JP6739658B2 - 医用画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、被検体の脳画像と標準脳画像とを位置合わせするための医用画像処理装置、方法およびプログラムに関するものである。
高齢化社会の到来により、認知症疾患の患者が年々増加している。認知症は脳にアミロイドβと呼ばれるタンパク質が蓄積することによって脳の萎縮が進行し、認知能力が低下することにより発症する。認知症の治療法は存在しないため、脳の萎縮を早期に発見し、認知症の進行を遅らせるための治療を早期に開始することが生活の質を維持する上で重要である。
このような要望に応えるべく、近年、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）およびＰＥＴ（Positron Emission Tomography）等の核医学検査、並びにＣＴ（Computerized Tomography）装置により取得されるＣＴ画像およびＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置により取得されるＭＲＩ画像によって脳の状態に関する情報が取得可能になってきている。例えば、脳の局所的な部位の血流および代謝の低下は、ＳＰＥＣＴおよびＰＥＴの画像を用いて、脳の局所的な部位の経時的な変化を求めることにより発見することができる。
一方、脳の萎縮については、ＭＲＩ画像によって脳の特定部位の容積を求め、容積の経時的な変化を比較することにより発見することができる。例えば、特許文献１には、撮影日時が異なる２つの脳画像の位置合わせを行い、その後２つの脳画像のそれぞれを組織領域（灰白質および白質）に領域分割し、組織領域毎に変化量を取得する手法が提案されている。
一方、例えばブロードマンの脳地図にしたがって領域分割された標準脳画像と、患者の脳画像とを位置合わせして、患者の脳画像を領域分割する手法が提案されている（特許文献２参照）。ここで、ブロードマンの脳地図においては、標準脳の大脳皮質の３次元領域内において、どの領域がどの脳機能（運動、言語、知覚、記憶、視覚、聴覚等）を司っているかが示されている。このように患者の脳画像を領域分割した上で、領域毎の容積の変化量を取得する手法が提案されている（非特許文献１，２）。非特許文献１，２に記載された手法においては、まず、患者の第１の脳画像と標準脳画像とを位置合わせして第１の脳画像を領域分割し、第１の脳画像よりも撮影日時が新しい患者の第２の脳画像と標準脳画像とを位置合わせして第２の脳画像を領域分割する。そして、第１の脳画像および第２の脳画像における対応する領域間で容積の変化量を取得している。
また、脳画像と標準脳画像とを位置合わせする手法も提案されている。例えば、特許文献３には、脳画像に含まれる解剖学的構造にマーカを設定し、マーカを用いて位置合わせアルゴリズムの組み合わせによって標準脳画像を脳画像に位置合わせする手法が提案されている。特許文献３においては、位置合わせアルゴリズムの組合わせとして、剛体位置合わせの適用に続いてアフィン位置合わせを適用し、さらにＢスプライン位置合わせを行う手法が提案されている。
Subregional neuroanatomical change as a biomarker for Alzheimer's disease、Dominic Hollandら、Proceedings of the National Academy of Sciences、106巻、49号、20954-20959頁、2009/12/8
aBEAT: A Toolbox for Consistent Analysis of Longitudinal Adult Brain MRI、Yakang Daiら、Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative、April 3, 2013
しかしながら、特許文献３に記載された手法においては、表示された画像において解剖学的構造をユーザが探し、探した解剖学的構造にユーザがマーカを設定する必要があるため、ユーザの作業の負担が大きい。また、特許文献３には解剖学的構造について具体的な記載はなく、マーカを設置する解剖学的構造の種類によっては、脳画像と標準脳画像とを精度よく位置合わせできない場合がある。また、特許文献３に記載された手法は、剛体位置合わせの後にアフィン変換を行っている。しかしながら、特許文献３に記載の手法においては、アフィン変換の自由度が高く、解剖学的構造としてあり得ない変形も含んでいる。このため、アフィン変換により、脳に含まれる解剖学的構造が不自然に変形される可能性もある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、脳画像と標準脳画像とをより適切に位置合わせできるようにすることを目的とする。
本発明による医用画像処理装置は、被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出するランドマーク検出部と、
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う第１の位置合わせ部と、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う第２の位置合わせ部とを備える。
