[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2008161266A - Image processor, computer program and image processing method - Google Patents

Image processor, computer program and image processing method Download PDF

Info

Publication number
JP2008161266A
JP2008161266A JP2006351320A JP2006351320A JP2008161266A JP 2008161266 A JP2008161266 A JP 2008161266A JP 2006351320 A JP2006351320 A JP 2006351320A JP 2006351320 A JP2006351320 A JP 2006351320A JP 2008161266 A JP2008161266 A JP 2008161266A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
resolution
low
transformation
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006351320A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eni Chin
延偉 陳
Toru Jo
睿 徐
Shigehiro Morikawa
茂廣 森川
Yoshimasa Kurumi
良誠 来見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ritsumeikan Trust
Original Assignee
Ritsumeikan Trust
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ritsumeikan Trust filed Critical Ritsumeikan Trust
Priority to JP2006351320A priority Critical patent/JP2008161266A/en
Publication of JP2008161266A publication Critical patent/JP2008161266A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel art for improving visibility of an affected part even if the quality of an image acquired in an operation is low such as an open MR image. <P>SOLUTION: This image processor 1 is provided with a means for positioning a high-definition image including the affected part image and a low-quality image including the affected part image by a rigid body positioning method, and a means for deforming and converting the affected part L2 in the high-definition image and the affected part L1 in the low-quality image; and deforms and positions the high-definition image into the low-quality image. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像処理装置、コンピュータプログラム、及び画像処理方法に関するものであり、特に、見えない患部の可視化を行って手術を支援するための技術に関するものである。   The present invention relates to an image processing apparatus, a computer program, and an image processing method, and particularly to a technique for assisting surgery by visualizing an invisible affected part.

近年、医療機器及びコンピュータ技術の著しい進展により、人体内部構造に関する高精細画像が得られるようになった。特に、画像誘導ナビゲーションによって、視覚機能を拡大し、見えないところを可視化・計測・判断することができるようになっている。この結果、医師の診断・治療精度を向上させるとともに、患者の負担も軽減することが可能となりつつある。   In recent years, due to significant progress in medical equipment and computer technology, high-definition images related to the internal structure of the human body have been obtained. In particular, visual guidance can be used to expand visual functions and visualize, measure, and judge invisible areas. As a result, it is becoming possible to improve the diagnosis and treatment accuracy of doctors and reduce the burden on patients.

例えば、縦型オープンMR(Magnetic Resonance)を用いた肝腫瘍マイクロ波凝固療法では、オープンMRから得られる画像にてリアルタイムで腫瘍を観察しながら、治療・手術を行う低侵襲外科治療が可能である。
つまり、肝腫瘍マイクロ波凝固療法では、超音波ガイド下治療とは異なり、空気や骨などに影響されることなく、刻々と変化する腫瘍の形態や温度を観察しながら、針を腫瘍まで差し込んでマイクロ波で温熱凝固治療を行うことができる。
A. Carrillo., J.L Duerk., J.S. Lewin and D.L. Wilson, Semiautomatic 3-D Image Registration as Applied to Interventional MRI Liver Cancer Treatment. IEEE Trans. on Med. Img. Vol.19, No.3.pp:175-185,2000
For example, in liver tumor microwave coagulation therapy using vertical open MR (Magnetic Resonance), minimally invasive surgical treatment is possible in which treatment and surgery are performed while observing the tumor in real time with images obtained from open MR .
In other words, unlike ultrasound-guided therapy in liver tumor microwave coagulation, the needle is inserted into the tumor while observing the changing form and temperature of the tumor without being affected by air or bone. Thermocoagulation treatment can be performed with microwaves.
A. Carrillo., JL Duerk., JS Lewin and DL Wilson, Semiautomatic 3-D Image Registration as Applied to Interventional MRI Liver Cancer Treatment.IEEE Trans. On Med.Img.Vol.19, No.3.pp: 175- 185,2000

しかし、オープンMR装置は、一般のMR装置に比べると、磁場が低いため、撮影されたMR画像のSN比が低く、低画質画像しか得られない。しかも、オープンMR画像が低画質であることから、腫瘍部分がはっきり見えない場合もある。
また、上記非特許文献1では、単純な剛体(変形しない)位置合わせを行っているが、肝臓のように柔らかい臓器では、変形があるため、位置合わせの精度が十分でない。
However, since an open MR apparatus has a lower magnetic field than a general MR apparatus, the SN ratio of a captured MR image is low, and only a low-quality image can be obtained. In addition, since the open MR image has low image quality, the tumor portion may not be clearly visible.
In Non-Patent Document 1, simple rigid body (not deformed) alignment is performed. However, since a soft organ such as the liver is deformed, the alignment accuracy is not sufficient.

