JP2002204790A - 画像を重ね合わす方法及び装置 - Google Patents

画像を重ね合わす方法及び装置

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JP2002204790A
JP2002204790A JP2001336947A JP2001336947A JP2002204790A JP 2002204790 A JP2002204790 A JP 2002204790A JP 2001336947 A JP2001336947 A JP 2001336947A JP 2001336947 A JP2001336947 A JP 2001336947A JP 2002204790 A JP2002204790 A JP 2002204790A
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Juergen Dr Weese
ヴェーゼ ユルゲン
Thomas Netsch
ネッチュ トーマス
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
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  • Image Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、最適な重ね合わせ結果が得られる
一方で重ね合わされるべき画像中の利用できる情報を最
適に使用する、対象物の一連の時間的に連続して捕捉さ
れる画像を重ね合わす方法及び装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 本発明は、対象物の一連の少なくとも３
つの時間的に連続して捕捉される画像（Ｉ１−Ｉｎ）を
重ね合わす方法に関わり、このとき、重ね合わされるべ
き個々の画像（Ｉ２−Ｉｎ）は個々のマッピングの規則
（Ｔ２−Ｔｎ）を用いて重ね合わされた画像（Ｉ２’−
Ｉｎ’）に変換され、マッピングの規則（Ｔ２−Ｔｎ）
を決定するために類似性の尺度（Ｍ）が使用される。よ
り高い重ね合わせの正確さを実現するためには、本発明
によると、全ての画像に対するマッピング規則（Ｔ２−
Ｔｎ）を決定するために全ての画像（Ｉ１’−Ｉｎ’）
に共通の類似性の尺度（Ｍ）を利用することが提案され
る。本発明は、対応する、重ね合わせ装置にも関わる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の一連の少
なくとも３つの時間的に連続して捕捉される画像を重ね
合わす方法、及び、それに対応する重ね合わせ装置に関
わる。本発明は、検査されるべき対象物の検査域から一
連の医用画像データを時間的に連続して捕捉する装置、
並びに、このような方法を実行及び／又はこのような装
置を制御するコンピュータプログラムにも関わる。
【０００２】
【従来の技術】時間的に連続して捕捉される画像の評価
に関して、特に、画像の捕捉中に発生し、評価結果を誤
らす望ましくない動きを補償するために、画像処理操作
の第１の段階中にこのような画像を重ね合わすことがし
ばしば必要となる。このような動きは、対象物自体の動
き、及び、画像捕捉装置の動きでもよい。この文脈にお
いて重ね合わすことは、様々な画像がどのようにして互
いにマッピングされなくてはならないかが決定され、特
に、画像を評価する前に補償されなくてはならない個々
の画像の捕捉間で対象物又は画像捕捉装置が受ける並進
及び／又は回転が決定されることを意味することを理解
する。
【０００３】例えば、夜空の時間的に連続する捕捉され
た画像から天文学的データを導き出すよう組合わされ又
は比較されなくてならないとき、画像捕捉装置の全ての
動き、例えば、カメラのスタンドの動きを除去し、画像
間の正確な位置関係を決定することがまず必要となる。
さもなければ、評価結果は誤ったものとなる。
【０００４】これに関する更なる例は、医用画像デー
タ、例えば、約１００の三次元画像がしばしば捕捉され
る、機能的磁気共鳴断層撮影からのデータによって形成
される。画像データの捕捉中の患者の頭の動きは、評価
結果、つまり、結果となる機能的サーベイ画像を確実に
劣化させる。従って、このような動きに対する補償は必
