(57)【要約】【課題】元画像を変形させて変形画像を生成する際に、元画像の品質をなるべく劣化させずに変形画像を生成する。【解決手段】被検体の第１の画像を取得する画像取得部と、被検体の変形情報を取得する変形情報取得部と、第１の画像の解像度と変形情報とに基づいて、第１の画像を変形した第２の画像の解像度を導出する導出部と、導出された解像度で第２の画像を生成する生成部とを備える。【選択図】  図１
2015058067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の第１の画像を取得する画像取得手段と、
前記被検体の変形情報を取得する変形情報取得手段と、
前記第１の画像の解像度と前記変形情報とに基づいて、前記第１の画像を変形した第２の画像の解像度を導出する導出手段と、
前記導出された解像度で前記第２の画像を生成する生成手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の圧縮または拡張に関する情報を導出し、当該情報に基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の前記第１の画像を構成する個々の局所領域に対し局所的な圧縮率または拡張率を導出し、当該圧縮率または拡張率に基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の前記第１の画像を構成する個々の局所領域に対し局所的な圧縮率または拡張率を導出し、当該導出された最大の圧縮率または拡張率に基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の前記第１の画像を構成する個々の局所領域に対し局所的な圧縮率または拡張率を導出し、当該導出された圧縮率または拡張率の平均値または中央値に基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の前記第１の画像を構成する個々の局所領域に対し局所的な圧縮率または拡張率を導出してヒストグラムを生成し、当該ヒストグラムに基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の圧縮または拡張に関する情報を導出し、当該情報と前記第１の画像の輝度分布とに基づいて前記第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記被検体の前記第１の画像から注目領域を取得する注目領域取得手段をさらに備え、
前記導出手段は、前記第１の画像の解像度と前記注目領域における前記変形情報とに基づいて、前記被検体の第２の画像のための解像度を導出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記注目領域取得手段は、前記第１の画像を画像処理することにより前記注目領域を取得することを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記第１の画像において前記注目領域の指定をユーザ操作に従って受け付ける操作入力手段をさらに備え、
前記注目領域取得手段は、前記ユーザ操作に従って前記注目領域を取得することを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記変形情報に基づいて、前記第１の画像および前記変形情報を回転変換する変換手段を有さらに備え、
前記導出手段は、前記回転変換された変形情報に基づいて前記第２の画像の解像度を導出し、
前記生成手段は、前記回転変換された変形情報に基づき、前記導出された解像度で、前記回転変換された第１の画像から前記第２の画像を生成することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記導出手段は、前記変形情報に基づいて前記被検体の前記第１の画像を構成する局所領域に対し局所的な圧縮率または拡張率を導出し、当該圧縮率または拡張率に基づいて前記第２の画像のための解像度を前記局所領域ごとに導出することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記生成手段により生成された前記第２の画像を表示装置に表示させる表示制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
画像取得手段と、変形情報取得手段と、導出手段と、生成手段とを備える画像処理装置の制御方法であって、
前記画像取得手段が、被検体の第１の画像を取得する工程と、
前記変形情報取得手段が、前記被検体の変形情報を取得する工程と、