そこで、本発明は、オープンMR画像のように術中に得られる画像の画質が低くても、患部の視認性を向上させるための新たな技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a new technique for improving the visibility of an affected area even when the image quality obtained during an operation like an open MR image is low.

[画像処理装置]
本発明に係る画像処理装置は、患部画像を含む高画質画像と患部画像を含む低画質画像とを剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段と、高画質画像における患部と低画質画像における患部とを変形変換する手段と、を備えて、高画質画像と低画質画像との変形位置合わせするものである。
上記本発明によれば、患部を変形変換する手段を備えているので、肝臓のように柔らかい患部であっても、高画質画像と低画質画像とを正確に対応づけることができる。
[Image processing device]
An image processing apparatus according to the present invention includes means for aligning a high-quality image including an affected area image and a low-quality image including an affected area image by a rigid registration method, and an affected area in a high-quality image and an affected area in a low-quality image. And means for performing deformation conversion, and aligning deformation positions of the high-quality image and the low-quality image.
According to the present invention, since the means for transforming and transforming the affected part is provided, a high-quality image and a low-quality image can be accurately associated even with a soft affected part such as the liver.

剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段は、低い画像解像度での位置合わせから高い解像度での位置合わせまでを、画像解像度を徐々に上げていって行うのが好ましい。
また、変形変換する手段は、低い画像解像度での変形変換から高い解像度での変形変換までを、画像解像度を徐々に上げていって行うのが好ましい。
さらに、前記変形変換する手段は、低い変形格子解像度での変形変換から高い変形格子解像度での変形変換までを、格子解像度を徐々に上げていって行うのが好ましい。
上記のように、解像度を徐々に上げることで、効率的に演算を行うことができる。
The means for aligning by the rigid alignment method preferably performs from low-resolution image alignment to high-resolution alignment by gradually increasing the image resolution.
Further, it is preferable that the means for performing transformation conversion is performed by gradually increasing the image resolution from transformation conversion at a low image resolution to transformation conversion at a high resolution.
Furthermore, it is preferable that the means for performing transformation conversion performs the transformation conversion at a low transformation grid resolution to the transformation transformation at a high transformation grid resolution by gradually increasing the grid resolution.
As described above, the calculation can be efficiently performed by gradually increasing the resolution.

変形変換する手段は、剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段によって求めた剛体位置合わせのためのパラメータを用いて変形変換のためのパラメータを求めるのが好ましい。剛体位置合わせ法によって全体的な位置合わせを行った後に、変形変換を行うことで、高画質画像と低画質画像を確実に対応付けることができる。   It is preferable that the deformation conversion means obtains a parameter for deformation conversion using the rigid body alignment parameters obtained by the rigid body alignment method. By performing transformation transformation after performing overall alignment by the rigid alignment method, it is possible to reliably associate a high-quality image and a low-quality image.

[コンピュータプログラム]
本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、上記画像処理装置として機能させるためのものである。
[Computer program]
A computer program according to the present invention is for causing a computer to function as the image processing apparatus.

[画像処理方法]
本発明に係る画像処理方法では、画像処理装置が、術前に撮影された患部画像を含む高画質画像と術中に撮影された患部画像を含む低画質画像とを剛体位置合わせ法によって位置合わせし、高画質画像における患部と低画質画像における患部とを変形変換して、高画質画像と低画質画像との変形位置合わせを行う。
[Image processing method]
In the image processing method according to the present invention, the image processing apparatus aligns a high-quality image including an affected area image captured before surgery and a low-quality image including an affected area image captured during surgery by a rigid alignment method. Then, the affected part in the high-quality image and the affected part in the low-quality image are deformed and converted to align the high-quality image and the low-quality image.

本発明によれば、変形位置合わせを行うので、肝臓等の変形しやすい患部にも対応できる。   According to the present invention, deformation position alignment is performed, so that it is possible to cope with an affected part that is easily deformed, such as a liver.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の画像処理装置1を有する手術支援システムを示している。このシステムは、肝腫瘍の手術を支援(ナビゲーション)するシステムであり、前記画像処理装置1の他、オープンMR装置2及び手術ナビゲーション画像を表示する表示装置3を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a surgery support system having an image processing apparatus 1 of the present invention. This system is a system that supports (navigates) surgery for a liver tumor, and includes an open MR device 2 and a display device 3 that displays surgical navigation images in addition to the image processing device 1.

画像処理装置1は、コンピュータに画像処理コンピュータプログラムをインストールすることによって構成されている。以下に説明する画像処理装置1の各機能は、当該コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されることで実現される。   The image processing apparatus 1 is configured by installing an image processing computer program in a computer. Each function of the image processing apparatus 1 described below is realized by executing the computer program by a computer.

