JP5383467B2 - 画像処理装置、画像処理方法、画像処理システム及びプログラム - Google Patents
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ステップS3000において、画像処理装置100は、対象断層画像群取得部110の処理として対象断層画像群を取得する。また、参照断層画像群取得部120の処理として参照断層画像群を取得する。
ステップS3010において、画像処理装置100は、注目断面設定部130の処理として、まず、参照断層画像群の中から操作者の指示にしたがって断層画像を選択し、これを選択断層画像とする。例えば、不図示のUIを介して操作者から「順送り」の指示を取得した場合には、参照断層画像群を構成する断層画像の撮像時刻の順番に従って断層画像を1枚ずつ順送りで表示部1006上に表示する。一方、「逆送り」の指示を取得した場合には、参照断層画像群を構成する断層画像の撮像時刻の逆順に断層画像を1枚ずつ逆送りで表示する。そして、不図示のUIを介して操作者から「選択」の指示を取得した場合には、現在表示されている断層画像を選択断層画像として選択する。そして、選択断層画像の基準座標系における位置姿勢を注目断面の位置姿勢として設定する。
ステップS3020において、画像処理装置100は、位置合わせパラメータ算出部140の処理として、ステップS3010で設定した注目断面の位置姿勢に基づいて、対象断層画像群の位置合わせパラメータを算出(補正)する。なお、本ステップにおける位置合わせパラメータ算出部140の処理の詳細は、図4に示すフローチャートを用いて後に詳しく説明する。
ステップS3030において、画像処理装置100は、断面画像生成部150の処理として、ステップS3010で設定した注目断面の断面画像を生成する。具体的には、はじめに、ステップS3020で得た位置合わせパラメータの一部である被検体の絶対圧縮変形量に基づいて、夫々の対象断層画像の引き伸ばしを行う。そして、引き伸ばした後の対象断層画像群とステップS3020で得たそれらの位置姿勢を利用して、注目断面の画像を生成する。なお、絶対圧縮変形量を与えた場合の断層画像の引き伸ばし方法や、位置姿勢が既知の断層画像群から任意の断面画像を生成する方法については周知であるので、その詳細に関する説明は省略する。
ステップS3040において、画像処理装置100は、ステップS3030で生成した断面画像を、表示部1006に表示する。また、必要に応じて、I/F1009を介してこれを外部へと出力する。あるいは、他のアプリケーションから利用可能な状態としてRAM1002上に格納する。
ステップS4000において、位置合わせパラメータ算出部140は、対象断層画像群を構成する各断層画像から、以下に示すステップS4010〜S4037の処理を行っていない1枚の断層画像を未処理断層画像として選択する。本実施例では、撮像された時刻の順番に断層画像を選択する。この場合には通常は、隣り合う断層画像を順に位置合わせしていくこととなる。
ステップS4010において、位置合わせパラメータ算出部140は、未処理断層画像を部分領域に分割して、そこから複数の処理対象領域を選択する。本実施例では、注目する部分領域が十分発達したスペックル(fully developed speckle)領域である場合に、その領域を処理対象領域として選択する。ここで、スペックルとは、生体組織からの超音波信号が干渉し合って超音波断層画像内に発生する斑紋状のノイズである。
ステップS4020において、位置合わせパラメータ算出部140は、ステップS4010で処理対象領域として選択した各部分領域に対応する領域を、未処理断層画像の直前の時刻に撮像された断層画像内で探索する。本実施例では、正規化相互相関基準を用いたテンプレートマッチングによって、所定の探索範囲内において類似度が最も高い領域を探索する。そして、類似度が最も高いと判定された領域を対応領域として選択する。
ステップS4030において、位置合わせパラメータ算出部140は、ステップS4010で選択した複数の処理対象領域の位置情報とステップS4020で選択した複数の対応領域の位置情報とに基づいて、2枚の断層画像間の位置合わせパラメータを算出する。その際に、注目断面からの距離に応じた重みを付けた計算を行う。ここで、2枚の断層画像間の位置合わせパラメータは、並進成分(tx,ty,tz)、回転成分(roll,pitch,yaw)、および体表からの深さyに応じた体内組織の相対圧縮変形量p(y)から構成されるものとする。なお、p(y)は、深さyにおける2枚の断層画像間の相対変位量を表すものとする。