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う第１の位置合わせ部と、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う第２の位置合わせ部とを備える。
なお、本発明による医用画像処理装置においては、ランドマーク検出部は、標準脳画像における基準ランドマークを含むテンプレートと脳画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、基準ランドマークを検出するものであってもよい。
また、本発明による医用画像処理装置においては、第１の位置合わせ部は、基準ランドマークを用いた位置合わせの後、脳画像の全体と標準脳画像の全体との追加の位置合わせを、第１の位置合わせとして行うものであってもよい。
また、本発明による医用画像処理装置においては、ランドマーク検出部は、基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、さらに脳画像から少なくとも１つの局所的ランドマークを検出し、
第１の位置合わせ部は、検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークと、標準脳画像に含まれる検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを、第１の位置合わせとして行うものであってもよい。
第１の位置合わせ部は、検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークと、標準脳画像に含まれる検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを、第１の位置合わせとして行うものであってもよい。
本発明による医用画像処理方法は、被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出し、
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う。
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う。
なお、本発明による医用画像処理方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明による他の医用画像処理装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出し、
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う処理を実行する。
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出し、
脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、
第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う処理を実行する。
本発明によれば、被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークが検出され、脳画像および標準脳画像の間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせが行われ、第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせが行われる。このため、脳画像に含まれる左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの解剖学的領域が不自然に変形されることなく、脳画像と標準脳画像とを位置合わせすることができる。したがって、脳画像と標準脳画像とをより適切に位置合わせすることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による医用画像処理装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、診断支援システムでは、第１の実施形態による医用画像処理装置１、３次元画像撮影装置２、および画像保管サーバ３が、ネットワーク４を経由して通信可能な状態で接続されている。
３次元画像撮影装置２は、被検体である患者の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す３次元の医用画像を生成する装置であり、具体的には、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、およびＰＥＴ装置等である。３次元画像撮影装置２により生成された医用画像は画像保管サーバ３に送信され、保存される。なお、本実施形態においては、３次元画像撮影装置２はＭＲＩ装置であり、被検体の脳を含む頭部のＭＲＩ画像を３次元の脳画像として生成する。