オープンMR装置2は、手術中に人体内部の患部をリアルタイム撮影することができるが、磁場が低いため、通常のMR装置に比べて、低画質の画像しか得られないものである。術中にオープンMR装置2によって撮影されたMR画像は、画像処理装置1へ与えられる。
画像処理装置1では、当該MR画像と術前に撮影されたCT画像とを組み合わせてナビゲーション画像を生成する。そのナビゲーション画像は表示装置3に表示される。
医師は、そのナビゲーション画像を見て、腫瘍の形態を観察しながら、体内に針などの手術器具を差し込んで、開腹せずに、肝腫瘍マイクロ波凝固療法などの治療を行う。
The open MR apparatus 2 can take a real-time image of an affected area inside a human body during surgery, but can obtain only a low-quality image compared to a normal MR apparatus because the magnetic field is low. An MR image taken by the open MR apparatus 2 during the operation is given to the image processing apparatus 1.
In the image processing apparatus 1, a navigation image is generated by combining the MR image and a CT image taken before surgery. The navigation image is displayed on the display device 3.
The doctor observes the navigation image and observes the form of the tumor, inserts a surgical instrument such as a needle into the body, and performs treatment such as liver tumor microwave coagulation without laparotomy.

[ナビゲーション画像(位置合わせ画像)の生成]
図2は、術中にリアルタイムで行われるナビゲーション画像の生成処理工程を示している。術中にオープンMR装置2からMR画像(MRボリュームデータ)が画像処理装置1へ入力されると(ステップS101)、画像処理装置1は、当該MR画像と画像処理装置1の記憶装置(図示省略)に保存されているCT画像(CTボリュームデータ)とから、MR画像とCT画像の変形位置合わせのための変換パラメータをリアルタイムに生成する(ステップS102)。
[Generation of navigation image (alignment image)]
FIG. 2 shows a navigation image generation process performed in real time during the operation. When an MR image (MR volume data) is input from the open MR apparatus 2 to the image processing apparatus 1 during the operation (step S101), the image processing apparatus 1 stores the MR image and a storage device (not shown) of the image processing apparatus 1. From the CT image stored in (CT volume data), conversion parameters for deforming and aligning the MR image and the CT image are generated in real time (step S102).

続いて、画像処理装置1は、生成されたパラメータに基づいて、CT画像中の患部(肝臓)の形態がMR画像の患部(肝臓)の形態と一致するように、CT画像中の患部画像の変形位置合わせをリアルタイムで行う(ステップS103)。つまり、変形位置合わせしたCT画像の患部(肝臓)画像がMR画像に合成されたナビゲーション画像が、術中にリアルタイムで表示される(ステップS104)。   Subsequently, based on the generated parameters, the image processing apparatus 1 adjusts the affected part image in the CT image so that the form of the affected part (liver) in the CT image matches the form of the affected part (liver) in the MR image. Deformation alignment is performed in real time (step S103). That is, a navigation image in which the affected part (liver) image of the CT image subjected to deformation positioning is combined with the MR image is displayed in real time during the operation (step S104).

このナビゲーション画像には、高画質であるCT画像中の患部画像における肝臓及びそこに含まれる肝腫瘍が、MR画像中の対応した位置へ、必要な変形が施された状態で現れる。したがって、仮に、低画質であるMR画像に肝腫瘍が写っていない場合であっても、医師は、ナビゲーション画像上の肝腫瘍を確認しつつ、肝腫瘍マイクロ波凝固療法など低侵襲外科治療を行うことができる。   In this navigation image, the liver in the affected part image in the high-quality CT image and the liver tumor contained therein appear in a state where necessary deformation has been applied to the corresponding position in the MR image. Therefore, even if the liver tumor is not shown in the low-quality MR image, the doctor performs the minimally invasive surgical treatment such as liver tumor microwave coagulation therapy while confirming the liver tumor on the navigation image. be able to.

図3(a)は、MR画像は、肝臓L1部分を含む人体HのMR画像(断面)の例を示している。また、図4は、同一人体Hについての同一断面のCT画像(断面)の例を示している。MR画像(低画質画像)は、CT画像(高画質画像)に比べて画質が低く、高画質のCT画像では現れている肝腫瘍LCが、MR画像では現れていない。   FIG. 3A shows an example of the MR image (cross section) of the human body H including the liver L1 portion. FIG. 4 shows an example of CT images (cross sections) of the same cross section for the same human body H. The MR image (low-quality image) has a lower image quality than the CT image (high-quality image), and the liver tumor LC that appears in the high-quality CT image does not appear in the MR image.

肝臓L1,L2部分だけ抜き出した図4からも明らかなように、MR画像とCT画像とでは、肝臓の位置だけでなく、肝臓の形も異なる。肝臓は、柔らかく変形しやすいためである。したがって、時と場所を異にして撮影された画像間では、同じ肝臓(患部;臓器)を対象としていても、単純な剛体位置合わせ手法では、うまく位置合わせを行うことができない。   As is apparent from FIG. 4 where only the liver L1 and L2 portions are extracted, not only the position of the liver but also the shape of the liver is different between the MR image and the CT image. This is because the liver is soft and easily deformed. Therefore, even if the same liver (affected part; organ) is targeted between images taken at different times and places, the simple rigid body alignment method cannot be used for successful alignment.