ステップS4035において、位置合わせパラメータ算出部140は、ステップS4030における位置合わせパラメータ算出処理が収束したか否かの判定を行う。具体的には、前回の処理で算出された位置合わせパラメータと、今回の処理で算出された位置合わせパラメータとの差分を算出し、算出した差分値が予め定めた閾値よりも小さい場合に、位置合わせパラメータの算出処理が収束していると判定する。収束していないと判定された場合には、処理対象領域の奥行き方向の位置ydst_nを次式によって補正する。
ステップS4037において、位置合わせパラメータ算出部140は、直前の時刻に撮像された断層画像の基準座標系における位置姿勢に、以上の処理で得た並進成分と回転成分を加算することで、基準座標系における当該未処理断層画像の位置姿勢を算出する。また、直前の時刻に撮像された断層画像の絶対圧縮変形量に、以上の処理で得た相対圧縮変形量を加算することで、当該未処理断層画像の絶対圧縮変形量を算出する。なお、本実施例では、最初の時刻に撮像された断層画像の絶対圧縮変形量が0であると仮定する。
ステップS4040において、位置合わせパラメータ算出部140は、全ての断層画像に対して処理を終えたか否かの判定を行い、処理を終えていない場合には、ステップS4000へと処理を戻す。この場合、処理を終えた断層画像の次に撮影された断層画像の位置合わせを行う。このように、複数の断層画像に対して連鎖的に位置合わせを実行する。
ステップS4050において、位置合わせパラメータ算出部140は、ステップS4000からステップS4040までの処理で算出した各断層画像の位置合わせパラメータを断面画像生成部150へと出力する。
本実施例では、式1や式3において、注目断面からの距離が近い処理対象領域に関する行を複数個並べることによって、注目断面からの距離に応じた重みを付けて、断層画像群の位置合わせパラメータを算出(補正)していた。しかし、注目断面からの距離に応じた重みを付ける方法はこれに限定されるものではない。例えば、式1や式3における右辺の右側の行列の夫々の行(夫々の領域間の距離を表している)に、注目断面からの距離に応じた重みを掛け合わせる方法であってもよい。このとき、n番目の処理対象領域に対応する重みwnは、注目断面に近い処理対象領域ほど大きな重みが与えられるように、例えば次式によって算出すればよい。
本実施例では、各断層画像の位置姿勢、および、プローブの押し当てによる体内組織の圧縮変形量を、位置合わせパラメータとして用いる場合を例に述べた。しかし、各断層画像の位置姿勢が高精度な位置姿勢センサによる計測などで既知と仮定できる(補正を必要としない)場合には、プローブの押し当てによる体内組織の圧縮変形量のみを位置合わせパラメータとして用いてもよい。また逆に、被検体の変形が無視できるような場合には、各断層画像の位置姿勢のみを位置合わせパラメータとして用いてもよい。
本実施例では、ステップS3030の処理において、注目断面の位置姿勢に基づいて対象断層画像群から断面画像を生成していた。しかし、断面画像の生成方法はこれに限られるものではない。
本実施例の方法を、生成画像の画質を評価して位置合わせする方法とさらに組み合わせてもよい。すなわち、位置合わせの評価値を、生成画像の画質と位置合わせパラメータの関数として定義して、生成画像の画質の評価結果が位置合わせに反映されるようにしてもよい。この場合には、各断層画像の位置合わせパラメータの算出(補正)と生成画像の画質の評価を所定の回数または所定の画質を上回るまで繰り返すことにより、断面画像をさらに高画質に生成することができる。
本実施例では、MRI断層画像群の中から断層画像を選択し、その基準座標系における位置姿勢を注目断面の位置姿勢として設定する場合を例に述べた。しかし、注目断面はこれに限らず任意の断面であってもよい。
本実施例では、超音波断層画像を部分領域に分割し、そこから十分に発達したスペックルノイズ領域を選択して処理対象領域として用いる場合を例に述べた。しかし、これに限らず、超音波断層画像から点特徴や線特徴などの画像特徴を周知の方法で抽出して、その近傍領域を処理対象領域として用いてもよい。この場合には、ステップS4030の処理において、面外移動成分の推定は行わずに、位置姿勢センサの計測値をそのまま用いればよい。
本実施例では、まず被検体が圧縮変形していないものと仮定して断層画像間の位置姿勢を算出した上で、圧縮変形量を算出していた。しかし、これに限らず、まず位置姿勢センサの計測値をそのまま用いて圧縮変形量を算出し、処理対象領域の位置情報を補正した上で、断層画像間の位置姿勢の算出を行ってもよい。また、本実施例では、ステップS4035の処理において、ステップS4030における位置合わせパラメータ算出処理が収束したか否かの判定を行っていたが、ステップS4035の処理は行わなくてもよい。この場合、ステップS4030の処理は一回だけしか行われないため、速度を重視した処理が実現できる。
