JP6732593B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing device and an image processing method.
医療において、医師が複数の異なる画像を対比させて診断を行なうことは重要である。異なる画像の例として、撮像装置(モダリティ)が異なる画像、撮像時期(日時)が異なる画像、姿勢が異なる画像(伏臥位と仰臥位など)がある。そして、対比の際に、撮像された画像の少なくとも1つを変形させて、画像間の位置合わせを行なう場合がある。また、位置合わせの結果を用いて画像間の差分画像を生成して診断に用いる場合がある。 In medical care, it is important for a doctor to compare a plurality of different images to make a diagnosis. Examples of different images include images with different imaging devices (modalities), images with different imaging times (date and time), and images with different postures (prone position, supine position, etc.). At the time of comparison, at least one of the captured images may be deformed to align the images. In addition, a difference image between images may be generated using the result of alignment and used for diagnosis.
変形位置合わせの手法や規模によっては、数時間から数日程度の長い計算時間を要する場合がある。そこで、異なる画像に対して同一の変形を適用するために、変形結果画像だけでなく、変形パラメータを保存しておくことが好ましい。 Depending on the deformation alignment method and scale, it may take a long calculation time of several hours to several days. Therefore, in order to apply the same deformation to different images, it is preferable to store not only the deformation result image but also the deformation parameter.
特許文献1には、変形パラメータのもっとも単純かつ汎用的な形式である変位ベクトル場を対象として、近傍ボクセルの変位量情報を1つのボクセルに代表させる技術が開示されている。これにより、ディスクに保存する場合などのデータ量を低減している。
しかしながら、特許文献1の方法では、1つのボクセルで変位量を代表させるボクセルの数が、あらかじめ決めた値で固定されている。そのため、例えば複雑な変形が含まれる場合に、変位ベクトル場の表現能力が不足する場合があった。
However, in the method of
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、複数の画像間で位置合わせを行なう際に、変形の表現能力を保ちつつデータ量を低減する技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a technique for reducing the amount of data while maintaining the expression capability of deformation when performing alignment between a plurality of images.
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、第1の画像を変形させて第2の画像に位置合わせするための、第1の解像度の第1の変位ベクトル場を取得する取得手段と、前記第1の解像度の前記第1の変位ベクトル場と、前記第1の解像度とは異なる解像度の第2の変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、第2の解像度を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記第2の解像度で第3の変位ベクトル場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である。 The present invention employs the following configurations. That is, obtaining means for obtaining a first displacement vector field having a first resolution for transforming the first image to align it with the second image, and the first displacement having the first resolution. Deciding means for deciding the second resolution based on an error in the amount of displacement between the vector field and the second displacement vector field having a resolution different from the first resolution; and the deciding means decided by the deciding means. An image processing device, comprising: a generation unit configured to generate a third displacement vector field with a resolution of 2.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、第1の画像を変形させて第2の画像に位置合わせするための、第1の解像度の変位ベクトル場を取得する取得ステップと、前記第1の解像度の前記変位ベクトル場と、前記第1の解像度とは異なる解像度の前記変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、第2の解像度を決定する決定ステップと、前記決定された前記第2の解像度で前記変位ベクトル場を生成する生成ステップとを有することを特徴とする画像処理方法である。 The present invention also employs the following configurations. That is, an acquisition step of acquiring a displacement vector field of a first resolution for deforming the first image and aligning it with the second image; the displacement vector field of the first resolution; A determination step of determining a second resolution based on an error in the amount of displacement of the displacement vector field having a resolution different from one resolution; and generating the displacement vector field at the determined second resolution. An image processing method comprising: a generation step.
本発明によれば、複数の画像間で位置合わせを行なう際に、変形の表現能力を保ちつつデータ量を低減する技術を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for reducing the amount of data while maintaining the expression capability of deformation when aligning a plurality of images.
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and their relative arrangements of the components described below should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. Therefore, the scope of the present invention is not intended to be limited to the following description.
本発明は、被検体を撮像し、その被検体の注目領域を画像化して表示する技術に関する。よって本発明は、画像処理装置もしくは画像処理システム、またはそれらの制御方法、あるいは画像処理方法や信号処理方法や情報処理方法として捉えられる。本発明はまた、被検体情報取得装置もしくはその制御方法、または被検体情報取得方法としても捉えられる。本発明はまた、上記の各方法をCPUやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納したコンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique of imaging a subject and imaging and displaying a region of interest of the subject. Therefore, the present invention can be understood as an image processing apparatus or an image processing system, a control method thereof, an image processing method, a signal processing method, or an information processing method. The present invention can also be understood as a subject information acquisition apparatus or a control method thereof, or a subject information acquisition method. The present invention can also be regarded as a program that causes an information processing apparatus including hardware resources such as a CPU and a memory to execute each of the above methods, and a computer-readable non-transitory storage medium that stores the program.
本発明に係る装置は、被検体の画像データを取得する機能を備えていても良いし、他の装置が取得した画像データを処理する機能のみを備えていても良い。被検体の画像データは、各位置の特性情報に基づいて、二次元また三次元の特性情報分布として得られる。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。 The device according to the present invention may have a function of acquiring image data of a subject, or may have only a function of processing image data acquired by another device. The image data of the subject is obtained as a two-dimensional or three-dimensional characteristic information distribution based on the characteristic information at each position. The characteristic information may be obtained not as numerical data but as distribution information of each position in the subject.
本発明の処理対象となる被検体の三次元画像データ源としては、種々の画像撮像装置(モダリティ)を利用可能である。例えば、光音響トモグラフィ装置(PAT)、核磁気共鳴映像装置(MRI)、X線コンピュータ断層撮影装置(CT)、超音波エコー装置(US)、陽電子放射断層撮像装置(PET)、単光子放出断層撮像装置(SPECT)、光干渉断層撮像装置(OCT)などがある。各モダリティでの撮像(測定)によって、被検体の三次元領域において、それぞれのモダリティに応じた特性情報の分布情報を示す画像データが得られる。 Various image capturing devices (modalities) can be used as the three-dimensional image data source of the subject to be processed in the present invention. For example, photoacoustic tomography apparatus (PAT), nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI), X-ray computed tomography apparatus (CT), ultrasonic echo apparatus (US), positron emission tomography apparatus (PET), single photon emission There are a tomographic imaging device (SPECT), an optical coherence tomographic imaging device (OCT), and the like. Image data indicating distribution information of characteristic information corresponding to each modality is obtained in the three-dimensional region of the subject by imaging (measurement) in each modality.
本発明は典型的には、同一患者を同一モダリティで異なる日時に撮像した画像間の経時比較を行う際に利用される。また、同一患者を同一時期に複数のモダリティで撮像した画像間の比較を行う際にも用いられる。例えば、光音響トモグラフィ装置と核磁気共鳴映像装置のそれぞれで得られた画像データを対比するときに利用される。光音響トモグラフィ装置は、被検体に光を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する装置である。特性情報として、被検体内の初期音圧、光吸収係数、構成物質濃度、酸素飽和度などを取得できる。核磁気共鳴映像装置は、被検体に高周波の磁場を与えて発生する核磁気共鳴現象を利用して被検体内部を撮像する装置である。核磁気共鳴映像装置では主に被検体内部の水素に関する情報を描出できる。
ただしモダリティの組み合わせはこれに限られず、任意である。
The present invention is typically used when performing a temporal comparison between images of the same patient taken at the same modality at different times. It is also used when comparing images taken by a plurality of modalities of the same patient at the same time. For example, it is used when comparing the image data obtained by each of the photoacoustic tomography apparatus and the nuclear magnetic resonance imaging apparatus. The photoacoustic tomography apparatus is an apparatus that receives an acoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light and acquires characteristic information of the subject as image data. As the characteristic information, the initial sound pressure in the subject, the light absorption coefficient, the constituent concentration, the oxygen saturation, and the like can be acquired. The nuclear magnetic resonance imaging apparatus is an apparatus for imaging the inside of a subject by utilizing a nuclear magnetic resonance phenomenon generated by applying a high frequency magnetic field to the subject. A nuclear magnetic resonance imaging device can mainly draw information about hydrogen in the subject.
However, the combination of modalities is not limited to this and is arbitrary.
典型的な被検体は、生体の乳房である。他にも、手、足、頭部、胸部、腹部など生体の各部位や、マウスのようなヒト以外の動物、変形しやすい非生物なども測定対象となり得る。 A typical subject is a living breast. In addition, each part of the living body such as hands, feet, head, chest, abdomen, animals other than humans such as mice, and non-living organisms that are easily deformed can be measurement targets.
<第1の実施形態>
(装置構成)
図1は、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの一例を示す図である。画像処理システムは、画像処理装置100、データサーバ150、操作部160、及び表示部170を備える。また、画像処置装置100は、データ取得部101、位置合わせ部102、解像度変換部103、変形画像生成部110、及び表示制御部111を備える。
<First Embodiment>
(Device configuration)
FIG. 1 is a diagram showing an example of an image processing system including the image processing apparatus according to the present embodiment. The image processing system includes an
本実施形態に係る画像処理装置は、被検体を撮像した第1の画像と第2の画像との間の変形位置合わせを行なう装置である。即ち、被検体の形状が第1の画像と第2の画像とで等しくなるように、第1の画像に変形を加えた(即ち、第2の画像に変形位置合わせした)画像(変形画像)を生成する装置である。 The image processing apparatus according to this embodiment is an apparatus that performs deformation alignment between a first image and a second image of a subject. That is, an image (deformed image) in which the first image is deformed (that is, deformed and aligned with the second image) so that the shape of the subject is the same in the first image and the second image. Is a device for generating.