前記導出手段が、前記第１の画像の解像度と前記変形情報とに基づいて、前記第１の画像を変形した第２の画像の解像度を導出する工程と、
前記生成手段が、前記導出された解像度で前記第２の画像を生成する工程と
を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像処理装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、画像処理装置の制御方法およびプログラムに関し、特に、核磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ）、超音波画像診断装置（ＵＳ）など、種々の医用画像収集装置（モダリティ）で撮影した医用画像を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野において、あるモダリティの画像上に注目部位があった場合に、その対応部位を他のモダリティの画像上で同定し、その対比によって診断を行う場合がある。モダリティ間で撮影体位が異なる場合には、撮影時の被検体の形状が異なるため、その同定が難しくなる。そこで、双方の間における被検体の変形を推定すること（すなわち、変形を伴う画像間の位置合わせを行うこと）が試みられている。これにより、注目部位の位置情報に基づいて対応部位の位置を推定することや、一方の画像に変形を施して形状を他方と同一にした画像を生成することが可能となる。
【０００３】
非特許文献１では、伏臥位で撮影されたMRI画像と、仰臥位で撮影された超音波画像とを位置を合わせて表示する技術が開示されている。具体的には、伏臥位で撮影されたMRI画像に基づいて有限要素モデル(FEM)を生成し、そのモデルを用いて伏臥位から仰臥位への変形シミュレーションを行う。このシミュレーション結果に基づいて伏臥位で撮影されたMRI画像やMRI画像中に描出されている病変領域などを仰臥位の超音波画像上に重畳して表示する。これにより、伏臥位と仰臥位との間の変形による位置の違いを補正している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T. Carter, C. Tanner, N. Beechey-Newman, D. Barratt and D. Hawkes, "MR navigated breast surgery: Method and initial clinical experience," MICCAI2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の方法によれば、伏臥位と仰臥位との間で高い精度の変形推定が行われることが期待できる。一方で、伏臥位から仰臥位への体位の変化により、被検体の乳房が圧縮する変形が生じるため、伏臥位で撮影されたMRI画像を圧縮した変形画像を生成する必要がある。その際、生成される変形画像の品質が、伏臥位で撮影された元のMRI画像の品質に比べて劣化するという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、元画像を変形させて変形画像を生成する際に、元画像の品質をなるべく劣化させずに変形画像を生成できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための、本発明の一態様による画像処理装置は以下の構成を備える。
【０００８】
すなわち、被検体の第１の画像を取得する画像取得手段と、
前記被検体の変形情報を取得する変形情報取得手段と、
前記第１の画像の解像度と前記変形情報とに基づいて、前記第１の画像を変形した第２の画像の解像度を導出する導出手段と、
前記導出された解像度で前記第２の画像を生成する生成手段と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、元画像を変形させて変形画像を生成する際に、元画像の品質をなるべく劣化させずに変形画像を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第1実施形態に係る画像処理システムの機能構成を示す図。
【図２】第1実施形態に係る画像処理システムのハードウェア構成を示す図。
【図３】第1実施形態に係る画像処理装置の処理手順を示すフローチャート。
【図４】第1実施形態に係る画像処理装置のステップS310の処理を詳しく説明する図。
【図５】第2実施形態に係る画像処理装置の処理手順を示すフローチャート。
【図６】第3実施形態に係る画像処理装置の処理手順を示すフローチャート。
【図７】第4実施形態に係る画像処理装置の処理手順を示すフローチャート。
