JP7270453B2 - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム - Google Patents
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Description
第1の状態と第2の状態の間で周期的な運動を行う対象物を異なる撮影範囲で撮影した第1の動画像と第2の動画像を取得する第1取得手段と、
前記第1の動画像を構成する複数の第1の時相画像と、第2の動画像を構成する複数の第2の時相画像とから、互いに対応する位相を有する時相画像を夫々選択して時相画像対を取得する対応付け手段と、
前記対象物の少なくとも一部の領域を重複領域として夫々が含み、かつ、互いが異なる位相を有する第1の時相画像および第2の時相画像を、それぞれ第1の基準画像および第2の基準画像として取得する第2取得手段と、
前記時相画像対の位置合わせを行うための位置合わせ情報を取得する第3取得手段と、
を備え、
前記第3取得手段は、
前記時相画像対における第1の時相画像である第1の注目画像について、前記第1の基準画像との間の位置合わせ情報である第1の位置合わせ情報を取得し、
前記時相画像対における第2の時相画像である第2の注目画像について、前記第2の基
準画像との間の位置合わせ情報である第2の位置合わせ情報を取得し、
前記第1の基準画像と前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である基準位置合わせ情報を取得し、
前記第1の位置合わせ情報と、前記第2の位置合わせ情報と、前記基準位置合わせ情報に基づいて、前記第1の注目画像と前記第2の注目画像との間の位置合わせ情報である第3の位置合わせ情報を取得する、
ことを特徴とする。
第1の状態と第2の状態の間で周期的な運動を行う対象物を異なる撮影範囲で撮影した第1の動画像と第2の動画像を取得する第1取得ステップと、
前記第1の動画像を構成する複数の第1の時相画像と、第2の動画像を構成する複数の第2の時相画像とから、互いに対応する位相を有する時相画像を夫々選択して時相画像対を取得する対応付けステップと、
前記対象物の少なくとも一部の領域を重複領域として夫々が含み、かつ、互いが異なる位相を有する第1の時相画像および第2の時相画像を、それぞれ第1の基準画像および第2の基準画像として取得する第2取得ステップと、
前記時相画像対の位置合わせを行うための位置合わせ情報を取得する第3取得ステップと、
を含み、
前記第3取得ステップは、
前記時相画像対における第1の時相画像である第1の注目画像について、前記第1の基準画像との間の位置合わせ情報である第1の位置合わせ情報を取得するステップと、
前記時相画像対における第2の時相画像である第2の注目画像について、前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である第2の位置合わせ情報を取得するステップと、
前記第1の基準画像と前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である基準位置合わせ情報を取得するステップと、
前記第1の位置合わせ情報と、前記第2の位置合わせ情報と、前記基準位置合わせ情報に基づいて、前記第1の注目画像と前記第2の注目画像との間の位置合わせ情報である第3の位置合わせ情報を取得するステップと、
を含む、ことを特徴とする。
本実施形態に係る画像処理装置は、周期的な動きを行う臓器の観察対象の領域全体が含まれるように、領域を分割して複数回撮影した3次元動画像(第1の動画像と第2の動画
像)を統合する装置である。
びメモリを有しており、CPUがメモリ内に格納されたプログラムを実行することにより上記の各機能が実現される。上記機能は1つのCPUによって実現される必要はなく、複数のCPUによって実現されてもよい。また、上記機能は、CPUに替えて、あるいはCPUに加えて、その他のプロセッサ、例えばGPU(Graphical Processing Unit)、A
SIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向け集積回路)、プログ
ラマブル論理デバイス、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって実現され
てもよい。
ステップS200において、データ取得部110は、画像処理装置100に入力される第1の動画像と第2の動画像を取得する。そして、データ取得部110は、取得した第1の動画像と第2の動画像を、領域抽出部115、位相パラメータ算出部120、位置合わせ情報取得部140、および、結合画像生成部150へと出力する。