例えば、脳のようにマーカとなる部位が多く変形があまりない場合には、マーカ同士の位置対応による位置合わせで対応し易い。
しかし、肝臓は、シンプルな形態を持つ臓器であるため位置合わせのためのマーカとなり得る部位に乏しく、変形しやすいので、マーカ同士の位置対応をとって位置合わせを行う手法の採用は困難である。
For example, when there are many parts to be markers like the brain and there is not much deformation, it is easy to cope with the alignment by the position correspondence between the markers.
However, since the liver is an organ with a simple form, there are few parts that can serve as markers for alignment, and the liver is easily deformed, so it is difficult to adopt a method that performs alignment by matching the positions of the markers. .

[変形位置合わせのための変換パラメータ生成処理]
以下、肝臓のような変形しやすい患部を対象とした変形位置合わせのための変換パラメータ生成処理を、図5に基づいて説明する。
[Conversion parameter generation processing for deformation alignment]
Hereinafter, conversion parameter generation processing for deformation positioning for an easily affected part such as a liver will be described with reference to FIG.

まず、画像処理装置1は、人体内部を撮影したCT画像(CTボリュームデータ)及びMR画像(MRボリュームデータ)から、位置合わせの対象となる患部である肝臓部分L1,L2を、それぞれ抽出する(ステップS1a,S1b)。すなわち、図3(a)(b)の画像H1,H2から、図4(a)(b)の肝臓部分L1,L2画像(ボリュームデータ)を抽出する。
また、画像処理装置1は、切り出された肝臓部分の形状から、位置合わせに用いるための重力中心を算出する(ステップS1c)。
First, the image processing apparatus 1 extracts liver portions L1 and L2 that are affected portions to be aligned from a CT image (CT volume data) and an MR image (MR volume data) obtained by photographing the inside of a human body ( Steps S1a and S1b). That is, the liver portions L1 and L2 images (volume data) shown in FIGS. 4A and 4B are extracted from the images H1 and H2 shown in FIGS.
Further, the image processing apparatus 1 calculates the center of gravity to be used for alignment from the shape of the extracted liver portion (step S1c).

続いて、画像処理装置1は、抽出された肝臓部分ボリュームデータL1,L2から、ガウシアンピラミッドによって、低解像度の縮小画像を生成する(ステップS2a,S2b)。
また、画像処理装置1は、ステップS1cで重力中心を求めた後、位置合わせのための回転中心と、位置合わせにおける初期変換のための計算を行う(ステップS2c)。
Subsequently, the image processing apparatus 1 generates a low-resolution reduced image from the extracted liver partial volume data L1 and L2 using a Gaussian pyramid (steps S2a and S2b).
Further, after obtaining the center of gravity in step S1c, the image processing apparatus 1 performs a calculation for the rotation center for alignment and initial conversion in alignment (step S2c).

続いて、画像処理装置1は、肝臓部分L1,L2同士の全体的な位置合わせが必要か否かを判定し(ステップS3)、肝臓部分L1,L2同士の位置がずれていれば、ステップS4〜ステップS8までの位置合わせ処理(剛体位置合わせ)を行う。なお、剛体位置合わせが不要である場合には、直ちに、ステップS10以降の変形変換処理へ移行する。   Subsequently, the image processing apparatus 1 determines whether or not the overall alignment between the liver portions L1 and L2 is necessary (step S3). If the positions of the liver portions L1 and L2 are shifted, step S4 is performed. Alignment processing (rigid body alignment) up to step S8 is performed. If rigid body alignment is not necessary, the process immediately proceeds to the deformation conversion process after step S10.

[ステップS4〜S8:剛体位置合わせ処理]
剛体位置合わせ処理は、ステップS2a,S2bで生成された低解像度画像から始めて、徐々に解像度を上げて行き、元の画像の解像度(Finest Image Resolution)になるまで、繰り返し行われる(ステップS4)。低解像度から処理を行うことで、効率的に演算を行うことができる。
[Steps S4 to S8: Rigid body alignment processing]
The rigid body alignment process is repeated from the low resolution image generated in steps S2a and S2b until the resolution is gradually increased until the resolution of the original image (Fine Image Resolution) is reached (step S4). By performing processing from a low resolution, it is possible to perform computation efficiently.

