JP7483337B2 - 医用画像診断装置、医用画像位置合わせ方法及び超音波診断装置 - Google Patents

医用画像診断装置、医用画像位置合わせ方法及び超音波診断装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置、医用画像診断方法及び超音波診断装置に関する。
現在では、医療分野において、超音波診断装置、ＣＴ（コンピュータ断層走査像）イメージング装置、ＭＲ（磁気共鳴）イメージング装置が広く用いられている。また、超音波診断装置は、被検体に対して非放射性であり、リアルタイム性がよく、費用が低いという利点を有しており、一方、ＣＴイメージング装置及びＭＲイメージング装置は超音波診断装置に比べて、より高い解像度の画像を撮像することができるが、リアルタイム性が悪く、費用が高く、かつ被検体に対して放射線を照射することがある。
従って、臨床的研究及び応用において、超音波画像の利点とＣＴ画像及び／又はＭＲ画像の利点とを結合する技術が望まれている。この技術は、被検体の病変を正確に診断し、被検体の病変の位置を正確に突き止めることに寄与し、疾患の診断及び処置に対して何れも非常に価値がある。
現在、画像位置合わせは、この技術を実現するための可能性を提供する。画像位置合わせとは、異なる時間、異なるセンサ（撮像素子）又は異なる条件下（天気、照度、撮像位置及び角度等）で得られる２枚以上の画像をマッチングし重ね合わせる処理を意味している。現在、リモートセンシングデータ分析、コンピュータビジョン、画像処理等の分野に広く用いられている。
現在、超音波画像とＣＴ画像又はＭＲ画像とを位置合わせる研究及び応用がある。通常、まず、超音波画像とＣＴ画像又はＭＲ画像とに、例えば、ノイズ除去、アップ／ダウンサンプリング等の前処理を行い、その後、前処理された画像について特徴抽出を行い、ユーザは、手動で、位置合わせが行われる２つの画像である超音波画像とＣＴ画像又はＭＲ画像とにポイント（点）又は面を入力した後、ユーザにより入力されたポイント又は面に基づき抽出された特徴に基づいて画像位置合わせを行い、位置合わせ後の画像（フュージョン画像とも言われる）を表示する。ユーザは、位置合わせ後の画像がニーズを満たすか否かを確認することができる。ニーズ（要求）を満たす場合、ユーザは、疾患診断又は処置を行うことができる。ニーズを満たさないと、ユーザは、再度ポイント又は面を手動で入力し、その後、位置合わせ後の画像がニーズを満たすまで再度位置合わせを行う。
しかしながら、超音波画像が２次元画像であり、ＣＴ画像が３次元画像であるため、ユーザにとっては、３次元のＣＴ画像の中から超音波画像と位置合わせするための適切な初期位置（例えば面）を選択することは、非常に困難である。
また、ユーザが手動で初期入力を行った後、抽出された特徴に基づく画像位置合わせは画像全体をトラバースする必要があるため、このような超音波画像とＣＴ画像又はＭＲ画像との位置合わせは、非常に時間がかかるという重大な問題がある。
また、ユーザは毎回位置合わせを完了した後に、位置合わせ結果がニーズを満たすか否かを確認し、ニーズを満たさない場合、改めてポイント又は面を入力する必要がある。このように、一方では、ユーザは、複数回の難しい入力操作を必要とする可能性があり、他方では、非常に時間がかかる位置合わせが完了しない限り、位置合わせ結果を確認することができない。よって、ニーズを満たす位置合わせ結果を取得しようとすると、ユーザが複数回入力する必要があり、長い時間を費やしている。
また、画像位置合わせの精度の高さ（正確性）は特徴抽出の精度に依存する。特徴抽出の精度（正確性）が悪いと、ユーザが複数回の入力を繰り返しても、超音波画像とＣＴ画像又はＭＲ画像との位置合わせの達成が困難となり、位置合わせ精度が保証されにくい。
よって、上述した技術課題を解決できる医用画像診断装置及び方法が強く望まれている。
特開２０１５－０３９５７８号公報 特表２００７－５２４４８６号公報 特開２００６－２１７９３９号公報
本発明が解決しようとする課題は、位置合わせ精度が高く、ユーザの操作を低減し、ユーザが操作しやすく、時間が短く、リアルタイム性がよいことを実現することができる医用画像診断装置、医用画像診断方法及び超音波診断装置を提供することである。
実施形態に係る医用画像診断装置は、医用画像データ間の画像位置合わせを行う医用画像診断装置である。医用画像診断装置は、抽出部と、スケール設定部と、画像位置合わせ部とを備える。抽出部は、医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する。スケール設定部は、医用画像の表示スケールを所定値に設定する。画像位置合わせ部は、所定値の表示スケールの基で医用画像データ間の画像位置合わせを行う。
図１は、第１の実施形態に係る医用画像診断装置の構成の模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る医用画像診断装置の動作フローチャートである。 図３は、第１の実施形態の実施例１に係る医用画像診断装置の動作フローチャートである。 図４は、第１の実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置の動作フローチャートである。 図５は、第１の実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置の表示例の模式図である。 図６は、第２の実施形態に係る医用画像診断装置の構成の模式図である。 図７は、第２の実施形態に係る医用画像診断装置の動作フローチャートである。 図８Ａは、第２の実施形態に係る医用画像診断装置の表示例の模式図である。 図８Ｂは、第２の実施形態に係る医用画像診断装置の表示例の模式図である。 図９は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置の構成の模式図である。 図１０は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置の動作フローチャートである。 図１１は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置の表示例の模式図である。