本実施例では、注目断面からの距離に応じた重みを付けて、2Dプローブによって得られた二次元断層画像群の位置合わせパラメータを算出していた。しかし、これに限らず、注目断面からの距離に応じた重みを付けて、3Dプローブによって得られたボリュームデータ群(三次元断層画像群)の位置合わせパラメータを算出してもよい。例えば非特許文献4に開示されている手法では、重なり合う微小領域の類似度の総和を最小化することによってボリュームデータ群の位置合わせを行っているが、この類似度の総和を算出する処理を、注目断面からの距離に応じた重みを付けて行ってもよい。
本実施例では、指定した注目断面に対して最適化した位置合わせを行ったが、本発明の適用例はこれに限らない。例えば、被検体の所定の三次元領域に対して最適化した位置合わせを行ってもよい。その場合には、例えば三次元領域の重心からの距離が小さいほど対応する部分領域の位置が合うように断層画像群の位置合わせを行えばよい。
本実施例では、位置合わせパラメータ算出部140は撮影した時刻順に位置合わせ対象とする断層画像を選択するが、これに限らず、時刻に限らず隣り合う断層画像を順に位置合わせしても良い。また、最初に基準となる断層画像を選択し、その基準となる断層画像から隣り合う断層画像を連鎖的に位置合わせしてもよい。この場合には、基準となる断層画像に合わせて複数の断層画像の位置が決められるため、より高画質の断面画像を生成することができる。また、基準となる断層画像を選択する場合には、隣り合う断層画像を順に連鎖的に位置合わせするのではなく、常に基準となる断層画像と未処理の断層画像との対応を特定して位置合わせを実行してもよい。この場合には、選択された基準の画像に合わせて高画質な断面画像を生成することができる。
ステップS6000において、画像処理装置500は、対象断層画像群取得部110の処理として対象断層画像群を取得する。
ステップS6003において、画像処理装置500は、位置合わせパラメータ算出部540の処理として、ステップS6000で取得した対象断層画像群を構成する断層画像の夫々に対して、処理対象領域の選択を行う。そして、夫々の断層画像を撮像した時刻の直前の時刻に撮像した断層画像内において、選択した処理対象領域の対応領域を探索する。具体的には、第一の実施例におけるステップS4010及びステップS4020と同様な処理を、全ての断層画像に対して実行する。
ステップS6005において、画像処理装置500は、参照断層画像取得部520の処理として、現時刻に画像処理装置500に入力されている最新の断層画像を、参照断層画像として取得する。
ステップS6010において、画像処理装置500は、注目断面設定部530の処理として、参照断層画像の基準座標系における位置姿勢を注目断面の位置姿勢として設定する。
ステップS6020において、画像処理装置500は、位置合わせパラメータ算出部540の処理として、ステップS6010で設定した注目断面の位置姿勢に基づいて、対象断層画像群の位置合わせパラメータを算出(補正)する。なお、本ステップにおける位置合わせパラメータ算出部540の処理の詳細は、図7に示すフローチャートを用いて後に詳しく説明する。
ステップS6030において、画像処理装置500は、断面画像生成部550の処理として、ステップS6010で設定した注目断面の断面画像を対象断層画像群から生成する。この処理は第一の実施例におけるステップS3030の処理と同様であるので、詳細な説明は省略する。
ステップS6040において、画像処理装置500は、画像合成部560の処理として、ステップS6005で取得した参照断層画像と、ステップS6030で生成した断面画像とを合成する。そして、合成した画像を表示部1006に表示する。また、必要に応じて、I/F1009を介してこれを外部へと出力する。あるいは、他のアプリケーションから利用可能な状態としてRAM1002上に格納する。
ステップS6050において、画像処理装置500は、全体の処理を終了するか否かの判定を行う。例えば、表示部1006上に配置された終了ボタンを操作者がマウス1005でクリックするなどして、終了の判定を入力する。終了すると判定した場合には、画像処理装置500の処理の全体を終了させる。一方、終了すると判定しなかった場合には、ステップS6005へと処理を戻し、新たに取得される参照断層画像に対して、ステップS6005からステップS6040までの処理を再度実行する。