ず行わなくてはならないことである。僅かな不正確さ及
び補間エラーさえもが結果となる機能的サーベイ画像中
にアーチファクトを生ずるため、重ね合わせの正確さが
高いことも必要である。
【０００５】“Medical Image Matching−ａ review
with classification”,IEEE Eng.Med.Bio.12,(199
3)pp.26-29に記載するような公知の重ね合わせ方法によ
ると、重ね合わせは、画像構造、例えば、境界構造或い
は特別な画像特性に基づいて、又は、画像グレー値に基
づいて実施される。どの場合でも、２つの画像だけが考
慮され、マッピングの規則は重ね合わされるべき２つの
画像間でだけ決定され、上記規則は２つの画像のうちの
一方を他方の画像と重ね合わすよう、この一方の画像を
他方の画像に変換するために使用される。マッピングの
規則を決定するために従来では、類似性の尺度が使用さ
れてきたが、この尺度も検査され重ね合わされなくては
ならない２つの画像に対してだけ決定される。これら２
つの画像のうちの一方は基準画像を表示し、この基準画
像と他方の画像は重ね合わされる。
【０００６】一連の時間的に連続して捕捉される画像の
場合、全ての画像は従って固定の基準画像と公知の方法
で重ね合わされ、又は、各画像は既に重ね合わされた時
間的に先行する画像と重ね合わされる。しかしながら、
利用できる情報は、この場合最適に使用されず、それに
より重ね合わせの正確さは最適でない。例えば、重ね合
わせのために選択された基準画像が、例えば、重ね合わ
されるべき画像の多くに含まれる構造が基準画像中に示
されていないため、重ね合わされるべき全ての画像に対
して最適でない場合もある。しかしながら、夫々の時間
的に先行する画像と重ね合わす場合、第１の重ね合わせ
段階中に発生した、重ね合わせエラーは更なる重ね合わ
せ段階に持ち越され、全ての重ね合わせ段階を通じて累
積又は伝えられ得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
記欠点が緩和され、特に最適な重ね合わせ結果が得られ
る一方で重ね合わされるべき画像における利用できる情
報を最適に使用する、対象物の一連の時間的に連続して
捕捉された画像を重ね合わす方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１記
載の方法、及び、請求項８記載の装置を用いて実現され
る。
【０００９】本発明は、画像の重ね合わせに関して、毎
回２つの画像だけを別々に観察し、これら２つの画像に
対してだけ計算された類似性の尺度に基づいてマッピン
グの規則を決定する代わりに、重ね合わされるべき２つ
の画像に対するマッピングの規則を決定、又は、２つ以
上の画像に対するマッピングの規則を決定するよう全て
の画像のデータから類似性の尺度を決定し、現在使用し
ているマッピングの規則の質が充分か否かを判断するた
めに上記類似性の尺度を使用する方が意味をなす。
【００１０】マッピングの規則の決定は、請求項２記載
の通り反復的に実施されることが好ましい。つまり、第
１の段階では、１つ以上のマッピングの規則が重ね合わ
されるべき１つ以上の画像に対して選択され、第２の段
階では、類似性の尺度が重ね合わされるべき全ての画
像、つまり、関連する瞬間に扱われている画像に対して
だけでなく全ての画像に対して決定され、第１の段階中
に検査される画像は類似性の尺度を決定する前に選択さ
れたマッピングの規則を用いて変換される。第２の段階
において決定された類似性の尺度に基づき、第１の段階
において選択されたマッピングの規則が最適か、若しく
は更に最適化する必要があるかが判断される。第１の場
合では、１つ以上の更なる画像が検査され、段階１及び
段階２が再び実施され、第２の場合では、同じ画像に対
してマッピングの規則の更なる最適化を反復式に実行す
るために手順は第１の段階に戻される。類似性の尺度に
対する限界値又は極値は、従って、マッピングの規則が
最適化否かを決定するための基準として使用され得る。
【００１１】重ね合わされるべき単一の画像だけを毎回
検査し、この画像に対する対応するマッピングの規則を
説明した方法に従って最適化することが有利である。し
かしながら、複数の画像又は全ての画像に対するマッピ