を想定するが、少なくとも半周期分の運動(例えば、最大吸気位から最大呼気位までの運動またはその逆)を撮像した動画像であればよい。
ステップS205において、領域抽出部115は、第1の動画像と第2の動画像の各時相における対象臓器の領域を抽出する。そして、領域抽出部115は、抽出した領域の情報を位相パラメータ算出部120および位置合わせ情報取得部140へと出力する。
ステップS210において、位相パラメータ算出部120は、第1の動画像を解析することにより、対象臓器の周期運動(肺の例では、肺の呼吸運動)の位相情報を表す第1の位相パラメータを算出する。また同様に、位相パラメータ算出部120は、第2の動画像を解析することにより、対象臓器の周期運動の位相情報を表す第2の位相パラメータを算出する。そして、位相パラメータ算出部120は、算出した第1の位相パラメータと第2の位相パラメータを、時相対応情報取得部130へと出力する。
ステップS220において、時相対応情報取得部130は、第1の位相パラメータと第2の位相パラメータに基づいて、位相が類似する第1の動画像と第2の動画像の時相画像を対応付け、それを時相の対応情報として取得する。ここで時相の対応情報とは、第1の
動画像の何時相目の時相画像と第2の動画像の何時相目の時相画像が最も位相が類似しているかを表す情報である。時相の対応情報は、対応付けられた時相画像対を示す情報とも捉えられる。また、時相対応情報取得部130は、いずれの画像対が位相のピーク(肺の場合、最大吸気位と最大呼気位)に該当するかを示す情報も、時相の対応情報として取得する。そして、時相対応情報取得部130は、取得した位相の対応情報を、基準画像取得部125、位置合わせ情報取得部130、および結合画像生成部150へと出力する。
ステップS225において、基準画像取得部125は、時相の対応情報に基づいて、第1の動画像から第1の基準画像を、第2の動画像から第2の基準画像を取得(選択)し、これらを時相画像の組(基準画像対)とする。第1の基準画像と第2の基準画像は、対象
臓器の少なくとも一部の領域を重複領域として夫々が含む時相画像の組として決定される。基準画像取得部125は、取得した第1の基準画像と第2の基準画像の情報を、位置合わせ情報取得部140へと出力する。
む位相であれば、中間の位相以外の位相であってもよい。
る領域が少ない場合、後段のステップで算出する第1の基準画像と第2の基準画像の間の基準位置合わせ情報の精度が低くなる可能性がある。そこで、例えば換気量の類似性と、重複する領域の大きさの両方に基づいて第1の基準画像と第2の基準画像を選択するようにしてもよい。例えば、換気量の類似性の評価尺度として注目位相との画像類似度を利用し、重複する領域の大きさの評価尺度として肺の体積を算出して求められる肺の領域の割合の大きさを利用できる。そして、両方の評価尺度を重み付け加算した評価値に基づいて基準画像を選択してもよい。また、換気量の類似性と重複する領域の大きさの組み合わせに限らず、複数の任意の評価尺度を組み合わせてもよい。例えば、重複する領域の大きさと画質の評価尺度に基づいて基準画像を取得してもよい。換言すると、第1の基準画像と第2の基準画像は、両画像間の重複領域の大きさ、画像類似度、および画質のうちの複数を評価尺度として用いて決定されてもよい。
ステップS230において、位置合わせ情報取得部140は、第1の基準画像と第2の基準画像との間の相対的な位置関係(基準位置合わせ情報)を算出する。また、第1の基準画像と、それ以外の第1の動画像の各時相画像との間の位置関係(第1の位置合わせ情報)、および、第2の基準画像と、それ以外の第2の動画像の各時相画像との間の位置関係(第2の位置合わせ情報)を算出する。そして、上記の基準位置合わせ情報、第1の位置合わせ情報、及び第2の位置合わせ情報に基づいて、第1の動画像と第2の動画像で位相が対応付けられた各時相画像を結合するための位置合わせ情報を第3の位置合わせ情報として算出する。そして、算出した第3の位置合わせ情報を結合画像生成部150へと出力する。
対応する第2の基準画像のj番目のスライス位置P2_jを探索する。そして、第1の基準画像のスライス位置P1_iに対応する位置である第2の基準画像のスライス位置P2_jを基準位置合わせ情報として保持する。ここで、スライス位置P1_iは、第1の基準画像と第2の基準画像の重複領域の中から選択することが望ましい。基準位置合わせ情報は、スライス位置ではなく、第1の基準画像のスライス位置P1_i上の各画素と対応する第2の基準画像上の画素の位置として算出してもよい。
