第１距離と、前記ボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第２ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第２距離とに基づいて、前記ボクセル位置各々における距離指標を発生する距離指標発生部と、
    前記距離指標と前記非剛体位置合わせに関するワープフィールドとに基づいて、前記第１ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第１ワープフィールドと、前記第２ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第２ワープフィールドとを発生するワープフィールド発生部と、
    前記第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第１ボリュームデータのボクセル値と、前記第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第２ボリュームデータのボクセル値と、前記ボクセル位置における距離指標とに基づいて、前記第１ボリュームデータと前記第２ボリュームデータとを結合した結合ボリュームデータを発生する結合ボリュームデータ発生部と、
    を具備する医用画像処理装置。
  2. 前記ワープフィールド発生部は、前記非剛体位置合わせに関するワープフィ−ルドと恒等ワープフィールドとの間で、前記ボクセル位置各々における前記距離指標に応じて、前記第１ワープフィールドと前記第２ワープフィールドとを変化させる請求項１に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記距離指標発生部は、前記距離指標として、前記ボクセル位置に応じた前記第１距離と前記第２距離とをパラメータとする距離関数を発生する請求項２に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記結合ボリュームデータ発生部は、前記距離関数を重み付けとして用いて前記結合ボリュームデータを発生する請求項３に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記非剛体位置合わせの前に、前記第１ボリュームデータにおける第１座標系と前記第２ボリュームデータにおける第２座標系とに基づいて、前記第１ボリュームデータにおけるボクセルの座標を前記第２座標系に変換、または前記第２ボリュームデータにおけるボクセルの座標を前記第１座標系に変換する座標変換部をさらに具備する請求項１に記載の医用画像処理装置。
  6. オーバーラップ領域をそれぞれ有する第１ボリュームデータと第２ボリュームデータとの非剛体位置合わせを実行し、
    前記オーバーラップ領域における複数のボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第１ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第１距離と、前記ボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第２ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第２距離とに基づいて、前記ボクセル位置各々における距離指標を発生し、
    前記距離指標と前記非剛体位置合わせに関するワープフィールドとに基づいて、前記第１ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第１ワープフィールドと、前記第２ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第２ワープフィールドとを発生し、
    前記第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第１ボリュームデータのボクセル値と、前記第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第２ボリュームデータのボクセル値と、前記ボクセル位置における距離指標とに基づいて、前記第１ボリュームデータと前記第２ボリュームデータとを結合した結合ボリュームデータを発生すること、
    を具備する医用画像処理方法。
  7. コンピュータに、
    オーバーラップ領域をそれぞれ有する第１ボリュームデータと第２ボリュームデータとの非剛体位置合わせを実行させ、
    前記オーバーラップ領域における複数のボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第１ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第１距離と、前記ボクセル位置各々から前記オーバーラップ領域と前記第２ボリュームデータにおける非オーバーラップ領域との境界までの第２距離とに基づいて、前記ボクセル位置各々における距離指標を発生させ、
    前記距離指標と前記非剛体位置合わせに関するワープフィールドとに基づいて、前記第１ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第１ワープフィールドと、前記第２ボリュームデータにおける前記オーバーラップ領域の複数のボクセルを前記ボクセル位置にそれぞれワープさせる第２ワープフィールドとを発生させ、
    前記第１ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第１ボリュームデータのボクセル値と、前記第２ワープフィールドにより前記ボクセル位置をワープした位置における前記第２ボリュームデータのボクセル値と、前記ボクセル位置における距離指標とに基づいて、前記第１ボリュームデータと前記第２ボリュームデータとを結合した結合ボリュームデータを発生させること、
    を具備する医用画像処理プログラム。
JP2014033301A 2013-03-15 2014-02-24 医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラム Pending JP2014180538A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/838,029 2013-03-15
US13/838,029 US20140267267A1 (en) 2013-03-15 2013-03-15 Stitching of volume data sets

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014180538A true JP2014180538A (ja) 2014-09-29