剛体位置合わせ処理では、対象物(肝臓部分L1,L2)の回転、平行移動、及びスケール変換(拡大・縮小)を行う剛体変換処理が行われる(ステップS5)。剛体変換では、変換対象物が剛体(変形しない物体)であると仮定し、位置合わせを行う。剛体変換は、剛体変換関数TGlobalと、この関数に与えられる剛体変換パラメータ(回転量・平行移動量・拡大縮小量)UGlobalとから表される。位置合わせは、前記剛体変換パラメータUGlobalを最適化することによって行われる。 In the rigid body alignment process, a rigid body conversion process that performs rotation, parallel movement, and scale conversion (enlargement / reduction) of the object (liver portions L1, L2) is performed (step S5). In rigid body transformation, alignment is performed assuming that the object to be transformed is a rigid body (an object that does not deform). The rigid body transformation is represented by a rigid body transformation function T Global and a rigid body transformation parameter (rotation amount / parallel movement amount / enlargement / reduction amount) U Global given to the function. The alignment is performed by optimizing the rigid body transformation parameter U Global .

具体的には、画像処理装置1は、MR画像の肝臓部分L1と、CT画像の肝臓部分L2画像を現在の剛体変換パラメータUGlobalで剛体変換したときの変換画像と、の間の相互情報量(Normalized Mutual Infomation)を算出して、位置合わせの評価及び位置合わせを行う(ステップS6)。また、剛体変換パラメータUGlobalnの最適化は、勾配法(Gradient Descent Optimizer)によって行われる(ステップS7)。 Specifically, the image processing apparatus 1 includes the mutual information amount between the liver portion L1 of the MR image and the transformed image when the liver portion L2 image of the CT image is rigidly transformed with the current rigid transformation parameter U Global. (Normalized Mutual Information) is calculated, and alignment evaluation and alignment are performed (step S6). Further, the optimization of the rigid body transformation parameter U Globaln is performed by a gradient method (Gradient Decent Optimizer) (step S7).

ある解像度について、以上のステップS5〜S7を何度か繰り返し(ステップS8)、剛体変換パラメータUGlobalの値が収束すれば、その解像度でのパラメータ算出処理のループが終了する(ステップS8)。
すると、画像処理装置1は、画像の解像度を上げ(ステップS4)、ステップS5〜S8の処理ループを再び繰り返す。解像度が上げられたときの最初の剛体変換パラメータUGlobalは、直前の解像度(低い解像度)で求めた剛体変換パラメータUGlobalが用いられる。
解像度が元の画像の解像度(Finest Image Resolution)になるまで上げられると、剛体位置合わせ処理(Global Registration)が終了する(ステップS4)。
For a certain resolution, the above steps S5 to S7 are repeated several times (step S8), and when the value of the rigid body transformation parameter U Global converges, the loop of parameter calculation processing at that resolution ends (step S8).
Then, the image processing apparatus 1 increases the resolution of the image (step S4), and repeats the processing loop of steps S5 to S8 again. The first rigid transformation parameters U Global when the resolution is raised, the rigid transformation parameters U Global obtained in the previous resolution (lower resolution) is used.
When the resolution is increased to the resolution of the original image (Finest Image Resolution), the rigid registration process (Global Registration) ends (Step S4).

[ステップS10〜S16:肝臓の変形変換処理]
剛体位置合わせが終了すると、求まった剛体変換パラメータUGlobalは、肝臓の変形変換処理へ与えられる(ステップS9)。
変形変換処理においても、ステップS2a,S2bで生成された低解像度画像を剛体変換パラメータUGlobalで変換した画像から始めて、徐々に解像度を上げて行き、元の画像の解像度(Finest Image Resolution)になるまで、繰り返し行われる(ステップS10)。
[Steps S10 to S16: Deformation conversion processing of liver]
When the rigid body alignment is completed, the obtained rigid body transformation parameter U Global is given to the liver transformation transformation process (step S9).
Also in the deformation conversion process, starting from an image obtained by converting the low-resolution image generated in steps S2a and S2b with the rigid body conversion parameter U Global , the resolution is gradually increased to the resolution of the original image (Finest Image Resolution). Is repeated (step S10).

変形変換処理では、対象物(肝臓部分L1,L2)をFFD(Free−Form Deformation)手法で変形させる(ステップS12)。FFDでは、B−Spline曲線で表させる制御曲線を、制御点において操作することによって変形操作が行われる。変形変換は、変形変換関数TLocalと、この関数に与えられる変形変換パラメータULocalとから表される。ここでの変形変換パラメータULocalは、FDDモデルで表される肝臓部分の変形後の制御点の位置である。
変形変換は、変形変換パラメータULocalを最適化することによって行われる。
In the deformation conversion process, the object (liver portions L1, L2) is deformed by an FFD (Free-Form Deformation) method (step S12). In FFD, a deformation operation is performed by operating a control curve represented by a B-Spline curve at a control point. The transformation conversion is expressed by a transformation transformation function T Local and a transformation transformation parameter U Local given to this function. The deformation conversion parameter U Local here is the position of the control point after deformation of the liver portion represented by the FDD model.
The transformation conversion is performed by optimizing the transformation transformation parameter U Local .

