JP5751993B2 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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また、本発明は、上述した画像処理装置による画像処理方法、及び、当該画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを含む。
本実施形態に係る画像処理装置は、超音波プローブで指定した断面で三次元画像(MRI画像)を切り開いた2つの分割MRI画像を生成する。そして、本実施形態に係る画像処理装置は、一方の分割MRI画像の断面部分には超音波断層画像を重畳し、他方の分割MRI画像の断面部分には三次元画像の断面画像を重畳し、夫々生成した画像を表示する。本実施形態では、人体の乳房を対象物体とする場合を例として説明する。
図3は、第1の実施形態に係る画像処理装置100による画像処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、主メモリ212に格納されている、各機能構成(図1)の機能を実現するためのプログラムを、CPU211が実行することにより、図3に示すフローチャートの処理が実現される。
ステップS300において、医用画像取得部1001は、医用画像撮影装置110によって対象物体を撮影した結果得られた医用画像である三次元MRI画像を取得する。医用画像である三次元MRI画像を取得する医用画像取得部1001は、「三次元画像取得手段」を構成し、また、ステップS300は、「三次元画像取得ステップ」を構成する。このステップS300で取得されるMRI画像の座標系としては、Z軸を人体の足から頭への方向、Y軸を人体の胸部から背中への方向、X軸を人体の左右方向と定義したMRI画像座標系601(後述する図6)とする。また、撮影の対象物体が人体の乳房であるため、このステップS300で取得されるMRI画像は、後述する図6に示すように、皮膚602や乳頭603のような表面構造と、乳腺604や骨605、大胸筋606といった内部構造からなるものである。
ステップS301において、超音波断層画像取得部1002は、超音波断層画像撮影装置120によって対象物体を撮影することにより得られた超音波断層画像501(後述する図5)を取得する。なお、この超音波断層画像501は、ドップラーや、エラストグラフィなどでも良い。本実施形態では、取得する超音波断層画像501が対象物体の二次元Bモード超音波断層画像である場合を例として説明を行う。
図5には、超音波断層画像501として乳房領域の超音波断層画像の一例が示されている。取得する超音波断層画像501の座標としては、超音波断層画像を含む平面をXY平面とし、それと直行する軸をZ軸と定義した超音波断層画像座標系502を用いる。本実施形態では、超音波断層画像501の画像情報は、z=0の平面上のみに存在することになる。ここで、XUSを、超音波断層画像座標系502における三次元の位置座標を表すベクトルとし、本実施形態では、4次元の拡張ベクトルとして表現されているものとする。
ステップS302において、位置姿勢計測値取得部1003は、位置姿勢計測装置130によって計測された、対象物体を超音波断層画像撮影装置120で撮影している際の超音波プローブのセンサ座標系における位置と姿勢を取得する。ここで、センサ座標系における超音波プローブの位置・姿勢を、4行4列の行列TPROBE_SENSORで表すものとする。
ステップS303において、切断面算出部1004は、まず、ステップS302で取得したセンサ座標系における超音波プローブの位置と姿勢を、センサ座標系と対象物体との位置関係に基づいて、MRI画像座標系601(後述する図6)における超音波プローブの位置と姿勢に変換する。そして、切断面算出部1004は、MRI画像における超音波断層画像の断面(切断面)を算出する。
TUS_SENSOR=TUS_PROBE・TPROBE_SENSOR ・・・(1)
TUS_MRI=TUS_SENSOR・TSENSOR_MRI ・・・(2)
ステップS304において、分割三次元画像生成部1005は、ステップS303で得られた切断面(後述する図6の指定断面608)で、ステップS300で得られたMRI画像を2つに分割した分割MRI画像(分割三次元画像)を生成する。
次に、分割三次元画像生成部1005は、第1の視点701の位置から一方の分割MRI画像610を観察した第1のレンダリング画像Irender1を、ボリュームレンダリング手法を用いて生成する。同様にして、分割三次元画像生成部1005は、第2の視点702の位置から他方の分割MRI画像609を観察した第2のレンダリング画像Irender2を生成する。第1のレンダリング画像Irender1及び第2のレンダリング画像Irender2を生成する分割三次元画像生成部1005は、「レンダリング画像生成手段」を構成し、また、ステップS304は、「レンダリング画像生成ステップ」を構成する。
ステップS305において、断面画像生成部1006は、ステップS303で得られた切断面(図6の指定断面608)をMRI画像の断面とするMRI断面画像を生成する。
図4は、第1の実施形態を示し、図3のステップS305の処理により生成されたMRI断面画像を示す図である。図4に示すMRI断面画像401は、MRI画像の前記切断面(図6の指定断面608)に含まれる各画素に基づいて描画した画像となっている。図4のMRI断面画像座標系402は、MRI断面画像401を含む平面をXY平面とし、それと直行する軸をZ軸と定義している。
