JP7342176B2 - 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
第1の実施形態に関わる画像処理装置は、複数の3次元画像の表示を行う装置である。本装置は、異なる3次元画像間の対応スライスを位置合わせして表示するために、入力画像の各スライスについて、解剖学的な特徴を持つ位置に基づいて定義した座標系(基準座標系)における座標値を計算する機能を有している。本装置は、前記基準座標系での各スライスの座標値を求める過程において、人体の解剖構造を体軸方向に複数の区間に分割し、夫々の区間で当該区間の情報を用いて、前記座標値を計算することを特徴とする。
ステップS101において、ユーザが操作部35を介して画像処理の開始を指示すると、区間定義情報取得部50は、人体の解剖構造を体軸方向に複数の区間に分割する区間定義情報をデータベース22から取得し、RAM33に格納する。
ステップS101において、ユーザが操作部35を介して画像(I1からIN)の取得を指示すると、画像取得部51は、ユーザが指定した前記画像I1から画像INをデータベース22から取得し、RAM33に格納する。また、図4に示すように、表示処理部55は、データベース22から取得された画像を表示部36の画像表示領域400内に表示させる。以下では、画像I1から画像INが略同一の画像範囲(頸椎の頂点から坐骨の最下点)を持つことを想定した例について記載する。ただし、この画像の範囲は画像I1からINについて同一である必要はなく、画像範囲も異なるものであっても構わない。なお、データベースから取得された画像を表示処理部55によって表示部36に表示する処理は実行せずともよい。また、ステップS101において、画像取得部51が複数の画像を取得しなかった場合(すなわち、画像を1つしか取得しなかった場合)には、ステップS103以下の処理を実行しない形態であってもよい。つまり、画像取得部51が複数の画像を取得した場合には、ステップS103以下の処理を実行する形態であってもよい。すなわち、この処理は、複数の画像を取得した場合に、スライス画像に対応する断面が属する区間を特定する区間特定手段の一例に相当する。
ステップS103において、区間同定部52は、画像I1からINまでの夫々の画像に関して、当該画像を構成する各スライス単位で、前記区間定義情報に含まれる複数の区間のうち、当該スライスがどの区間に従属するかを同定し、RAM33に格納する。
ステップS104において、座標算出部53は、ステップS103で同定した各スライスにおける従属区間の情報に基づいて、当該従属区間に対応する基準座標系における当該スライスの座標値を算出して、RAM33に格納する。この計算は、I1からINまでの夫々の画像に関して行うものとする。
f(z)=z’n_min+(z-zn_min)/(zn_max-zn_min)×(z’n_max-z’n_min)・・・式(1)
ステップS105において、位置合わせ部54は、ステップS104で算出した座標値に基づいて、画像I1からINまでの画像について、基準座標系Z’で同一または略同一の座標値を持つスライスを同定する。そして、表示処理部55は、それらの同定したスライスの画像を表示部36の画像表示領域400内に表示させる。すなわち、表示処理部55は、対応付けられた夫々のスライス画像を対比可能な形態で表示手段に表示させる表示制御手段の一例に相当する。なお、対応するスライス画像の表示は、並列、重畳、時分割など、周知のいずれの方法を用いて行ってもよい。
上記の実施形態では、ユーザが複数の3次元画像を表示して観察(診断)する際に、夫々の画像について基準座標系Z’における各スライスの座標値を計算する処理を行う例を示した。しかし、該基準座標値を計算する処理を実施する手順は必ずしもこれに限らない。例えば、画像処理装置10がステップS101からS104までの処理を行い、画像I1から画像INの各画像の各スライスについて、基準座標系Z’における座標値を計算する。そして、その計算した結果を当該スライスの付帯情報として夫々の画像に付帯させてデータベース22に保存するようにしてもよい。このとき、ステップS102の処理では画像の表示を行わなくてもよい。また、比較する複数の画像を同時に処理する必要はなく、夫々の画像に対して個別に処理を行ってもよい。この場合、本処理は、夫々の画像を撮像した直後等のタイミングで、医師による画像の観察(診断)に先がけて実行しておくことができる。すなわち、この手順は、ステップS103からステップS104の処理を各画像について事前に実行することに相当する。
第1の実施形態において、位置合わせ部54は、ステップS105でユーザが3次元画像中のある注目スライスを指定したことをトリガーとして、当該注目スライスの対応スライスを同定する計算を行っていた。しかし、この手順は必ずしもこの方法に限らない。例えば、ステップS105の処理において、位置合わせ部54が、画像I1から画像INの全ての画像の各スライス間の対応関係を、基準座標系Z’を介して予め同定しておく構成であってもよい。これにより、各画像の夫々のスライスに、他の画像における対応スライスの識別子(スライス番号)を付帯情報として保持させておくことができる。表示処理部55は、ユーザが注目スライスを指定した際に、該注目スライスが保持している対応スライスの識別子を読み込んで、当該対応スライスの画像を注目スライスの画像と共に表示するようにしてもよい。これにより、第1の実施形態、および、変形例1で必要であった画像を表示する際の対応スライスの同定の計算を省くことができるため、ユーザがある画像のスライスの表示を指示した際、即座に他の画像の対応するスライスを表示できる。