第1の動画像の各時相画像との間の第1の位置合わせ情報を算出する。このとき、第1の位置合わせ情報は、第1の基準画像をそれ以外のすべての第1の動画像の各時相画像と比較することで算出してもよい。あるいは、隣り合う時相画像間の位置合わせを行い、当該画像間の位置合わせ情報を算出し、それらを時系列に積算することで、第1の基準画像と他の時相画像との位置合わせ情報を取得してもよい。また、位置合わせ情報取得部140は、第1の位置合わせ情報と同様に、第2の位置合わせ情報も算出する。
,322,323,324がそれぞれ対応するスライス位置、点線330,331,33
2,333,334がそれぞれ対応するスライス位置を表している。ここで「対応するスライス位置」とは、被検体の略同一部位を描出するスライスの位置を意味する。
の間のスライス枚数をSnとしたとき、画像302と画像312において、スライス位置322とスライス位置333の間にSn枚以上のスライスが存在するか否かで、重複の有無を判定できる。画像302に含まれるスライス位置322から肺底部側のスライスの枚数と、画像312に含まれるスライス位置333から肺尖部側のスライス枚数の和がSnに満たない場合、画像302と312の間では肺のいずれの領域も重複していないと判定できる。なお、画像303中の2つのスライス位置323,330は、他の時相の時相画像対において異なる画像に含まれるように選択される。すなわち、スライス位置323は時相画像302に存在し、スライス位置330は時相画像312に存在するように選択される。
ステップS240において、結合画像生成部150は、ステップS230で算出した第3の位置合わせ情報に基づいて、第1の時相画像と第2の時相画像を結合した結合画像を生成する。そして、生成した結合画像を表示制御部170へと出力する。結合画像は、位相が対応付けられた時相画像対の全てについて生成するとよいが、一部の時相画像対についてのみ結合画像が生成されてもよい。
破線430はステップS230で算出したスライス位置P1_iと対応するスライス位置P2_jを表している。そして、画像440は、第1の時相画像のスライス位置P1_iと第2の時相画像のスライス位置P2_jが重なるように、第2の時相画像をスライス方向に並進移動させて結合した結合画像を表している。そして、領域450は第1の時相画像にのみ撮像されている領域、領域460は第1の時相画像と第2の時相画像の両方に撮像されている領域、領域470は第2の時相画像にのみ撮像されている領域を示している。領域450および領域470における結合画像の画素値は、第1の時相画像および第2の時相画像の一方の時相画像の画素値とする。領域460における結合画像の画素値は、第1の時相画像と第2の時相画像の画素値のいずれか一方の画素値でもよいし、平均値でもよい。また、領域460内の位置に応じて、肺尖部側の画素では第1の時相画像の画素値の重みを大きくし、肺底部側の画素では第2の時相画像の画素値の重みを大きくした重み付き平均値を利用してもよい。
ステップS260において、表示制御部170は、ステップS240で生成した結合画像を表示部12に表示する。
本実施形態では、所定の時相における第1の時相画像と第2の時相画像の間の結合位置である第3の位置合わせ情報を、基準位置合わせ情報と第1の位置合わせ情報、第2の位置合わせ情報を用いて間接的に算出する場合を例として説明した。しかし、結合位置の算出方法はこれに限らない。例えば2つの時相画像の間で重複領域が存在する場合に、2つの時相画像の直接の比較により求められる結合位置(第1の結合位置)と、上記の方法で間接的に算出した結合位置(第2の結合位置)の両方に基づいて、最終的な結合位置を算出してもよい。第2の結合位置(第3の位置合わせ情報)は、基準位置合わせ情報と第1の位置合わせ情報、第2の位置合わせ情報をそれぞれ統合して算出される。そのため、それぞれに含まれる誤差の累積により、第2の結合位置の誤差が大きくなる場合がある。したがって、第2の結合位置を初期値として、初期値の周囲で第1の結合位置を探索するようにしてもよい。これにより、大まかな結合位置を初期値とすることができるため、探索範囲を限定することが可能となり探索処理が安定するという効果がある。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
130:時相対応情報取得部
140:位置合わせ情報取得部
Claims (20)
- 第1の状態と第2の状態の間で周期的な運動を行う対象物を異なる撮影範囲で撮影した第1の動画像と第2の動画像を取得する第1取得手段と、
前記第1の動画像を構成する複数の第1の時相画像と、第2の動画像を構成する複数の第2の時相画像とから、互いに対応する位相を有する時相画像を夫々選択して時相画像対を取得する対応付け手段と、