ステップS306において、重畳画像生成部1007は、ステップS301で取得された超音波断層画像501を、ステップS304で生成した第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)の断面上に重畳し、重畳画像I1を生成する。具体的に、超音波断層画像501は、ステップS302で取得した超音波プローブの位置・姿勢、ステップS303で取得した超音波断面607、及び、ステップS304で設定した第1の視点701に基づいて、重畳される。超音波断層画像501の各画素は、超音波断層画像座標系502におけるそれぞれの座標XUSと、ステップS303で求めた変換規則TUS_MRIから求められるMRI画像座標系601における座標XMRIで示される位置に重畳される。
ステップS307において、重畳画像生成部1007は、ステップS305で生成されたMRI断面画像401を、ステップS304で生成した第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)の断面上に重畳し、重畳画像I2を生成する。具体的に、MRI断面画像401は、ステップS303で取得した指定断面608と、ステップS304で設定した第2の視点702に基づいて、重畳される。その結果、MRI断面画像401は、MRI画像座標系601と、MRI断面画像座標系402のそれぞれの軸と方向が一致するように重畳される。なお、重畳画像生成部1007は、前記MRI断面画像401から体内領域の抽出を行い、前記体内領域だけを重畳する。
ステップS308において、画像表示部1008は、ステップS306で生成された重畳画像I1と、ステップS307で生成された重畳画像I2とを並べて表示する。
図9は、第1の実施形態を示し、図3のステップS308の処理結果を説明する図である。ステップS308の処理により、図9に示すようなMRI画像を指定断面608で切り開いた重畳画像I1及びI2を有する画像が得られる。具体的に、図9に示すように、重畳画像I1は、一方の分割MRI画像610の超音波断面607に超音波断層画像501が重畳されている。また、重畳画像I2は、他方の分割MRI画像609の指定断面608にMRI断面画像401が重畳されている。そして、各重畳画像I1及びI2は、切断面(指定断面608)を見せるようにそれぞれ表示されている。
また、一方の分割MRI画像610の超音波断面607に超音波断層画像501を重畳して表示するようにしたので、MRI画像中における超音波断層画像501の位置・姿勢を把握することができる。
加えて、他方の分割MRI画像609の指定断面608にMRI断面画像401を重畳して表示するようにしたので、撮影した超音波断層画像501と対応するMRI断面画像401との比較が容易になる。これにより、超音波断層画像501とMRI断面画像401の両方による詳細な診断を容易に行うことができる。
MRIと超音波断層画像撮影装置で撮影された医用画像について、画像同士の比較と、画像間の位置関係の把握とが同時に可能になることが本実施形態の最大の特徴と言える。
上述した第1の実施形態では、三次元画像がMRI画像である場合を例として説明したが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、医用画像撮影装置110は、X線CTや、光音響トモグラフィ装置、三次元超音波装置であっても良く、これらの装置で撮影された三次元画像を適用しても良い。
上述した第1の実施形態では、MRI画像における指定断面608に対応するMRI断面画像401を第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)のみに重畳したが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)、及び、第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)のそれぞれについて、指定断面608に対応するMRI断面画像を矛盾しないように対応付けて重畳することも可能である。そして、第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)の対応する位置に超音波断層画像501を重畳しても良い。これにより、超音波断層画像501と、超音波断層画像501で注目している領域に対応するMRI断面画像とを比較できるだけでなく、注目している領域外におけるMRI断面画像についても把握でき、より多くの臨床情報を画像として示すことが可能になる。
上述した第1の実施形態では、第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)について、指定断面608に対応するMRI断面画像を重畳したが、MRI断面画像を重畳しなくても良い。これにより、第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)における、超音波断層画像座標系502のZ座標が負となる方向に存在する内部構造を観察することが可能となる。さらに、組織の三次元的位置や構造を把握しながら、超音波断層画像501を観察することができる。
