JPH10143652A - 医用画像合成装置 - Google Patents
医用画像合成装置Info
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- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
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Abstract
る際に、2次元画像に起因する画像間のズレを安価に解
消する医用画像合成装置を提供する。 【解決手段】 3次元医用画像と2次元画像とを同時表
示する際に、2次元画像に起因する画像間のズレを、3
次元医用画像を補正することにより無くす。従って、術
者等は一見して被検体(患者)の所望患部のズレの無い
有用情報を得ることができる。
Description
に係り、特に3次元医用画像と2次元画像とを合成表示
する医用画像合成装置に関する。
の進入位置を前もって撮影された医用画像上にマーキン
グして表示する医用ナビゲーションシステムの開発が進
められている。一方、脳外科,耳鼻科領域では、顕微鏡
下での手術が行われ、また、患者への侵襲が少ないとい
う理由から内視鏡下での手術も普及してきている。
者の視野が限定されることもあり、手術中に、現時点の
手術の進入位置がどこであるかをリアルタイムで確認す
ることが、手術の安全性,確実性といった点から要求さ
れる。本願発明の発明者は、このような内視鏡下,顕微
鏡下の手術を支援する目的の医用ナビゲーションシステ
ムを、特願平7−337256号(名称「医用ナビゲー
ションシステム」)で提案した。該提案は、内視鏡,顕
微鏡,ビデオカメラ等により得た画像と、前もって撮影
された医用画像(X線CT装置,MRI装置,核医学装
置等の3次元医用画像)との位置関係を随時算出し、同
位置,同方向の画像を表示するものである。
微鏡,ビデオカメラ等で撮影した2次元画像には、光学
レンズの特性等により、前記2次元画像に歪みが存在す
ることがある。従って、前記ビデオカメラ等の2次元画
像と医用画像から作成した3次元医用画像,断面画像を
重ね合わせたり、合成して表示する際には、ズレが生じ
ることがある。
カメラの製造段階で歪みを無くす」ということが考えら
れる。しかし、この手段は膨大なコストを必要とし、ビ
デオカメラ等が高価になってしまう。
メラ等による2次元画像を故意に歪める場合があり、こ
の場合も前記重ね合せを行うとズレが生じる。そこで、
本発明の目的は、3次元医用画像と2次元画像とを同時
表示する際に、2次元画像に起因する画像間のズレを安
価に解消する医用画像合成装置を提供することである。
に、請求項1記載の発明は、医用画像診断装置によって
撮影された被検体の3次元医用画像を記憶する3次元医
用画像記憶手段と、前記被験体と同一被検体の2次元画
像を供給する2次元画像供給手段と、該2次元画像供給
手段から供給される2次元画像の前記被検体に対する位
置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段が検出し
た前記被検体の位置に対して、同位置になるように前記
3次元医用画像記憶手段に記憶された前記被検体の3次
元医用画像を座標変換する座標変換手段と、前記2次元
画像供給手段から供給される2次元画像の固有の光学的
歪みに関するデータを記憶する歪みデータ記憶手段と、
該歪みデータ記憶手段に記憶された歪みデータに基づ
き、前記座標変換後の3次元医用画像を歪み補正する3
次元医用画像補正手段と、該3次元医用画像補正手段に
より補正された3次元医用画像と前記2次元画像供給手
段から供給される2次元画像とを同時に表示する表示手
段とを備えたことを特徴とする。
段は、2次元画像供給手段から供給される2次元画像の
被検体に対する位置を検出する。座標変換手段は、検出
された前記2次元画像の被検体の位置に対して、同一の
位置になるように3次元医用画像記憶手段に記憶された
同一被検体の3次元医用画像を座標変換する。3次元医
用画像補正手段は、歪みデータ記憶手段に記憶された2
次元画像固有の光学的歪みに関するデータに基づき、座
標変換後の3次元医用画像を補正する。表示手段は、補
正後の3次元医用画像と、2次元画像供給手段から供給
される2次元画像とを同時に表示する。
画像供給手段は、2次元画像を記憶する2次元画像記憶
手段であることを特徴とする。請求項2記載の発明によ