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。
第1の実施形態では、ステップS103において、区間同定部52は、画像I1からINを構成する各スライスについて、区間定義情報に含まれる複数の区間のうち当該スライスがどの区間に従属するかを同定している。その後、ステップS104において、座標算出部53は、各従属区間で区間の境界となる位置を探索し、区間定義情報に対応する基準座標系の境界の位置と対応付けることで、空間的な正規化を実現していた。しかし、上記の空間的な正規化を実現する方法は、別の方法であってもよい。
ステップS203において、区間同定部52は、画像取得部51で取得した3次元画像(画像I1から画像IN)を対象として、画像から前記区間定義情報に含まれる解剖学的特徴断面の位置を推定して、RAM33に格納する。
第2の実施形態では、ステップS203において、区間同定部52は、画像取得部51で取得した3次元画像(画像I1から画像IN)を対象として、データベースに含まれる画像との位置合わせを行うことで解剖学的特徴断面の位置を推定している。そして、続くステップS104では、前記推定した解剖学的特徴断面の位置に基づいて、基準座標系Z’における座標値を計算している。
まず、入力画像とデータベース上の画像の位置合わせ処理までは、第2の実施形態に記載した流れと同様に処理を行う。そして、位置合わせ処理の後に画像間の類似度で最大値を示すデータセットを選定する際に、前記パターン1となるデータセットのみから選定を行う。最後に、選定したデータセットの画像に紐付いている全ての解剖学的特徴断面の位置について、入力画像の範囲外を含めて、入力画像の座標系Zにおける断面の位置を推定する。ここでデータセットの選定については、類似度の最大値に限らず、類似度の高い順に所定の数を選定してもよい。なお、複数のデータセットを選定する場合においては、夫々のデータセットに紐付いている解剖学的特徴断面について、同一断面の座標値の平均(または最大・最小など)を計算することで、入力画像の座標系Zにおける断面の位置を推定してもよい。
前記パターン1を満たすデータセットを利用した推定方法では、入力画像の範囲の外側の解剖学的特徴断面について、上側と下側の両方の断面を持つデータセットを利用する場合の例を示した。しかし、2つ以上のデータセットを組合わせて利用する場合には、前記パターン2となる複数のデータセットを含むデータベースを利用すれば、入力画像の範囲外における解剖学的特徴断面の位置を推定できる。
第1の実施形態に示した複数の3次元画像間のスライスの対応付け方法は、各画像のスライス単位で基準座標系における座標値を計算し、それらのスライスを対応付ける方法である。この方法では、1つのスライスに対して、1つの座標値しか計算できないため、同じスライスであるにも関わらず、複数の座標の割り当てが必要になる場合には適切な対応付けが行えないという課題がある。この課題の具体的な例としては、滑りの関係にある骨と肺などの解剖構造が挙げられる。ここでまず、区間定義情報の解剖学的特徴断面に肺の上端と下端が含まれている場合を考える。第1の実施形態に記載の技術によれば、それらの解剖情報を表す断面(スライス)に関しては、異なる3次元画像であっても基準座標系で略同一の座標値が与えられることが期待できる。しかし、肺下端の上下運動について考えると、椎体は肺の動きに完全には追従しない(滑りが生じる)ため、ある椎体の位置から相対的な位置関係を見ると、肺の下端のスライスの相対位置は撮像時の患者の呼吸量によってばらついてしまうことがある。したがって、肺の上端と下端で正規化された空間において同じ座標値を示すスライスは、肺という解剖構造の観点では略同一の解剖学的な位置になるが、骨の観点からは、異なる位置になる可能性がある。すなわち、例えばユーザが骨に注目しているにも関わらず、前記区間定義情報の解剖学的特徴断面が肺に関する解剖情報にのみ基づいている場合、異なる画像間のスライスの対応付けが不適切になる可能性が高い。
ステップS101において、ユーザが操作部35を介して画像処理の開始を指示すると、区間定義情報取得部50は、予め定義された2つ以上の区間定義情報をデータベース22から取得し、RAM33に格納する。例えば、本実施形態の例においては、骨に関する区間定義情報と、肺に関する区間定義情報を夫々取得する。すなわち、夫々が異なる解剖構造に基づく複数の区間定義情報を取得する。
ステップS103において、区間同定部52は、各画像の各スライスについて、夫々の区間定義情報に基づく従属区間を同定する。例えば、本実施形態の例においては、骨に関する区間定義情報に基づいて骨に関する従属区間を同定し、さらに、肺に関する区間定義情報に基づいて肺に関する従属区間を同定する。区間定義情報が複数あることを除けば、本処理の内容は、第1の実施形態と同様である。
ステップS104において、座標算出部53は、ステップS103で同定した各スライスの複数の従属区間の情報に基づいて、夫々、基準座標系Z’での座標値を計算する。例えば、本実施形態の例においては、骨に着目した基準座標系Z1’の座標と、肺に着目した基準座標系Z2’の座標とを、各画像の各スライスについて算出する。区間定義情報が複数あることを除けば、本処理の内容は、第1の実施形態と同様である。
