JPH10143652A - 医用画像合成装置 - Google Patents
医用画像合成装置Info
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- JPH10143652A JPH10143652A JP8303270A JP30327096A JPH10143652A JP H10143652 A JPH10143652 A JP H10143652A JP 8303270 A JP8303270 A JP 8303270A JP 30327096 A JP30327096 A JP 30327096A JP H10143652 A JPH10143652 A JP H10143652A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【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。
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
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医用画像合成装置
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】近年、外科手術を支援する目的で、手術
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。
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。
【０００３】これら顕微鏡下，内視鏡下の手術では、術
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内視鏡，顕
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。
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。
【０００５】このズレをなくす手段として、「レンズ，
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。
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。
【０００６】また、術者の視野を広げるためにビデオカ
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。
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
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。
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。
【０００８】請求項１記載の発明によれば、位置検出手
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。
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。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、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。
【００１０】また、請求項３記載の発明は、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。
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。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、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。
【００１２】また、請求項５記載の発明は、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。
【００１３】また、請求項６記載の発明は、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。
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の医用画像合成装置
を図示の実施形態例に基づいて説明する。
を図示の実施形態例に基づいて説明する。
【００１５】（Ｉ）ハードウエア構成 図１は本実施形態例のハードウェア構成を示すブロック
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。
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。
【００１６】更に医用画像合成装置ＩＧは、前記画像記
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。
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。
【００１７】（ＩＩ）動作説明 以下、本実施形態例の動作を、（１）座標変換、（２）
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。
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。
【００１８】（１）座標変換 本座標変換の概要趣旨は次の通りである。例えば、同一
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。
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。
【００１９】図２は、医用画像（３次元医用画像）ＴＤ
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。
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。
【００２０】医用画像（３次元医用画像）ＴＤもカメラ
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。
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。
【００２１】ここで、特願平７−３３７２５６号の座標
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。
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。
【００２２】次に、この位置関係の求め方を説明する。
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。
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。
【００２３】
【数１】閾値＝背景部分のモード値＋ｋ×背景部分のピ
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。
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。
【００２４】３次元医用画像ＴＤ中で閾値より高い値を
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。
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。
【００２５】抽出された被検体Ｈの外形輪郭（図３
（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
（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
【外１】 目、行方向でｊ番目の位置にある場合、この画素の座標
は
は
【数２】（０ｘ＋Ｃｘ＊ｉ＋Ｒｘ＊ｊ，０ｙ＋Ｃｙ＊ｉ
＋Ｒｙ＊ｊ，０ｚ＋Ｃｚ＊ｉ＋Ｒｚ＊ｊ） となる。
＋Ｒｙ＊ｊ，０ｚ＋Ｃｚ＊ｉ＋Ｒｚ＊ｊ） となる。
【００２６】画像上の外形形状と被検体Ｈの外形形状と
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。
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。
【００２７】このとき注意しなくてはならないのが、比
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。
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。
【００２８】これには、用いる３次元医用画像ＴＤから
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。
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。
【００２９】次に、以上のようにして求めた形状の相関
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。
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。
【００３０】
【外２】 標系がいずれも実寸法の座標系である場合には、変換行
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。
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。
【００３１】
【外３】 ここで、３次元医用画像ＴＤから抽出された輪郭画素を
Ｐi 、この画素の座標を位置ベク
Ｐi 、この画素の座標を位置ベク
【外４】 た点の座標に一番近い計測外形の点を探索し、２つの点
間の距離を計算する。
間の距離を計算する。
【００３２】この処理を指定された領域内にある全ての
輪郭画素について全て求め相関値Ｃを算出する。
輪郭画素について全て求め相関値Ｃを算出する。
【００３３】
【外５】 は最適化と呼ばれ、現在までに最急降下法、やきなまし
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。
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。
【００３４】（２）カメラ画像の歪み カメラ画像（２次元画像）ＳＤにはレンズ系の歪みと焦
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。
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。
【００３５】（３）合成画像の作成 図５は本実施形態例の合成画像作成の流れを示すフロー
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。
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。
【００３６】図５に示すように、位置検出部３により２
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。
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。
【００３７】次いで、カメラの焦点情報の入力が指示さ
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）。
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）。
【００３８】（４）画像表示例 以上のような流れにより画像合成部８で補正後の３次元
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。
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。
【００３９】 図７（Ａ），（Ｂ）は、前述の座標変
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。
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。
【００４０】図７（Ａ）は、表面表示画像とカメラ画像
（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。
（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。
【００４１】図７（Ｂ）は、両画像を並べて表示した例
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。
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。
【００４２】 図８（Ａ），（Ｂ）は、座標変換と歪
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。
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。
【００４３】図８（Ａ）は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。
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。
【００４４】図８（Ｂ）は両画像を並べて表示する例で
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。
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。
【００４５】 図９は、カメラ画像と断面画像あるい
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。
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。
【００４６】図９において、重ね合せ画面Ｌ1 の医用画
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。
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。
【００４７】 図１０は、カメラ画像と表面表示画像
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。
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。
【００４８】なお、本実施形態例では２次元画像撮影部
（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。
（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。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
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。
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。
【図１】本発明の実施形態例のシステム構成図である。
【図２】同実施形態例における座標変換を示す概念図で
ある。
ある。
【図３】同実施形態例における被検体の図であって、
（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。
（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。
【図４】前記先願における医用画像の座標系を示す図で
ある。
ある。
【図５】同実施形態例において合成画像の生成過程を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図６】同実施形態例におけるカメラの補正用の情報テ
ーブルの例である。
ーブルの例である。
【図７】同実施形態例におけるカメラ画像と表面表示画
像との合成を説明する図である。
像との合成を説明する図である。
【図８】同実施形態例におけるカメラ画像と断面画像と
の合成を説明する図である。
の合成を説明する図である。
【図９】同実施形態例におけるカメラ画像と医用画像
（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。
（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。
【図１０】同実施形態例におけるカメラ画像に対して手
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。
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。
【符号の説明】 １ システムコントローラ ２ ２次元画像撮影部 ３ 位置検出部 ４ 歪みデータ記憶部 ５ 画像記憶部 ６ 画像処理部 ７ 座標変換部 ８ 画像合成部 ９ 画像表示部 １０ マウス １１ バス １２ 医用画像診断装置
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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30327096A JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30327096A JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10143652A true JPH10143652A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3910239B2 JP3910239B2 (ja) | 2007-04-25 |
Family
ID=17918944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30327096A Expired - Lifetime JP3910239B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 医用画像合成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3910239B2 (ja) |
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- 1996-11-14 JP JP30327096A patent/JP3910239B2/ja not_active Expired - Lifetime
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