れば、2次元画像供給手段は2次元画像を記憶する2次
元画像記憶手段なので、過去に記憶した2次元画像をも
手術等に活用することができる。
画像供給手段は、2次元画像を撮影し供給する2次元画
像撮影手段であることを特徴とする。請求項3記載の発
明によれば、2次元画像供給手段は2次元画像を撮影し
供給する2次元画像撮影手段(例えば、ビデオカメラ)
なので、リアルタイムの2次元画像を手術等に活用でき
る。
段に前記2次元画像と補正後の3次元医用画像とを同時
表示する際に、前記2次元画像と補正後の3次元医用画
像との合成領域を任意に設定する合成領域設定手段を備
えたことを特徴とする。請求項4記載の発明によれば、
例えば、図7(A)に示すように、2次元画像と補正後
の3次元医用画像との合成領域を任意に設定できる。
段に前記2次元画像と補正後の3次元医用画像とを重ね
合せて表示する際に、前記2次元画像と補正後の3次元
医用画像との合成割合を任意に設定する合成割合設定手
段を備えたことを特徴とする。請求項5記載の発明によ
れば、2次元画像と補正後の3次元医用画像との合成割
合(例えば、濃度,色等)を任意に設定できる。
段に前記2次元画像と補正後の3次元医用画像とを同時
表示する際に、前記2次元画像と補正後の3次元医用画
像のいずれか一方の画像上で特定の部位を指定した場合
に、該特定の部位に対応する他方の画像上にマークを表
示させるマーク表示制御手段を備えたことを特徴とす
る。請求項6記載の発明によれば、例えば、図7(B)
に示すように、ビデオカメラ画像に対して所望の箇所を
マウスカーソルで指示すると、対応する3次元医用画像
に基づく表面表示画像上の箇所にマーク(例えば、+マ
ーク)が表示される。
を図示の実施形態例に基づいて説明する。
図である。図1に示すように、医用画像合成装置IG
は、システム全体を管理するシステムコントローラ(C
PU)1と、顕微鏡画像,内視鏡画像,ビデオカメラ画
像等の2次元画像を撮影する2次元画像撮影部2と、該
2次元画像撮影部2が被検体に対してどの位置にあるか
を検出する位置検出部3と、前記2次元画像撮影部(例
えば、ビデオカメラ)の固有の光学的歪みデータを記憶
した歪みデータ記憶部4と、X線CT装置,MRI装
置,SPECT装置,核医学装置等の医用画像診断装置
12が撮影した3次元の医用画像データを保存する画像
記憶部5とを備えている。
憶部5に保存された3次元医用画像データから次に説明
する画像合成に用いられる表面表示画像,断面画像(M
PR画像)を作成する画像処理部6と、前記2次元画像
撮影部2が撮影した2次元画像の撮影位置に対し、同一
撮影位置になるように画像記憶部5に保存された3次元
医用画像(医用画像データ)を座標変換する座標変換部
7と、座標変換後の3次元医用画像を、前記光学的歪み
データに基づいて歪み補正すると共に、前記2次元画像
と歪み補正後の3次元医用画像との画像合成を行う画像
合成部8と、該画像合成部8が合成した画像を表示する
画像表示部9と、該画像表示部9に表示された画像の合
成領域の選択(次に説明する)等を行うマウス10と、
各装置を接続するバス11等を備えている。前記医用画
像診断装置12は、医用画像合成装置IGに対してオン
ラインで接続されている。
カメラ画像の歪み、(3)合成画像の作成、(4)画像
表示例に分けて説明する。
被検体の同一箇所(例えば、頭部)の3次元医用画像と
2次元画像とを比較表示する。該2次元画像が例えば側
頭部画像であると仮定すると、3次元医用画像も同一方
向から撮影した側頭部画像でないと、比較をするのが困
難である。そこで、3次元医用画像から抽出した画像
が、2次元画像に対して同一位置(例えば、側頭部)か
ら見た画像になるように、画像変換する。
が、ビデオカメラ画像(2次元画像)SDと同一位置か
ら見た画像となるように、座標変換を行う場合の概念図
である。図2に示すように、医用画像診断装置12(図
1参照)は、被検体Hを連続した断層像として撮影する
(3次元医用画像)。該3次元医用画像に対して、符号
U1 に示すように、「X−Y−Z」の座標系を設定す
る。一方、2次元画像撮影部2としてビデオカメラ2a
を使用した場合に、該カメラ2aの設置位置に対して
も、符号V1 に示すように、「X’−Y’−Z’」の座
標系を設定する。該カメラ2aのZ’軸を被検体Hの方
向にとれば、被検体Hの画像(この図では側頭部画像)
は、符号V2 に示すように、「X’−Y’」座標上に存