本実施形態に係る画像処理装置は、変形位置合わせの結果として、変形画像だけでなく、第1の画像と第2の画像との間の変形情報を表す変位ベクトル場も出力する。この変位ベクトル場は、変形の特徴に応じて解像度が低減される。このようにして、解像度が低減された変位ベクトル場は、どの画像とどの画像の位置合わせに使用されたか、という情報と関連付けて、データサーバに保存される。このとき、第1の画像と同一の位置姿勢で撮像された第3の画像を第2の画像に変形位置合わせした変形画像を生成するときには、前記データサーバに保存された変位ベクトル場を使用できる。画像処理装置は、前記変位ベクトル場を用いて第3の画像を変形させた変形画像を生成し、表示部へと表示する。なお、位置姿勢が同一である状態には、2枚の画像における被検体の位置および姿勢が、前提となる装置性能や診断の目的に鑑みて、同一であるとみなせる範囲の誤差を有する状態を含む。 The image processing apparatus according to the present embodiment outputs not only the deformed image but also the displacement vector field representing the deformation information between the first image and the second image as a result of the deformation alignment. The displacement vector field has a reduced resolution depending on the characteristics of the deformation. In this way, the reduced resolution displacement vector field is stored in the data server in association with which image and which image was used for registration. At this time, the displacement vector field stored in the data server can be used when generating a deformed image in which the third image captured in the same position and orientation as the first image is deformed and aligned with the second image. .. The image processing device uses the displacement vector field to generate a transformed image obtained by transforming the third image, and displays the transformed image on the display unit. In addition, in the state where the position and orientation are the same, a state in which the position and the orientation of the subject in the two images have an error in a range that can be considered to be the same in view of the prerequisite device performance and the purpose of diagnosis. Including.
ここで、変位ベクトル場とは、3次元画像空間中の各ボクセルに、その位置における3軸方向の変位量を格納したボリュームデータである。変位ベクトル場の詳細については、位置合わせ部102に対する説明で後述する。
Here, the displacement vector field is volume data in which the displacement amount in the three-axis directions at that position is stored in each voxel in the three-dimensional image space. Details of the displacement vector field will be described later in the description of the
本実施形態に係る画像処理装置の特徴は、第1の画像と第2の画像の間の位置合わせ結果に基づいて、変位ベクトル場の解像度を低減することである。前述した特許文献1では、変位ベクトル場の解像度をどの程度低減するかは事前に決められた値で固定されている。それに対して本発明では、元となる2画像間の変形表現からの誤差が許容範囲内となるように、変位ベクトル場の解像度を適応的に低減させる。このように、適応的に変位ベクトル場の解像度を決定することで、画像間位置合わせによって得られる変形が複雑な場合でも、変形情報を失うことなしに、変位ベクトル場のデータ量を適正に低減できる。
A feature of the image processing apparatus according to the present embodiment is that the resolution of the displacement vector field is reduced based on the alignment result between the first image and the second image. In
本実施形態では、第1の画像と第2の画像は、同一の患者の乳房を異なる撮像条件(異なるモダリティ、撮像モード、日時、体位など)で撮像した3次元断層画像である。 In the present embodiment, the first image and the second image are three-dimensional tomographic images obtained by imaging the breast of the same patient under different imaging conditions (different modality, imaging mode, date and time, posture, etc.).
なお、前述した通り、本実施形態において第3の画像は、第1の画像と同一の位置姿勢で撮像された画像であると仮定している。このように、同一の被検体を同一の位置姿勢で撮像した異なる画像の例としては、略同一時刻に撮像された複数のシーケンスで構成されるMRI画像が挙げられる。他にも、PET/CTなど、複数のモダリティにより同時撮
像された複数の画像も、第1の画像と第3の画像の一例である。
As described above, it is assumed in the present embodiment that the third image is an image captured in the same position and orientation as the first image. As described above, as an example of different images of the same subject imaged in the same position and orientation, there is an MRI image composed of a plurality of sequences imaged at approximately the same time. In addition, a plurality of images simultaneously captured by a plurality of modalities such as PET/CT are also examples of the first image and the third image.
図1に示すように、画像処理装置100は、データサーバ150、操作部160、及び表示部170に電気的に接続されている。データサーバ150は、画像データ、及び、同一位置姿勢である画像データの組がどれかを示す情報を保持している。また、夫々の被検体に関する位置合わせの結果として取得される変位ベクトル場を保持できる。データサーバ150におけるデータの保持形式や、画像処理装置100がデータサーバ150のデータを利用する方法については、ステップS2010における説明で後述する。第1、第2、及び第3の画像や変位ベクトル場は、画像処理装置100からの要求に応じて、データ取得部101を介して画像処理装置100に入力される。位置合わせの結果として取得される変位ベクトル場は、画像処理装置100からの指示に従って、解像度変換部103を介して、データサーバ150に保存される。
As shown in FIG. 1, the
画像処理装置100としては、CPUや記憶装置や通信装置などを備え、メモリに展開されたプログラムの指示に従って動作する、PCやワークステーションなどの情報処理装置を利用できる。複数の情報処理装置が協働して画像処理装置100として機能してもよい。画像処理装置の機能ブロックである、データ取得部101、位置合わせ部102、解像度変換部103、変形画像生成部110、および、表示制御部111はそれぞれ、情報処理装置を動作させるプログラムのモジュールと考えてもよい。各プログラムモジュールが情報処理装置の演算資源を利用して情報処理を行うことにより、情報処理装置が画像処理装置100として動作する。
As the
操作部160は、マウス、キーボード、及び表示部170上のGUIに対する操作を行なう。これにより、位置合わせ処理に関する開始、終了の指示や、どの画像に変位ベクトル場を適用するかという指定、変形画像生成の開始、終了に関する指示を取得し、画像処理装置100に入力する。
表示部170は、画像処理装置100が生成する表示画像を表示する。また、表示部170は、ユーザからの指示を入力するためのGUIを表示してもよい。
The
The
操作部160としては、画像処理装置100を構成する情報処理装置に接続された、マウス、キーボード、タッチパネルなどのユーザインタフェースが好適である。医師や技師がこれらのユーザインタフェースを用いて操作を行うことで、各種の指示が行われる。表示部170には、液晶パネルやプラズマパネルなど任意の表示装置を利用できる。
As the
データ取得部101は、画像処理装置へと入力される種々の情報をデータサーバ150から取得する。画像処理装置100が、画像間の位置合わせを行なって変位ベクトル場を算出する場合には、第1の画像と第2の画像を取得する。一方、画像処理装置100が、変位ベクトル場を適用して変形画像を生成する場合には、変形元画像(第3の画像)と第3の画像に対して適用する変位ベクトル場を取得する。データ取得部は、本発明の画像取得手段に相当する。
The
位置合わせ部102は、第1の画像と第2の画像の位置合わせを行なうことで、第1の画像を変形させて第2の画像に合わせるための位置合わせ結果を算出する。位置合わせについては、ステップS2030における説明で後述する。位置合わせ結果は、変位ベクトル場として出力される。変位ベクトル場とは、画像中のボクセル毎に3軸方向の変位量が記録されたボリュームデータである。
The
3次元空間上で定義される変位ベクトル場において、例えば、3次元画像空間中のあるボクセル位置pr={xr,yr,zr}における変位ベクトルは、Tpr={txr、tyr、tzr}で与えられる。このように、あるボクセル位置における変位ベクトル場
は3個のデータから構成される。これらのデータを格納するために、X軸方向変位量・Y軸方向変位量・Z軸方向変位量という3個のボリュームデータを用意し、各ボリュームデータの該ボクセル位置のスカラー値として、各軸方向の変位量が格納される。
In the displacement vector field defined on the three-dimensional space, for example, the displacement vector at a certain voxel position pr={xr, yr, zr} in the three-dimensional image space is given by Tpr={txr, tyr, tzr}. .. Thus, the displacement vector field at a certain voxel position is composed of three pieces of data. In order to store these data, three volume data of X-axis direction displacement amount, Y-axis direction displacement amount, Z-axis direction displacement amount are prepared, and each axis is used as a scalar value of the voxel position of each volume data. The displacement amount in the direction is stored.
このように、一般的な変位ベクトル場では、変形が定義される3次元画像空間中の各ボクセルにそれぞれ変位量が格納されるため、変位ベクトル場の解像度は、3次元画像空間の解像度と等しくなる。3次元空間における変位ベクトル場は、X軸・Y軸・Z軸夫々の変位量をもつ3つのボリュームデータから構成されるため、必要とするデータ量は、3次元画像空間が必要とするデータ量の3倍となる。 Thus, in a general displacement vector field, since the displacement amount is stored in each voxel in the three-dimensional image space in which the deformation is defined, the resolution of the displacement vector field is equal to the resolution of the three-dimensional image space. Become. The displacement vector field in the three-dimensional space is composed of three volume data having displacement amounts on the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, respectively. Therefore, the required data amount is the data amount required by the three-dimensional image space. It will be 3 times.