ングの規則を同時に変化させ、変化処理の各段階後に類
似性の尺度を決定することも可能である。
【００１２】画像中の特徴的な構造又は特性画像値が重
ね合わせのために使用されることが好ましく、重ね合わ
されるべき各画像に対して異なる又は同一の特徴的な特
性を選択することが可能である。
【００１３】決定されるべきマッピングの規則は、好ま
しくは、撮像された対象物の任意の幾何学的変化、特
に、並進、回転、圧縮、伸張を補償しなくてはならな
い。しかしながら、補償されるべき変化、例えば、並進
を制限することも可能である。
【００１４】本発明の好ましい実施例では、画像の重ね
合わせは検査されるべき対象物の一連の医用画像、特
に、医用撮像モダリティーを手段として形成される一連
の二次元又は三次元画像に関わる。全ての上記画像は、
同じ医療撮像モダリティーを用いて捕捉されてもよく、
例えば、Ｘ線蛍光透視法を手段として形成された時系列
の画像でもよい。しかしながら、画像は、異なる撮像モ
ダリティーを用いて捕捉される場合もある。従って、磁
気共鳴断層撮影装置を用いて捕捉された画像と超音波装
置を用いて捕捉された画像とを重ね合わすことも可能で
ある。
【００１５】本発明は、脳の時系列の画像が外部の刺激
に応答する脳の活動の研究のために使用される、機能的
磁気共鳴断層撮影法に特に有利に使用され得る。このよ
うな研究に対して信頼性のある結果を得るためには、重
ね合わせに非常に高い正確さが要求され、この高い正確
さは本発明を用いて実現され得る。
【００１６】本発明は、画像を記憶する記憶ユニット、
及び、マッピングの規則並びに類似性の尺度を決定する
算術ユニットを含む、請求項８記載の重ね合わせ装置に
も関わる。このような装置の構成は、装置と同一若しく
は類似し、上記の、従属項にも記載する本発明による方
法と互換性がある実施例を実現するために、更に詳しく
述べられてもよい。
【００１７】本発明は、本発明による重ね合わせ装置を
含む、検査されるべき対象物の検査域から一連の医用画
像データを時間的に連続して捕捉する装置にも関わる。
この種類の捕捉装置は、例えば、磁気共鳴断層撮影装
置、コンピュータ断層撮影装置、Ｘ線装置、又は、超音
波装置でもよい。
【００１８】最後に、本発明は、本発明による方法を実
行、及び／又は、本発明による重ね合わせ装置を制御す
るコンピュータプログラムにも関わる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明は、図面を参照して以下に
詳細に説明する。
【００２０】図１は、最新技術による重ね合わせ方法の
第１のバージョンを示すブロック図である。同図は、例
によって、互いに対して重ね合わされるべき、一連のｎ
の時間的に連続して捕捉される画像Ｉ１．．．Ｉｎの４
つの画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を示す。これら画像
は、例えば、外部の刺激に応答する脳の個々の部分の機
能研究を実行するために、磁気共鳴断層撮影装置を用い
て捕捉される、患者の脳の時間的に連続して捕捉される
二次元又は三次元のスライス画像でもよい。重ね合わす
ためには、互いと重ね合わされることが確実にされるよ
う元の画像Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４．．．Ｉｎを重ね合わされ
た画像Ｉ１’、Ｉ２’、Ｉ３’、Ｉ４’．．．Ｉｎ’に
変換するために使用されるマッピングの規則Ｔ２、
Ｔ３、Ｔ４．．．Ｔｎを得ることが必要となる。マッピ
ングの規則Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４．．．Ｔｎは、従って、画
像Ｉ１乃至Ｉｎ間の空間における位置関係を決定する役
目をする。
【００２１】図示するバージョンによると、毎回２つの
隣接する画像が重ね合わされ、つまり、最初に画像Ｉ２
が画像Ｉ１と重ね合わされ、結果として重ね合わされた
画像Ｉ２’が生ずる。その後、画像Ｉ３が前に重ね合わ
された画像Ｉ２’と重ね合わされ、結果として重ね合わ
された画像Ｉ３’が生ずる。その後、画像Ｉ４が前に重
ね合わされた画像Ｉ３’と重ね合わされ、重ね合わされ
た画像Ｉ４’が得られる。
【００２２】２つの画像は、画像Ｉ２を画像Ｉ２’に変
