JP2016118981A - 画像処理装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
被検体の第1の画像と第2の画像を位置合わせするための複数の対応情報を取得する取得手段と、
前記複数の対応情報から少なくとも一つの対応情報を除外した対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の、該除外された対応情報の位置に生じる位置合わせ誤差を算出する算出手段と、
前記複数の対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の任意の位置における位置合わせ誤差を、前記算出手段により算出された位置合わせ誤差に基づいて推定する推定手段と、を備える。
第1実施形態に係る画像処理装置は、複数の3次元断層画像間の対応情報に基づいて位置合わせ処理(変形位置合わせ)を行い、一方の3次元断層画像を他方の3次元断層画像における位置や形状と一致するように変形させた変形画像を生成する。その際に、画像処理装置は、位置合わせ処理の誤差に基づいて、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を求め、その分布を変形画像と対応付けて表示する。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。本実施形態では、3次元断層画像間の複数の対応点を対応情報として用いて注目点における誤差を推定する場合について説明するが、対応する線や対応する面を用いることもできる。以下、第1実施形態に係る画像処理装置について説明する。なお、本実施形態では、位置合わせ処理の誤差、推定誤差には、各軸方向の誤差を成分とするベクトルが用いられる。
図1は、本実施形態に係る画像診断システム1の構成例を示す。図1に示すように、第1実施形態における画像診断システム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、対応情報選択部130、位置合わせ部140、誤差算出部150、変形画像生成部160、誤差推定部170および表示制御部180を備える。
次に、図2のフローチャートを参照して、第1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変形状態で撮像した2つの3次元断層画像を第1の画像と第2の画像として読み込み、第1の画像に変形処理を施して、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。
・被検体の第1の画像と第2の画像を位置合わせするための複数の対応情報を取得する取得処理、
・上記複数の対応情報から少なくとも一つの対応情報を除外した残りの対応情報を用いて第1の画像と第2の画像を位置合わせした場合の、その除外された対応情報の位置に生じる位置合わせ誤差を算出する算出処理、そして、
・複数の対応情報を用いて第1の画像と第2の画像を位置合わせをした場合の任意の位置における位置合わせ誤差を、上記算出された位置合わせ誤差に基づいて推定する推定処理、
により実現する。なお、取得処理は、対応情報取得部120により実行される(ステップS210)。算出処理は、対応情報選択部130、位置合わせ部140、誤差算出部150により実行される(ステップS240〜S270)。また、推定処理は、誤差推定部170により実行される(ステップS280)。以下、図2のフローチャートに示される各ステップを詳細に説明する。
・表示制御部180を介して、夫々の3次元断層画像の断面画像(第1の画像と第2の画像)をディスプレイ30に表示させ、
・ユーザに、ディスプレイ30に表示された第1の画像と第2の画像を比較させ、夫々の画像上において解剖学的に同じと見做した位置を、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させ、
・ユーザにより入力された対応点を第1の対応情報として取得する。
第1実施形態では、第2の誤差の補間場を放射基底関数で表現する例について説明したが、補間場の表現はこれに限られるものではない。例えば、夫々の対応点の位置における第2の誤差の線形補間によって補間場を求めてもよいし、他の任意の関数による近似で補間を行ってもよい。また、夫々の対応点の位置における第2の誤差を夫々の位置における変位とみなして、その変位に基づいて全体の変位場を求める(変形を推定する)何れかの方法を用いて変位場を求め、得られた変位場を補間場としてもよい。例えば、公知の変形表現手法であるFFD(Free-Form Deformation)等を用いることができる。より具体的には、等間隔なグリッド点にFFDの制御点を設定し、夫々の対応点の位置における第2の誤差に基づいてFFDのパラメータ(各制御点が持つ制御量)を算出することによって、補間場を表現することができる。
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が、これに限らず、マップ以外の形態で推定誤差の表示を行ってもよい。
上述のように、ステップS280の処理において、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S290の処理において、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、ステップS280と同様な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。また、変形例2の表示を行う場合には、ステップS290の処理においてカーソル等で注目座標が指定された後に、ステップS280と同様な処理によって当該座標の推定誤差を適宜(オンデマンドで)推定するようにしてもよい。