実施形態に係る医用画像診断装置は、医用画像データ間の画像位置合わせを行うものである。実施形態に係る医用画像診断装置は、抽出部と、スケール設定部と、画像位置合わせ部とを備える。抽出部は、医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する。スケール設定部は、医用画像の表示スケールを所定値に設定する。画像位置合わせ部は、所定値の表示スケールの基で医用画像データ間の画像位置合わせを行う。また、本発明が提供する医用画像診断装置は、前記構造物は血管又は表面輪郭であることを特徴とする。
また、画像位置合わせ部は第１所定値の表示スケールの基で、医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、そして、１つ以上の前記第１所定値よりも小さい第２所定値の表示スケールの基で正式画像位置合わせを行う。
また、実施形態に係る医用画像診断装置は、画像位置合わせ部は、第１所定値の表示スケールの基で、抽出部により抽出される構造物に基づいて、医用画像間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ医用画像を生成し、１つ以上の第２所定値の表示スケールの基で、抽出部により抽出される前記構造物と、医用画像に含まれる医用画像情報とに基づいて、プリ位置合わせ医用画像に正式医用画像位置合わせを行い、位置合わせ医用画像を生成する。
また、実施形態に係る画像情報は画像の階調又は勾配のうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
また、実施形態に係る医用画像診断装置は、表示スケールを調整するスケール調整部をさらに備える。画像位置合わせの際に、スケール調整部はスケール設定部に設定された所定値を逐次減少させる。
また、実施形態に係る医用画像診断装置は、少なくとも操作者が校正指示を入力するための入力部を更に備える。入力部は、画像位置合わせ部での位置合わせが不良の場合、操作者による校正指示を受け付ける。
また、実施形態に係る医用画像診断装置は、入力部における校正指示は、一方の医用画像データの回転及び／又はシフト、若しくは、双方の医用画像データへのポイント指定である。
また、実施形態に係る医用画像診断方法は、医用画像データ間の画像位置合わせを行う方法である。医用画像診断方法は、抽出ステップと、スケール設定ステップと、画像位置合わせステップとを有する。抽出ステップは、医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する。スケール設定ステップは、医用画像の表示スケールを所定値に設定する。画像位置合わせステップは、所定値の表示スケールの基で医用画像データ間の位置合わせを行う。
また、実施形態に係る超音波診断装置は、上述のような医用画像診断装置を有する。以下、添付図面を参照して、本実施形態に係る医用画像診断装置、医用画像診断方法及び超音波診断装置について説明する。
（第１の実施形態）
（医用画像診断装置１００の構成）
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００の構成について説明する。
また、医用画像診断装置１００は、各種の部品を含み、図１には、本発明の技術思想に関する部品のみが示されており、他の部品は省略されている。例えば、医用画像診断装置１００は表示部を備えてもよい。表示部は、例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、タッチパネル等で構成され、画像位置合わせを行う画像である超音波画像、ＣＴ画像、ＭＲ画像、プリ位置合わせ画像、位置合わせ画像等を含む各種の画像を表示するための表示機能を備える。また、表示部は、各種の情報を提示することもできる。
本実施形態に係る医用画像診断装置１００は、被検体の医用画像データ間の画像位置合わせを行う。ここでは、被検体の構造物は、通常、患部であり、例えば肝臓、心臓又は肺等の器官である。医用画像診断装置１００で画像位置合わせを行う画像は、２枚以上である。画像位置合わせを行う画像は医用画像であってもよい。例えば、画像位置合わせを行う画像について、一方が超音波画像であり、他方がＣＴ画像（すなわち、コンピュータ断層走査像）又はＭＲ画像（すなわち、磁気共鳴画像）である。
また、画像位置合わせを行う画像である超音波画像、ＣＴ画像及びＭＲ画像は、公知の機器及び方法により予め取得されて本実施形態の医用画像診断装置１００に提供することができる。ここでは、画像位置合わせを行う画像の取得についての説明は省略する。
図１に示すように、本実施形態に係る医用画像診断装置１００は、抽出部１０１、スケール設定部１０２及び画像位置合わせ部１０３を備える。
抽出部１０１は、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する。ここでは、構造物は血管又は表面輪郭のうちの少なくとも１種であってもよい。抽出部１０１が構造物を抽出する方法は、構造物の違いにより、例えば公知の血管の輪郭又は血管の中心線の抽出又はセグメンテーション方法であってもよく、被検体の器官の表面の輪郭又は被検体の器官の縁の抽出又はセグメンテーション方法であってもよい。ここで、以下、抽出部１０１が構造物を抽出する方法の具体例については、繰り返し述べない。
スケール設定部１０２は医用画像の表示スケールを所定値に設定する。ここで、スケール設定部１０２は、例えば、上記の設定を達成するための入力操作を行うことが可能なハードウェアデバイスである。ハードウェアデバイスは、例えば、マウス、キーボード、レバー、トラックボール、タッチパネル、ライトペン、言語コントローラー等であってもよい。また、ハードウェアデバイスの入力を受けることにより、ソフトウェアによりスケール設定部１０２を実現してもよい。また、本実施形態では、表示スケールが大きいほど、構造物が大きく表示され、表示スケールが小さいほど、画面中の構造物が多く表示されるものとする。また、本実施形態では、スケール設定部１０２に設定される所定値の表示スケールは相対的に大きく、即ち、構造物が大きく表示され、詳細情報がより多いものとする。画像位置合わせ部１０３は、所定値の表示スケールで、医用画像データ間の画像位置合わせを行う。画像位置合わせの方法は、例えばマッチング法などである。
また、上述した抽出部１０１、スケール設定部１０２及び画像位置合わせ部１０３は、異なる部品又はモジュールであってもよいが、それらのうちの一部又は全部は、１つの部品又はモジュールに統合してもよい。