画像保管サーバ３は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ３は、有線あるいは無線のネットワーク４を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には３次元画像撮影装置２で生成された医用画像の画像データを含む各種データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、画像データの格納形式およびネットワーク４経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）等のプロトコルに基づいている。なお、本実施形態においては、複数の３次元の脳画像の画像データが画像保管サーバ３に保存されているものとする。また、画像保管サーバ３には、後述する標準脳画像の画像データも保存されているものとする。
医用画像処理装置１は、１台のコンピュータに、第１の実施形態の医用画像処理プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。医用画像処理プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、もしくはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図２は、コンピュータに医用画像処理プログラムをインストールすることにより実現される医用画像処理装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、医用画像処理装置１は、標準的なワークステーションの構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）
１１、メモリ１２およびストレージ１３を備えている。また、医用画像処理装置１には、液晶ディスプレイ等のディスプレイ１４、並びにキーボードおよびマウス等の入力部１５が接続されている。
１１、メモリ１２およびストレージ１３を備えている。また、医用画像処理装置１には、液晶ディスプレイ等のディスプレイ１４、並びにキーボードおよびマウス等の入力部１５が接続されている。
ストレージ１３は、ハードディスクまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなる。ストレージ１３には、ネットワーク４を経由して画像保管サーバ３から取得した、被検体の脳画像Ｂ０、標準脳画像Ｂｓおよび処理に必要な情報を含む各種情報が記憶されている。
ここで、標準脳画像Ｂｓとは、標準的な形状および大きさ、並びに標準的な濃度（画素値）を有する脳、すなわち標準脳を表す３次元の脳画像である。標準脳画像Ｂｓは、複数の健常者の頭部を３次元画像撮影装置により取得した複数の脳画像から脳を抽出し、抽出した複数の脳を平均することにより生成することができる。また、標準脳画像Ｂｓは、コンピュータグラフィックス等により作成されたものであってもよい。また、一人の健常者の脳画像を標準脳画像Ｂｓとして用いてもよい。
また、メモリ１２には、医用画像処理プログラムが記憶されている。医用画像処理プログラムは、ＣＰＵ１１に実行させる処理として、被検体の脳を含む脳画像Ｂ０を取得する画像取得処理、脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出するランドマーク検出処理、脳画像Ｂ０および標準脳画像Ｂｓの間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせ処理、並びに第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像Ｂｓの間での非線形変換による第２の位置合わせ処理を規定する。
そして、ＣＰＵ１１がプログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータは、画像取得部２１、ランドマーク検出部２２、第１の位置合わせ部２３および第２の位置合わせ部２４として機能する。なお、医用画像処理装置１は、画像取得処理、ランドマーク検出処理、第１の位置合わせ処理および第２の位置合わせ処理をそれぞれ行う複数のプロセッサまたは処理回路を備えるものであってもよい。
画像取得部２１は、標準脳画像Ｂｓと位置合わせするための脳画像Ｂ０を画像保管サーバ３から取得する。なお、脳画像Ｂ０が既にストレージ１３に記憶されている場合には、画像取得部２１は、ストレージ１３から脳画像Ｂ０を取得するようにしてもよい。ここで、本実施形態においては、画像保管サーバ３に保管されているのは被検体の頭部を撮影することにより取得した脳画像であり、頭蓋骨等の脳以外の構造物も含まれる。また、画像取得部２１は、標準脳画像Ｂｓも画像保管サーバ３から取得する。
ランドマーク検出部２２は、脳画像Ｂ０から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出する。本実施形態においては、左目、右目、間脳および脳弓の４つの基準ランドマークを検出するが、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出するものであれば、これに限定されない。図３は脳画像Ｂ０における左目および右目、間脳並びに脳弓のそれぞれが見られる断層面におけるスライス画像を示す図である。図３においてスライス画像Ｇ１には左目および右目が含まれ、スライス画像Ｇ２には間脳が含まれ、スライス画像Ｇ３には脳梁が含まれる。なお、各スライス画像Ｇ１〜Ｇ３における左右の目、間脳および脳梁を丸で囲んでいる。