解像度変換部103は、変位ベクトル場の解像度を算出する。そして、前記変位ベクトル場を後述のステップで算出される解像度で解像度変換し、解像度を低減した変位ベクトル場を生成する。そして、生成された低解像度の変位ベクトル場をデータサーバ150に保存する。低解像度の変位ベクトル場の生成処理についてはステップS2040における説明で後述する。解像度変換部は、本発明の決定手段、生成手段および保存手段に相当する。
The
変形画像生成部110は、データ取得部101が取得した変位ベクトル場と変形を適用する画像を読みこんで、変形画像を生成する。変形画像の生成方法の詳細は、ステップS2050の説明で後述する。変形画像生成部は、本発明の変形画像生成手段に相当する。
The deformed
表示制御部111は、変形画像生成部110から出力された変形画像を、表示部170に表示させるための表示制御を行なう。表示制御部は、本発明の表示制御手段に相当する。
The display control unit 111 performs display control for displaying the modified image output from the modified
次に、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの動作について説明する。図2は、画像処理装置100が行なう処理手順を示すフローチャートである。
Next, the operation of the image processing system including the image processing apparatus according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure performed by the
(処理フロー)
(被検体情報の取得:ステップS2000)
ステップS2000において、データ取得部101は、ユーザからの指示を受け付けて、いま、どの画像をどの画像に位置合わせしようとしているかという被検体情報を、操作部160から取得する。すなわち、浮動画像と基準画像の情報を取得する。そして、データ取得部101は、前記被検体情報を不図示の記憶部に保存する。
(Processing flow)
(Acquisition of subject information: Step S2000)
In step S2000, the
(位置合わせを行なう必要があるかどうかの振り分け処理:ステップS2010)
ステップS2010において、画像処理システム100は、ステップS2000で取得された被検体の情報に基づいて、位置合わせを行なう必要があるか、それとも既に存在する変位ベクトル場を適用可能であるかを振り分ける処理を行なう。
(Distribution processing as to whether or not alignment is required: step S2010)
In step S2010, the
本ステップの処理を説明するために、データサーバ150のデータ保持形式について、具体的な例を示す。いま、例えば、データサーバ150に、第1、第2、第3の画像という3つの画像データが保持されているとする。ここで、第1の画像と第3の画像が「同一位置姿勢である画像データの組」として、データサーバ150に登録されているとする。以下の説明では、第1の画像(浮動画像)を第2の画像(基準画像)の位置合わせする処理を行い、その後に、第3の画像(浮動画像)を第2の画像(基準画像)に位置合わせする処理を行う場合を例として、画像処理装置100が行う処理手順の説明を行う。第1の画像と第2の画像の間の位置合わせが実行されると、第1の画像を変形させて第2の画像に位置合わせする変位ベクトル場(第1の変位ベクトル場)がデータサーバ150に保持される。このとき、第1の画像と第3の画像は空間的に同一姿勢であるため、第3の画像
を変形させて第2の画像に変形させる処理には、第1の変位ベクトル場を適用できる。このように、同一姿勢である画像データの組の情報と、変位ベクトル場の情報を組み合わせることで、変位ベクトル場が適用可能であるかを決定できる。
In order to explain the processing of this step, a concrete example of the data holding format of the
上記の処理の結果、適用可能な変位ベクトル場が無く、位置合わせを行なう必要があると判断された場合は(S2010における「Yes」)、画像処理装置100は処理をステップS2020へと進める。一方、適用可能な変位ベクトル場が存在し、位置合わせを行なう必要がないと判断された場合(S2010における「No」)は、ステップS2070へと処理を進める。
As a result of the above processing, when it is determined that there is no applicable displacement vector field and the alignment needs to be performed (“Yes” in S2010), the
上記の処理の結果、適用可能な変位ベクトル場(第1の変位ベクトル場)が無く、位置合わせを行なう必要があると判断された場合は(S2010における「Yes」)、画像処理装置100は処理をステップS2020へと進める。一方、適用可能な変位ベクトル場(第1の変位ベクトル場)が存在し、位置合わせを行なう必要がないと判断された場合(S2010における「No」)は、ステップS2070へと処理を進める。上記の例では、第1の画像を第2の画像に位置合わせする場合にはステップS2020に処理が進められる。一方、第3の画像を第2の画像に位置合わせする場合にはステップS2070に処理が進められる。
As a result of the above processing, when there is no applicable displacement vector field (first displacement vector field) and it is determined that the alignment needs to be performed (“Yes” in S2010), the
(画像データ取得処理:ステップS2020)
ステップS2020において、データ取得部101は、浮動画像である第1の画像と基準画像である第2の画像をデータサーバ150から取得する。そして、データ取得部101は、第1の画像及び第2の画像を位置合わせ部102へ出力し、第1の画像を変形画像生成部110へ出力する。
(Image data acquisition process: Step S2020)
In step S2020, the
(位置合わせ処理:ステップS2030)
ステップS2030において、位置合わせ部102は、第1の画像(浮動画像)と第2の画像(基準画像)の間で変形位置合わせ(変形推定)を行なう。そして、変形推定の結果として、算出された変位ベクトル場を解像度変換部103へと出力する。変形位置合わせの結果は、変位ベクトル場として出力されるものとする。変形位置合わせの手法は、位置合わせ結果が変位ベクトル場として出力されるものであれば、種々の公知の手法を利用できる。例えば、Demons algorithmや、LDDMM(Large Deformation Diffeomorphic Metric Mapping)といった手法を利用できる。
(Alignment process: step S2030)
In step S2030, the
本実施形態において用いる変位ベクトル場は、「第2の画像から第1の画像への変位を表現する」変位場であるとする。即ちこの変位場は、第2の画像上の全ボクセル位置について、第1の画像のどの座標位置と対応しているか、を表現する。第1の画像を変形させて第2の画像に合わせるために、第2の画像から第1の画像への「逆方向の変位ベクトル場」を用いることは一般的である。なぜなら、第1の画像を変形させた変形画像を生成するために必要なのは、「第2の画像におけるあるボクセルと対応する、第1の画像上の位置における輝度値」という、「逆方向の変位情報」だからである。このように、変位ベクトル場が「第2の画像から第1の画像」という方向で定義されるため、変位ベクトル場が定義される画像空間は、第2の画像が定義される画像空間と一致する。 The displacement vector field used in the present embodiment is assumed to be a displacement field that “represents the displacement from the second image to the first image”. That is, this displacement field represents which coordinate position in the first image corresponds to all voxel positions on the second image. It is common to use a "reverse displacement vector field" from the second image to the first image to deform the first image to match the second image. This is because what is needed to generate a transformed image obtained by transforming the first image is "a displacement in the opposite direction," which is "a luminance value at a position on the first image corresponding to a voxel in the second image". It is because it is "information". Thus, since the displacement vector field is defined in the direction of “second image to first image”, the image space in which the displacement vector field is defined matches the image space in which the second image is defined. To do.
(解像度を低減した変位ベクトル場の生成・保存処理:ステップS2040)
ステップS2040において、解像度変換部103は、最も粗い解像度の変位ベクトル場を生成する。このとき、生成される変位ベクトル場の解像度と、ステップS2030で取得された変位ベクトル場(オリジナル変位ベクトル場)の解像度との差異が、所定の許容量以内である、という制約条件が設けられる。オリジナル変位ベクトル場の解像度は第
1の解像度に当たる。オリジナル変位ベクトル場が、第1の変位ベクトル場に相当する。
(Generation/storing process of displacement vector field with reduced resolution: step S2040)
In step S2040, the
オリジナル変位ベクトル場との差異に関する所定の許容量について、詳しく述べる。本実施形態では、変形を表現する画像空間の解像度(これはオリジナル変位ベクトル場の解像度と同じ値である)に基づいて許容量を決定する。変位ベクトル場が定義される空間(第2の画像の空間)における各軸方向のボクセルサイズをそれぞれsx,sy,szとすると、各軸方向の許容量はそれぞれ2/sx,2/sy,2/sz,即ち、画像空間におけるボクセルサイズの半分の値とする。 The predetermined allowable amount of difference from the original displacement vector field will be described in detail. In this embodiment, the allowable amount is determined based on the resolution of the image space expressing the deformation (this is the same value as the resolution of the original displacement vector field). When the voxel size in each axial direction in the space where the displacement vector field is defined (the space of the second image) is sx, sy, sz, the permissible amounts in each axial direction are 2/sx, 2/sy, 2 respectively. /Sz, that is, a value that is half the voxel size in the image space.
ボクセルサイズをこのように設定する理由を述べる。変位ベクトルとは、一方の画像のあるボクセルが、位置合わせによって、他方の画像のどのボクセルと結びつくかを表現している。解像度を低減することによって変位ベクトルの値に差異が生じても、その差異がボクセルサイズの半分よりも小さければ、一方の画像のあるボクセルが結びつく先のボクセルは変化しない。 The reason for setting the voxel size in this way will be described. The displacement vector represents which voxel in one image is associated with which voxel in the other image by alignment. Even if a difference in displacement vector value is caused by reducing the resolution, if the difference is smaller than half the voxel size, the voxel to which a voxel in one image is connected does not change.
解像度を粗くした変位ベクトル場算出において注意しておくべき点として、変位ベクトル場における夫々の軸は、独立に解像度算出が行われる点がある。前述の通り、変位ベクトル場はX軸・Y軸・Z軸の変位量に対応する3つのボリュームデータからなる。これら3つのボリュームデータは独立に解像度算出が行われる。さらに、ある軸の変位量を表す1つのボリュームデータについても、X軸・Y軸・Z軸方向の解像度を持つ。本ステップの処理では、これら各軸方向の解像度も独立に算出される。 A point to be noted in the calculation of the displacement vector field with the coarse resolution is that the resolution calculation is independently performed for each axis in the displacement vector field. As described above, the displacement vector field consists of three volume data corresponding to the displacement amounts of the X axis, Y axis, and Z axis. The resolution of these three volume data is calculated independently. Further, even one volume data representing the displacement amount of a certain axis has resolution in the X-axis/Y-axis/Z-axis direction. In the processing of this step, the resolution in each of these axial directions is also calculated independently.
いま、各軸方向の変位量がVx・Vy・Vzに格納されているとする。このとき、例えば解像度を1/2とした場合の変位ベクトル場は下式で表される。
式(1)及び式(2)は、解像度を1/rにする場合、解像度を低減した変位ベクトル場を生成するには、元の変位ベクトル場における複数の各ボクセルをr−1個飛ばしにサンプリングして、粗い解像度の変位ベクトル場を生成することを示している。ここでの「r」は、2以上の整数である。なお、解像度を低減した変位ベクトル場の算出方法は、r−1個飛ばしにサンプリングする方法に限らない。複数のボクセルにおけるボクセル値を1つのボクセルに代表させる種々の公知の手法を用いることが可能である。例えば、最大値や中央値を取得したり、線形補間やスプライン関数補間を用いたりしてもよい。すなわち、本実施形態においては、サンプリング間隔を大きくすることにより、粗い解像度の変位ベクトル場を生成することができる。 In the equations (1) and (2), when the resolution is reduced to 1/r, in order to generate a displacement vector field with reduced resolution, skip each r-1 voxel in the original displacement vector field. It is shown to sample to generate a coarse resolution displacement vector field. Here, "r" is an integer of 2 or more. The method of calculating the displacement vector field with reduced resolution is not limited to the method of sampling every r-1 skips. It is possible to use various known methods in which voxel values in a plurality of voxels are represented by one voxel. For example, the maximum value or the median value may be acquired, or linear interpolation or spline function interpolation may be used. That is, in this embodiment, by increasing the sampling interval, it is possible to generate a displacement vector field with a coarse resolution.