前記対象物の少なくとも一部の領域を重複領域として夫々が含み、かつ、互いに異なる位相を有する第1の時相画像および第2の時相画像を、それぞれ第1の基準画像および第2の基準画像として取得する第2取得手段と、
前記時相画像対の位置合わせを行うための位置合わせ情報を取得する第3取得手段と、
を備え、
前記第3取得手段は、
前記時相画像対における第1の時相画像である第1の注目画像について、前記第1の基準画像との間の位置合わせ情報である第1の位置合わせ情報を取得し、
前記時相画像対における第2の時相画像である第2の注目画像について、前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である第2の位置合わせ情報を取得し、
前記第1の基準画像と前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である基準位置合わせ情報を取得し、
前記第1の位置合わせ情報と、前記第2の位置合わせ情報と、前記基準位置合わせ情報に基づいて、前記第1の注目画像と前記第2の注目画像との間の位置合わせ情報である第3の位置合わせ情報を取得する、
画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、前記重複領域の大きさが最大である第1の時相画像および第2の時相画像を、それぞれ前記第1の基準画像および前記第2の基準画像として選択する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、前記第1の状態に対応する第1の時相画像を前記第1の基準画像
として選択し、前記第2の状態に対応する第2の時相画像を前記第2の基準画像として選択する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、
前記第1の状態と前記第2の状態の間の状態に対応する注目位相の第1の時相画像または前記注目位相よりも前記第1の状態に近い位相の第1の時相画像を、前記第1の基準画像として選択し、
前記第1の基準画像の位相とは異なる位相、かつ、前記注目位相の第2の時相画像または前記注目位相よりも前記第2の状態に近い位相の第2の時相画像を前記第2の基準画像として選択する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、
前記注目位相より前記第1の状態に近い位相の第1の時相画像の中で前記注目位相の第1の時相画像との類似度が最も高い時相画像を、前記第1の基準画像として選択し、
前記注目位相より前記第2の状態に近い位相の第2の時相画像の中で前記注目位相の第2の時相画像との類似度が最も高い時相画像を、前記第2の基準画像として選択する、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、
前記注目位相より前記第1の状態に近い位相の第1の時相画像の中で前記注目位相の第2の時相画像との類似度が最も高い時相画像、または、前記注目位相の前記第1の時相画像を、前記第1の基準画像として選択し、
前記注目位相より前記第2の状態に近い位相の第2の時相画像の中で前記注目位相の第1の時相画像との類似度が最も高い時相画像、または、前記注目位相の前記第2の時相画像を、前記第2の基準画像として選択する、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 第1の時相画像と第2の時相画像の間の前記類似度は、前記第1の時相画像と前記第2の時相画像とに含まれる互いに対応するスライス画像の画像類似度により評価される、
請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、
前記注目位相より前記第1の状態に近い位相の第1の時相画像の中で画質が最も高い時相画像を、前記第1の基準画像として選択し、
前記注目位相より前記第2の状態に近い位相の第2の時相画像の中で画質が最も高い時相画像を、前記第2の基準画像として選択する、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記注目位相は、前記第1の状態と前記第2の状態の中間の状態に対応する位相である、
請求項4から8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、第1の時相画像と第2の時相画像の重複領域の大きさ、注目位相の時相画像との類似度、および画質のうちの複数の評価尺度を用いて、前記第1の基準画像および前記第2の基準画像を選択する、