ここで、本実施形態においては、基準ランドマークの重心位置を検出するものとするが、基準ランドマークの端部の画素位置または輪郭線上の各画素位置等を検出するものであってもよい。また、基準ランドマークの領域そのもの、すなわち基準ランドマーク内の全ての画素位置を検出するものであってもよい。
基準ランドマークの検出のために、ランドマーク検出部２２は、左目、右目、間脳および脳弓のそれぞれを検出するように機械学習がなされた判別器を備える。機械学習は、例えばAda-Boost等の任意の手法を用いる。なお、標準脳画像Ｂｓにおいては、左目、右目、間脳および脳弓の４つの基準ランドマークの位置はすでに検出され、ストレージ１３に保存されているものとする。
ここで、基準ランドマークの検出は、３次元の脳画像Ｂ０に対して行ってもよいが、脳画像Ｂ０のスライス画像に対して行うようにしてもよい。この場合、スライス画像は、サジタル断面、コロナル断面およびアキシャル断面のいずれの断面のスライス画像を用いてもよい。
なお、判別器により基準ランドマークを検出した後、検出した基準ランドマークの周辺領域において、テンプレートマッチングを行うようにしてもよい。この場合、左目、右目、間脳および脳弓のそれぞれの領域を標準脳画像Ｂｓから抽出したテンプレートをストレージ１３に記憶しておく。そして、ランドマーク検出部２２は、左目、右目、間脳および脳弓のそれぞれのテンプレートと、脳画像Ｂ０において検出された基準ランドマークの周辺領域とのテンプレートマッチングを行う。これにより、脳画像Ｂ０における基準ランドマークをより精度よく検出することができる。一方、判別器を使用することなく、テンプレートマッチングのみにより基準ランドマークを検出してもよい。
第１の位置合わせ部２３は、脳画像Ｂ０および標準脳画像Ｂｓの間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う。具体的には、ランドマーク検出部２２により検出された基準ランドマークと、標準脳画像Ｂｓにおける検出された基準ランドマークに対応する基準ランドマークとの相似変換による位置合わせを行う。ここで、脳画像Ｂ０から検出した４つの基準ランドマークの脳画像Ｂ０における位置をＰｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４とし、検出された基準ランドマークに対応する標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークの位置をＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４で表すものとする。なお、以降の説明においては、脳画像Ｂ０から検出した基準ランドマークの参照符号としてＰｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４を使用し、標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークをＰの参照符号としてＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４を使用する場合があるものとする。第１の位置合わせ部２３は、下記の式（１）を用いて、脳画像Ｂ０における基準ランドマークＰｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４と、標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４との間の相似変換の係数を算出する。なお、式（１）はΣ内の値を最小にする係数を算出することを意味する。また、式（１）においては、脳画像Ｂ０における基準ランドマークの位置をＰｔｉ（ｉ＝１〜４）、標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークの位置をＰｓｉで示しているが、実際には３次元の座標値を有する。
第１の位置合わせ部２３は、脳画像Ｂ０を標準脳画像Ｂｓと一致させるように、脳画像Ｂ０を相似変換して第１の位置合わせを行う。すなわち、式（１）により算出した係数Ｓ（ｓx，ｓy，ｓz）、Ｒ（θx，θy，θz）およびＴ（ｔx，ｔy，ｔz）を用いて、脳画像Ｂ０を相似変換して第１の位置合わせを行う。なお、このようなスケーリングマトリクスＳと、回転マトリクスＲと、移動ベクトルＴとを正確に算出するためには、少なくとも４つの基準ランドマークが必要である。仮に基準ランドマークが３つである場合、例えば、係る３つの基準ランドマークにより構成される平面に対する、法線方向の拡大及び縮小を表すスケーリンマトリクスが正確に定まらず、位置合わせの精度が低くなってしまう。なお、これら少なくとも４つの基準ランドマークが同時に同一平面上には無い必要がある。
図４は第１の位置合わせにより標準脳画像に位置合わせされた脳画像を示す図である。第１の位置合わせにより、図４に示すように３つの脳画像Ｂ１〜Ｂ３が標準脳画像Ｂｓと位置合わせされ、第１の位置合わせ後の脳画像Ｂｄ１〜Ｂｄ３が生成される。第１の位置合わせ後の脳画像Ｂｄ１〜Ｂｄ３は基準ランドマークの位置がほぼ一致しており、かつ形状および大きさもほぼ一致するものとなる。なお、図４の第１の位置合わせ後の脳画像Ｂｄ１〜Ｂｄ３においては、脳領域のみを抽出している。また、図４は、脳画像および位置合わせされた脳画像のサジタル断面におけるスライス画像を示している。ここで、図４に示すように、第１の位置合わせのみによっては、脳画像Ｂ０は標準脳画像Ｂｓとは完全に一致しないものとなる。