具体的には、画像処理装置1は、MR画像の肝臓部分L1と、CT画像の肝臓部分L2画像を現在の変形変換パラメータULocalでFFD変換したときの変換画像と、の間の相互情報量(Normalized Mutual Infomation)を算出して、変形位置合わせの評価及び変形位置合わせを行う(ステップS13)。また、変形変換パラメータULocalの最適化は、L−BFGS−B法によって行われる(ステップS14)。 Specifically, the image processing apparatus 1 includes the mutual information amount between the liver portion L1 of the MR image and the converted image obtained by performing FFD conversion on the liver portion L2 image of the CT image with the current deformation conversion parameter U Local. (Normalized Mutual Information) is calculated, and deformation alignment is evaluated and deformation alignment is performed (step S13). The deformation transformation parameter U Local is optimized by the L-BFGS-B method (step S14).

本実施形態では、ある解像度の画像について、FFD変形格子解像度が低いものから高いものまで複数の格子解像度について変形変換パラメータULocalの最適化を繰り返し行う(ステップS11)。
つまり、ある解像度の画像について、低い格子解像度から始めて、ステップS12〜15を繰り返し行い、変形変換パラメータULocalの値が収束すれば、その格子解像度でのパラメータ算出処理(ステップS12〜S14)を終了する(ステップS15)。
すると、画像処理装置1は、格子解像度を上げ(ステップS11)、ステップS12〜S15)を再び繰り返す。格子解像度が上げられたときの最初の変形変換パラメータULocalは、直線の格子解像度(低い格子解像度)で求めた変形変換パラメータULocalが用いられる。
格子解像度が十分に高いもの(Finest FFD Grid Resolution)になると、その画像解像度でパラメータ算出処理のループが終了する(ステップS11)。
In the present embodiment, for an image with a certain resolution, optimization of the deformation transformation parameter U Local is repeatedly performed for a plurality of lattice resolutions from low to high FFD deformation lattice resolution (step S11).
That is, for an image of a certain resolution, starting from a low grid resolution, steps S12 to S15 are repeated, and when the value of the transformation conversion parameter U Local converges, the parameter calculation process (steps S12 to S14) at that grid resolution is completed. (Step S15).
Then, the image processing apparatus 1 increases the lattice resolution (step S11) and repeats steps S12 to S15) again. The first deformation transformation parameters U Local when grid resolution is raised, the modified conversion parameters U Local determined by a straight line grating resolution (lower grid resolution) is used.
When the lattice resolution is sufficiently high (Finest FFD Grid Resolution), the parameter calculation processing loop is terminated at the image resolution (step S11).

ある画像解像度でのパラメータ算出処理が終了すると、画像処理装置1は、画像解像度を上げ(ステップS10)、ステップS11〜S15を再び繰り返す。画像解像度が上げられたときの最初の変形変換パラメータULocalは、直前の解像度(低い解像度)で求めた変形変換パラメータULocalが用いられる。
画像解像度が元の画像の解像度(Finest Image Resolution)になるまで上げられると、変形変換処理(Local Registration)が終了し(ステップS10)、変形変換パラメータULocalが求まる(ステップS16)。
When the parameter calculation process at a certain image resolution is completed, the image processing apparatus 1 increases the image resolution (step S10) and repeats steps S11 to S15 again. The first deformation transformation parameters U Local when the image resolution is raised, the modified conversion parameters U Local obtained in the previous resolution (lower resolution) is used.
When the image resolution is increased to the resolution of the original image (Fine Image Resolution), the deformation conversion process (Local Registration) ends (step S10), and the deformation conversion parameter U Local is obtained (step S16).

以上のようにして求められたパラメータUGlobal、ULocalを用いて、MR画像及びCT画像からナビゲーション画像が生成される。 A navigation image is generated from the MR image and the CT image using the parameters U Global and U Local obtained as described above.

図6は、MR画像に変形位置合わせを行ったCT画像を合成したナビゲーション画像を示している。MR画像では視認できなかった肝腫瘍LCが、図6のナビゲーション画像では、視認可能である。
上記のように肝臓のオープンMR画像とCT画像のボリューム変形位置合わせを行うと、1.5mmの位置合わせ精度で位置合わせが行えた。1.5mmの精度は手術支援システムとしての実用化に十分な精度であった。
これに対し、剛体位置合わせだけをおこなった場合、3.5mmの精度であり、実用化には十分でなかった。
FIG. 6 shows a navigation image obtained by synthesizing the CT image obtained by aligning the deformation position with the MR image. The liver tumor LC that was not visible in the MR image is visible in the navigation image of FIG.
As described above, when the volume deformation alignment of the open MR image and CT image of the liver was performed, the alignment could be performed with an alignment accuracy of 1.5 mm. The accuracy of 1.5 mm was sufficient for practical use as a surgery support system.
On the other hand, when only the rigid body alignment was performed, the accuracy was 3.5 mm, which was not sufficient for practical use.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