ステップS7030において、位置合わせパラメータ算出部540は、ステップS7000で選択した未処理断層画像に関して、当該断層画像とその直前の時刻に撮像された断層画像との間の位置合わせパラメータを算出する。この処理は、ステップS6003で選択した当該断層画像に係る複数の処理対象領域とその対応領域の位置情報とに基づいて行う。それ以外の処理は第一の実施例におけるステップS4030と同様であるので、詳細な説明は省略する。ただし、未処理断層画像の位置姿勢の初期値は、前の時刻の注目断面に基づいて求めた値を用いる。
ステップS7060において、位置合わせパラメータ算出部540は、ステップS7030で推定した夫々の断層画像の絶対圧縮変形量に基づいて、ステップS6003で求めた処理対象領域の位置情報を補正する。これにより、新たな注目断面に対してステップS7030の位置合わせパラメータ算出処理を行う際には、前の時刻の注目断面に基づいて求めた絶対圧縮変形量を差し引くことによって補正した後の(処理対象領域とその対応領域の)位置情報が適用される。
本実施例では、超音波画像診断装置で断層画像を実時間で撮像する場合を例に述べたが、超音波画像診断装置で取得するデータはこれに限られるものではない。例えば、3次元の超音波探触子でMPR(Multi Planar Reformat)像を取得する場合にも、上記の実施例の手法が適用可能である。すなわち、複数の切断面の夫々を注目断面として上記の実施例の手法を夫々の注目断面に対して適用すればよい。
本実施例では、参照断層画像と断面画像を合成して表示する場合を例に述べたが、第一の実施例と同様に断面画像のみを表示してもよい。その場合には、画像合成部560が不要となる。
第一の実施例では、断層画像群を構成する各断層画像の位置合わせパラメータを算出する演算の中で、注目断面からの距離に応じた重みを設定する場合について説明した。しかし、注目断面からの距離に応じた重みを設定する方法はこれに限らず、例えば注目断面に近いほど処理対象領域を多く選択するのであってもよい。本実施例に係る画像処理装置は、断層画像群から注目断面の画像(断面画像)を生成する際に、断層画像群と注目断面との位置関係に基づいて処理対象領域を選択し、断層画像群を構成する各断層画像の位置合わせパラメータを算出(補正)する。そうすることで、断面画像が高画質に生成されるようにする。以下、本実施例に係る画像処理装置について、第一の実施例との相違部分についてのみ説明する。
ステップS8005において、位置合わせパラメータ算出部140は、未処理断層画像と注目断面との交線を算出する。未処理断層画像の位置姿勢はセンサ計測値がその初期値として与えられており、注目断面の位置姿勢はステップS3030で得られているので、周知の方法で2つの平面の交線を算出することができる。
ステップS8010において、位置合わせパラメータ算出部140は、未処理断層画像を部分領域に分割して、そこから複数の処理対象領域を選択する。本実施例においても、注目する部分領域が十分発達したスペックル領域である場合に、その領域を処理対象領域として選択する。具体的には以下の処理を実行する。まず、未処理断層画像を例えば5×5個の互いに重ならない部分領域に分割する。本実施例では、ステップS8005で算出した交線と交わる部分領域を、さらに2×2の互いに重ならない部分領域に分割する。次に、各部分領域が十分発達したスペックル領域であるかどうかを、部分領域内の画素値の平均値と標準偏差の比が1に近いかどうかで判定する。そして、十分発達したスペックル領域と判定された部分領域を、処理対象領域として選択する。本ステップの処理により、一般的には、注目断面に近いほど多くの処理対象領域が選択される。
ステップS8030において、位置合わせパラメータ算出部140は、ステップS8000で選択した未処理断層画像に関して、当該断層画像とその直前の時刻に撮像された断層画像との間の位置合わせパラメータを算出する。本ステップの処理は、第一の実施例におけるステップS4030と同様であるので、詳細な説明は省略する。ただし、注目断面からの距離に応じた重み付け計算は行わない。
本実施例の方法を、第一の実施例の方法と組み合わせてもよい。すなわち、注目断面に近いほど多くの処理対象領域を選択した上で、さらに注目断面からの距離に応じた重みを付けて、断層画像群の位置合わせパラメータを算出(補正)してもよい。これにより、注目断面付近の誤差を極力小さくするような位置合わせが行われるので、断面画像を高画質に生成することができる。
以上、実施例を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能である。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
110 対象断層画像群取得部
120 参照断層画像群取得部
130 注目断面設定部
140 位置合わせパラメータ算出部