第２の位置合わせ部２４は、第１の位置合わせ後の脳画像Ｂ１および標準脳画像Ｂｓの間での非線形変換による第２の位置合わせを行う。非線形変換による位置合わせとしては、例えばＢスプラインおよびシンプレートスプライン(Thin Plate Spline)等の非線形関数を用いて画素位置を変換することによる位置合わせ、または微分同相写像（Diffeomorphc）を用いた非線形変換を用いる位置合わせ等を用いることができる。また、第２の位置合わせにおいては、これらの異なる非線形変換を組み合わせるようにしてもよい。本実施形態においては、Ｂスプライン関数を用いた非線形変換による位置合わせを行った後、微分同相写像を用いた非線形変換による位置合わせを行うものとする。この際、第１の位置合わせ部２３が算出した第１の位置合わせの結果を、Ｂスプライン関数を用いた非線形変換による位置合わせの初期値とすればよい。また、Ｂスプライン関数を用いた非線形変換による位置合わせの結果を、微分同相写像を用いた非線形変換による位置合わせの初期値とすればよい。
また、第２の位置合わせとして、まず、第１の位置合わせの結果を初期値として、シンプレートスプラインを用いた非線形変換による位置合わせを行い、その後、シンプレートスプラインによる非線形変換による位置合わせの結果を初期値として、Ｂスプライン関数を用いた非線形変換を行ってもよい。この場合、さらに微分同相写像を用いた非線形変換を行ってもよい。このように第２の位置合わせを行うことにより、脳画像Ｂ０をより精度よく標準脳画像Ｂｓに一致させることができる。
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図５は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、標準脳画像Ｂｓは画像保管サーバ３から取得されて、ストレージ１３に保存されているものとする。まず、画像取得部２１が、位置合わせの対象となる脳画像Ｂ０を取得する（ステップＳＴ１）。そして、ランドマーク検出部２２が、脳画像Ｂ０から左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出する（ステップＳＴ２）。
次いで、第１の位置合わせ部２３が、脳画像Ｂ０および標準脳画像Ｂｓの間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う（ステップＳＴ３）。そして、第２の位置合わせ部２４が、第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像Ｂｓの間での非線形変換による第２の位置合わせを行い(ステップＳＴ４)、処理を終了する。位置合わせ後の脳画像は、脳の萎縮率の算出等に供される。
このように、第１の実施形態によれば、被検体の脳を含む脳画像Ｂ０から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出し、脳画像Ｂ０および標準脳画像Ｂｓの間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像Ｂｓの間での非線形変換による第２の位置合わせを行うようにした。このため、脳画像Ｂ０に含まれる左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの解剖学的領域が不自然に変形されることなく、脳画像Ｂ０と標準脳画像Ｂｓとを位置合わせすることができる。したがって、脳画像Ｂ０と標準脳画像Ｂｓとをより適切に位置合わせすることができる。
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態による医用画像処理装置の構成は、上記第１の実施形態における医用画像処理装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置についての詳細な説明は省略する。第２の実施形態においては、ランドマーク検出部２２において、基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、さらに脳画像Ｂ０から少なくとも１つの局所的ランドマークを検出し、第１の位置合わせ部２３において、脳画像Ｂ０から検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークと、標準脳画像Ｂｓに含まれる検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを、第１の位置合わせとして行うようにした点が第１の実施形態と異なる。
第２の実施形態においては、ランドマーク検出部２２は、第１の実施形態における基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、基準ランドマークとは異なる少なくとも１つの局所的ランドマークをさらに検出する。図６は局所的ランドマークの検出を説明するための、標準脳画像Ｂｓのスライス画像Ｇｓを示す図である。第２の実施形態においては、図６に示すように、標準脳画像Ｂｓのスライス画像Ｇｓに対して、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬以外の、局所的ランドマークＦｓｉが設定されている。局所的ランドマークＦｓｉとしては、例えば脳溝、脳溝の端部および脳室等を用いることができる。なお、図６においては４つの局所的ランドマークＦｓ１〜Ｆｓ４が設定されている。また、第２の実施形態においては、標準脳画像Ｂｓの局所的ランドマークＦｓｉを含む局所的領域を、テンプレートとしてストレージ１３に記憶しておく。