換するために使用される仮のマッピングの規則Ｔ２が最
初に画像Ｉ２に対して定められるようにして互いと重ね
合わされる。類似性の尺度Ｍ２は、得られた画像Ｉ２’
とこの場合画像Ｉ１に対応する基準画像Ｉ１’との間で
決定され、この類似性の尺度は、画像Ｉ２’とＩ１’
（又はＩ１）との間の類似性がマッピングの規則Ｔ２を
更に変更する必要がないほどに充分か否かのインジケー
ションを形成する。類似性の尺度は、画像Ｉ１’及びＩ
２’における例えば、ボクセルの、つまり、個々の小さ
い画像点又は画像点の群の変化として決定されてもよ
い。類似性の尺度が類似性がまだ充分でないことを示す
とき、マッピングの規則は、毎回計算される類似性の尺
度が画像Ｉ２’と画像Ｉ１’との間の類似性が充分であ
ることを示すまで階段式に変化される。
【００２３】夫々の先行する、既に重ね合わされた画像
との画像の重ね合わせ手順は、上述の手順と同じであ
る。つまり、マッピングの規則Ｔ３は、画像Ｉ３’と画
像Ｉ２’との間の類似性の尺度Ｍ３を介して決定され
る。同様にして、マッピングの規則Ｔ４は、画像Ｉ４’
と画像Ｉ３’との間で類似性の尺度Ｍ４を用いて決定さ
れる。この手順は、全ての画像が夫々の先行する画像と
重ね合わされるまで続けられる。この方法は、各画像が
夫々の時間的に先行する画像とだけ常に重ね合わされ、
それにより、第１の重ね合わせ段階で発生するエラーが
後続する重ね合わせ段階に伝えられるといった欠点を有
する。
【００２４】図２は、最新技術による重ね合わせ方法の
第２のバージョンを示す図である。図１に示すバージョ
ンとは対照に、全ての画像Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４．．．Ｉｎ
は固定の基準画像Ｉ１’と重ね合わされ、この基準画像
Ｉ１’はここでも画像Ｉ１に対応する。マッピングの規
則Ｔ２は、図１に示すバージョンにおけるように画像Ｉ
２’及びＩ１’から決定される類似性の尺度Ｍ２を用い
て決定される。図１に示すバージョンとは違い、マッピ
ングの規則Ｔ３及びＴ４を決定する類似性の尺度Ｍ３及
び類似性の尺度Ｍ４は、画像Ｉ３’及び基準画像Ｉ１’
と、画像Ｉ４’及びＩ１’から夫々決定される。
【００２５】しかしながら、この方法は、基準画像
Ｉ１’に存在し、重ね合わせのために使用される全ての
構造が全ての他の画像にも存在するとは限らず、それに
より重ね合わせは異なる基準点で行われるといった欠点
を有する。反対に、重ね合わされるべき個々の画像
Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４．．．Ｉｎに存在し、重ね合わすため
に特に好適な構造が基準画像Ｉ１’に無い場合もある。
【００２６】図３は、本発明による方法のバージョンを
示すブロック図である。このバージョンによると、マッ
ピングの規則Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４．．．Ｔｎは、全ての画
像Ｉ １’、Ｉ２’、Ｉ３’、Ｉ４’．．．Ｉｎ’から決
定される同じ類似性の尺度Ｍに基づいて全て決定され
る。マッピングの規則Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４．．．Ｔｎの決
定は、最初にマッピングの規則Ｔ２が決定され、その後
に、マッピングの規則が充分に良いか否かを確認するた
めに各変化後に全ての画像Ｉ１’乃至Ｉ４’から類似性
の尺度Ｍが決定されることで、段階毎に実施され得る。
この手順は、最適なマッピングの規則Ｔ２が得られるま
で続けられ得る。その後、次の段階では、マッピングの
規則Ｔ３、その後Ｔ４が、つまり、毎回決定され得る一
方で全ての画像からの同じ類似性の尺度Ｍを利用する。
或いは、幾つかの又は全てのマッピングの規則は、同時
に変化され、その後類似性の尺度が決定され得、この操
作は最適な類似性の尺度Ｍが見つかるまで交互に続けら
れる。
【００２７】数学的には、類似性の尺度は、画像ボリュ
ーム全体にわたって統合されるよう例えば、グレー値に
基づく(時間の関数として考える)ボクセルの変化差とし
て計算され得、このためには、
【００２８】
【数１】 が使用される。
【００２９】ここでは、Ｉ１．．．Ｉｎは、時系列の画
像を示し、１ｘ、１ｙ、及び、１ｚは各座標軸方向のボ