手術支援システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of a surgery assistance system. ナビゲーション画像生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a navigation image generation process. (a)はオープンMR画像を、(b)はCT画像を示している。(A) shows an open MR image, and (b) shows a CT image. (a)は図3(a)の画像から切り出した肝臓部分の画像を、(b)は図3(b)の画像から切り出した肝臓部分の画像を示している。FIG. 3A shows an image of the liver portion cut out from the image in FIG. 3A, and FIG. 3B shows an image of the liver portion cut out from the image in FIG. 変換パラメータ生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a conversion parameter production | generation process.

符号の説明Explanation of symbols

1 画像処理装置   1 Image processing device

Claims (7)

患部画像を含む高画質画像と患部画像を含む低画質画像とを剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段と、
高画質画像における患部と低画質画像における患部とを変形変換する手段と、
を備えて、
高画質画像と低画質画像との変形位置合わせすることを特徴とする画像処理装置。
Means for aligning a high-quality image including an affected area image and a low-quality image including an affected area image by a rigid alignment method;
Means for transforming the affected area in the high-quality image and the affected area in the low-quality image;
With
An image processing apparatus characterized by aligning deformation positions of a high-quality image and a low-quality image.
剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段は、低い画像解像度での位置合わせから高い解像度での位置合わせまでを、画像解像度を徐々に上げていって行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。   2. The image processing according to claim 1, wherein the means for aligning by the rigid body aligning method performs the process from the alignment at a low image resolution to the alignment at a high resolution by gradually increasing the image resolution. apparatus. 変形変換する手段は、低い画像解像度での変形変換から高い解像度での変形変換までを、画像解像度を徐々に上げていって行うことを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。   3. The image processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the means for performing transformation conversion performs from transformation transformation at a low image resolution to transformation transformation at a high resolution by gradually increasing the image resolution. 前記変形変換する手段は、低い変形格子解像度での変形変換から高い変形格子解像度での変形変換までを、格子解像度を徐々に上げていって行うことを特徴とする請求項2又は3記載の画像処理装置。   4. The image according to claim 2, wherein the deformation conversion means performs the deformation conversion at a low deformation lattice resolution to the deformation conversion at a high deformation lattice resolution by gradually increasing the lattice resolution. Processing equipment. 変形変換する手段は、剛体位置合わせ法によって位置合わせする手段によって求めた剛体位置合わせのためのパラメータを用いて変形変換のためのパラメータを求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像処理装置。   5. The deformation transformation unit obtains a transformation transformation parameter using a rigid body alignment parameter obtained by the rigid body registration method. The image processing apparatus described. コンピュータを、請求項1〜5のいずれかに記載の画像処理装置として機能させるためのコンピュータプログラム。   A computer program for causing a computer to function as the image processing apparatus according to claim 1. 画像処理装置が、術前に撮影された患部画像を含む高画質画と術中に撮影された患部画像を含む低画質画像とを剛体位置合わせ法によって位置合わせし、高画質画像における患部と低画質画像における患部とを変形変換して、高画質画像と低画質画像との変形位置合わせを行うことを特徴とする画像処理方法。   The image processing device aligns the high-quality image including the affected area image taken before the operation and the low-quality image including the affected area image taken during the operation by the rigid body alignment method, and the affected area in the high-quality image and the low image quality are aligned. An image processing method characterized by deforming and transforming an affected area in an image to perform deformation alignment of a high-quality image and a low-quality image.
JP2006351320A 2006-12-27 2006-12-27 Image processor, computer program and image processing method Pending JP2008161266A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006351320A JP2008161266A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Image processor, computer program and image processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006351320A JP2008161266A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Image processor, computer program and image processing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008161266A true JP2008161266A (en) 2008-07-17