【図８】第4実施形態に係る画像処理装置のステップS730の処理を詳しく説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に従って本発明に係る画像処理装置及び方法の好ましい実施形態について詳説する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されるものではない。
【００１２】
（第1実施形態）
＜第1実施形態の概要＞
本実施形態に係る画像処理装置は、対象症例の乳房を伏臥位の体位で撮影したMRI画像（対象画像、すなわち第１の画像）に基づいて、伏臥位から仰臥位に体位を変化させた際の乳房の変形を推定し、仰臥位の体位で撮影したかのようなMRI画像（変形画像、すなわち第１の画像を変形した第２の画像）を仮想的に生成する。なお、以下の説明では、伏臥位で撮像した乳房のMRI画像を処理対象とする場合について説明するが、本発明の適用範囲については、被検体の体位やモダリティの種類がこれに限定されるものではない。
【００１３】
＜画像処理システムの機能構成＞
図1は、本実施形態に係る画像処理システムの機能構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る画像処理システムは、画像処理装置100と、MRI画像撮影装置110と、データサーバ120と、モニタ130と、操作入力部140とを備えている。
【００１４】
画像処理装置100は、対象画像取得部1000と、変形情報取得部1010と、解像度導出部1020と、変形画像生成部1030と、表示制御部1040とを備えている。そして、データサーバ120、モニタ130に接続される。なお、画像処理装置100は、図1の例ではデータサーバ120を介してMRI画像撮影装置110と接続されているが、MRI画像撮影装置110と直接接続されてもよい。
【００１５】
画像処理装置100が備える各処理部について説明する。対象画像取得部1000は、本実施形態において画像処理装置100が対象とする被検体（対象症例）に関する伏臥位の乳房のMRI画像（対象画像、すなわち第１の画像）をデータサーバ120から取得し、画像処理装置100へと取り込む。
【００１６】
変形情報取得部1010は、対象画像取得部1000が取得した対象画像（第１の画像）に基づき、対象症例に関するうつ伏せから仰向けへの変形に関する情報を導出する。解像度導出部1020は、対象画像取得部1000が取得した対象画像の解像度に関する情報と、変形情報取得部1010が導出した対象症例の変形に関する情報とに基づいて、後述する変形画像生成部1030が生成する変形画像（第２の画像）の解像度を導出する。
【００１７】
変形画像生成部1030は、対象画像取得部1000が取得した伏臥位の乳房のMRI画像（第１の画像）について、変形情報取得部1010が取得した対象症例の変形に関する情報に基づいて、うつ伏せから仰向けへ変形を施した変形画像（第２の画像）を、解像度導出部1020が導出した解像度で生成する。表示制御部1040は、変形画像生成部1030が生成した変形画像をモニタ130へと出力する。
【００１８】
MRI画像撮影装置110は、人体である被検体の内部の3次元領域に関する情報を核磁気共鳴法により取得した画像、すなわちMRI画像を取得する装置である。MRI画像撮影装置110はデータサーバ120と接続されており、取得したMRI画像をデータサーバ120へ送信する。データサーバ120は、MRI画像撮影装置110が撮影したMRI画像を保持する装置である。モニタ130は、表示制御部1040から出力されてきた変形画像を表示する。操作入力部140は、ユーザによるポインティング入力及び文字やコマンド等の入力を受け付ける。
【００１９】
＜画像処理システムのハードウェア構成＞
図2は、本実施形態に係る画像処理システムのハードウェア構成の一例を示す図である。本実施形態に係る画像処理システムは、画像処理装置100と、MRI画像撮影装置110と、データサーバ120と、モニタ130と、マウス1401と、キーボード1402とを備えている。
【００２０】
画像処理装置100は、例えばパーソナルコンピュータ（PC）などで実現することができる。画像処理装置100は、中央演算画像処理装置（CPU）201と、主メモリ202と、磁気ディスク203と、表示メモリ204とを有する。
【００２１】
CPU201は、主として画像処理装置100の各構成要素の動作を制御する。主メモリ202は、CPU201が実行する制御プログラムを格納したり、CPU201によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。磁気ディスク203は、オペレーティングシステム（OS）、周辺機器のデバイスドライブ、後述する処理等を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等を格納する。