ステップS105において、位置合わせ部54は、ある画像の注目スライスに関して、注目部位ごとに定義される他の画像の対応スライス(注目部位別対応スライス)を同定する。例えば、ひとつの注目スライスに対して、肺に注目した対応スライスと、骨に注目した対応スライスの夫々を同定する。これは、複数の区間定義情報の夫々について、複数の画像で略同一の位置を表す夫々のスライス画像を対応付ける対応付け手段の一例に相当する。そして、表示処理部55は、対応スライスを表示する処理を行う際に、ユーザが注目している部位の情報に基づいて、選択的に、表示する対応スライスを切り替える。すなわち、ユーザが肺に注目しているという情報を有している場合は、注目スライスを表示すると共に、肺に注目した対応スライスを対比可能な形態で表示する。一方、骨に注目しているという情報を有している場合は、注目スライスを表示すると共に、骨に注目した対応スライスを対比可能な形態で表示する。これは、選択された区間定義情報に関する情報に基づいて、対応付けられた夫々のスライス画像を対比可能な形態で表示手段に表示させる表示制御手段の一例に相当する。
第4の実施形態では、複数の注目部位に対応する区間定義情報の夫々に対して、各スライスの従属区間を求め、それによって定義される基準座標を介して画像間の対応スライスを同定していた。しかし、注目部位に応じて異なるスライスを対応づける対応スライスの同定方法は、第1の実施例に記載の方法に限定されるものではなく、その他の代替手段によって計算してもよい。例えば、複数の3次元画像間の変形位置合わせ(画像間の変位場の推定)を行い、その結果に基づいて、注目部位に応じて異なる対応スライスを設定する構成であってもよい。例えば、ある臓器(例えば骨や肺)に注目した場合に、注目スライスの当該臓器領域における変位場に基づいて、当該変位場を最も近似するスライスを、当該臓器に注目した対応スライスとして定義して同定する方法を用いてもよい。これによっても、注目部位ごとに異なる対応スライスを求めることができる。
上述した複数の変形例のうち少なくとも二つを組み合わせることも可能である。
21 ネットワーク
22 データベース
31 通信IF
32 ROM
33 RAM
34 記憶部
35 操作部
36 表示部
37 制御部
50 区間定義情報取得部
51 画像取得部
52 区間同定部
53 座標算出部
54 位置合わせ部
55 表示処理部
Claims (17)
- 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得する情報取得手段と、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む、複数の三次元画像を取得する画像取得手段と、
前記区間定義情報に基づいて、各区間に対して前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定する区間特定手段と、
前記三次元画像の位置に基づく座標系を、前記複数の区間における最大値及び最小値を境界とした区間ごとに正規化され、前記三次元画像の位置に基づく座標系との対応関係が異なる基準座標系に対応付け、前記基準座標系と前記特定された区間とに基づいて、前記基準座標系における前記スライス画像の座標値を取得する座標値取得手段と、
前記複数の三次元画像に含まれる、前記基準座標系で略同一の前記座標値を持つ夫々の前記スライス画像を対応付ける対応付け手段とを備え、
第一の三次元画像における注目スライス画像を指定すると、前記対応付け手段は、前記基準座標系における注目スライス画像の座標値を取得し、前記注目スライス画像に最も近い座標値を持つ第二の三次元画像におけるスライス画像を、前記注目スライス画像の対応スライスとして対応付けることを特徴とする画像処理装置。 - 前記情報取得手段は、異なる部位に対応した複数の区間定義情報を予め用意し、ユーザが注目している部位に適した区間定義情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記三次元画像の位置に基づく座標系の区間と前記基準座標系の区間が同じであれば、該区間に含まれる解剖構造は略同一の大きさで配置されているとみなされることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記複数の三次元画像間の変形位置合わせが行われ、該位置合わせの結果に基づいて、前記三次元画像に含まれる前記スライス画像を選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 解剖構造の境界における解剖学的特徴が描出された解剖学的特徴断面の前記三次元画像における位置を示す位置情報を取得する位置取得手段とを備え、前記区間特定手段は、前記取得された前記解剖学的特徴断面の前記位置情報に基づいて、前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得する情報取得手段と、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む三次元画像を取得する画像取得手段と、
前記区間定義情報に基づいて、前記三次元画像に含まれる少なくとも1つの前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定する区間特定手段と、
前記区間の境界を示す前記被検体の解剖学的特徴断面の位置を示す位置情報を取得する位置取得手段と、
前記複数の区間における区間ごとに座標値がそれぞれ定義された基準座標系と前記取得された位置情報とに基づいて、前記スライス画像の座標値を取得する座標値取得手段とを備え、
前記位置取得手段は、前記三次元画像に含まれる前記被検体の撮像範囲の外側における前記解剖学的特徴断面の位置を推定することにより、前記解剖学的特徴断面の位置を示す前記位置情報を取得することを特徴とする画像処理装置。 - 前記基準座標系は、区間ごとに正規化された座標系であることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記取得された三次元画像と、前記区間に関する情報が対応付けられたスライス画像を含む三次元の参照画像との位置合わせを行う位置合わせ手段を更に備え、