分割MRI画像609中に含まれる骨605について、指定断面608にMRI断面画像401を重畳した場合、第2の視点702から観察するとMRI断面画像401の裏に隠れてしまい、見えない状態となる。上述した第1の実施形態では、分割MRI画像610において、超音波断層画像座標系502のZ座標が負となる領域(「手前領域」とする)については何も描画しないが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、分割MRI画像610の手前領域における分割MRI画像609中の骨605などの内部構造データを取得する内部構造データ取得手段を更に設け、取得した内部構造データに基づく内部構造を分割MRI画像610の手前領域に描画しても良い。ここで、分割MRI画像610の手前領域に分割MRI画像609に含まれる骨605を描画すると、指定断面608から骨605が突出しているような画像となる。第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)には超音波断層画像501が重畳されているが、超音波断面607はMRI画像に対して小さいため、超音波断層画像501と骨605とが重なる部分は少ない。そのため、両者が重なる部分は、超音波断層画像501を描画するとしても、骨605を観察することへの影響は少ない。これにより、MRI断面画像401、骨605の構造、超音波断層画像501の3者の比較が可能になる。また、手前領域に描画するMRI画像の内部構造は骨605に限らず、大胸筋606などでも良い。さらに、骨605と大胸筋606の両方を描画しても良い。
上述した第1の実施形態では、分割MRI画像609及び分割MRI画像610の描画方法としてボリュームレンダリングを用いたが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、対象とするMRI画像の皮膚602などの体表表面情報のみを抽出して三次元画像を構築するサーフェスレンダリングなどの描画方法でも良い。加えて、大胸筋606などの表面情報を更に抽出して体表表面情報と合わせてサーフェスレンダリングして描画しても良い。
以下に示す第2の実施形態の説明では、上述した第1の実施形態と異なる部分を中心に説明を行う。
図11は、第2の実施形態に係る画像処理装置1000による画像処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図11において、S1100〜S1102、S1104〜S1105及びS1110の処理は、それぞれ、図3に示す第1の実施形態におけるS300〜S302、S303〜S304及びS308の処理と共通する部分であるので、その説明は省略する。
ステップS1103において、病変位置取得部10009は、ステップS1100で得られたMRI画像から病変位置を取得する。ここで、病変位置は、医師等がMRI画像を見ながら操作部を介して病変であると指定した位置であり、その位置は、MRI画像座標系601における座標で表された位置とする。注目領域である病変の位置を取得する病変位置取得部10009は、「注目領域位置取得手段」を構成し、また、ステップS1103は、「注目領域位置取得ステップ」を構成する。
ステップS1106において、重畳画像生成部10007は、ステップS1104で得た切断面(超音波断面607)に係る情報に基づいて、ステップS1101で得た超音波断層画像501を、第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)に重畳した画像を生成する。
ステップS1107において、重畳画像生成部10007は、まず、ステップS1105で得られた2つの分割MRI画像のうち、ステップS1103で得られた病変位置に基づいて病変が含まれる方の分割MRI画像を判断する。そして、重畳画像生成部10007は、病変が含まれる方の分割MRI画像中の対応する位置に病変を描画する。ここでは、病変は、第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)の内部に含まれるものとして説明する。
ステップS1108において、切り替え判定部10010は、ステップS1104で得た切断面(超音波断面607)に係る情報と、ステップS1103で得た病変位置に係る情報と、ステップS1105で設定される第1の視点701の位置に基づいて、超音波断層画像501を重畳表示する分割MRI画像を切り替えるか否かの判断を行う。具体的に、切り替え判定部10010は、第1の視点701から病変を見た際に、超音波断層画像501が当該病変を隠しているか否かの判断に応じて、超音波断層画像501を重畳表示する分割MRI画像を切り替えるか否かの判断を行う。
一方、ステップS1108の判断の結果、超音波断層画像501が病変1201を隠している場合には、ステップS1109に進む。
ステップS1109において、重畳画像生成部10007は、ステップS1108の判断の結果に基づいて、超音波断層画像501を重畳するレンダリング画像(分割MRI画像)の切り替えを行う。
MRIで撮影された三次元画像のMRI画像における注目領域と、超音波断層画像撮影装置で撮影された二次元画像の超音波断層画像との位置関係に基づき、二次元画像を重畳する位置を切り替えることが本実施形態の最大の特徴と言える。