【００２２】
表示メモリ204は、モニタ130のための表示用データを一時記憶する。モニタ130は、例えばCRTモニタや液晶モニタ等であり、表示メモリ204からの取得したデータに基づいて画像を表示する。マウス1401及びキーボード1402は、図1で説明した操作入力部140の一例であり、ユーザによるポインティング入力及び文字やコマンド等の入力をそれぞれ行う。各構成要素は共通バス205により互いに通信可能に接続されている。
【００２３】
＜処理フロー＞
次に、図3のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像処理装置100が実施する処理の手順について説明する。本実施形態に係る処理は、主メモリ202に格納されている各部の機能を実現するプログラムをCPU201が読み出して実行することにより実現される。また以下に説明する画像処理装置100が行う各処理の結果は、主メモリ202に格納することにより記録される。
【００２４】
[ステップS300:対象画像の取得]
ステップS300において、対象画像取得部1000は、本実施形態が処理の対象とする症例のMRI画像をデータサーバ120から取得し、画像処理装置100の主メモリ202上に展開して保持する処理を実行する。
【００２５】
本実施形態では対象症例の伏臥位の乳房のMRI画像を取得する場合を例として説明する。本実施形態では、このMRI画像を対象画像と称する。ここで、対象画像は対象症例の内部をMRI画像撮影装置110によって撮影した３次元画像であり、具体的には画像領域に３次元的に整然と配列された画素における画素値（輝度値）により構成される。また画像領域を定義するために、各画素の実空間における大きさ（画素サイズ）も付帯情報として対象画像に付される。本実施形態における対象画像は、直交する３軸（X,Y,Z）の方向成分によって識別可能な複数の画素によって構成され、付帯情報としての画素サイズは各３軸の方向の夫々に対して定義される。本実施形態では具体的に３軸の方向の夫々に対する画素サイズが、v_size_x=1.0mm, v_size_y=1.0mm, v_size_z=1.0mmの場合を例として説明する。
【００２６】
なお、対象画像の輝度値は、画素の３次元配列における画素アドレスを参照して導出される関数とみなすこともできる。本実施形態では対象画像を関数I(x,y,z)として表す。関数I(x,y,z)は、対象画像の撮影領域の3次元の実空間座標値(x,y,z)を引数として、その位置における画素値を返す関数である。また、画像処理装置100は、その内部において、対象画像を構成する画素の集合として対象画像を保持する。このとき、画素は三次元のメモリ配列に記録される。本実施形態では対象画像を保持するメモリ配列をI_mem(dx,dy,dz)として表記する。ここでdx,dy,dzはメモリ配列のアドレスを表す整数である。このアドレスが指し示す画素の撮影領域の実空間における位置は、(dx×size_x, dy×size_y, dz×size_x)である。アドレスdx,dy,dzの範囲はそれぞれ1≦dx≦Nx, 1≦dy≦Ny, 1≦dz≦Nz とする。ここで、アドレスの範囲Nx,Ny,Nzは対象画像の実空間上での撮影範囲と直接的に関係し、(Nx×size_x, Ny×size_y, Nz×size_z)が撮影範囲となる。
【００２７】
[ステップS310: 変形情報の導出]
ステップS310において、変形情報取得部1010は、対象症例の乳房において、伏臥位から仰臥位への変形に関する情報を導出する処理を実行する。ここで、変形に関する情報とは例えば伏臥位から仰臥位への変形場を含む。
【００２８】
この処理の具体例として、伏臥位と仰臥位との間の乳房に対する重力方向の違いに起因して乳房に生じる変形を対象とする場合を例として説明する。この場合、乳房の自重による荷重の変化によって乳房には圧縮する方向の変形が生じる。この変形は、例えば有限要素法等を用いることで、シミュレーションすることができる。具体的な手順を図4を用いて説明する。図4 (a)に示すように、対象画像400には対象症例の乳房領域410の内部を撮影した領域が存在する。図4(a)では乳房領域410は、体表面420と大胸筋面430とに囲まれた領域である。体表面420や大胸筋面430は対象画像400を周知の方法で画像処理することによって自動、または手動で抽出することができる。次に、乳房領域410に対して有限要素法を適用するためにメッシュを生成する。