Family

ID=51503481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014033301A Pending JP2014180538A (ja) 2013-03-15 2014-02-24 医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140267267A1 (ja)
JP (1) JP2014180538A (ja)
CN (1) CN104050713A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018522610A (ja) * 2015-05-07 2018-08-16 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 解剖学的モデルの増補によって腹腔鏡外科処置を誘導するためのシステムおよび方法
JPWO2018169086A1 (ja) * 2017-03-17 2019-11-07 株式会社モリタ製作所 Ｘ線ｃｔ撮影装置、ｘ線画像処理装置、及びｘ線画像表示装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150002636A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 Cable Television Laboratories, Inc. Capturing Full Motion Live Events Using Spatially Distributed Depth Sensing Cameras
ITBO20130599A1 (it) * 2013-10-31 2015-05-01 Cefla Coop Metodo e apparato per aumentare il campo di vista in una acquisizione tomografica computerizzata con tecnica cone-beam
CN104268846B (zh) * 2014-09-22 2017-08-22 上海联影医疗科技有限公司 图像拼接方法及装置
GB2545588B (en) 2014-09-22 2018-08-15 Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd System and method for image composition
DE112016004907T5 (de) * 2015-10-27 2018-07-05 Koninklijke Philips N.V. Virtuelle CT-Bilder aus Magnetresonanzbildern
WO2018099810A1 (en) 2016-11-29 2018-06-07 Koninklijke Philips N.V. Ultrasound imaging system and method
EP3487162B1 (en) * 2017-11-16 2021-03-17 Axis AB Method, device and camera for blending a first and a second image having overlapping fields of view
CN108447018B (zh) * 2018-01-31 2022-04-12 苏州佳世达电通有限公司 产生超音波全景影像的方法及产生全景影像的超音波装置
DE202019003376U1 (de) 2019-03-21 2019-09-13 Ziehm Imaging Gmbh Röntgensystem zur iterativen Bestimmung einer optimalen Koordinatentransformation zwischen überlappenden Volumina, die aus Volumendatensätzen von diskret abgetasteten Objektbereichen rekonstruiert wurden
CN110473143B (zh) * 2019-07-23 2023-11-10 平安科技（深圳）有限公司 一种三维mra医学图像拼接方法及装置、电子设备
US12059296B2 (en) * 2020-08-26 2024-08-13 GE Precision Healthcare LLC Systems and methods for generating ultrasound probe guidance instructions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018522610A (ja) * 2015-05-07 2018-08-16 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 解剖学的モデルの増補によって腹腔鏡外科処置を誘導するためのシステムおよび方法
JPWO2018169086A1 (ja) * 2017-03-17 2019-11-07 株式会社モリタ製作所 Ｘ線ｃｔ撮影装置、ｘ線画像処理装置、及びｘ線画像表示装置
US11160515B2 (en) 2017-03-17 2021-11-02 J. Morita Mfg. Corp. X-ray CT scanner, X-ray image processor, and X-ray image display

Also Published As

Publication number Publication date
US20140267267A1 (en) 2014-09-18
CN104050713A (zh) 2014-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014180538A (ja) 医用画像処理装置、医用画像処理方法、および医用画像処理プログラム
JP5337354B2 (ja) 幾何学方式レジストレーションのためのシステムおよび方法
US8199168B2 (en) System and method for 3D graphical prescription of a medical imaging volume
US9915864B2 (en) Method and system for X-ray image generation
US9384592B2 (en) Image processing method and apparatus performing slab multi-planar reformatting rendering of volume data
JP5992819B2 (ja) 画像処理装置、医用画像診断装置、画像処理方法、及び画像処理プログラム
WO2011074162A1 (en) Image processing apparatus, image processing method, image processing system, and program
JP5946029B2 (ja) ３ｄ ｃｔ立体データにおける歯のグラフカットベースのインタラクティブセグメンテーション法
JP5492024B2 (ja) 領域分割結果修正装置、方法、及びプログラム
JP6215057B2 (ja) 可視化装置、可視化プログラムおよび可視化方法
US20180064409A1 (en) Simultaneously displaying medical images
US20230260129A1 (en) Constrained object correction for a segmented image
JP2017225835A (ja) 画像処理装置
JP2006000205A (ja) 投影画像処理方法、投影画像処理プログラム、投影画像処理装置
JP6739897B2 (ja) レンダリングを行う方法及びシステム
WO2009122724A1 (ja) 画像処理装置および方法並びにプログラム
JP5602142B2 (ja) 医療レポートのための患者固有の解剖学的スケッチのための物および方法
JP7180123B2 (ja) 医用画像処理装置、医用画像処理方法、プログラム、及びデータ作成方法
JP2010131315A (ja) 医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム
WO2022163513A1 (ja) 学習済みモデルの生成方法、機械学習システム、プログラムおよび医療画像処理装置
JP2019207450A (ja) ボリュームレンダリング装置
JPWO2018043594A1 (ja) 画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、画像処理システム
JP7242338B2 (ja) 医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム
US10672135B2 (en) Device and methods for processing computer tomography imaging data
JP2019217264A (ja) 医用画像処理装置、医用画像診断装置および医用画像処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20160512