クセルの数を示す。更に、
【００３０】
【数２】 が成立し、この式はボクセルの平均グレー値を示す。更
に、画像の縁にあるボクセルの効果を画像の中央にある
ボクセルの効果よりも少なくするよう係数ｗｉｊ ｋが導
入され得る。
【００３１】類似性の尺度を最適化するためには、ｎ−
1マッピングの規則がｎ画像の場合に決定されなくては
ならない。３つの回転パラメータ及び３つの並進パラメ
ータでの固定の変換が推測されるとき、パラメータの合
計は６ｎ−６となる。
【００３２】マッピングの規則の反復決定のための段階
は、２つのバージョンに基づいて以下に説明する。第１
のバージョンによると、以下の段階が実行される。
【００３３】１．２つの画像Ｉ１（＝Ｉ１’）とＩ２と
を重ね合わせ、マッピングの規則Ｔ２を得る。全ての他
の画像Ｉ３．．．Ｉｎはこの段階中無視される。類似性
の尺度は、
【００３４】
【数３】 から導かれる。これよりＩ２’が得られる。
【００３５】２．ｓの画像（Ｉ１’．．．Ｉｓ’）が複
数の段階後に重ね合わされたとき、画像Ｉｓ＋１の重ね
合わせ及びマッピングの規則Ｔｓ＋１の決定は、
【００３６】
【数４】 の最適化によって得られ、このとき、
【００３７】
【数５】 が成り立つ。この結果Ｉ’ｓ＋１が得られる。
【００３８】３．この反復手順は、ｎ−１の繰り返し後
終了され、その後Ｉ１’．．．Ｉ ｎ’が利用できる第２
のバージョンに従うと、全ての画像Ｉ１．．．Ｉｎは、
同時に最適化される。
【００３９】本発明による方法は、公知の方法によって
与えられる、重ね合わせ結果と比較して重ね合わせ結
果、つまり、マッピングの規則が著しく改善されてい
る。
【００４０】図４は、一連の画像データ、つまり、特
に、患者の検査域の医用画像を時間的に連続して捕捉す
る装置を示す。装置１は、例えば、磁気共鳴断層撮影装
置でもよく、重ね合わせ装置３に与えられる画像データ
Ｉ１、Ｉ２．．．を捕捉する検出器２を含む。この装置
は、一方で画像データを記憶する記憶ユニット４、及
び、マッピングの規則並びに類似性の尺度を計算する算
術ユニット５を含む。重ね合わされた画像Ｉ１’
Ｉ１’．．．は、装置３から本願では図示しない更なる
画像評価ユニットに与えられる。
【００４１】本発明は、実施例にも医用画像データに対
する説明した適用にも制限されない。本発明は、画像捕
捉中の対象物又は画像捕捉装置の動きを特に補償するた
めに、重ね合わせの正確さが高いことが要求される同じ
対象物の任意の時間的に連続して捕捉される画像の重ね
合わせのために使用され得る。例えば、本発明をディジ
タルビデオレコーディングの動き補正のために使用する
ことも可能である。
【００４２】本発明による方法は、画像処理コンピュー
タによって実行される適切なコンピュータプログラムに
よって行われてもよい。このようなコンピュータプログ
ラムは、画像データ捕捉装置に記憶されてもよく、対応
する重ね合わせ装置を制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】重ね合わせ方法の第１の公知のバージョンを示
すブロック図である。
【図２】重ね合わせ方法の第２の公知のバージョンを示
すブロック図である。
【図３】本発明による重ね合わせ方法のバージョンを示
すブロック図である。
【図４】本発明による画像捕捉装置のブロック図であ
る。
【符号の説明】
１ 装置 ２ 検出器 ３ 重ね合わせ装置 ４ 記憶ユニット ５ 算術ユニット
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ａ６１Ｂ 6/00 ３６０ Ｇ０１Ｎ 24/02 ５２０Ｙ (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 トーマス ネッチュ ドイツ連邦共和国，22089 ハンブルク, キービッツシュトラーセ ８ Ｂ Ｆターム(参考） 4C093 AA01 AA22 AA26 CA50 FF11 FF37 4C096 AA20 AB12 AC01 AD14 DC14 DC25 DC33 4C301 EE11 JC11 JC14 KK07 KK08 KK12 KK16 5B057 AA09 BA06 CA02 CA08 CA12 CA16 CB02 CB08 CB12 CB13 CB16 CD02 CD03 CD05 CE08 CE11 DA07 DB02 DB05 DB09 DC34