また、図１の医用画像診断装置１００において示されていないが、医用画像診断装置１００は、医用画像診断装置１００全体の動作を制御する制御部を備えてもよい。抽出部１０１、スケール設定部１０２及び画像位置合わせ部１０３は、当該制御部の制御下で、画像位置合わせ機能を完了するために、協働することができる。
（医用画像診断装置１００の動作）
以下、第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００及びそれに適用される医用画像診断方法について、動作フローチャートに基づいて説明する。
図２は、第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００の動作フローチャートである。
図２に示されるように、ステップＳ２００において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出した後、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、医用画像診断装置１００は、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定した後、ステップＳ２０４に進む。ここでは、相対的に大きい表示スケールが設定される。
ステップＳ２０４において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせ部１０３により所定値の表示スケールの基で、医用画像データ間の画像位置合わせを行った後、処理が終了される。
第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００によれば、抽出部１０１が画像から相対的にミクロ的な構造物を抽出し、表示スケールを比較的大きく設定し、相対的にミクロ的な構造物を利用して、例えばマッチング法で位置合わせを行う。これにより、位置合わせ処理の時間を短縮することができ、取得される画像の品質要求を低くすることができ、特徴抽出への依存度を低減することができ、そして、画像位置合わせを実現できない状況の発生を大幅に避けることができる。また、大きなスケールでは、構造物をより容易かつ正確に抽出することができる。このことは、高い位置合わせ精度の実現に寄与する。
（実施例１）
以下、第１の実施形態の実施例１に係る医用画像診断装置１００について説明する。
（実施例１の医用画像診断装置１００の構成）
図１には、実施例１に係る医用画像診断装置１００の構成が示されている。ここでは、重複する説明については省略する。
また、本実施例１において、画像位置合わせ部１０３は、第１所定値の表示スケール（第１表示スケールという場合がある）の基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、その後、１つ以上の第１所定値よりも小さい第２所定値の表示スケール（第２表示スケールという場合がある）の基で正式画像位置合わせ（本画像位置合わせ）を行う。
また、ここでは、第１表示スケール及び第２表示スケールは、例えば抽出部１０１により画像中の構造物を抽出するときのスケールであってもよい。
（実施例１の医用画像診断装置１００の動作）
図３は、第１の実施形態の実施例１に係る医用画像診断装置１００の動作フローチャートである。
図３に示されるように、ステップＳ２００において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出した後、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、医用画像診断装置１００は、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定した後、ステップＳ３０４に進む。ここでは、相対的に大きな表示スケールが設定される。
ステップＳ３０４において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせ部１０３により、第１所定値の表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行った後、１つ以上の第１所定値よりも小さい第２所定値の表示スケールの基で正式画像位置合わせを行い、その後、処理が終了される。
第１の実施形態の実施例１に係る医用画像診断装置１００は、第１の実施形態の技術効果を有する。また、画像位置合わせ部１０３は、第１所定値の表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行った後、１つ以上の第１所定値よりも小さい第２所定値の表示スケールの基で正式画像位置合わせを行う。即ち、画像位置合わせ部１０３は、相対的にミクロ的な構造物を用いて、例えばマッチング法で、画像のほぼ、局所的な位置合わせを行った後、第１所定値よりも小さい第２所定値の表示スケールの基で画像中の相対的にマクロ的な画像情報を考慮して、より細分化する位置合わせを行う。これにより、画像位置合わせ部１０３は、精密（精細）な、グローバルな画像位置合わせを実現する。このように、局所的な位置合わせとグローバルな位置合わせを組み合わせることにより、粗い位置合わせから精密な位置合わせまでの自動的な位置合わせを実現することができる。
（実施例２）
以下、第１の実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置１００について説明する。
（実施例２の医用画像診断装置１００の構成）
図１には、実施例２の医用画像診断装置１００の構成が示されている。ここでは、重複する説明については省略する。
また、本実施例２において、画像位置合わせ部１０３は、第１所定値の表示スケールの基で、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成し、１つ以上の第２所定値の表示スケールの基で、抽出部１０１により抽出された構造物と、医用画像に含まれる画像情報とに基づいて、プリ位置合わせ画像に正式画像位置合わせを行い、位置合わせ画像を生成する。
（実施例２の医用画像診断装置１００の動作）
図４は、第１の実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置１００の動作フローチャートである。