150 断面画像生成部
Claims (14)
- 被検体の複数の断層画像について夫々対応する部分領域と所定の面との距離が小さいほど、前記対応する部分領域の位置が合うように前記断層画像の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記所定の面の位置情報に基づいて、前記位置合わせがされた複数の断層画像から断面画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記生成手段は、前記所定の面と同一の面に含まれる断面画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記位置合わせ手段は、前記対応する部分領域に、前記断面との距離に応じた重み付けを行い、前記重み付けに基づいて前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記所定の面を指定する指定手段を有し、
前記位置合わせ手段は、前記指定手段により前記断面が変更されることに応じて前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記断層画像は超音波断層画像であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記位置合わせ手段は、前記断層画像について、スペックルノイズが十分に発達した領域を前記部分領域とすることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記位置合わせ手段は、前記対応する部分領域の間の距離を、該距離と前記対応する部分領域の相関値の関係を示す平均相関曲線がガウス曲線となることを利用して前記対応する領域間の距離を算出することを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記位置合わせ手段は、前記断層画像を取得する超音波探触子の前記被検体に対する押し当てによる変形量に応じて位置合わせを行うことを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記位置合わせ手段は、互いに隣り合う断層画像の位置合わせを行うことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 位置合わせの基準となる断層画像を前記複数の断層画像から選択する選択手段を有し、
前記位置合わせ手段は、前記選択された断層画像から連鎖的に位置合わせを行う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。 - 被検体の複数の断層画像について夫々対応する部分と所定の領域との距離が小さいほど、前記対応する部分の位置が合うように前記断層画像の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記所定の領域の位置情報に基づいて、前記位置合わせがされた複数の断層画像から断面画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 被検体の複数の断層画像について夫々対応する部分領域と所定の面との距離が小さいほど、前記対応する部分領域の位置が合うように前記断層画像の位置合わせを行うステップと、
前記所定の面の位置情報に基づいて、前記位置合わせがされた複数の断層画像から断面画像を生成するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 被検体の複数の断層画像について夫々対応する部分領域と所定の面との距離が小さいほど、前記対応する部分領域の位置が合うように前記断層画像の位置合わせを行う処理と、
前記所定の面の位置情報に基づいて、前記位置合わせがされた複数の断層画像から断面画像を生成する処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 被検体の複数の断層画像を取得する取得手段と、
前記複数の断層画像について夫々対応する部分領域と所定の面との距離が小さいほど、前記対応する部分領域の位置が合うように前記断層画像の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記所定の面の位置情報に基づいて、前記位置合わせがされた複数の断層画像から断面画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする画像処理システム。
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