上述した第2の実施形態では、注目領域として取得された1つの病変1201と超音波断層画像501との位置関係に基づいて、超音波断層画像501を重畳するレンダリング画像(分割MRI画像)を切り替えるようにしたが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、MRI画像中から取得された注目領域が複数ある場合、医師等のユーザが1つの注目領域をマウスやキーボード等の操作部を用いて指定し、指定された1つの注目領域と超音波断面607との位置関係に応じて超音波断層画像501を重畳するレンダリング画像(分割MRI画像)の切り替えを行うなどしても良い。
上述した第2の実施形態では、第1の視点701と超音波断層画像501と分割MRI画像610中の病変1201との位置関係に基づきどちらの分割MRI画像に超音波断層画像501を重畳するかを切り替えるとしたが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、分割MRI画像のどちらに病変1201が含まれているかに基づいて、超音波断層画像501とMRI断面画像401をどちらに重畳するかという判定をしても良い。この場合、図10の構成に、図1の断面画像生成部1006に相当する「断面画像生成部10006」を追加することになる。
上述した第2の実施形態では、視点と超音波断層画像501と分割MRI画像中の病変1201との位置関係に基づいて超音波断層画像501を重畳するレンダリング画像(分割MRI画像)を切り替えるとしたが、本発明の実施形態においてはこれに限らない。例えば、超音波断層画像501の裏側に病変1201が隠れて、視点から観察することができない場合に、病変1201を描画するレンダリング画像(分割MRI画像)を切り替えても良い。
図13では、病変1201が第1のレンダリング画像Irender1(一方の分割MRI画像610)の側に描画されており、第1の視点701から見ると超音波断層画像501の裏側に病変1201が隠れ観察することができない。そこで、図12(b)に示すように直線1202上に超音波断面607がある場合、図15に示すように、病変1201を第2のレンダリング画像Irender2(他方の分割MRI画像609)の側に描画する。なお、この場合には、病変1201は、指定断面608と第2の視点702との間に表示されることになる。このような画像を表示することで、超音波断面607と病変1201との位置関係を把握しながら超音波断層画像501を撮影することが可能になる。
その他、上述の実施形態において、ユーザは、キーボード217の特定のキーを押下する操作等により、(a)表示された超音波断層画像のオン/オフ、(b)超音波断層画像を重畳表示するボリューム画像の切り替え、(c)超音波断層画像の位置を画面上でずらす処理、をそれぞれ行うことができる。これにより、注目位置に応じて配置された超音波断層画像が診断者にとって望ましいものではなかった場合に診断者にとって好ましい表示態様へと修正することができる。また超音波断層画像とともにMRI断面画像も重畳表示されている場合には、(d)MRI断面画像と超音波断層画像を個別にまたは一括でオン/オフ、(e)MRI断面画像と超音波断層画像とで重畳の対象とするボリューム画像を交換する処理、(f)MRI断面画像と超音波断層画像とを個別にまたは一括で表示位置を変更することができる。これによってMRI断面画像の表示態様に関しても超音波断層画像の表示態様と同様に変更することができる。
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。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含まれる。
Claims (13)
- 対象物体の三次元画像を取得する三次元画像取得手段と、
前記対象物体の断層画像を取得する断層画像取得手段と、
前記三次元画像の注目領域の位置を取得する注目領域位置取得手段と、
前記三次元画像における前記断層画像の断面を算出する算出手段と、
前記三次元画像を前記断面で分割し、当該分割した2つの分割三次元画像のうち、一方の分割三次元画像の前記断面を第1の視点から見た第1のレンダリング画像を生成するとともに、他方の分割三次元画像の前記断面を前記第1の視点とは異なる第2の視点から見た第2のレンダリング画像を生成するレンダリング画像生成手段と、
前記三次元画像における前記注目領域と前記断層画像との位置関係に基づいて、前記注目領域が前記断層画像に隠れないように、前記第1のレンダリング画像および前記第2のレンダリング画像のうちのいずれか一方のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳する重畳手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記重畳手段は、前記第1のレンダリング画像に前記注目領域が描画されている場合であって、前記第1の視点から見た際に前記第1のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に重畳する前記断層画像が前記注目領域を隠すことになる場合には、前記断層画像を重畳するレンダリング画像を前記第1のレンダリング画像から前記第2のレンダリング画像に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記注目領域位置取得手段で取得された注目領域の位置が複数ある場合に、1つの注目領域の位置を指定する操作手段を更に有し、