図４に示されるように、ステップＳ２００において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出した後、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、医用画像診断装置１００は、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定した後、ステップＳ４０４に進む。ここでは、相対的に大きな表示スケールが設定される。
ステップＳ４０４において、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせ部１０３により、第１所定値の表示スケールの基で、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成し、１つ以上の第２所定値の表示スケールの基で、抽出部１０１により抽出された構造物と、医用画像に含まれる画像情報とに基づいて、プリ位置合わせ画像に正式画像位置合わせを行い、位置合わせ画像を生成し、位置合わせ画像を生成した後、処理が終了される。
以下、本実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置１００について具体的な例を挙げて説明する。
本実施形態の実施例２において、図５（ａ）に示される被検体の肝臓の超音波画像と、図５（ｂ）に示される同一の被検体の肝臓のＣＴ画像とが位置合わせされる。
まず、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物（ここでは、被検体の肝臓の表面輪郭）を抽出部１０１により抽出する（ステップＳ２００）。例えば、抽出部１０１は、超音波画像において図５（ｃ）に実線で示す曲線を抽出し、ＣＴ画像において図５（ｄ）に破線で示す曲線を抽出する。
次に、医用画像診断装置１００は、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、例えば第１表示スケールが設定される。
その後、医用画像診断装置１００は、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１により抽出された構造物（図５（ｃ）に実線で示す曲線及び図５（ｄ）に破線で示す曲線）に基づいて、例えば画像マッチング等の方法で、第１表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成する。そして、医用画像診断装置１００は、プリ位置合わせ画像を生成した後、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１で抽出された構造物と、画像に含まれる例えば階調又は勾配等の画像情報とに基づいて、第１表示スケールよりも小さい第２表示スケールの基でプリ位置合わせ画像に正式画像位置合わせを行い、位置合わせ画像を生成する（ステップＳ４０４）。
ここでは、図５（ｅ）に示されるように、プリ位置合わせ画像は、超音波画像（図５（ｃ）において実線で示す局所的な曲線）と、ＣＴ画像（図５（ｄ）において破線で示す局所的な曲線）とがほぼ重なり合うように重ねられて生成される。また、図５（ｆ）に示されるように、位置合わせ画像は、超音波画像（図５（ｃ）に実線で示す曲線）と、ＣＴ画像（図５（ｄ）において破線で示す曲線）とが、図５（ｅ）に示されるプリ位置合わせ画像よりも精度良く重なり合うように重ねられて生成されてもよい。また、図５（ｇ）に示されるように、位置合わせ画像は、超音波画像とＣＴ画像とを位置合わせした後に表示することができるが、構造物のマッチング状況を明瞭に示していない。その後、処理が終了される。
第１の実施形態の実施例２に係る医用画像診断装置１００は、同様に、上述した第１の実施形態の技術効果を備えている。また、医用画像診断装置１００は、抽出部１０１により画像から相対的にミクロ的な構造物を抽出し、相対的にミクロ的な構造物を利用して、例えばマッチング法で、医用画像データのほぼ、局所的な位置合わせを行った後、抽出部１０１により抽出された構造物に加えて、医用画像データに含まれる例えば階調、勾配等の相対的にマクロ的な画像情報も考慮され、局所的に位置合わせしたプリ位置合わせ画像により精密な位置合わせを行う。これにより、医用画像診断装置１００は、精密かつグローバルな正式画像位置合わせを実現する。このように、まず、相対的にミクロ的構造物の情報を利用して画像のほぼ、局所的な位置合わせが行われ、相対的にミクロ的な構造物と、画像に含まれる例えば階調、勾配等の相対的にマクロ的な画像情報とに基づいて、局所的に位置合わせされたプリ位置合わせ画像により精密な位置合わせが行われる。このように、局所的な位置合わせと、グローバルな位置合わせとを組み合わせることにより、粗い位置合わせから精密な位置合わせまでの自動的な位置合わせを実現することができる。そして、局所的なプリ位置合わせにおいて、相対的にミクロ的かつ局所的な情報のみが利用されるので、位置合わせ処理の時間を短縮することができ、取得された画像の画質要求を低くすることができ、特徴抽出に対する依存度を低減することができ、画像位置合わせを実現できない状況の発生を大幅に避けることができる。そして、画像位置合わせ部１０３は、さらに、相対的にミクロ的な構造物と、画像に含まれる相対的にマクロ的な画像情報とに基づいて、局所的に位置合わせされたプリ位置合わせ画像により精密な位置合わせを行う。これにより、画像位置合わせ部１０３は、画像位置合わせの高精度を確保することができ、精密かつグローバルな画像位置合わせを実現することができる。また、画像位置合わせ部１０３は、第１表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行って、１つ以上の第１表示スケール的よりも小さい第２表示スケールの基で正式画像位置合わせを行う。これにより、画像位置合わせ部１０３は、画像位置合わせにかかる時間の短縮と、グローバルな位置合わせ及び精細な位置合わせの両立を効果的に実現することができる。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａについて説明する。
（医用画像診断装置１００Ａの構成）