Family

ID=39691521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006351320A Pending JP2008161266A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Image processor, computer program and image processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008161266A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011019768A (en) * 2009-07-16 2011-02-03 Kyushu Institute Of Technology Image processor, image processing method and image processing program
JP2011194105A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Dainippon Printing Co Ltd Gazing point measuring device, gazing point measuring method, program, and storage medium
JP2013141603A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Toshiba Corp Medical image processing apparatus, medical image processing method and medical image processing program
JP2013540455A (en) * 2010-08-04 2013-11-07 メドテック Assisted automatic data collection method for anatomical surfaces
JP5418952B1 (en) * 2013-03-22 2014-02-19 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Brain activity measuring device and brain activity measuring method
US9592096B2 (en) 2011-11-30 2017-03-14 Medtech S.A. Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10146341A (en) * 1996-09-18 1998-06-02 Hitachi Ltd Operating device
JP2002102249A (en) * 2000-09-29 2002-04-09 Olympus Optical Co Ltd Device and method for operation navigation
JP2004508856A (en) * 2000-09-15 2004-03-25 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Image registration system and method using likelihood maximization
JP2006512960A (en) * 2003-01-13 2006-04-20 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Image alignment method and medical image data processing apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10146341A (en) * 1996-09-18 1998-06-02 Hitachi Ltd Operating device
JP2004508856A (en) * 2000-09-15 2004-03-25 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Image registration system and method using likelihood maximization
JP2002102249A (en) * 2000-09-29 2002-04-09 Olympus Optical Co Ltd Device and method for operation navigation
JP2006512960A (en) * 2003-01-13 2006-04-20 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Image alignment method and medical image data processing apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012001471; Jeannette L. Herring et al: 'Surface-based registration of CT images to physical space for image-guided surgery of the spine: a s' IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING vol.17, no.5, 199810, pp.743-752 *
JPN6012063880; Ayman M. Eldeib et al: 'Multi-modal medical volumes fusion by surface matching' Proceedings of the Fifth International Symposium on Signal Processing and its Applications , 199908, pp.439-442 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011019768A (en) * 2009-07-16 2011-02-03 Kyushu Institute Of Technology Image processor, image processing method and image processing program
JP2011194105A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Dainippon Printing Co Ltd Gazing point measuring device, gazing point measuring method, program, and storage medium
JP2013540455A (en) * 2010-08-04 2013-11-07 メドテック Assisted automatic data collection method for anatomical surfaces
US9750432B2 (en) 2010-08-04 2017-09-05 Medtech S.A. Method for the automated and assisted acquisition of anatomical surfaces
US10039476B2 (en) 2010-08-04 2018-08-07 Medtech S.A. Method for the automated and assisted acquisition of anatomical surfaces
US9592096B2 (en) 2011-11-30 2017-03-14 Medtech S.A. Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient
US10159534B2 (en) 2011-11-30 2018-12-25 Medtech S.A. Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient
US10667876B2 (en) 2011-11-30 2020-06-02 Medtech S.A. Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient
JP2013141603A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Toshiba Corp Medical image processing apparatus, medical image processing method and medical image processing program
JP5418952B1 (en) * 2013-03-22 2014-02-19 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Brain activity measuring device and brain activity measuring method
JP2014183924A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Advanced Telecommunication Research Institute International Brain activity measuring device and brain activity measurement method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9990744B2 (en) Image registration device, image registration method, and image registration program
US8698795B2 (en) Interactive image segmentation
US9652845B2 (en) Surgical assistance planning method using lung motion analysis
JP5676840B2 (en) Improved elastic image registration function
JP5759446B2 (en) System for extracting contours of anatomical features, method of operation and computer readable medium
CN107847274B (en) Method and apparatus for providing updated patient images during robotic surgery
US10603111B2 (en) Computer assistance system and method for image-guided reduction of fracture
JP6620252B2 (en) Correction of probe induced deformation in ultrasonic fusion imaging system
JP2008161266A (en) Image processor, computer program and image processing method
JP2008148932A (en) Three-dimensional image processor, three-dimensional image processing method, storage medium, and program
CN113538533B (en) Spine registration method, device and equipment and computer storage medium
JP6967983B2 (en) Image processing equipment, image processing methods, and programs
JP5641707B2 (en) X-ray diagnostic equipment
JP4991181B2 (en) 3D image processing apparatus, 3D image processing method, and control program used in 3D image processing apparatus
CN104933672A (en) Rapid convex optimization algorithm based method for registering three-dimensional CT and ultrasonic liver images
Maknojia et al. Visualization of brain shift corrected functional magnetic resonance imaging data for intraoperative brain mapping
KR101663129B1 (en) 3-dimensional automatic modeling method of shoulder rotator cuff, 3-dimensinal automatic modeling server performing the same, and storage medium storing the same
JP6876200B2 (en) Alignment of static preoperative planning data with respect to dynamic intraoperative segmentation data
JP2007021193A (en) Image processing apparatus and program
Ebert et al. Automatic entry point planning for robotic post-mortem CT-based needle placement
US20220183759A1 (en) Determining a surgical port for a trocar or laparoscope
JP5750381B2 (en) Region extraction processing system
Waldkirch et al. Multimodal image registration of pre-and intra-interventional data for surgical planning of transarterial chemoembolisation
Xu et al. Feasibility study of respiratory motion modeling based correction for MRI-guided intracardiac interventional procedures
US10376335B2 (en) Method and apparatus to provide updated patient images during robotic surgery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120322

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121211

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130212

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130313