在する。
画像(2次元画像)SDも、同一被験体Hに対して得ら
れた画像であるので、「X−Y−Z」座標と「X’−
Y’−Z’」座標との間で所定の座標変換を行えば、3
次元医用画像に基づき、例えばビデオカメラ画像に相当
する2次元画像を抽出することができる。この座標変換
については、前記特願平7−337256号で提案した
方式で行う。
変換を、本実施形態例に適用する方法を説明する。座標
変換部7は3次元医用画像TDから被検体Hの側頭部の
外形形状(外形輪郭)を抽出し(図3(B)参照)、こ
の抽出画像と、ビデオカメラ2aでリアルタイムで撮影
中の被検体Hの外形形状(形状情報)(図3(A)参
照)との相関を求めることによって、3次元医用画像T
Dと2次元画像SDとの位置関係を求める。
先ず、3次元医用画像TDからの被検体Hの外形輪郭
(図3(B))の抽出を行うには、3次元医用画像TD
を対象として閾値によって被検体Hの実体部分とその他
の背景(空気)の部分を区別する。閾値の決定には、3
次元医用画像TDのヒストグラム(画像の信号値に対す
る画素数の分布をグラフ化したもの)を求め、背景部分
のモード値と背景部分のピークの半値幅より次式によっ
て算出する。
ーク値の半値幅 k:経験値 被検体Hの実体部分の信号値が背景の信号値よりも大き
い場合は、k=2.5である。
もつ画素に“1”、閾値よりも低い値をもつ画素に
“0”を割り当てることによって、被検体Hの実体部分
と背景(空気)部分が“1”または“0”の値で区別さ
れる。“1”または“0”で表された3次元医用画像T
Dの“1”と“0”の境界を抽出することにより、被検
体Hの外形抽出が可能となる(図3(B)参照)。な
お、境界抽出法については、画像処理関連の文献に多々
紹介されている。
(B)参照)は、3次元医用画像TD上の画素の集合と
して表現される。この輪郭画素の座標は3次元医用画像
TDのもつ座標系に従って以下のように求められる。図
4に示すように、画像の第一画素の座標(0x、0y、
0z)と列方向の1
は
+Ry*j,0z+Cz*i+Rz*j) となる。
の相関は、画像上の各外形輪郭点から一番近い計測外形
形状までの点間の距離の平均或いは平均二乗和として計
算する。従って、相関値が小さいほど2つの外形形状が
一致することになる。
較,相関をとる領域が同一でなくてはならないことであ
る。例えば、3次元医用画像TDの撮影領域が下顎部分
から頭頂まで頭全体にわたるのに対して、鼻から頭頂に
かける頭の前方部分の限られた領域しか形状計測ができ
なかった場合等では、3次元医用画像TDから抽出した
輪郭点に対応する形状情報が無い場合がある。このとき
は、計測した形状情報に対応させるため、相関の計算を
行う輪郭点の制限が必要となる。
作成した三次元表面表示画像(図4参照)を画像処理部
6にて作成し、操作者が画像表示部9に表示されたこの
三次元表面表示画像を見ながら領域の選択を行うように
する。領域の選択手段としては、図1中に示すマウス1
0によって画像表示部9上の(円形、矩形、自由形状)
領域を指定するようにする。
に基づき、3次元医用画像TDと2次元画像SDとの位
置関係を次のようにして導き出す。3次元医用画像TD
は医用画像診断装置12に基づく座標系(X−Y−Z)
に存在し、2次元画像SDはカメラ2aに基づく座標系
(X’−Y’−Z’)に存在する。
列は、三軸方向の回転と三軸方向の平行移動によって表
現される。
Pi 、この画素の座標を位置ベク
間の距離を計算する。
輪郭画素について全て求め相関値Cを算出する。
法、滑降シンプレックス法等様々な方法が提案されてい
る。最適化の方法としてこれら既に提案されている方法
のいずれを用いてもよい。
点位置によって決定される透視投影による歪み(例え
ば、遠くは小さく見え、近くは大きく見える)が存在す
る。従って、3次元医用画像TDの座標系とカメラ画像
SDの座標系間の座標変換は、単純な回転,平行移動で
きまる変換とはならず、歪みの補正が含まれた変換とな
る。一般に、カメラ画像SDの幾何補正は、写真計測,
ロボットの目等のコンピュータビジョンの分野で様々な
方式が提案されている。これらの多くは、各カメラの焦
点距離毎に既知のパターンを撮影し、写ったパターンの
形状から、補正パラメータを数学的に求める方法がとら
れている(カメラキャリブレーションと称されてい
る)。この方法については、一般的な方法であるので、
本実施形態例では特に方式を限定しない。