図６は、第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａの構成の模式図である。図６において、第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００の構造の模式図である図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａと、第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００との相違点は、第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂがスケール調整部１０４を備える点である。
スケール調整部１０４は、医用画像の表示スケールを調整する。スケール調整部１０４が画像の表示スケールを調整する方式は、予め定められた方式に従って、所定の時間間隔で表示スケールを等幅に変化させる方式であってもよい。もちろん、スケール調整部１０４は、ユーザの手動操作を受け付けることにより画像の表示スケールを調整してもよい。また、スケール調整部１０４が画像の表示スケールを調整するタイミングは、画像位置合わせ部１０３が画像のプリ位置合わせを行う処理中であってもよいし、プリ位置合わせした後かつ正式画像位置合わせの前であってもよいし、正式画像位置合わせの処理中であってもよい。
なお、本実施形態において、画像位置合わせ部１０３が正式画像位置合わせを行う場合、スケール調整部は表示スケールを徐々に小さくさせる。
（医用画像診断装置１００Ａの動作）
図７は、第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａの動作フローチャートである。図７に示される動作フローチャートにおいて、ステップＳ７０４はプリ位置合わせに関連し、ステップＳ７０６～ステップＳ７１６は、正式画像位置合わせに係る１つの具体的な例の実現フローである。
図７に示されるように、ステップＳ７００において、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出した後、ステップＳ７０２に進む。
ステップＳ７０２において、医用画像診断装置１００Ａは、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定した後、ステップＳ７０４に進む。例えば、医用画像の表示スケールが、第１所定値の表示スケールに設定される。
ステップＳ７０４において、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、例えば画像マッチング等の方法で第１表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成し、プリ位置合わせ画像を生成した後、ステップＳ７０６に進む。
ステップ７０６において、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により、表示スケールが第１表示スケールよりも小さい第２表示スケールを調整する。ここでは、スケール調整部１０４は、必要に応じて、図示しない部品により、目的関数における構造物及び画像情報の重みを調整してもよく、その後、ステップＳ７０８に進む。
ステップＳ７０８において、医用画像診断装置１００Ａは、第１表示スケールよりも小さい第２表示スケールの基で、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出し、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、画像位置合わせ部１０３により第２表示スケールの基でプリ位置合わせ画像における構造物をさらにマッチングした後、ステップＳ７１０に進む。
ステップＳ７１０において、医用画像診断装置１００Ａの画像位置合わせ部１０３はスケールを最適化した後、ステップＳ７１２に進む。
ステップＳ７１２において、医用画像診断装置１００Ａの画像位置合わせ部１０３は目的関数を最大化させた後、ステップＳ７１４に進む。
ステップＳ７１４において、医用画像診断装置１００Ａの画像位置合わせ部１０３は、目的関数が収束したか否かを判断する。収束していないと判断した場合（ステップＳ７１４：Ｎｏ）、画像位置合わせ部１０３は、ステップＳ７０６に戻り、目的関数が収束するまでステップＳ７０６からステップＳ７１４までの処理を繰り返し実行する。一方、収束していると判断した場合（ステップＳ７１４：Ｙｅｓ）、画像位置合わせ部１０３は、ステップＳ７１６に進む。
ステップＳ７１６において、医用画像診断装置１００Ａの画像位置合わせ部１０３は、目的関数が収束した時点で、正式画像位置合わせを完了して位置合わせ画像を生成する。そして、処理が終了される。
以下、本実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａについて、具体的な例を挙げて説明する。
本実施形態において、図８Ａ（ａ）に示される被検体の構造物である肝臓の超音波画像と、図８Ａ（ｂ）に示される同一の被検体の肝臓のＣＴ画像とが位置合わせされるものとする。
まず、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物（ここでは、被検体の血管とする）を抽出部１０１により抽出する（ステップＳ７００）。例えば、超音波画像において、図８Ａ（ｃ）に実線で示される点又は線状の被検体の血管が抽出され、ＣＴ画像において、図８Ａ（ｄ）に破線で示される線状の被検体の血管が抽出される。
その後、医用画像診断装置１００Ａは、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値（ここでは、第１の所定値とする）に設定する（ステップＳ７０２）。
その後、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１により抽出された構造物（図８Ａ（ｃ）に実線で示される曲線、及び図８Ａ（ｄ）に破線で示される曲線）に基づいて、例えば画像マッチング（例えば血管ツリーマッチングであり、かつ第１表示スケールσ１=３ｍｍ、血管ツリー距離の重みων=１とする）等の方法で、第１表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成する（ステップＳ７０４）。図８Ａ（ｅ）に示されるように、プリ位置合わせ画像は、超音波画像（例えば、図８Ａ（ｃ）に実線で示される局所的な曲線）と、ＣＴ画像（例えば、図８Ａ（ｄ）に破線で示される局所的な曲線）とがほぼ重なり合うように重ねられて生成される。