第２の実施形態においては、ランドマーク検出部２２は、基準ランドマークを用いた位置合わせの結果、すなわち上記式（１）により算出した係数を用いて、下記の式（２）により標準脳画像Ｂｓに設定した局所的ランドマークＦｓｉを脳画像Ｂ０にマッピングして、局所的ランドマークＦｓｉに対応する仮の局所的ランドマークの位置Ｆｐｔｉを脳画像Ｂ０に設定する。
ここで、局所的ランドマークＦｔｉの検出は、３次元の脳画像Ｂ０に対して行ってもよいが、脳画像Ｂ０のスライス画像に対して行うようにしてもよい。この場合、スライス画像は、サジタル断面、コロナル断面およびアキシャル断面のいずれの断面のスライス画像を用いてもよい。
第２の実施形態において、第１の位置合わせ部２３は、脳画像Ｂ０から検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークと、標準脳画像Ｂｓに含まれる検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを行う。具体的には、下記の式（３）を用いて、脳画像Ｂ０における基準ランドマークＰｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４および局所的ランドマークＦｔｉと、標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４および局所的ランドマークＦｓｉとの間の相似変換の係数を算出する。なお、式（３）は２つのΣ内の値の和を最小にする係数を算出することを意味する。また、式（３）においても、脳画像Ｂ０における基準ランドマークの位置をＰｔｉ、脳画像Ｂ０における局所的ランドマークの位置をＦｔｉ、標準脳画像Ｂｓにおける基準ランドマークの位置をＰｓｉ、標準脳画像Ｂｓにおける局所的ランドマークの位置をＦｓｉで示しているが、実際には３次元の座標値を有する。
第２の実施形態においては、第１の位置合わせ部２３は、さらなる位置合わせの結果に基づいて、脳画像Ｂ０と標準脳画像Ｂｓの第１の位置合わせを行う。すなわち、式（３）により算出した係数Ｓ１（ｓx，ｓy，ｓz）、Ｒ１（θx，θy，θz）、Ｔ１（ｔx，ｔy，ｔz）、Ｓ２（ｓx，ｓy，ｓz）、Ｒ２（θx，θy，θz）およびＴ２（ｔx，ｔy，ｔz）により、脳画像Ｂ０を相似変換して第１の位置合わせを行う。
次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図７は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、標準脳画像Ｂｓは画像保管サーバ３から取得されて、ストレージ１３に保存されているものとする。まず、画像取得部２１が、正規化の対象となる脳画像Ｂ０を取得する（ステップＳＴ１１）。そして、ランドマーク検出部２２が、脳画像Ｂ０から左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出する（ステップＳＴ１２）。
次いで、第１の位置合わせ部２３が、脳画像Ｂ０および標準脳画像Ｂｓの間での基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを行い、基準ランドマークを用いた位置合わせの結果を取得する（ステップＳＴ１３）。さらに、ランドマーク検出部２２が、基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、脳画像Ｂ０から局所的ランドマークを検出する(ステップＳＴ１４)。
そして、第１の位置合わせ部２３が、ランドマーク検出部２２により検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークと、標準脳画像Ｂｓにおける検出された基準ランドマークおよび局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを第１の位置合わせとして行う（ステップＳＴ１５）。そして、第２の位置合わせ部２４が、第１の位置合わせ後の脳画像および標準脳画像Ｂｓの間での非線形変換による第２の位置合わせを行い(ステップＳＴ１６)、処理を終了する。位置合わせ後の脳画像は、脳の萎縮率の算出等の診断に供される。
なお、上記第１および第２の実施形態においては、第１の位置合わせを行った後に、さらに脳画像Ｂ０の全体、すなわち脳画像Ｂ０の形状および大きさを標準脳画像Ｂｓの形状および大きさと一致させるための追加の位置合わせを行ってもよい。追加の位置合わせにおいては、第１の位置合わせ部２３は、脳画像Ｂ０の形状および大きさを標準脳画像Ｂｓの形状および大きさと一致させるための追加の係数を算出する。この場合、第１の位置合わせ部２３は、追加の係数をさらに用いて脳画像Ｂ０を標準脳画像Ｂｓに位置合わせする。これにより、脳画像Ｂ０に含まれる解剖学的領域に加えて、脳の形状および大きさも標準脳画像Ｂｓと精度よく一致させることができる。