上記の通り、解像度を1/rに低減した変位ベクトル場は、式(1)を用いて算出される。解像度を1/rに低減した変位ベクトル場は、以下に示す式を用いて、オリジナル変位ベクトル場との残差が算出される。
なお、サンプリング点群Stは、解像度を低減した変位ベクトル場を生成するために用いるサンプリング位置群(式(2))と同一であってはならない。なぜなら、変位ベクトル場を生成するために用いるサンプリング位置では、オリジナル変位場との差異は常に0であり、実態としての残差を反映しないからである。さらに、サンプリング点群Stは、式(2)で表されるサンプリング位置群よりも、細かくサンプリングされたものであることが望ましい。最も単純な場合では、変位ベクトル場が定義される空間の全ボクセル位置をサンプリング点群Stとすることが可能である。他にもサンプリング点の数が指定数に達するように、変位ベクトル場が定義される空間の中をランダムにサンプリングしてサンプリング点群Stを求めてもよい。 It should be noted that the sampling point group St must not be the same as the sampling position group (equation (2)) used to generate the reduced resolution displacement vector field. This is because at the sampling position used to generate the displacement vector field, the difference from the original displacement field is always 0 and does not reflect the actual residual. Furthermore, it is desirable that the sampling point group St be more finely sampled than the sampling position group represented by the equation (2). In the simplest case, all voxel positions in the space where the displacement vector field is defined can be the sampling point group St. Alternatively, the sampling point group St may be obtained by randomly sampling the space in which the displacement vector field is defined so that the number of sampling points reaches a specified number.
上記の通り、本実施形態では、解像度を低減した変位ベクトル場の、オリジナル変位ベクトル場に対する差異を許容量とする場合を例に挙げて説明したが、他にも種々の多様な基準を用いることが可能である。 As described above, in the present embodiment, the case where the difference between the displacement vector field with reduced resolution and the original displacement vector field is used as the allowable amount has been described as an example, but various other various criteria may be used. Is possible.
例えば、変位ベクトル場ではなく、変位ベクトル場を用いて生成される変形画像に基づいても許容量を算出する方法がある。この方法の具体例として、オリジナル変位ベクトル場を適用して生成した変形画像と、解像度を低減した変位ベクトル場を用いて生成した変形画像との輝度差を算出し、輝度差が一定値以下の場合は許容する方法がある。また、輝度以外の特徴量を用いてもよい。その他、画像を比較して差分を取得する方法であれば何を用いてもよい。 For example, there is a method of calculating the allowable amount based not on the displacement vector field but also on a deformed image generated using the displacement vector field. As a specific example of this method, the brightness difference between the deformed image generated by applying the original displacement vector field and the deformed image generated by using the displacement vector field with reduced resolution is calculated, and the brightness difference is equal to or less than a certain value. If there is a way to allow. Further, a feature amount other than the brightness may be used. Any other method may be used as long as it is a method of comparing images and acquiring a difference.
別の具体例として、変形元画像が、複数のシーケンスを有するMRI画像のように、互いに位置姿勢が一致した複数画像である場合、それぞれの画像について変形画像を生成して、輝度差を算出する方法がある。この場合、造影剤の有無などによって輝度値の分布傾向が異なる複数の画像を考慮できるため、より正確に変位ベクトル場の解像度を算出できる。 As another specific example, when the deformation source image is a plurality of images whose positions and orientations match each other, such as an MRI image having a plurality of sequences, a deformation image is generated for each image and the brightness difference is calculated. There is a way. In this case, since it is possible to consider a plurality of images having different distributions of brightness values depending on the presence or absence of a contrast agent, the resolution of the displacement vector field can be calculated more accurately.
生成された変位ベクトル場(第3の変位ベクトル場)は、変形画像生成部110へと出力されると同時に、「第1の画像と第2の画像を位置合わせしたものである」という情報と関連付けて、データサーバ150へと保存される。
The generated displacement vector field (third displacement vector field) is output to the deformed
(変形画像の生成処理:ステップS2050)
ステップS2050において、変形画像生成部110は、浮動画像(第1の画像または第3の画像)を変形させて基準画像(第2の画像)に位置合わせした変形画像を生成する。ここで、第1の画像はステップS2020で、第3の画像はステップS2070で、データ取得部101によって取得される。また、変位ベクトル場(第3の変位ベクトル場)は、ステップS2010にて「位置合わせを行なう必要がある」と判断された場合には(Yes)、解像度変換部103から取得される。一方、ステップS2010にて「位置合わせを行なう必要がない」と判断された場合には(No)、データ取得部101から取得される。
(Transformed image generation process: step S2050)
In step S2050, the deformed
変形画像の生成は以下に示す式で表される。
なお、変形画像生成部110は、第1の画像(または第3の画像)を変形させて第2の画像に位置合わせした変形画像を生成する代わりに、該変形画像と第2の画像との差分画像を生成する構成であってもよい。この場合変形画像生成部110は、変形画像の代わりに差分画像を表示制御部111に送信する。また、変形画像と差分画像の両方を生成して出力する構成であってもよい。
The deformed
(位置合わせ結果の表示処理:ステップS2060)
ステップS2060において、表示制御部111は、第1、第2、第3の画像、変形画像(または、差分画像)の任意の画像を、ユーザの操作に応じて表示部170に表示する制御を行なう。なお、位置合わせ画像の表示後、表示制御部111がユーザからの操作部160を経由した「画像確認の終了」の指示入力を受け付けた場合、画像処理装置100の処理は終了する。
(Display process of alignment result: step S2060)
In step S2060, the display control unit 111 controls to display any image of the first, second, and third images and the modified image (or the difference image) on the
(画像データの取得:ステップS2070)
ステップS2070において、データ取得部101は、浮動画像である第3の画像をデータサーバ150から取得する。そして、データ取得部101は、前記画像データを変形画像生成部110へ出力する。
(Acquisition of image data: Step S2070)
In step S2070, the
(変位ベクトル場の取得処理:ステップS2080)
ステップS2070において、データ取得部101は、画像変形のために適用する変位ベクトル場(第3の変位ベクトル場)をデータサーバ150から取得する。取得された変位ベクトル場は、変形画像生成部110へと出力される。
(Displacement Vector Field Acquisition Processing: Step S2080)
In step S2070, the
ステップS2070〜S2080は、ステップS2010において「位置合わせを行なう必要がない」(S2010=「No」)と判断された場合に実行される処理である。即ち、過去に第3の画像と同一の位置姿勢をもつ第1の画像と、第2の画像との位置合わせが実施済みで、第3の画像を変形させるためには前記位置合わせ結果の変位ベクトル場を利用可能である場合の処理である。 Steps S2070 to S2080 are processing executed when it is determined in step S2010 that "it is not necessary to perform alignment" (S2010="No"). That is, the first image having the same position and orientation as the third image and the second image have been aligned in the past, and the displacement of the alignment result is required to deform the third image. This is the processing when the vector field is available.
ここで、第1の画像と第3の画像は、例えば近い時刻に撮像された異なるシーケンスのMRI画像のように、同一の被検体を撮像していて空間的な位置関係も同一であるが、画像としては異なるものであると仮定する。この場合、第3の画像と第2の画像の位置合わせを行なうために、第1の画像と第2の画像の位置合わせ結果をそのまま適用可能である。そのため、第1の画像と第2の画像の間の位置合わせが実施済みで、変位ベクトル場(第3の変位ベクトル場)がデータサーバに保持されている場合は、変位ベクトル場の情報を取得する。 Here, the first image and the third image are the same subject and have the same spatial positional relationship, for example, like MRI images of different sequences taken at close times, the same. It is assumed that the images are different. In this case, in order to align the third image and the second image, the alignment result of the first image and the second image can be applied as it is. Therefore, when the alignment between the first image and the second image has been performed and the displacement vector field (third displacement vector field) is stored in the data server, the information of the displacement vector field is acquired. To do.
本実施形態に係る画像処理装置を用いることで、例えば、(処理1)として、ある画像間の位置合わせ結果を変位ベクトル場としてデータサーバに保持できる。その後、(処理2)として、保持しておいた変位ベクトル場を、処理1の組み合わせとは異なる組み合わせの画像間の変形に利用できる。この場合、処理1は(S2010=「Yes」)の場合に相当し、処理2は(S2010=「No」)に相当する。処理1と処理2は必ずしも連続して行なう必要はなく、処理2は処理1が終わった後、任意のタイミングで実行してよい。
By using the image processing apparatus according to the present embodiment, for example, as (Process 1), the alignment result between certain images can be stored in the data server as a displacement vector field. After that, as (Processing 2), the retained displacement vector field can be used for transformation between images of a combination different from the combination of
本実施形態によれば、同一の変形を適用できる画像であれば、位置合わせをやり直すことなしに、画像変形処理を実行できる。即ち、位置合わせ処理と、位置合わせ結果を利用した画像変形処理とを、異なるタイミングで実行できる。その場合に、変位ベクトル場が消費するデータ量を低減できる。 According to this embodiment, if the images can be applied with the same deformation, the image deformation process can be executed without re-adjusting the position. That is, the alignment process and the image transformation process using the alignment result can be executed at different timings. In that case, the amount of data consumed by the displacement vector field can be reduced.
<第1の実施形態の変形例1>
第1の実施形態では、ステップS2030の位置合わせ処理において、位置合わせ結果を変位ベクトル場として取得する場合を例に挙げて説明した。しかし、汎用的な形式である変位ベクトル場ではなく、「どの変形モデルを用いるかという情報」と「そのモデルで変形を表現するための変形パラメータ」の組を取得する構成であってもよい。このような、変形モデルと変形パラメータを組み合わせた変形情報であっても、複数の解像度で変形位置合わせを規定できる。
<
In the first embodiment, the case where the alignment result is acquired as the displacement vector field in the alignment process of step S2030 has been described as an example. However, instead of the displacement vector field which is a general-purpose format, a configuration of "information about which deformation model to use" and "deformation parameter for expressing deformation in the model" may be acquired. Even with such deformation information that is a combination of the deformation model and the deformation parameters, the deformation alignment can be defined at a plurality of resolutions.