その後、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により、表示スケールを第１表示スケールよりも小さい第２表示スケールに調整する。即ち、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により、図８Ｂに示されるように、左側図（即ち、図８Ａ（ｅ））の第１表示スケールσ１から中間図の第２表示スケールσ２（例えばσ２=２ｍｍ）に調整する。
また、ここで、正式画像位置合わせに用いられる目的関数を式（１）とする。
ωｇ*Ｓｇ-ων*Ｓv 式（１）
式（１）において、「Ｓｇ」は、グローバル類似度であり、例えば式（２）に示される。
式（２）中のパラメータは、例えば下記の式（３）に示される。
ωｇ：グローバル類似度の重み；
Ｓv：画像位置合わせ部１０３の画像位置合わせに用いられるプリ位置合わせ画像における血管ツリーの距離；
ων：血管ツリーの距離の重み。
ここでは、表示スケールをσ１からσ２に調整するとともに、血管ツリーの距離の重みも小さくし、例えばων=０.７５とし、かつグローバル類似度の重みωｇを大きくし、ωｇ=２とする（ωｇの初期値を１とする）（ステップＳ７０６）。
その後、医用画像診断装置１００Ａは、第１表示スケールσ１よりも小さい第２表示スケールσ２の基で、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物（血管）を抽出部１０１により抽出する。そして、医用画像診断装置１００Ａは、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、第２表示スケールの基でプリ位置合わせ画像中の構造物（血管ツリー）をさらにマッチングする。ここでは、図８Ｂの中間図に示されるように、表示スケールと関係パラメータの調整により、血管ツリーは大きくなり、図８Ｂの左側図に対してより多くより小さいスケール下のデータが追加され、正式画像位置合わせをさらに細分化させる（ステップＳ７０８）。
その後、スケールが最適化される（ステップＳ７１０）。ここで、最適化方法は、公知の任意の最適化方法であってもよく、ここでは説明は省略する。
その後、目的関数が最大化される（ステップＳ７１２）。
その後、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせ部１０３により、目的関数が収束したか否かを判断する（ステップＳ７１４）。ここで収束していないと判断された場合（ステップＳ７１４：Ｎｏ）、処理はステップＳ７０６に戻り、ステップＳ７０６からステップＳ７１４までの処理（反復）が繰り返し実行される。具体的には、例えば、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により表示スケールを第３表示スケールに調整することができる。例えば、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により、図８Ｂに示されるように、中間図の第２表示スケールσ２から右側図の第３表示スケールσ３（例えばσ３=１ｍｍ）に調整する。同時に、医用画像診断装置１００Ａは、スケール調整部１０４により、血管ツリーの距離の重みを小さくし、例えばων=０.５とし、かつ、グローバル類似度の重みωｇを大きくし、例えば、ωｇ=３とする（ステップＳ７０６）。
その後、反復的な処理が実行され（ステップＳ７０６～ステップＳ７１２）、今回の反復において目的関数が収束すると判断するように決定される（ステップＳ７１４：Ｙｅｓ）。
このように、医用画像診断装置１００Ａは、画像位置合わせ部１０３により正式画像位置合わせを完了することにより位置合わせ画像を生成する。図８Ａ（ｆ）に示されるように、該位置合わせ画像は、超音波画像（図８Ａ（ｃ）において実線で示される曲線）と、ＣＴ画像（８Ａ（ｄ）において破線で示される曲線）とが、図８Ａ（ｅ）に示されるプリ位置合わせ画像よりも精度よく重なり合うように重ねられて生成される。また、図８Ａ（ｇ）に示されるように、位置合わせ画像は、超音波画像とＣＴ画像とを位置合わせした後に重ね合わせる画像を表示することができるが、構造物的のマッチング状況を明瞭に示していない。その後、処理が終了される。
第２の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ａは、上述した第１の実施形態及び各実施例の技術効果を具備し、ここでは繰り返し述べない。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂについて説明する。
（医用画像診断装置１００Ｂの構成）
図９は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂの構成の模式図である。図９において、図１に示す第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂと第１の実施形態に係る医用画像診断装置１００との相違点は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂが入力部１０５を備える点である。
入力部１０５は、ユーザが校正指示を入力するために用いられるものであり、例えばマウス、キーボード、レバー、トラックボール、タッチパネル、ライトペン、言語コントローラー等の入力可能な機器であってもよい。
また、本実施形態において、プリ位置合わせ画像が、精度が良好でないプリ位置合わせにより得られたものである場合、ユーザは、入力部１０５を介して校正指示を入力する。ここでは、校正指示とは、一方の医用画像データの回転及び／又はシフト、若しくは、双方の医用画像データへのポイント指定をいう。
（医用画像診断装置１００Ｂの動作）
図１０は、第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂの動作フローチャートである。
図１０に示されるように、ステップＳ１０００において、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出部１０１により抽出した後、ステップＳ１００２に進む。
ステップＳ１００２において、医用画像診断装置１００Ｂは、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定した後、ステップＳ１００４に進む。ここでは、設定される表示スケールは、例えば第１表示スケールとする。