チャートである。予め、使用する顕微鏡,内視鏡,ビデ
オカメラ等のレンズ系の歪みの補正パラメータを各焦点
距離毎に求めておき、図6に示すカメラ情報テーブルと
して歪みデータ記憶部4に記憶しておく。
次元画像撮影部(ビデオカメラ)2aの位置が検出さ
れ、その位置情報が入力されると(ステップS1)、座
標変換部7が3次元医用画像TDの座標系(X−Y−
Z)とビデオカメラ2aの座標系(X’−Y’−Z’)
間の変換行列を算出する(ステップS2)。この算出は
前記[(1)座標変換]に記載した方法による。
れると(ステップS3)、予め作成してあったカメラ情
報テーブル(図6参照)から補正パラメータを読み出し
(ステップS4)、この補正パラメータに基づき3次元
医用画像TDの歪みの補正を行ない、補正後の3次元医
用画像TDH を生成する(前述の如く歪み補正の方法は
一般的なものでよい)。補正後の3次元医用画像TDH
とカメラ画像SDとを画像合成部8で重ね合せ処理を行
って合成画像を作成する(ステップS7)。
医用画像TDH とカメラ画像SDとの重ね合せ処理を行
い、更に画像表示部9に表示する具体例について説明す
る。
換と歪み補正を行って作成した3次元医用画像(医用画
像)TDに基づく表面表示画像(斜線で示す)と、カメ
ラ画像(2次元画像)SDとの合成表示例である。
(2次元画像)の両画像を重ね合せて表示した例で、重
ね合せる領域はマウスカーソルによる指定で設定する。
重ね合せ領域の形状は矩形,円形,多角形等の任意に設
定でき、重ね合せ領域は両画像の半透明合成画像として
表示する。両画像の透明度/不透明度は合成レベルスラ
イダ21を左右に移動操作することにより、連続的変化
が可能である。
である。いずれか一方の画像上でマウスカーソルを移動
させると、他方の画像上にマウスカーソルと同一位置を
示すマークが表示される(+マークで示す)。このよう
にすれば、両画像の位置関係が一目で分かる。
み補正を行って作成した3次元医用画像に基づく断面表
示画像と、カメラ画像との合成表示例である。
例で、重ね合せる領域はマウスカーソルとxyz軸にそ
れぞれ対応したスライダ22a,22b,22cによっ
て設定する。図8(A)においては、切り出す断面の形
状をハコ型(立方体)としているが、円柱形等の形状で
もよい。また、合成領域はマウスのドラッキングによっ
て回転させることが可能である。
ある。図8(B)において、カメラ画像上にマウスカー
ソルを移動させると、マウスカーソルで指定した位置を
通る直交断面A,B(A断面,B断面)とカメラ画像の
方向に垂直な断面が同時に表示される(斜線で示す)。
また、垂直断面の位置(図2においてカメラ2aからの
遠さ)は、スライダ23を操作することで設定できる。
更に、各断面にはマウスカーソルに相当する位置にマー
ク(この例の場合、+印)が表示される。
は表面表示画像との重ね合せ表示の場合に(符号L1 で
示す)、カメラの向きと合成領域の位置,深さを示すガ
イド画面(符号M1 で示す)を同時に表示した例であ
る。
像(斜線で示す。この場合は断面画像)では被検体の頭
部を目・鼻の方向から見て、どの程度の深さであるのか
不明である。そこで、ガイド画面M1 として側頭部の表
面表示画像を用意し、カメラ2aの設置方向を矢印で示
すと共に、コの字状マークK1 により断面画像の深さを
符号K11により示す。このようにすれば、医用画像(表
面表示画像または断面画像)の深さがどの程度であるか
を一目で知ることができる。
との並列表示の際に(符号L2 とM2)、いずれか一方
の画像上で、例えば手術の予定線31を描画したとき、
他方の画像上にも、同じ予定線32が描かれる例であ
る。以上の〜で説明したような表示によって、カメ
ラ2aで得られた被検体Hの画像(2次元画像)と、予
め撮影された医用画像(3次元医用画像)TDとをズレ
や誤差なく関連して対応づけて観察することができるの
で、手術の支援に有効である。
(ビデオカメラ)2で撮影したリアルタイムの2次元画
像と、画像記憶部4に記憶済みの3次元医用画像との合
成処理について説明した。しかし、リアルタイムの2次
元画像の代わりに、2次元画像撮影手段(内視鏡,顕微
鏡,ビデオカメラ等)で撮影した2次元画像を予め2次
元画像記憶手段(図示せず)に記憶しておき、該2次元
画像記憶手段から2次元画像を取り出して3次元医用画
像と前述の合成処理をしてもよい。
によれば、3次元医用画像と2次元画像とを同時表示す