変形モデルを用いる場合、第1の画像と第2の画像の間の変形位置合わせは、種々の公知な変形モデルとコスト関数を組み合わせた多様な構成により実行可能である。例えば、変形モデルとしてFFD(Free Form Deformation)を、コスト関数として正規化相互相関とのような画像間の類似度評価尺度を用いる構成を利用できる。この場合、位置合わせ結果はFFDの変形パラメータとして出力される。他にも、変形モデルとしてRBF(Radial Basis Function)や力学モデルなどの、コスト関数として正規化相互情報量や解剖学的対応点同士の距離値などの、種々の公知な変形モデル・コスト関数を利用できる。 When the deformation model is used, the deformation alignment between the first image and the second image can be performed by various configurations in which various known deformation models and cost functions are combined. For example, a configuration using FFD (Free Form Deformation) as a deformation model and a similarity evaluation scale between images such as normalized cross-correlation as a cost function can be used. In this case, the alignment result is output as the FFD deformation parameter. In addition, various well-known deformation models and cost functions such as RBF (Radial Basis Function) and dynamic models as deformation models and normalized mutual information and distance values between anatomical corresponding points as cost functions can be used. Available.
また、変形モデルを用いる場合、第1の実施形態における式(1)及び式(3)は、夫々以下の式(5)及び式(6)に置き換えられる。
、第1の実施形態におけるオリジナル変位ベクトル場の代わりに、変形モデルによる変形表現を用いることを意味する。
When the modified model is used, the equations (1) and (3) in the first embodiment are replaced with the following equations (5) and (6), respectively.
なお、第1の実施形態におけるオリジナル変位ベクトル場の代わりに、変形モデルを用いて得られる変位量を示すベクトルは、第1の変位ベクトル場ともいえる。また、変形モデルを用いて、サンプリング間隔をより大きくして得られる変位量を示すベクトルは、第2の変位ベクトル場ともいえる。また、変形モデルを用いて得られた第1の変位ベクトル場を、より大きなサンプリング間隔でサンプリングした変位ベクトル場も、第2の変位ベクトル場といえる。また、第1の変位ベクトル場と第2の変位ベクトル場との誤差に基づいて決定されたサンプリング間隔、及び変形モデルを用いて、第3の変位ベクトル場が生成され、保存されてもよい。 Note that the vector indicating the displacement amount obtained by using the deformation model instead of the original displacement vector field in the first embodiment can also be called the first displacement vector field. Further, the vector indicating the displacement amount obtained by making the sampling interval larger by using the deformation model can be said to be the second displacement vector field. Further, the displacement vector field obtained by sampling the first displacement vector field obtained by using the deformation model at a larger sampling interval can also be called the second displacement vector field. Further, the third displacement vector field may be generated and stored by using the sampling interval determined based on the error between the first displacement vector field and the second displacement vector field and the deformation model.
本変形例によると、第1の画像と第2の画像の間の変形位置合わせにどの変形モデルを用いたかに関係なく、位置合わせ結果は変位ベクトル場として保存される。そのため、後で位置合わせ結果を利用して変形画像を生成する場合に、どの変形モデルを用いたかを知る必要がないため、汎用的に処理が可能になる。 According to this modification, the registration result is stored as the displacement vector field regardless of which deformation model is used for the deformation registration between the first image and the second image. Therefore, it is not necessary to know which deformation model was used when a deformation image is generated by using the alignment result later, and thus it is possible to perform general-purpose processing.
<第2の実施形態>
図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳しく説明する。本実施形態の構成は、図1に示す第1実施形態と同じである。ただし、解像度変換部103の処理が異なる。
<Second Embodiment>
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. However, the processing of the
第1の実施形態では、ステップS2040において解像度変換部103が解像度を低減した変位ベクトル場を生成する際、第1の画像が定義されている画像空間全体を考慮していた。一方、本実施形態に係る画像処理装置は、第1の画像が定義されている画像空間全体ではなく、変形の複雑度が大きい局所領域のみを考慮して解像度を算出することを特徴とする。変形の複雑度が高い領域は、変位ベクトル場の解像度を下げた時に、元の変形の再現が難しくなると予想される。そして、このように一部の空間のみを考慮して算出された解像度を、画像空間全体に対して適用する。このことは即ち、式(3)で算出される変位ベクトル場の残差が、画像空間全体ではなく一部の空間のみを用いて算出されることに相当する。
In the first embodiment, when the
次に、図3を用いて、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの動作について説明する。処理手順のうち、ステップS3000からS3030、ステップS3070からS31000は、図2におけるステップS2000からS2030、ステップS2050からS2080と同様であるため、説明を省略する。 Next, the operation of the image processing system including the image processing apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the processing procedure, steps S3000 to S3030 and steps S3070 to S31000 are the same as steps S2000 to S2030 and steps S2050 to S2080 in FIG.
(各サンプリング位置における複雑度の算出:ステップS3040)
ステップS3040において、解像度変換部103は、第1の画像が定義されている画像空間を一定間隔でサンプリングし、各サンプリング位置において、変位ベクトル場が表す変形の「複雑度」を算出する。そして、複雑度が所定の条件を上回るサンプリング位置を、不図示の記憶部に記録する。所定の条件は演算時間や変形の精度に応じて任意に設定できる。また、初めは一般的な条件を使用しておき、ユーザの操作部160を用いた操作により変更可能としてもよい。
(Calculation of Complexity at Each Sampling Position: Step S3040)
In step S3040, the
本実施形態では、複雑度として曲げエネルギー(Bending energy)を用いる。これは、該サンプリング位置周辺における変形の歪みを定量化するための公知の方法である。複雑度の算出方法は、曲げエネルギーに限らず、変位ベクトル場に基づいて算出される任意の公知の手法を利用できる。例えば、変位ベクトル場のヤコビアンを用いる方法である。この場合、複雑度として、該サンプリング位置周辺の局所的な体積変化が算出される。 In this embodiment, bending energy is used as the complexity. This is a known method for quantifying the distortion of deformation around the sampling position. The complexity calculation method is not limited to bending energy, and any known method calculated based on a displacement vector field can be used. For example, it is a method using the Jacobian of the displacement vector field. In this case, a local volume change around the sampling position is calculated as the complexity.
(複雑度に基づいて局所領域を算出:S3050)
ステップS3050において、解像度変換部103は、ステップS3040で記録された、複雑度が高いサンプリング位置を不図示の記憶部から読み込み、該サンプリング位置を中心として、変位ベクトル場の解像度を算出するための局所領域を設定する。この局所領域は、前記サンプリング位置を中心とする直方体領域であり、直方体各辺の一辺の長さは、ステップS3040におけるサンプリング間隔と同じ長さとする。このようにすることで、各サンプリング位置で定義される局所領域が重複せず、全サンプリング位置の局所領域を合わせると、画像空間全体がカバーされるようにできる。本ステップにおいて、解像度変換部は、本発明の局所領域取得手段としても機能する。
(Calculation of local area based on complexity: S3050)
In step S3050, the
(解像度を低減した変位ベクトル場の生成:S3060)
ステップS3060において、解像度変換部103は、ステップS3050で算出された局所領域を用いて、変位ベクトル場の解像度を算出する。算出方法は、第1の実施形態におけるステップS2040の方法と同じである。ただし、式(3)における変位ベクトル場の残差の算出において、第1の実施形態では画像空間全体を用いるのに対し、本実施形態では、ステップS3050で算出される局所領域を用いる点が異なる。
(Generation of displacement vector field with reduced resolution: S3060)
In step S3060, the
本実施形態によれば、変位ベクトル場の解像度を低減する演算で使用されるサンプル位置の数が少なくなるため、第1の実施形態の手法と比較して、計算時間を低減できるという効果がある。 According to the present embodiment, since the number of sample positions used in the calculation for reducing the resolution of the displacement vector field is reduced, there is an effect that the calculation time can be reduced as compared with the method of the first embodiment. ..
<第3の実施形態>
図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳しく説明する。本実施形態の構成は、図1に示す第1および第2の実施形態と同じである。ただし、解像度変換部103の処理が異なる。
<Third Embodiment>
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The configuration of this embodiment is the same as that of the first and second embodiments shown in FIG. However, the processing of the
第2の実施形態では、解像度変換部103がステップS3060の処理として解像度を低減した変位ベクトル場を生成する際、変形の複雑度が高い、即ち解像度を低減することによる影響が大きい局所領域のみを考慮していた。そして、前記局所領域を用いて算出された解像度を、画像空間全体の変位ベクトル場に適用していた。しかしながら、この場合、変形の複雑度が小さく、解像度を低減することによる影響が小さい領域に対しても、前記局所領域を考慮した高い解像度を適用することになるため、データ量が増大する場合があった。
In the second embodiment, when the
一方、本実施形態に係る画像処理装置では、複数の解像度をもつ変位ベクトル場を組み合わせ、解像度を低減することによる影響が大きい局所領域には高い解像度の変位ベクトル場を、それ以外の領域には低い解像度の変位ベクトル場を適用することを特徴とする。即ち本実施形態では、複数の解像度を持つような、多重解像度の変位ベクトル場を用いる。 On the other hand, in the image processing apparatus according to the present embodiment, displacement vector fields having a plurality of resolutions are combined, and a high resolution displacement vector field is applied to a local area that is greatly affected by reducing the resolution, and displacement vector fields are applied to other areas. It is characterized by applying a low resolution displacement vector field. That is, in this embodiment, a multi-resolution displacement vector field having a plurality of resolutions is used.