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物の一連の少なくとも３つの時間的
    に連続して捕捉される画像を重ね合わせ、重ね合わされ
    るべき個々の画像が個々のマッピングの規則を用いて重
    ね合わされた画像に変換され、上記マッピングの規則を
    決定するために類似性の尺度が使用される方法であっ
    て、 上記重ね合わされるべき画像に対する上記マッピングの
    規則を決定するために全ての画像に対して共通の類似性
    の尺度が使用されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記マッピングの規則の決定は、上記類
    似性の尺度が所与の限界値又は極値に到達するまで１つ
    以上のマッピングの規則が交替で変化され、全ての画像
    に対する上記類似性の尺度が、上記変化されたマッピン
    グの規則を用いて決定されることが繰り返し実施される
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記重ね合わされるべき個々の画像に対
    する上記マッピングの規則の決定は、手順の１つの段階
    では、毎回単一のマッピングの規則だけが変化され、そ
    れにより上記類似性の尺度が最適となるまで決定され、 手順のその後の段階では、毎回更なる最適なマッピング
    の規則が決定されることが交替で段階毎に実施されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記画像中の特徴的な構造又は特性画像
    値は上記重ね合わせのために使用されることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記マッピングの規則は、上記対象物の
    任意の幾何学的変化、特に、並進、回転、圧縮、及び伸
    張を補償することを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 検査されるべき対象物の一連の医用画
    像、特に、医用撮像モダリティーを用いて捕捉される一
    連の二次元又は三次元画像を重ね合わすために使用され
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 一連の画像、特に、機能的磁気共鳴断層
    撮影法を用いて捕捉される脳の画像を重ね合わすために
    使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 対象物の一連の少なくとも３つの時間的
    に連続して捕捉される画像を重ね合わせ、 画像を記憶する記憶ユニット、及び、重ね合わされるべ
    き個々の画像を重ね合わされた画像に変換するための個
    々のマッピングの規則を決定する算術ユニットを含み、 上記マッピングの規則を決定するために類似性の尺度が
    使用される装置であって、 上記算術ユニットは、上記重ね合わされるべき画像に対
    する上記マッピングの規則を決定するために全ての画像
    に対して共通の類似性の尺度が使用されるよう配置され
    ることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の重ね合わせ装置を含み、
    検査されるべき対象物の検査域の一連の医用画像データ
    を時間的に連続して捕捉する装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の方法を実行、及び／又
    は、請求項８記載の装置を制御するコンピュータプログ
    ラム。
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JP (1) JP2002204790A (ja)
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Cited By (2)

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