ステップＳ１００４において、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１により抽出された構造物に基づいて、例えば画像マッチング等の方法で、第１表示スケールの基で医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成し、プリ位置合わせ画像を生成した後、ステップＳ１００６に進む。
ステップＳ１００６において、ユーザは、表示されるプリ位置合わせ画像に基づいて、プリ位置合わせ画像にプリ位置合わせ不良があるか否かを判断する（ステップＳ１００６）。プリ位置合わせ不良があると判断した場合（ステップＳ１００６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００８に進み、ステップＳ１００８において、ユーザは入力部１０６を介して校正指示を入力し、そして、ステップＳ１００６を再び実行する。一方、プリ位置合わせ不良がないと判断した場合（ステップＳ１００６：Ｎｏ）、ステップＳ１０１０に進む。
ステップＳ１０１０において、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１が抽出した構造物と、画像に含まれる例えば階調又は勾配等の画像情報とに基づいて、プリ位置合わせ画像に正式画像位置合わせを行い、位置合わせ画像を生成する。そして、位置合わせ画像が生成された後、処理が終了される。
以下、本実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂについて、具体的な例を挙げて説明する。
本実施形態において、図１１（ａ）に示される被検体の構造物である肝臓の超音波画像と、図１１（ｂ）に示される同一の被検体の肝臓のＣＴ画像とを位置合わせされるものとする。
まず、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせを行う医用画像データに含まれる被検体の構造物（ここでは、被検体の血管）を抽出部１０１により抽出する（ステップＳ１０００）。例えば、超音波画像において図１１（ｃ）に実線で示される曲線が抽出され、ＣＴ画像において図１１（ｄ）に破線で示される曲線が抽出される。
その後、医用画像診断装置１００Ｂは、スケール設定部１０２により医用画像の表示スケールを所定値に設定する（ステップＳ１００２）。
その後、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１で抽出された血管（図１１（ｃ）に実線で示されるポイント又はライン、及び図１１（ｄ）に破線で示されるライン）に基づいて、例えば画像マッチング等の方法で、医用画像データ間のプリ位置合わせを行い、プリ位置合わせ画像を生成する（ステップＳ１００４）。
ここでは、図１１（ｅ）に示されるように、プリ位置合わせ画像は、超音波画像（図１１（ｃ）において実線で示される曲線）と、ＣＴ画像（図１１（ｄ）において破線で示される曲線）とがほぼ重なり合うように重ねられて生成される。
その後、ユーザは、表示されるプリ位置合わせ画像に基づいて、プリ位置合わせ画像にプリ位置合わせ不良があるか否かを判断することができる（ステップＳ１００６）。そして、プリ位置合わせ不良があると判断した場合（ステップＳ１００６：Ｙｅｓ）、ユーザは、入力部１０６を介して校正指示を入力する（ステップＳ１００８）。ここで、校正指示は、回転及びシフトである。そして、ユーザは、ステップＳ１００６の判断を再び実行し、判断した結果、プリ位置合わせ不良がないと判断した場合（ステップＳ１００６：Ｎｏ）には、次のステップＳ１０１０に移行する。
その後、医用画像診断装置１００Ｂは、画像位置合わせ部１０３により、抽出部１０１が抽出した構造物と、画像に含まれる例えば階調又は勾配等の画像情報とに基づいて、プリ位置合わせ画像に正式画像位置合わせを行い、位置合わせ画像を生成する（ステップＳ１０１０）。そして、処理が終了される。ここでは、図１１（ｆ）に示されるように、位置合わせ画像は、超音波画像（図１１（ｃ）に実線で示される曲線）と、ＣＴ画像（図１１（ｄ）に破線で示される曲線）とが、図１１（ｅ）に示されるプリ位置合わせ画像よりも精度よく重なり合うように重ねて生成することができる。また、位置合わせ画像は、図１１（ｇ）に示されるように、超音波画像とＣＴ正式画像とを位置合わした後に重ね合わせる画像を表示することができるが、構造物のマッチング状況を明示していない。
第３の実施形態に係る医用画像診断装置１００Ｂは、同様に、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態の技術効果を備えている。また、医用画像診断装置１００Ｂが、入力部１０５を有しており、かつ画像位置合わせ部１０３により画像プリ位置合わせが実行された後、ユーザは、プリ位置合わせに不良があるか否かを判断することができるので、プリ位置合わせ不良がある場合、ユーザは、手動で調整し、プリ位置合わせ不良をできる限り除去することができる。よって、従来の技術のように、ユーザが非常に時間がかかる画像位置合わせが実行された後に位置合わせ結果を確認するのではなく、時間をかけないプリ位置合わせが実行された後、ユーザはプリ位置合わせ結果を確認して、効率的な調整を行うことができる。これにより、画像位置合わせに必要な時間をさらに短縮し、画像位置合わせ時間を短くし、リアルタイム性を良くすることを実現することができる。そして、ユーザは、一方の画像データの回転及び／又はシフト、若しくは双方の医用画像データへのポイント指定等の操作により、簡単で、かつ直観的に位置合わせを調整することができる。このように、ユーザは、より少ない操作で、プリ位置合わせ不良をできる限り除去することができる。これにより、ユーザの操作を低減し、かつユーザが操作し易く、ユーザインタラクションの適切なタイミング及び方式を提供することができ、医用画像診断装置の操作快適性を向上させる。
（変形例）
以上、各実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、例えば、当業者は、上述した各実施形態、実施例及び変形例に対して適宜構成要素の追加、削除、設計変更を行った形態、各実施形態や変形例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の技術的思想に合致する限り、本発明の範囲に含まれる。
