JP2016002214A - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
第1の条件で第1の画像と第2の画像との間の変形を推定して第1の変形情報を取得する第1の推定手段と、
前記第1の条件とは異なる第2の条件で前記第1の画像と前記第2の画像との間の変形を推定して第2の変形情報を取得する第2の推定手段と、
前記第1の変形情報と前記第2の変形情報との差異に基づいて、画像上の点における変形の推定誤差または信頼度を取得する取得手段と
を備えることを特徴とする。
本実施形態に係る画像処理装置は、複数の3次元断層画像間の変形位置合わせを行う装置であり、一方の3次元断層画像を他方の3次元断層画像に位置や形状が合うように変形させた変形画像を生成する。このとき、生成した変形画像の夫々の位置における位置合わせの推定誤差や信頼度を求めて、その分布を変形画像と対応付けて表示することを第一の特徴とする。以下、本実施形態に係る画像処理装置について説明する。
図1は、本実施形態に係る画像処理システム1の構成を示す。同図に示すように、本実施形態における画像処理システム1は、画像処理装置10と、データサーバ20と、ディスプレイ30とを有している。画像処理装置10は、画像取得部110、対応情報取得部120、設定部125、位置合わせ部130、画像生成部140、推定誤差取得部150、および表示制御部160を備えている。
次に、図2のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像処理装置10が実施する処理の手順について説明する。なお、以下の説明では、同一の被検体を異なる体位で撮像した第1の画像と第2の画像を複数の3次元断層画像としてデータサーバ20から読み込み、第1の画像に変形処理を施し、第2の画像と位置や形状が合うように変形させた変形画像を生成する場合を例にとって説明する。
ステップS200において、画像取得部110は、位置合わせの対象である被検体の複数の3次元断層画像(すなわち、第1の画像と第2の画像)を、データサーバ20から取得する。そして、取得した画像を、画像生成部140および表示制御部160に送信する。
ステップS210において、対応情報取得部120は、第1の画像および第2の画像の夫々の画像座標系における対応情報を取得する。そして、取得した対応情報を、位置合わせ部130に送信する。ここで、対応情報とは、2つの画像間で対応する点や線や面の情報のことである。対応情報の取得は、例えば、ユーザが目視で同定した画像間の対応点を画像処理装置10に入力することによって実行される。具体的には、ディスプレイ30に表示されている夫々の3次元断層画像の断面画像を比較しながら、夫々の画像上において解剖学的に同じとみなした位置を、不図示のマウスのクリック等によって対応点として入力することによって取得する。
ステップS220において、設定部125は、位置合わせ処理(変形推定処理)を実行する際の条件(第1の条件)を設定して(ユーザの選択を取得して)、位置合わせ部130に送信する。第1の条件は、変形を推定する際に使用する変形記述モデルの種類と、前記変形記述モデルの詳細設定とを含む。例えば、以下の条件に関するユーザの選択を取得する。
・FFDを用いる場合の、制御点のグリッドサイズの選択(例えば、5mm、10mm、15mm、および20mmからの選択)
・放射基底関数を用いる場合の、放射基底関数の形状の選択(例えば、TPS(Thin Plate Spline)関数、Gauss関数、Wendland関数、およびcubic関数からの選択)
・変形の最適化計算に用いるコスト関数における各種の正則化項(体積の保存や滑らかさの維持などを評価する項)の有無や重みの設定
なお、全ての条件をユーザが設定する必要は必ずしも必要ではなく、一部の条件のみをユーザが設定可能な状態としておいて、他の条件は既定の値を設定するようにしてもよい。もちろん、上記の条件は一例にすぎず、採用する変形記述モデルや位置合わせ手法に応じて、上記以外の条件を設定可能とすることが望ましい。
ステップS230において、位置合わせ部130は、ステップS210で取得した対応情報に基づいて、ステップS220で設定した条件下で、第1の画像と第2の画像の位置合わせ処理(変形推定処理)を実行する。すなわち、設定条件下で第1の画像を変形した場合に第2の画像との間での対応点位置の残差が(あるいは、該残差を含むコスト関数が)最小となるような変形情報(第1の変形情報)を(当該条件下における変形パラメータを)推定する。そして、得られた推定結果(以下、第1の位置合わせ結果と呼ぶ)を、画像生成部140および推定誤差取得部150へと送信する。なお、以下の説明では、本ステップで推定される変形情報を、第1の画像の座標pの第2の画像への写像関数φ(p)と表記する。
ステップS240において、設定部125は、ステップS220で設定した第1の条件に基づいて、該条件とは異なる1つ以上の(N通りの)条件(第2の条件)を設定する。そして、位置合わせ部130は、新たに設定した夫々の条件下で、ステップS210で取得した対応情報に基づいて、第1の画像と第2の画像の位置合わせ処理を実行する。夫々の条件を設定した後の処理は、ステップS230と同様である。そして、得られた複数の推定結果である変形情報(第2の変形情報)(以下、第2の位置合わせ結果と呼ぶ)を、推定誤差取得部150へと送信する。なお、以下の説明では、本ステップで推定されるi番目の変形情報を、第1の画像の座標pの第2の画像への写像関数φi(p)と表記する。
ステップS250において、画像生成部140は、ステップS230で得た位置合わせ結果に基づいて、第2の画像と一致するように第1の画像に座標変換を施した新たな画像(変形画像)を生成する。
ステップS260において、推定誤差取得部150は、ステップS230およびステップS240で得た位置合わせ結果(第1の変形情報および第2の変形情報の差異)に基づいて、ステップS250で得た変形画像上の各点における位置合わせの推定誤差や信頼度を計算し、その分布を示す推定誤差画像を生成する。そして、生成した推定誤差画像を、表示制御部160へ送信する。
ステップS270において、表示制御部160は、第2の画像の断面画像と、ステップS250で生成した変形画像の対応断面画像とを、ユーザの操作に応じて、ディスプレイ30に表示する制御を行う。また、表示制御部160は、ステップS260で取得した推定誤差画像から、変形画像の該断面画像に対応する断面を切り出して、推定誤差マップとしてディスプレイ30に表示する制御を行う。