請求項4から9のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記第2取得手段は、前記第1の基準画像と前記第2の基準画像の少なくとも一方を、
複数選択し、
前記第3取得手段は、前記第1の基準画像と前記第2の基準画像の組み合わせに応じて、前記第1の注目画像と前記第2の注目画像との間の暫定的な位置合わせ情報を複数取得し、これら複数の暫定位置合わせ情報に基づいて前記第3の位置合わせ情報を決定する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記第3取得手段は、前記複数の暫定位置合わせ情報のうち信頼度が最も高いものを、前記第3の位置合わせ情報として決定する、
請求項11に記載の画像処理装置。 - 複数の時相画像対の夫々の暫定位置合わせ情報を取得し、
前記複数の暫定位置合わせ情報に基づいて、複数の時相画像対の夫々の結合位置を取得し、
前記位置合わせ情報の信頼度は、前記複数の時相画像対の結合位置の連続する時相での2次微分の値に基づいて決定される、
請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記第3取得手段は、前記複数の暫定位置合わせ情報の平均を、前記第3の位置合わせ情報として決定する、
請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記第3の位置合わせ情報に基づいて、前記時相画像対に含まれる第1の時相画像と第2の時相画像の位置合わせをして結合画像を生成する生成手段、をさらに備える、請求項1から14のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記生成手段は、前記時相画像対に含まれる第1の時相画像と第2の時相画像の間に重複領域がある場合には、前記第3の位置合わせ情報に基づく結合位置の周囲を探索範囲として、前記第1の時相画像と前記第2の時相画像の比較により結合位置を求めて前記結合画像を生成する、
請求項15に記載の画像処理装置。 - 前記生成手段は、前記時相画像対に含まれる第1の時相画像と第2の時相画像の間に重複領域がある場合には、前記第3の位置合わせ情報に基づく結合位置と、前記第1の時相画像と前記第2の時相画像の比較により求められる結合位置のうち、信頼度が高い方の結合位置で前記第1の時相画像と前記第2の時相画像を結合して前記結合画像を生成する、
請求項15に記載の画像処理装置。 - 前記対象物は肺であり、
前記第1の動画像は前記肺の肺尖部側を撮像した動画像であり、
前記第2の動画像は前記肺の肺底部側を撮像した動画像であり、
前記第1の状態は最大呼気位であり、
前記第2の状態は最大吸気位である、
請求項1から17のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 第1の状態と第2の状態の間で周期的な運動を行う対象物を異なる撮影範囲で撮影した第1の動画像と第2の動画像を取得する第1取得ステップと、
前記第1の動画像を構成する複数の第1の時相画像と、第2の動画像を構成する複数の第2の時相画像とから、互いに対応する位相を有する時相画像を夫々選択して時相画像対を取得する対応付けステップと、
前記対象物の少なくとも一部の領域を重複領域として夫々が含み、かつ、互いが異なる
位相を有する第1の時相画像および第2の時相画像を、それぞれ第1の基準画像および第2の基準画像として取得する第2取得ステップと、
前記時相画像対の位置合わせを行うための位置合わせ情報を取得する第3取得ステップと、
を含み、
前記第3取得ステップは、
前記時相画像対における第1の時相画像である第1の注目画像について、前記第1の基準画像との間の位置合わせ情報である第1の位置合わせ情報を取得するステップと、
前記時相画像対における第2の時相画像である第2の注目画像について、前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である第2の位置合わせ情報を取得するステップと、
前記第1の基準画像と前記第2の基準画像との間の位置合わせ情報である基準位置合わせ情報を取得するステップと、
前記第1の位置合わせ情報と、前記第2の位置合わせ情報と、前記基準位置合わせ情報に基づいて、前記第1の注目画像と前記第2の注目画像との間の位置合わせ情報である第3の位置合わせ情報を取得するステップと、
を含む、
画像処理方法。 - 請求項19に記載の方法の各ステップ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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