例えば、第３の実施形態において、画像位置合わせの処理において、スケール調整が実行されてもよい。例えば特徴抽出のスケール及び／又は画像表示スケールが調整されてもよい。
また、第２の実施形態のステップＳ７１４において、画像位置合わせ部１０３は、目的関数が収束したか否かを判断する。当然ながら、このような判断を行う１つの判断部を単独して設けて、この判断部が、目的関数が収束したか否かを判断してもよい。また、医用画像診断装置１００Ｂ全体の動作を制御する制御部がある場合には、目的関数が収束したか否かを制御部によって判断してもよい。
また、上述した実施形態において、プリ位置合わせに不良が生じたときに、ユーザが校正指示を入力する場合について説明したが、これは、比較的好適な実施形態であり、これに限られず、画像アライメント中のいずれかの段階で、ユーザが校正指示を入力してもよい。
また、上述した実施形態において、まず、医用画像データ中の被検体の構造物を抽出部により抽出し、その後、医用画像の表示スケールをスケール設定部により設定しているが、これに限られず、まず、医用画像の表示スケールをスケール設定部により設定し、医用画像データ中の被検体の構造物を抽出部により抽出してもよい。
また、上述した各実施形態において、超音波画像とＣＴ画像との間の画像位置合わせを例に説明したが、上述した実施形態は、超音波画像とＭＲ画像との位置合わせにも適用できることは言うまでもない。
また、上述した位置合わせ後の画像は２次元のＭＰＲ画像の方式で表示されているが、これに限らず、例えば、３次元のＳＶＲ画像の方式で表示されてもよい。
また、本発明において、位置合わせ画像のみを表示してもよいし、実施形態の表示例に係る各図の全部又は一部を同時に表示してもよい。
また、本発明は、医用画像診断装置及びそれによる医用画像診断方法の具体的な表現形態について詳述したが、本発明の具体的な表現形態はこれに限定されるものではなく、当該医用画像診断装置を含む超音波診断装置、集積回路、プログラム及びプログラムが記録された媒体等の各種の形態で表現されてもよい。
以上説明した少なくとも１つの実施形態、実施例及び変形例によれば、位置合わせ精度が高く、ユーザの操作を低減し、ユーザが操作しやすく、時間が短く、リアルタイム性がよいことを実現することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１００ 医用画像診断装置
１０１ 抽出部
１０２ スケール設定部
１０３ 画像位置合わせ部

Claims (7)

  1. 医用画像データ間の画像位置合わせを行う医用画像診断装置であって、
    前記医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する抽出部と、
    前記医用画像データの位置合わせ表示スケールの値を設定するスケール設定部と、
    前記スケール設定部により設定された位置合わせ表示スケールの値の基で、前記抽出された構造物に基づいて、前記医用画像データ間の位置合わせを行い、位置合わせ医用画像データを生成する画像位置合わせ部と、
    前記医用画像データの位置合わせ表示スケールの値を繰り返し減少させるスケール調整部と、
    を備え、
    前記抽出部は、前記位置合わせ表示スケールの値が減少される度に、減少された前記位置合わせ表示スケールの値の基で前記医用画像データに含まれる前記構造物を抽出し、
    前記画像位置合わせ部は、前記位置合わせ表示スケールの値が減少される度に、減少された前記位置合わせ表示スケールの値の基で前記抽出された構造物に基づいて、前記医用画像データ間の画像位置合わせを行い、位置合わせ医用画像データを生成し、所定の条件を満たす場合の当該位置合わせ医用画像データを正式位置合わせ医用画像データとする、医用画像診断装置。
  2. 前記構造物は、血管又は表面輪郭である、請求項１に記載の医用画像診断装置。
  3. 前記画像位置合わせ部は、前記位置合わせ表示スケールの値が減少される度に、減少された前記位置合わせ表示スケールの値の基で前記抽出された構造物及び前記医用画像データに含まれる医用画像情報に基づいて、前記医用画像データ間の画像位置合わせを行い、前記位置合わせ医用画像データを生成し、
    前記医用画像情報は、医用画像データの階調又は勾配のうちの少なくとも１種である、請求項１に記載の医用画像診断装置。
  4. 前記画像位置合わせ部での位置合わせが不良の場合、操作者による校正指示を受け付ける入力部を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の医用画像診断装置。
  5. 前記入力部における校正指示は、一方の前記医用画像データの回転及び/またはシフト、若しくは、双方の前記医用画像データへのポイント指定である、請求項４に記載の医用画像診断装置。
  6. 医用画像データ間の画像位置合わせを行う医用画像位置合わせ方法であって、
    前記医用画像データに含まれる被検体の構造物を抽出する抽出ステップと、
    前記医用画像データの位置合わせ表示スケールの値を設定するスケール設定ステップと、
    前記設定された位置合わせ表示スケールの値の基で、前記抽出された構造物に基づいて、前記医用画像データ間の位置合わせを行い、位置合わせ医用画像データを生成する画像位置合わせステップと、
    前記医用画像データの位置合わせ表示スケールの値を繰り返し減少させる減少ステップと、
    を有し、
    前記抽出ステップは、前記位置合わせ表示スケールの値が減少される度に、減少された前記位置合わせ表示スケールの値の基で前記医用画像データに含まれる前記構造物を抽出することを含み、
    前記画像位置合わせステップは、前記位置合わせ表示スケールの値が減少される度に、減少された前記位置合わせ表示スケールの値の基で前記抽出された構造物に基づいて、前記医用画像データ間の画像位置合わせを行い、位置合わせ医用画像データを生成し、所定の条件を満たす場合の当該位置合わせ医用画像データを正式位置合わせ医用画像データとすることを含む、
    ことを特徴とする医用画像位置合わせ方法。
  7. 請求項１～５のいずれか１つに記載の医用画像診断装置を有する、超音波診断装置。
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