また、上記第１および第２の実施形態においては、被検体のＭＲＩ画像を脳画像として用いているが、ＣＴ画像、ＰＥＴ画像等およびＭＲＩ画像以外の医用画像を脳画像として用いてもよい。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
標準脳画像における基準ランドマークを含むテンプレートと脳画像とのテンプレートマッチングを行うことによって基準ランドマークを検出することにより、精度よく基準ランドマークを検出することができる。
基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、さらに脳画像から少なくとも１つの局所的ランドマークを検出し、検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークと、標準脳画像に含まれる検出された基準ランドマークおよび検出された局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを第１の位置合わせとして行うことにより、さらに精度よく脳を正規化することができる。
位置合わせの後、脳画像の全体と標準脳画像の全体との追加の位置合わせを行うことにより、脳およびその周辺に含まれる左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの解剖学的領域に加えて、脳の形状および大きさも精度よく標準脳画像と一致させることができる。
１ 脳画像正規化装置
２ ３次元画像撮影装置
３ 画像保管サーバ
４ ネットワーク
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ストレージ
１４ ディスプレイ
１５ 入力部
２１ 画像取得部
２２ ランドマーク検出部
２３ 第１の位置合わせ部
２４ 第２の位置合わせ部
Ｂ１〜Ｂ３ 脳画像
Ｂｄ１〜Ｂｄ３ 第１の位置合わせ後の脳画像
Ｂｓ 標準脳画像
Ｆｓ１〜Ｆｓ４ 局所的ランドマーク
Ｇ１〜Ｇ３、Ｇｓ スライス画像
２ ３次元画像撮影装置
３ 画像保管サーバ
４ ネットワーク
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ストレージ
１４ ディスプレイ
１５ 入力部
２１ 画像取得部
２２ ランドマーク検出部
２３ 第１の位置合わせ部
２４ 第２の位置合わせ部
Ｂ１〜Ｂ３ 脳画像
Ｂｄ１〜Ｂｄ３ 第１の位置合わせ後の脳画像
Ｂｓ 標準脳画像
Ｆｓ１〜Ｆｓ４ 局所的ランドマーク
Ｇ１〜Ｇ３、Ｇｓ スライス画像
Claims (6)
- 被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出するランドマーク検出部と、
前記脳画像および標準脳画像の間での前記基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う第１の位置合わせ部と、
前記第１の位置合わせ後の前記脳画像および前記標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う第２の位置合わせ部とを備えた医用画像処理装置。 - 前記ランドマーク検出部は、前記標準脳画像における前記基準ランドマークを含むテンプレートと前記脳画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記基準ランドマークを検出する請求項１に記載の医用画像処理装置。
- 前記第１の位置合わせ部は、前記基準ランドマークを用いた位置合わせの後、前記脳画像の全体と前記標準脳画像の全体との追加の位置合わせを、前記第１の位置合わせとして行う請求項１または２に記載の医用画像処理装置。
- 前記ランドマーク検出部は、前記基準ランドマークを用いた位置合わせの結果に基づいて、さらに前記脳画像から少なくとも１つの局所的ランドマークを検出し、
前記第１の位置合わせ部は、検出された前記基準ランドマークおよび検出された前記局所的ランドマークと、前記標準脳画像に含まれる前記検出された基準ランドマークおよび前記検出された局所的ランドマークのそれぞれに対応する基準ランドマークおよび局所的ランドマークとの相似変換によるさらなる位置合わせを、前記第１の位置合わせとして行う請求項１から３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。 - 被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出し、
前記脳画像および標準脳画像の間での前記基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行い、
前記第１の位置合わせ後の前記脳画像および前記標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う医用画像処理方法。 - 被検体の脳を含む脳画像から、左目、右目、間脳、脳弓、脳梁、左海馬および右海馬のうちの少なくとも４つの基準ランドマークを検出する手順と、
前記脳画像および標準脳画像の間での前記基準ランドマークを用いた相似変換による位置合わせを含む第１の位置合わせを行う手順と、
前記第１の位置合わせ後の前記脳画像および前記標準脳画像の間での非線形変換による第２の位置合わせを行う手順とをコンピュータに実行させる医用画像処理プログラム。
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