前記区間特定手段は、前記位置合わせされた前記参照画像に含まれる前記スライス画像に対応付けられた前記区間に関する情報に基づいて、前記三次元画像に含まれる前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記対応付けられた夫々の前記スライス画像を対比可能な形態で表示手段に表示させる表示制御手段を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記区間特定手段は、前記複数の三次元画像を取得した場合に、前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得する情報取得手段と、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む、三次元画像を取得する画像取得手段と、
前記区間定義情報に基づいて、各区間に対して前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定する区間特定手段と、
前記三次元画像の位置に基づく座標系を、前記複数の区間における最大値及び最小値を境界とした区間ごとに正規化され、前記三次元画像の位置に基づく座標系との対応関係が異なる基準座標系に対応付け、前記基準座標系と前記特定された区間とに基づいて、前記基準座標系における前記スライス画像の座標値を取得する座標値取得手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。 - 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得するステップと、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む、複数の三次元画像を取得するステップと、
前記区間定義情報に基づいて、各区間に対して前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定するステップと、
前記三次元画像の位置に基づく座標系を、前記複数の区間における最大値及び最小値を境界とした区間ごとに正規化され、前記三次元画像の位置に基づく座標系との対応関係が異なる基準座標系に対応付け、前記基準座標系と前記特定された区間とに基づいて、前記基準座標系における前記スライス画像の座標値を取得するステップと、
前記複数の三次元画像に含まれる、前記基準座標系で略同一の前記座標値を持つ夫々の前記スライス画像を対応付けるステップとを含み、
第一の三次元画像における注目スライス画像を指定すると、前記対応付けるステップは、前記基準座標系における注目スライス画像の座標値を取得し、前記注目スライス画像に最も近い座標値を持つ第二の三次元画像におけるスライス画像を、前記注目スライス画像の対応スライスとして対応付けることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項12に記載の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。
- 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得するステップと、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む、三次元画像を取得するステップと、
前記区間定義情報に基づいて、各区間に対して前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定するステップと、
前記三次元画像の位置に基づく座標系を、前記複数の区間における最大値及び最小値を境界とした区間ごとに正規化され、前記三次元画像の位置に基づく座標系との対応関係が異なる基準座標系に対応付け、前記基準座標系と前記特定された区間とに基づいて、前記基準座標系における前記スライス画像の座標値を取得するステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項14に記載の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。
- 解剖学的特徴に基づいて人体を体軸方向に沿って区分した複数の区間を定義する区間定義情報を取得するステップと、
被検体の断面を示す複数のスライス画像を含む三次元画像を取得するステップと、
前記区間定義情報に基づいて、前記三次元画像に含まれる少なくとも1つの前記スライス画像に対応する前記断面が属する前記区間を特定するステップと、
前記区間の境界を示す前記被検体の解剖学的特徴断面の位置を示す位置情報を取得するステップと、
前記複数の区間における区間ごとに座標値がそれぞれ定義された基準座標系と前記取得された位置情報とに基づいて、前記スライス画像の座標値を取得するステップとを有し、
前記位置情報を取得するステップは、前記三次元画像に含まれる前記被検体の撮像範囲の外側における前記解剖学的特徴断面の位置を推定することにより、前記解剖学的特徴断面の位置を示す前記位置情報を取得することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項16に記載の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。
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