る際に、2次元画像に起因する画像間のズレを、3次元
医用画像を補正することにより無くしているので、術者
等が一見して被検体(患者)の所望患部の有用情報を得
ることができる。
ある。
(A)はビデオカメラで撮影した形状情報を示す図、
(B)は3次元医用画像から抽出した外形輪郭を示す図
である。
ある。
すフローチャートである。
ーブルの例である。
像との合成を説明する図である。
の合成を説明する図である。
(断面画像)とを合成した際に、表面表示画像ではどの
程度の深さの断面画像であるかを説明する図である。
術予定線を描いた場合に、対応する表面表示画像にも手
術予定線が自動的に描かれる様子を説明する図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 医用画像診断装置によって撮影された被
検体の3次元医用画像を記憶する3次元医用画像記憶手
段と、 前記被験体と同一被検体の2次元画像を供給する2次元
画像供給手段と、 該2次元画像供給手段から供給される2次元画像の前記
被検体に対する位置を検出する位置検出手段と、 該位置検出手段が検出した前記被検体の位置に対して、
同位置になるように前記3次元医用画像記憶手段に記憶
された前記被検体の3次元医用画像を座標変換する座標
変換手段と、 前記2次元画像供給手段から供給される2次元画像の固
有の光学的歪みに関するデータを記憶する歪みデータ記
憶手段と、 該歪みデータ記憶手段に記憶された歪みデータに基づ
き、前記座標変換後の3次元医用画像を歪み補正する3
次元医用画像補正手段と、 該3次元医用画像補正手段により補正された3次元医用
画像と前記2次元画像供給手段から供給される2次元画
像とを同時に表示する表示手段とを備えたことを特徴と
する医用画像合成装置。 - 【請求項2】 前記2次元画像供給手段は、2次元画像
を記憶する2次元画像記憶手段であることを特徴とする
請求項1記載の医用画像合成装置。 - 【請求項3】 前記2次元画像供給手段は、2次元画像
を撮影し供給する2次元画像撮影手段であることを特徴
とする請求項1記載の医用画像合成装置。 - 【請求項4】 前記表示手段に前記2次元画像と補正後
の3次元医用画像とを同時表示する際に、前記2次元画
像と補正後の3次元医用画像との合成領域を任意に設定
する合成領域設定手段を備えたことを特徴とする請求項
1乃至請求項3記載の医用画像合成装置。 - 【請求項5】 前記表示手段に前記2次元画像と補正後
の3次元医用画像とを重ね合せて表示する際に、前記2
次元画像と補正後の3次元医用画像との合成割合を任意
に設定する合成割合設定手段を備えたことを特徴とする
請求項1乃至請求項3記載の医用画像合成装置。 - 【請求項6】 前記表示手段に前記2次元画像と補正後
の3次元医用画像とを同時表示する際に、前記2次元画
像と補正後の3次元医用画像のいずれか一方の画像上で
特定の部位を指定した場合に、該特定の部位に対応する
他方の画像上にマークを表示させるマーク表示制御手段
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の
医用画像合成装置。
Priority Applications (1)
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JP30327096A JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP30327096A JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
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JPH10143652A true JPH10143652A (ja) | 1998-05-29 |
JP3910239B2 JP3910239B2 (ja) | 2007-04-25 |
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JP30327096A Expired - Lifetime JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3910239B2 (ja) |
Cited By (20)
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