図4を用いて、本ステップで生成される、異なる解像度を持つ複数の変位ベクトル場の概要を説明する。本発明で対象とする画像は3次元画像であり、変位ベクトル場も3次元ボリュームデータであるが、ここでは簡単のため、2次元画像として示している。この変位ベクトル場は、解像度1及び解像度2という2つの解像度を持っているものとする。
An outline of a plurality of displacement vector fields having different resolutions generated in this step will be described with reference to FIG. The image targeted by the present invention is a three-dimensional image, and the displacement vector field is also three-dimensional volume data, but here it is shown as a two-dimensional image for simplicity. This displacement vector field is assumed to have two resolutions,
解像度1の変位ベクトル場は、最も高い解像度の変位ベクトル場である。解像度1の解像度を持つ変位ベクトル場は、画像空間全体の変形を許容範囲以内(許容量以内)の誤差で表現できる。一方、さらに粗い解像度の変位ベクトル場でも、誤差が許容範囲内の領域(図4の解像度1の変位ベクトル場において、色が付けられた領域)については、変形を
許容範囲内の誤差で表現できる。このような粗い解像度でも表現可能な領域については、解像度1は不必要に高い解像度である。
The
本実施形態のように変位ベクトル場が多重解像度を持つ場合、ある解像度の変位ベクトル場を適用しない領域を、その解像度についての「無効領域」と呼ぶこととする。例えば図4の上側(解像度1の変位ベクトル場)においては、色付き領域が無効領域である。無効領域に関する情報は、例えば、無効領域には「無効」を表す値を格納する、という方法で保存できる。 When the displacement vector field has multiple resolutions as in this embodiment, a region to which the displacement vector field of a certain resolution is not applied is called an "invalid region" for that resolution. For example, in the upper side of FIG. 4 (displacement vector field with resolution 1), the colored area is an invalid area. The information about the invalid area can be saved by, for example, storing a value indicating “invalid” in the invalid area.
解像度2の変位ベクトル場は、解像度1における無効領域のうち、解像度2の解像度を持つ変位ベクトル場を適用する領域に対して定義されている。ただし、その解像度が最も粗い解像度である場合、無効領域が存在すると、何れの解像度の変位ベクトル場も適用しない領域が生じてしまうため、その変位ベクトル場には無効領域は存在しないものとする。解像度2の変位ベクトル場は、解像度1の変位ベクトル場と比べ各軸方向2倍ずつ粗い解像度の変位ベクトル場である。このように、本実施形態では、解像度1、解像度2,解像度3,…、と数字が大きくなるほどに、変位ベクトル場の解像度が2倍ずつ粗くなるものとする。
The displacement vector field of resolution 2 is defined for the area to which the displacement vector field having the resolution of resolution 2 is applied among the invalid areas in
なお、解像度の値がrの時の変位ベクトル場のボクセルサイズは、必ずしも元の解像度(解像度1)に対してr倍でなくてもよい。2r倍のように係数を持ってもよいし、rの値が1増えるほどにボクセルサイズが2倍になるようにしてもよい。 The voxel size of the displacement vector field when the resolution value is r does not necessarily have to be r times the original resolution (resolution 1). It may have a coefficient such as 2r times, or the voxel size may double as the value of r increases by 1.
なお、本実施形態において、画像空間におけるどのボクセルにどの解像度の変位ベクトル場が割り当てられるかは、「解像度ボリューム」と呼ばれるデータに保持されているものとする。解像度ボリュームは画像空間と同じ解像度を持つ。解像度ボリュームの各ボクセルは、そのボクセルの変位を算出する変位ベクトル場の解像度の値(例えば解像度1,解像度2,…)を保持する。解像度ボリュームは解像度計算のための一時的なデータであるため、データサーバには保存されない。そのため、解像度ボリュームはデータサーバのデータ量を消費しない。
In the present embodiment, it is assumed that which voxel in the image space is assigned with the displacement vector field of which resolution is held in data called “resolution volume”. The resolution volume has the same resolution as the image space. Each voxel of the resolution volume holds the value of the resolution of the displacement vector field for calculating the displacement of that voxel (for example,
次に、図5を用いて、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの動作について説明する。処理手順のうち、ステップS5000からS5030、及びステップS5110からS5130の処理は、図2におけるステップS2000からS2030、及びステップS2060からS2080と同様であるため、説明を省略する。 Next, the operation of the image processing system including the image processing apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the processing procedure, steps S5000 to S5030 and steps S5110 to S5130 are the same as steps S2000 to S2030 and steps S2060 to S2080 in FIG.
(現在の変位ベクトル場の解像度を1にセット:ステップS5040)
ステップS5040において、解像度変換部103は、解像度を低減した変位ベクトル場生成処理の前段階として、現在の変位ベクトルの解像度を1にセットする。第1の実施形態における式(3)の説明で述べたとおり、解像度1とは即ち、変位ベクトル場の解像度が、変位ベクトル場が定義される画像空間(即ち、第2の画像が定義される空間)の解像度と同じであることを意味する。言い換えると、解像度1とは、前記画像空間の変形を表現する最も高い解像度である。現在の解像度の値は、以降のステップで参照する必要があるため、不図示の記憶部に保持される。
(Set the current displacement vector field resolution to 1: step S5040)
In step S5040, the
(処理対象領域の算出:ステップS5050)
ステップS5050において、解像度変換部103は、画像空間中で、現在の解像度の処理において処理対象とする領域を算出する。算出された処理対象領域は、ボクセル座標位置の集合として、不図示の記憶部に保持される。
(Calculation of processing target area: step S5050)
In step S5050, the
本実施形態における処理対象領域の算出方法を具体的に述べる。まず、現在の解像度が
1(rc=1)の場合、処理対象領域は画像空間の全領域とする。一方、現在の解像度が2以上の場合は、ひとつ前の解像度(rc−1)に対する処理において「仮無効領域」に振り分けられた領域とする。仮無効領域については、ステップS5060に対する説明で後述する。言い換えると、上位の解像度で処理されなかった領域についてのみ、下位の解像度で処理される。
A method of calculating the processing target area in this embodiment will be specifically described. First, when the current resolution is 1 (rc=1), the processing target area is the entire area of the image space. On the other hand, when the current resolution is 2 or more, the area is classified as the "temporary invalid area" in the process for the previous resolution (rc-1). The temporary invalid area will be described later in the description of step S5060. In other words, only the areas that were not processed in the higher resolution are processed in the lower resolution.
(処理対象領域を解像度確定領域と仮無効領域に振り分け:ステップS5060)
ステップS5060において、解像度変換部103は、ステップS5050で算出された処理対象領域内の全ボクセルを、「解像度確定領域」又は「仮無効領域」のいずれかに振り分ける。解像度確定領域とは、ひとつ前の解像度(rc−1)を持つ変位ベクトル場で変形を表現する領域である。一方、仮無効領域とは、現在の解像度(rc)以上に解像度を粗くした変位ベクトル場で表現した場合でも、誤差が許容範囲内の領域である。仮無効領域については、どこまで変位ベクトル場の解像度を粗くしても許容範囲内かは、この時点では未確定であり、現在の解像度をさらに粗くした場合の処理を通じて、確定される。
(Distribution of the processing target area into the resolution fixed area and the temporary invalid area: step S5060)
In step S5060, the
解像度確定領域と仮無効領域の振り分け方法は、以下の通りである。解像度がrcの変位ベクトル場は、第1の実施形態における式(3)で与えられる。そして、ボクセル位置の座標をpsとすると、元の変位ベクトル場に対する誤差は、以下の式で与えられる。
なお、現在の解像度が1である場合、即ち画像空間の解像度と同じである場合、式(7)におけるV(ps)(r)とV(ps)は同じ値であるため、全領域において、式(7)の計算結果は0となる。言い換えると、全領域が「仮無効領域」に振り分けられる。 Incidentally, if the current resolution is 1, that is the same as the resolution of the image space, since V in Equation (7) (p s) ( r) and V (p s) is the same value, the total area In, the calculation result of the equation (7) becomes 0. In other words, the entire area is assigned to the “temporary invalid area”.
処理対象領域内の全ボクセルを、「解像度確定領域」又は「仮無効領域」に振り分けた後、振り分け結果を、「解像度ボリューム」に記録する。解像度確定領域に振り分けられたボクセルには、ひとつ前の解像度(rc−1)の値を記録し、仮無効領域に振り分けられたボクセルには、「無効」であることを示す値を記録する。 After distributing all voxels in the processing target area to the “resolution determination area” or the “temporary invalid area”, the distribution result is recorded in the “resolution volume”. The value of the previous resolution (rc-1) is recorded in the voxel allocated to the resolution fixed area, and the value indicating "invalid" is recorded in the voxel allocated to the temporary invalid area.
(画像空間全領域の解像度が確定したかどうかの判定処理:ステップS5070)
ステップS5070において、解像度変換部103は、画像空間全領域の解像度が確定したかどうかの判定処理を行なう。そして、解像度が確定したと判定された場合(図5のステップS5070における「Yes」)は、ステップS5090へと処理を進める。一方、まだ解像度が確定していないボクセルがあると判定された場合(図5のステップS5070における「No」)は、ステップS5080へと処理を進める。
(Processing for Determining Whether or Not Resolution of All Areas of Image Space is Determined: Step S5070)
In step S5070, the
画像空間全領域の解像度が確定したかどうかの判定処理は、解像度ボリュームを用いて行なう。解像度ボリューム内の全ボクセルを走査し、全ボクセルに解像度の値が記録されている場合は「解像度が確定した」と判定され、1つでも「無効」であることを示す値が記録されたボクセルが存在する場合は、「解像度が確定していない」と判定される。 The determination process as to whether or not the resolution of the entire area of the image space is fixed is performed using the resolution volume. When all voxels in the resolution volume are scanned and resolution values are recorded in all voxels, it is determined that "resolution has been fixed", and even one voxel that has been recorded as "invalid" is recorded. Is present, it is determined that “resolution is not determined”.