ステップS210の処理において、対応情報取得部120が実行する第1の対応情報の取得は、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、第1の対応情報の取得は、画像の付帯情報としてデータサーバ20が画像間の対応情報を保持している場合には、該情報を読み込むことにより行ってもよい。
第1実施形態や変形例2で示したステップS290における画像表示の処理は、必ずしも必須ではない。その代わりに、ステップS230で得た変形画像とステップS280で得た推定誤差画像をデータサーバ20等に保存して、画像処理装置10の処理を終了してもよい。この場合、ステップS290と同様な画像表示の処理を行う画像表示装置が、データサーバ20から変形画像とその誤差推定値(推定誤差画像)を取得し、表示することにより、ユーザは任意の位置の推定誤差を観察することができる。また、変形画像や推定誤差画像の観察は、3次元断層画像を表示する通常の医用画像ビューアで行ってもよい。なお、画像表示を行わない場合であって、かつ、データサーバ20から第1の対応情報が取得される場合には、第1の画像と第2の画像を取得する処理も省略できる。
ステップS280の処理において、変形画像上の各点における位置合わせの推定誤差を計算する際に、変形に関する事前知識に基づく補正を行ってもよい。たとえば、第1の画像と第2の画像における、特定の部位から各対応情報の位置までの距離の違いに基づいて、算出処理により算出された第2の位置合わせ誤差を補正するようにしてもよい。そのような補正の一例として、被検体が乳房の場合には、事前知識として、乳頭から乳房内の対応点までの距離が体位等によらずあまり変化しないというモデルを用いることができる。この場合、例えば、夫々の対応点について得られる、夫々の画像における乳頭−対応点間の2つの距離の不一致度に基づいて、夫々の対応点の位置における第2の誤差の補正を行う。より具体的には、2つの距離の短いほうを分母として該2つの距離の比を算出し、その値を夫々の対応点の位置における第2の誤差に掛け合わせればよい。これによると、乳頭−対応点間距離が体位等によらずあまり変化しないというモデルから乖離するほど推定誤差が大きくなるように補正されるため、推定誤差の算出精度の向上が期待される。
第1実施形態では、各対応点における第2の誤差から補間場と補正場を生成し、これらに基づいて任意の点における誤差を推定した。第2実施形態に係る画像処理装置では、第2の誤差に基づいて対応点からの距離と誤差の関係を求め、該関係に基づいて推定誤差を取得する。以下、第2実施形態に係る画像処理装置について、主として第1実施形態と異なる部分について説明する。なお、第2実施形態では、第1の誤差、第2の誤差、推定誤差には、ベクトルではなく、その大きさ(スカラー)が用いられる。
・各対応情報について、算出された第2の位置合わせ誤差に基づいて、対応情報の位置からの距離に応じた位置合わせ誤差の増加を表す誤差増加率を算出し、
・任意の位置の位置合わせ誤差を、対応情報の位置からの距離と誤差増加率に基づいて推定する。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (19)
- 被検体の第1の画像と第2の画像を位置合わせするための複数の対応情報を取得する取得手段と、
前記複数の対応情報から少なくとも一つの対応情報を除外した対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の、該除外された対応情報の位置に生じる位置合わせ誤差を算出する算出手段と、
前記複数の対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の任意の位置における位置合わせ誤差を、前記算出手段により算出された位置合わせ誤差に基づいて推定する推定手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記推定手段は、
各対応情報の前記算出された位置合わせ誤差を補間することにより、補間された位置合わせ誤差を示す補間場を生成し、
前記補間場に基づいて前記任意の位置における位置合わせ誤差を推定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記推定手段は、各対応情報の位置において補正量が極大値となり、対応情報の位置からの距離に応じて補正量が減少する補正場により前記補間場を修正し、修正された前記補間場から前記任意の位置における推定された位置合わせ誤差を取得することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記推定手段は、位置合わせ誤差が各対応情報の位置で極小値となるように前記補間場を修正し、修正された前記補間場から前記任意の位置における推定された位置合わせ誤差を取得することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記推定手段は、前記補間場の各対応情報の位置の位置合わせ誤差が、前記複数の対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の各対応情報の位置に残る位置合わせ誤差と一致するように前記補間場を修正することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記推定手段は、前記補間場の各対応情報の位置の位置合わせ誤差がゼロになるように前記補間場を修正することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記推定手段は、