ステップS260のボリューム画像としての推定誤差画像の生成は必ずしも必須ではない。その代わりに、ステップS270の処理で表示することが決定された変形画像の断面画像上の各ボクセルについてのみ推定誤差の取得を行い、表示する推定誤差の断面画像を直接生成してもよい。
ステップS210で対応情報取得部120が実行する対応情報の取得は、画像解析処理によって自動的に行ってもよい。例えば、夫々の画像から画像パターンの特徴的な点や線を検出し、画像パターンの類似性に基づいて自動で取得するようにしてもよい。また、画像解析処理によって自動取得した対応点を候補として、ユーザが手動で修正した点を最終的な対応点の位置としてもよい。なお、対応情報の取得は、データサーバ20が保持している情報を読み込むことにより行ってもよい。
ステップS240で位置合わせ部130が実施する処理において、推定方法(推定条件)を変動させる方法は上記に限定されない。例えば、複数の異なる変形記述モデルを用いることで、異なる変形推定結果を得るようにしてもよい。例えば、ステップS230でFFDを用いた変形推定が実施される場合に、本ステップでは放射基底関数を用いた変形推定を行うようにしてもよい。
第1実施形態では、推定誤差の分布を可視化した推定誤差マップを変形画像の断面画像上に重畳表示する例について説明した。これに対して、第2実施形態に係る画像処理装置は、マップ以外の形態で推定誤差の表示を行うことを特徴とする。以下、本実施形態に係る画像処理装置について、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
ステップS270において、表示制御部160は、第2の画像の断面画像と、ステップS250で生成した変形画像の対応断面画像とを、ユーザの操作に応じて、ディスプレイ30に表示する制御を行う。また、表示制御部160は、変形画像の該断面画像上でユーザが指示した点の推定誤差を、ステップS260で取得した推定誤差画像から取得して、ディスプレイ30に表示する制御を行う。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (13)
- 第1の条件で第1の画像と第2の画像との間の変形を推定して第1の変形情報を取得する第1の推定手段と、
前記第1の条件とは異なる第2の条件で前記第1の画像と前記第2の画像との間の変形を推定して第2の変形情報を取得する第2の推定手段と、
前記第1の変形情報と前記第2の変形情報との差異に基づいて、画像上の点における変形の推定誤差または信頼度を取得する取得手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記第1の条件に基づいて前記第2の条件を設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記設定手段は、前記第1の条件の少なくとも一部を変更することにより前記第2の条件を設定することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記第1の条件は、変形を推定する際に使用する変形記述モデルの種類と、前記変形記述モデルの詳細設定とを含むことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記設定手段は、前記第1の条件の前記変形記述モデルの詳細設定の一部を変更することにより前記第2の条件を設定することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記第1の変形情報に基づいて、前記第2の画像と一致するように前記第1の画像に座標変換を施した変形画像を生成する画像生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記第2の画像の断面画像と、前記画像生成手段により生成された前記変形画像の対応断面画像とをディスプレイに表示する制御を行う表示制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記取得手段は、前記推定誤差の分布を示す推定誤差画像を生成することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記推定誤差画像から前記変形画像の断面画像に対応する断面を切り出して推定誤差マップとして、前記変形画像の断面画像に重畳してディスプレイに表示する制御を行うことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 画像の変形情報を取得する情報取得手段と、
前記変形情報に基づいて前記画像に座標変換を施した変形画像を生成する画像生成手段と、
前記変形画像上における変形の推定誤差または信頼度を取得する取得手段と、
前記変形画像と前記推定誤差または信頼度を示す情報とを対応付けて表示させる表示制御手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 画像処理方法であって、
第1の条件で第1の画像と第2の画像との間の変形を推定して第1の変形情報を取得する工程と、
前記第1の条件とは異なる第2の条件で前記第1の画像と前記第2の画像との間の変形を推定して第2の変形情報を取得する工程と、
前記第1の変形情報と前記第2の変形情報との差異に基づいて、画像上の点における変形の推定誤差または信頼度を取得する工程と
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 画像処理方法であって、
画像の変形情報を取得する工程と、
前記変形情報に基づいて前記画像に座標変換を施した変形画像を生成する工程と、
前記変形画像上における変形の推定誤差または信頼度を取得する工程と、
前記変形画像と前記推定誤差または信頼度を示す情報とを対応付けて表示させる工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項11または12に記載の画像処理方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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