(現在の変位ベクトル場の解像度を1増やす:ステップS5080)
ステップS5080において、解像度変換部103は、現在の変位ベクトル場の解像度
を1増やす。例えば、現在の変位ベクトル場の解像度がrc=1である場合は、解像度rc=2とする。第1の実施形態における式(2)の説明で前述した通り、解像度がrcである場合、それは、画像空間と同じ解像度を持つオリジナルの変位ベクトル場の解像度を、各軸方向1/rcとすることを意味する。
(Increase the resolution of the current displacement vector field by 1: step S5080)
In step S5080, the
(解像度を低減した変位ベクトル場の生成:ステップS5090)
ステップS5090において、解像度変換部103は、解像度を低減した変位ベクトル場を生成する。ステップS5050からステップS5080までの処理を通じて、変位ベクトル場のもっとも粗い解像度(rm)が算出され、不図示の記憶部に記録されている。本ステップの処理における入力は、ステップS5030で算出される解像度1の変位ベクトル場、ステップS5050からステップS5080までの処理を通じて算出される解像度ボリューム、そしてrmの3つである。これらの情報を入力して、1からrmまでの各解像度に対応する複数の変位ベクトル場を生成する。
(Generation of Displacement Vector Field with Reduced Resolution: Step S5090)
In step S5090, the
ある解像度rcに対応する変位ベクトル場の生成方法は、以下の通りである。まず、解像度ボリューム内の全ボクセルを走査して、解像度rcに割り当てられている全ボクセルを取得する。いま、変位ベクトル場の解像度がrcの時の、各軸方向のボクセルサイズを{sx×rc,sy×rc,sz×rc}とする。そして、ボクセルサイズが{sx×rc,sy×rc,sz×rc}であり、解像度rcに割り当てられている全ボクセルを内包する外接直方体を定義する。そして、前記外接直方体の各ボクセルについて、第1の実施形態における式(3)を用いて変位ベクトル場を算出する。このようにして、解像度rcの変位ベクトル場が生成される。 The method of generating the displacement vector field corresponding to a certain resolution rc is as follows. First, all voxels in the resolution volume are scanned to obtain all voxels assigned to the resolution rc. Now, when the resolution of the displacement vector field is rc, the voxel size in each axial direction is {sx×rc, sy×rc, sz×rc}. Then, a circumscribed rectangular parallelepiped having a voxel size of {sx×rc, sy×rc, sz×rc} and including all voxels assigned to the resolution rc is defined. Then, for each voxel of the circumscribed rectangular parallelepiped, the displacement vector field is calculated using the equation (3) in the first embodiment. In this way, a displacement vector field of resolution rc is generated.
なお、現在処理している解像度rcに割り当てられているボクセルが1つも存在しない場合は、該当の解像度に対応する変位ベクトル場は生成しないものとする。このような状況は、画像空間中の全領域の変形が解像度2以上の変位ベクトル場で表現可能であり、解像度1の変位ベクトル場を必要としない場合に発生する。不要な解像度の変位ベクトル場は生成されないため、変位ベクトル場の保存に必要なデータ量を抑えることができる。 When there is no voxel assigned to the resolution rc currently being processed, the displacement vector field corresponding to the relevant resolution is not generated. Such a situation occurs when the deformation of the entire region in the image space can be represented by a displacement vector field having a resolution of 2 or more and a displacement vector field having a resolution of 1 is not required. Since the displacement vector field with unnecessary resolution is not generated, the amount of data required to store the displacement vector field can be suppressed.
また、前述の通り、ある解像度rcの変位ベクトル場は、画像空間全領域にわたって定義されるわけではなく、解像度rcに割り当てられている全ボクセルを内包する外接直方体領域において定義される。このように、各解像度の変位ベクトル場は、必要な領域でのみ定義されるため、変位ベクトル場の保存に必要なデータ量を抑えることができる。 Further, as described above, the displacement vector field of a certain resolution rc is not defined over the entire area of the image space, but is defined in the circumscribed rectangular parallelepiped area including all the voxels assigned to the resolution rc. As described above, since the displacement vector field of each resolution is defined only in the necessary area, the amount of data required to store the displacement vector field can be suppressed.
(変形画像の生成処理:ステップS5100)
ステップS5100において、変形画像生成部110は、ステップS5090で生成された複数の解像度を持つ変位ベクトル場を用いて、変形画像を生成する。第1の実施形態における変形画像の生成処理(ステップS2050)と異なる点は、変形画像を生成するために、変位ベクトル場から変位量を取得する際に、どの解像度の変位ベクトル場を使用するか選択する必要がある点である。
(Transformed image generation process: step S5100)
In step S5100, the deformed
複数の解像度を持つ変位ベクトル場からの変位量取得は、以下の手順で行われる。いま、変位量を取得する座標値をpsとする。まず、解像度1の変位ベクトル場に対して、psにおける変位量を取得する。変位量が有効な値である場合はその値を採用する。「無効領域」を表す値が格納されている場合は、次の解像度(解像度2)の変位ベクトル場を探索する。このように、解像度1,解像度2,…と順次探索して、有効な解像度に到達するまで処理を行なう。
The displacement amount acquisition from the displacement vector field having a plurality of resolutions is performed by the following procedure. Now, assume that the coordinate value for acquiring the displacement amount is ps. First, for a displacement vector field of
このようにして取得された変位量から変形画像を生成する処理については、第1の実施形態におけるステップS2050の処理と同様である。 The process of generating a deformed image from the displacement amount thus acquired is the same as the process of step S2050 in the first embodiment.
本実施形態によれば、解像度を低減することによる影響が大きい局所領域には高い解像度の変位ベクトル場、解像度を低減することによる影響が小さい局所領域には低い解像度の変位ベクトル場を割り当てる。そして、これら変位ベクトル場を組み合わせて、画像空間全体の変形を表現する。そのため、第2の実施形態のように、解像度を低減することによる影響が大きい領域に合わせて画像空間全体の変位ベクトル場の解像度を決定する場合と比較すると、変位ベクトル場の表現能力を損なうことなく、データ量を低減できるという効果がある。 According to this embodiment, a high-resolution displacement vector field is assigned to a local area that is greatly affected by reducing the resolution, and a low-resolution displacement vector field is assigned to a local area that is less affected by reducing the resolution. Then, these displacement vector fields are combined to represent the deformation of the entire image space. Therefore, as compared with the case where the resolution of the displacement vector field of the entire image space is determined according to the region where the effect of reducing the resolution is large as in the second embodiment, the expression capability of the displacement vector field is impaired. There is an effect that the amount of data can be reduced.
<第4の実施形態>(第1の画像と第3の画像が空間的に一致していなくてもよい)
図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳しく説明する。図6は、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの一例を示す図である。画像処理システムは、画像処理装置600を備える。画像処理装置600は、第一位置合わせ部602、第二位置合わせ部609を備える。画像処理装置600の各ブロックの機能は、図1の場合と同様、情報処理装置がプログラムに従って動作することにより実現できる。なお、データ取得部601、解像度変換部603、変形画像生成部610、表示制御部611など、第1乃至第3の実施形態と同様の構成、機能、及び動作についての説明は簡略化し、主に本実施形態との差異について説明する。
<Fourth Embodiment> (The first image and the third image do not have to spatially match)
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing an example of an image processing system including the image processing apparatus according to the present embodiment. The image processing system includes an image processing device 600. The image processing device 600 includes a
第1乃至第3の実施形態では、第1の画像と第2の画像との間の位置合わせの結果得られる変位ベクトル場をデータサーバ150に保持し、その後、第1の画像と空間的な位置姿勢が一致している第3の画像に対して前記変位ベクトル場を適用する場合を説明した。これらの実施形態では、位置合わせに使用した第1の画像と、変形画像の生成元となる第3の画像とは、空間的な位置姿勢が一致していることを前提としていた。
In the first to third embodiments, the displacement vector field obtained as a result of the alignment between the first image and the second image is stored in the
一方、本実施形態に係る画像処理装置600は、この前提を緩和し、第1の画像と第3の画像の間の空間的な位置姿勢が完全に一致していなくても、変位ベクトル場を適用して変形画像を生成可能であることを特徴とする。これは、第1の実施形態におけるステップS2050(第3の画像に変位ベクトル場を適用する処理)に先立ち、第3の画像を第1の画像に位置合わせした第4の画像を生成することで実現される。 On the other hand, the image processing device 600 according to the present embodiment relaxes this premise, and the displacement vector field is calculated even if the spatial position and orientation between the first image and the third image do not completely match. It is characterized in that a deformed image can be generated by applying it. This is because the fourth image in which the third image is aligned with the first image is generated prior to step S2050 (the process of applying the displacement vector field to the third image) in the first embodiment. Will be realized.
第1の画像及び第3の画像の例としては、例えば、同時刻に撮像された異なるシーケンスのMRI画像が挙げられる。この場合、第1の画像と第3の画像はほぼ同時刻に撮像されるため、第1の画像と第3の画像間に生じている変位は、剛体変換で近似可能な程度の小さい変位であると考えられる。他にも、PET−CT画像のように、同時撮像される形態画像と機能画像を、第1の画像と第3の画像として用いることも可能である。 Examples of the first image and the third image include, for example, MRI images of different sequences captured at the same time. In this case, since the first image and the third image are captured at approximately the same time, the displacement occurring between the first image and the third image is a small displacement that can be approximated by rigid body transformation. It is believed that there is. Besides, it is also possible to use a morphological image and a functional image that are simultaneously captured, such as a PET-CT image, as the first image and the third image.
上記のように、第1の画像と第3の画像の間の変位が、剛体変換で近似可能な程度の小さい変位であると仮定して、本実施形態では、手動の剛体位置合わせを行なうことで、第3の画像を第1の画像に位置合わせする。そして、第3の画像を変位させて第1の画像に合わせることで得られる画像を、第4の画像とする。本実施形態では、第2位置合わせ部609が、上記第1の画像と第3の画像の間の位置合わせを行なう。そして、第3の画像を変位させて第1の画像に位置合わせした第4の画像を生成する。
As described above, in the present embodiment, it is assumed that the displacement between the first image and the third image is a displacement that is small enough to be approximated by rigid body transformation, and manual rigid body alignment is performed. Then, the third image is aligned with the first image. Then, an image obtained by displacing the third image and matching it with the first image is referred to as a fourth image. In the present embodiment, the
変形画像生成部610は、第2位置合わせ部609から取得した第4の画像に、データ取得部601から取得した変位ベクトル場を適用して、変形画像を生成する。
The deformed
次に、本実施形態に係る画像処理装置を含む画像処理システムの動作について説明する。図7は、画像処理装置600が行なう処理手順を示すフローチャートである。なお、図2に示す第1の実施形態における処理手順を比較すると、「剛体位置合わせ(ステップS
7090)」というステップが追加されているほかは、第1の実施形態と同様である。
Next, the operation of the image processing system including the image processing apparatus according to this embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure performed by the image processing device 600. In addition, comparing the processing procedure in the first embodiment shown in FIG. 2, "rigid body alignment (step S
7090)” is added, and is the same as the first embodiment.