各対応情報について、前記算出された位置合わせ誤差に基づいて、対応情報の位置からの距離に応じた位置合わせ誤差の増加を表す誤差増加率を算出し、
任意の位置の位置合わせ誤差を、対応情報の位置からの距離と前記誤差増加率に基づいて推定する、ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記推定手段は、
前記複数の対応情報の各々について、各対応情報の最近傍の対応情報までの距離と該最近傍の対応情報について算出された位置合わせ誤差とから各対応情報の誤差増加率を取得し、得られた複数の誤差増加率を統計処理して代表誤差増加率を取得し、
前記任意の位置の近傍の対応情報からの距離と前記代表誤差増加率から、前記任意の位置における位置合わせ誤差を推定することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 - 前記推定手段は、
前記任意の位置の近傍の所定数の対応情報について、各対応情報の最近傍の対応情報までの距離と該最近傍の対応情報について算出された位置合わせ誤差とから各対応情報の誤差増加率を取得し、得られた複数の誤差増加率を統計処理して局所的な代表誤差増加率を取得し、
前記任意の位置の近傍の対応情報からの距離と前記局所的な代表誤差増加率から、前記任意の位置における位置合わせ誤差を推定することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 - 前記複数の対応情報を用いて前記第1の画像を前記第2の画像に位置合わせすることにより変形画像を得る変形手段と、
前記推定手段により推定された位置合わせ誤差を前記変形画像に重畳して表示部に表示する表示制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記変形画像における各ボクセルまたは各ピクセルの値を、前記推定手段により推定された当該ボクセルまたはピクセルの位置の位置合わせ誤差に基づいて決定することで推定誤差画像を生成する生成手段をさらに備え、
前記表示制御手段は、前記推定誤差画像を前記変形画像に重畳表示することを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記算出された位置合わせ誤差は、2次元または3次元の誤差ベクトルであり、
前記推定手段は、前記誤差ベクトルの軸方向成分ごとの誤差を用いて前記任意の位置における位置合わせ誤差を軸方向成分ごとに推定し、
前記生成手段は、前記軸方向成分ごとに前記推定誤差画像を生成することを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記表示制御手段は、前記変形画像の表示上で指定された位置について推定された位置合わせ誤差の大きさを数値により表示することを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記変形画像の表示上で指定された位置について推定された位置合わせ誤差の大きさに対応した大きさの図形を、前記指定された位置に表示することを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。
- 前記算出された位置合わせ誤差は、2次元または3次元の誤差ベクトルであり、
前記推定手段は、前記誤差ベクトルの軸方向成分ごとの誤差を用いて前記任意の位置における位置合わせ誤差を軸方向成分ごとに推定し、
前記表示制御手段は、前記変形画像の表示上で指定された位置について、前記軸方向成分ごとに推定された誤差の大きさを径とする楕円を前記指定された位置を中心として表示することを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記第1の画像と前記第2の画像における、特定の部位から各対応情報の位置までの距離の違いに基づいて、前記算出手段により算出された誤差を補正する第1の補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記算出手段により算出された位置合わせ誤差を、各対応情報が属する被検体の領域に設定されている変形推定の困難度に基づいて補正する第2の補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 被検体の第1の画像と第2の画像を位置合わせするための複数の対応情報を取得する取得工程と、
前記複数の対応情報から少なくとも一つの対応情報を除外した対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の、該除外された対応情報の位置に生じる位置合わせ誤差を算出する算出工程と、
前記複数の対応情報を用いて前記第1の画像と前記第2の画像を位置合わせした場合の任意の位置における位置合わせ誤差を、前記算出工程で算出された位置合わせ誤差に基づいて推定する推定工程と、を備えることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1乃至17のいずれか1項に記載された画像処理装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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