前記重畳手段は、前記操作手段で指定された1つの注目領域と前記断層画像との位置関係に基づいて、前記1つの注目領域が前記断層画像に隠れないように、前記第1のレンダリング画像および前記第2のレンダリング画像のうちのいずれか一方のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記三次元画像の前記断面における断面画像を生成する断面画像生成手段を更に有し、
前記重畳手段は、前記第2のレンダリング画像に前記注目領域が描画されている場合には、前記第1のレンダリング画像の前記断面に前記断面画像を重畳するとともに、前記第2のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第1の視点は、前記一方の分割三次元画像の前記断面を見せる位置に設定され、前記第2の視点は、前記他方の分割三次元画像の前記断面を見せる位置に設定され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。
- 前記重畳手段は、前記第1のレンダリング画像に前記注目領域が描画されている場合であって、前記第1の視点から見た際に前記第1のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に重畳する前記断層画像が前記注目領域を隠すことになる場合には、前記注目領域を描画するレンダリング画像を前記第1のレンダリング画像から前記第2のレンダリング画像に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記重畳手段は、前記三次元画像における前記注目領域の位置と前記断層画像の位置と前記第1の視点の位置と前記第2の視点の位置とに基づいて、前記第1のレンダリング画像および前記第2のレンダリング画像のうちのいずれか一方のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記第1の視点から前記注目領域を見た際に、前記断層画像が前記注目領域を隠しているか否かの判断に応じて、前記断層画像を重畳するレンダリング画像を切り替えるか否かの判定を行う切り替え判定手段を更に有し、
前記重畳手段は、前記切り替え判定手段による判定の結果に基づいて、前記重畳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。 - 前記断層画像の前記断面に係る情報と、前記注目領域の位置と、前記第1の視点の位置とに基づいて、前記断層画像を重畳するレンダリング画像を切り替えるか否かの判定を行う切り替え判定手段を更に有し、
前記重畳手段は、前記切り替え判定手段による判定の結果に基づいて、前記重畳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。 - 前記切り替え判定手段による判定の結果に基づいて、前記重畳手段が前記断層画像を重畳するレンダリング画像の切り替えを行う場合、切り替え後に重畳される断層画像は、切り替え前に重畳されていた断層画像とは鏡像の関係となることを特徴とする請求項8または9に記載の画像処理装置。
- 前記断層画像は、前記断面画像よりも画像の面積が小さいことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 対象物体の三次元画像を取得する三次元画像取得ステップと、
前記対象物体の断層画像を取得する断層画像取得ステップと、
前記三次元画像の注目領域の位置を取得する注目領域位置取得ステップと、
前記三次元画像における前記断層画像の断面を算出する算出ステップと、
前記三次元画像を前記断面で分割し、当該分割した2つの分割三次元画像のうち、一方の分割三次元画像の前記断面を第1の視点から見た第1のレンダリング画像を生成するとともに、他方の分割三次元画像の前記断面を前記第1の視点とは異なる第2の視点から見た第2のレンダリング画像を生成するレンダリング画像生成ステップと、
前記三次元画像における前記注目領域と前記断層画像との位置関係に基づいて、前記注目領域が前記断層画像に隠れないように、前記第1のレンダリング画像および前記第2のレンダリング画像のうちのいずれか一方のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳する重畳ステップと
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 対象物体の三次元画像を取得する三次元画像取得ステップと、
前記対象物体の断層画像を取得する断層画像取得ステップと、
前記三次元画像の注目領域の位置を取得する注目領域位置取得ステップと、
前記三次元画像における前記断層画像の断面を算出する算出ステップと、
前記三次元画像を前記断面で分割し、当該分割した2つの分割三次元画像のうち、一方の分割三次元画像の前記断面を第1の視点から見た第1のレンダリング画像を生成するとともに、他方の分割三次元画像の前記断面を前記第1の視点とは異なる第2の視点から見た第2のレンダリング画像を生成するレンダリング画像生成ステップと、
前記三次元画像における前記注目領域と前記断層画像との位置関係に基づいて、前記注目領域が前記断層画像に隠れないように、前記第1のレンダリング画像および前記第2のレンダリング画像のうちのいずれか一方のレンダリング画像の前記断面の対応する位置に前記断層画像を重畳する重畳ステップと
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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