(剛体位置合わせ処理:ステップS7090)
ステップS7080において、第2位置合わせ部609は、データ取得部601から取得した変形元画像(第3の画像)を、ステップS2030における変形元画像(第1の画像)に位置合わせする。そして、その位置合わせ結果に基づいて第3の画像を変形した第2の変形画像を生成して、変形画像生成部610へと出力する。
(Rigid body alignment processing: Step S7090)
In step S7080, the
位置合わせは、ユーザによる指示を取得して行なう。ユーザは、第1の画像、第3の画像、及びこれらを重畳して表示させた画像を目視で確認して、第3の画像を移動・回転させて第1の画像に位置合わせする位置合わせ処理を行なう。ユーザからは、操作部160を介して位置合わせ指示が行われる。なお、本実施形態では、ユーザの指示を取得して手動で位置合わせをするのではなく、第1の画像と第3の画像の間の位置合わせを自動で行なう構成であってもよい。自動位置合わせには、種々の公知の手法を利用できる。
Positioning is performed by obtaining an instruction from the user. The user visually confirms the first image, the third image, and the image in which these images are superimposed and displayed, and moves/rotates the third image to align with the first image. Perform processing. The user issues a position alignment instruction via the
本実施形態によると、第1の画像と第3の画像が空間的に一致していない場合でも、第1の実施形態の場合と同様に、データサーバ150に保持された、解像度が低減された変位ベクトル場を利用できる。
According to the present embodiment, even when the first image and the third image do not spatially match, as in the case of the first embodiment, the resolution retained in the
以上述べたように、本発明の各実施形態に係る画像処理装置や画像処理方法によれば、画像間位置合わせを行なう画像の解像度が高い場合でも、変形の表現能力を失うことなく、変位ベクトル場のデータ量を低減できる。 As described above, according to the image processing device and the image processing method according to the embodiments of the present invention, even when the resolution of the images for which the inter-image registration is performed is high, the displacement vector is not lost and the displacement vector is not lost. The amount of data in the field can be reduced.
<その他の実施形態>
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ(又はCPU、MPU等のデバイス)によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。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。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体(つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体)から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ(CPU、MPU等のデバイスを含む)、上記方法、上記プログラム(プログラムコード、プログラムプロダクトを含む)、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention can also be implemented by a computer (or a device such as a CPU or MPU) of a system or apparatus that realizes the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. Further, for example, the present invention can be implemented by a method including steps executed by a computer of a system or apparatus that realizes the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. .. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions. For this purpose, the program is stored in the computer through a network or from various types of storage media that can serve as the storage device (that is, a computer-readable storage medium that holds data non-temporarily). Provided to. Therefore, the computer (including devices such as CPU and MPU), the method, the program (including program code and program product), and the computer-readable recording medium that holds the program non-temporarily are all the present book. It is included in the category of invention.
100,600:画像処理装置、102:位置合わせ部、103,603:解像度変換部 100, 600: image processing device, 102: alignment unit, 103, 603: resolution conversion unit
Claims (20)
前記第1の解像度の前記第1の変位ベクトル場と、前記第1の解像度とは異なる解像度の第2の変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、第2の解像度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記第2の解像度で第3の変位ベクトル場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。 Acquisition means for acquiring a first displacement vector field of a first resolution for deforming the first image and aligning it with the second image;
Determining means for determining the second resolution based on an error in the amount of displacement between the first displacement vector field having the first resolution and the second displacement vector field having a resolution different from the first resolution. When,
An image processing apparatus, comprising: a generation unit configured to generate a third displacement vector field at the second resolution determined by the determination unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1, further comprising storage means for storing the third displacement vector field generated at the second resolution.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1, wherein the acquisition unit acquires the first displacement vector field of the first resolution by using a deformation model.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 4. The image processing according to claim 1, wherein the first image and the second image are images obtained by imaging a subject under different imaging conditions. apparatus.
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 4, wherein the imaging condition is an imaging modality.
前記第2の解像度の前記第3の変位ベクトル場を用いて前記第1の画像を変形させた変形画像を生成し、該変形画像と前記第2の画像の差分画像を生成する変形画像生成手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Image acquisition means for acquiring the first image and the second image;
A deformed image generating unit that generates a deformed image obtained by deforming the first image using the third displacement vector field of the second resolution, and generates a difference image between the deformed image and the second image. When,
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記第2の解像度の前記第3の変位ベクトル場を用いて、前記第1の画像または前記第3の画像を変形させた変形画像を生成する変形画像生成手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Image acquisition means for acquiring the first image or a third image in which the position and orientation of the subject are substantially the same as the first image;
Deformed image generation means for generating a deformed image obtained by deforming the first image or the third image using the third displacement vector field of the second resolution,
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記第3の画像を変形させて第1の画像に位置合わせした変形画像を生成し、前記第3の画像を変形させた変形画像を、前記第2の解像度の前記第3の変位ベクトル場を用いてさらに変形させる変形画像生成手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Image acquisition means for acquiring the first image and a third image in which the subject is the same and has different positions and orientations;
The third image is deformed to generate a deformed image aligned with the first image, and the deformed image obtained by deforming the third image is converted into the third displacement vector field of the second resolution. Deformed image generation means for further deforming using
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The determining means determines an error between a displacement amount due to the first displacement vector field having the first resolution and a displacement amount due to the second displacement vector field having a resolution lower than the first resolution to be a predetermined value. 9. The image processing apparatus according to claim 1, wherein a resolution that is lower than the first resolution is determined as the second resolution when it is within the allowable amount of.
前記第1の解像度の前記第1の変位ベクトル場に含まれる複数のボクセルをサンプリングすることで、前記第1の解像度よりも低減された解像度の前記第2の変位ベクトル場を取得し、
前記サンプリングされた各ボクセルにおいて、前記第1の解像度の前記第1の変位ベクトル場による第1の変位量と、前記第1の解像度よりも低減された解像度の前記第2の変位ベクトル場による第2の変位量を取得して、前記第1の変位量と前記第2の変位量の差分を取得し、
前記サンプリングされた各ボクセルにおける前記差分を加算した値を前記所定の許容量と比較する
ことを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。 The determining means is
Sampling a plurality of voxels included in the first displacement vector field of the first resolution to obtain the second displacement vector field of a resolution lower than the first resolution,
In each of the sampled voxels, a first displacement amount by the first displacement vector field having the first resolution and a second displacement vector field by the second displacement vector field having a resolution lower than the first resolution. 2 displacement amount is acquired, and a difference between the first displacement amount and the second displacement amount is acquired,
The image processing apparatus according to claim 9, wherein a value obtained by adding the difference in each of the sampled voxels is compared with the predetermined allowable amount.
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 It said determining means before Symbol first and the deformed image of said first using the displacement vector field to deform said first image resolution, the first resolution said reduced resolution than the second resolution difference obtained using the displacement vector field by comparing the deformed image obtained by deforming the first image, if it is within the allowable amount of Jo Tokoro, which is lower than the first resolution of the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the determining a second resolution.
前記決定手段は、前記局所領域の情報に基づいて前記第3の変位ベクトル場の前記第2の解像度を決定する
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Further having a local area acquisition means for acquiring a local area having a large degree of deformation complexity,
12. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the determining unit determines the second resolution of the third displacement vector field based on information of the local area. ..
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The third displacement vector field is composed of a plurality of displacement vector fields having different resolutions, and which of the plurality of displacement vector fields is applied to each voxel of the third displacement vector field. 13. The image processing apparatus according to claim 1, wherein is set.
前記第1の変位ベクトル場と、前記第1の変位ベクトル場とはサンプリング間隔が異なる第2の変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、前記サンプリング間隔を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記サンプリング間隔で第3の変位ベクトル場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。 Acquisition means for acquiring a first displacement vector field for deforming the first image and aligning it with the second image using the deformation model;
Wherein a first displacement vector field, and determining means wherein the first displacement vector field based on the error of the amount of displacement of the second displacement of vector field sampling interval are different, determines the sampling interval,
An image processing apparatus comprising: a generation unit configured to generate a third displacement vector field at the sampling interval determined by the determination unit.
ことを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 14, further comprising a storage unit that stores the third displacement vector field.
第1の画像を変形させて第2の画像に位置合わせするための、第1の解像度の変位ベクトル場を取得する取得ステップと、
前記第1の解像度の前記変位ベクトル場と、前記第1の解像度とは異なる解像度の前記変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、第2の解像度を決定する決定ステップと、
前記決定ステップにより決定された前記第2の解像度で前記変位ベクトル場を生成する生成ステップと
を実行することを特徴とする画像処理方法。 Computer
An acquisition step of acquiring a displacement vector field of a first resolution for deforming the first image to align it with the second image;
A determining step of determining a second resolution based on an error in the amount of displacement between the displacement vector field having the first resolution and the displacement vector field having a resolution different from the first resolution;
An image processing method characterized by executing a generation step of generating the displacement vector field in said second resolution determined by the determining step.
前記生成ステップにより前記第2の解像度で生成された前記変位ベクトル場を保存する保存ステップをさらに実行する
ことを特徴とする請求項16に記載の画像処理方法。 Computer
The image processing method according to claim 16, characterized by further executing a storage step of storing the displacement vector field generated by the second resolution by the generation step.
変形モデルを用いて、第1の画像を変形させて第2の画像に位置合わせするための第1の変位ベクトル場を取得する取得ステップと、
前記第1の変位ベクトル場と、サンプリング間隔が前記第1の変位ベクトル場とは異なる第2の変位ベクトル場との変位量の誤差に基づいて、サンプリング間隔を決定する決定ステップと、
前記決定ステップにより決定された前記サンプリング間隔で第3の変位ベクトル場を生成する生成ステップと、
を実行することを特徴とする画像処理方法。 Computer
An acquisition step of acquiring a first displacement vector field for deforming the first image and aligning it with the second image using the deformation model;
A determining step of determining a sampling interval based on an error in displacement amount between the first displacement vector field and a second displacement vector field having a sampling interval different from the first displacement vector field;
A generating step of generating a third displacement vector field at the sampling interval determined by the determining step;
An image processing method characterized by executing .
前記第3の変位ベクトル場を保存する保存ステップをさらに実行する
ことを特徴とする請求項18に記載の画像処理方法。 Computer
The image processing method according to claim 18, characterized by further executing a storage step of storing said third displacement vector field.
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