【００２９】
具体的には図4(b)に示すように、乳房領域410をメッシュ要素440によって分割するメッシュを生成する。ここで、メッシュ要素の総数はN_elemであるものとする。メッシュ要素は4面体や6面体などの形態をとることができる。生成したメッシュの頂点の位置座標をPi=(pix,piy,piz)と表記する。ここでiはメッシュの頂点のインデックスを表す添え字であり、本実施形態では1≦i≦N_nodeの整数とする。ここでN_nodeはメッシュの頂点の総数である。このようにして生成したメッシュ構造に対して各メッシュ要素の力学特性や、外力、境界条件などを設定することにより、有限要素法による変形シミュレーションを実行できる。本実施形態では、変形シミュレーションにより、図4(c)に示すように、伏臥位から仰臥位へのメッシュの頂点位置の変位量を導出する。この変位量は、メッシュの頂点の位置Piの変形後の位置との差分値であり、ここではDi=(dix,diy,diz)と表記する。つまり、i番目のメッシュの頂点の仰臥位における位置はPi+Diである。
【００３０】
ステップS310では、さらにPi、Diおよびメッシュの頂点の接続に関する情報に基づいて、対象症例の伏臥位から仰臥位への変形場を導出する。具体的にはメッシュ要素の内部の変位を線形補間などにより求める。この方法は、メッシュモデルを用いた変形表現に関する周知の方法により実行できる。この結果、対象症例に関する変形を表す3次元の関数f_deform(x,y,z)が求められる。ここで、関数f_deform(x,y,z)は、対象症例を伏臥位で撮影した対象画像の画像座標(3次元)を引数として、その座標位置の変形後の位置（3次元）を返す関数である。
【００３１】
上記の方法で導出したメッシュに関する情報を変形に関する情報として記録・保持する。ここでメッシュに関する情報とは、頂点の位置Pi、変位量Di、メッシュの頂点の接続に関する情報を含む。また、対象画像400の中の乳房領域410である領域を記録・保持する。ここでは乳房領域410を表すマスク画像f_mask(x,y,z)を生成して、記録・保持する。ただしf_mask(x,y,z)は、対象画像の撮影領域の実空間における3次元座標値(x,y,z)を引数とし、その位置が乳房領域410内部の場合に1、それ以外の場合には0の値を返すスカラ関数である。また、関数f_deform(x,y,z)は、乳房領域410の内部における実現値（引数と返り値の組）として記録する。
【００３２】
[ステップS320: 局所的圧縮率の導出]
ステップS320において、解像度導出部1020は、ステップS310で導出した対象症例の変形に関する情報に基づき、その変形に伴う対象画像を構成する個々の局所領域に対する局所的な圧縮率を導出する処理を実行する。
【００３３】
局所的な圧縮率の導出は、ステップS310で生成したメッシュに関する情報に基づいて実行される。まず、ステップS310で生成したN_elem個のメッシュ要素の各々について、そのメッシュ要素の大きさの変化を導出する。具体的には、例えば、j番目のメッシュ要素に注目した場合に、そのメッシュ要素を構成する複数の頂点の位置を囲むバウンディングボックスを導出する。ここで注目するメッシュ要素の形態が6面体であれば、その6面体を構成する6個の頂点位置のバウンディングボックスとなる。導出したバウンディングボックスのX軸、Y軸、Z軸方向の夫々の大きさをbbXj, bbYj, bbZjとする。次に、注目したメッシュ要素の変形後の大きさ（バウンディングボックスの大きさ）も同様に導出する。ここでは、その大きさをbbXj'、bbYj'、bbZj'とする。次に、導出したバウンディングボックスの変形に伴う大きさの変化率を導出する。具体的には、座標軸毎に、式(1)により導出する。なお、本実施形態では圧縮率を導出しているが、拡張率として変化率を定義してもよい。以降の処理は拡張率についても同様に適用できる。
【００３４】
【数１】
2015058067.tif 000003
【００３５】
以上の処理を全てのメッシュ要素（局所領域）について行い、導出したcompXj、compYj、compZj (1≦j≦N_elem)を記録・保持する。
【００３６】
[ステップS330: 変形画像の解像度の導出]
ステップS330において、解像度導出部1020は、ステップS320で導出した対象症例に関する局所的な圧縮率に基づき、後述するステップS340で変形画像生成部1030が生成する変形画像の解像度を導出する処理を実行する。以下、具体的な処理について説明する。まず、ステップS320で導出したメッシュ要素毎の圧縮率に基づいて、全メッシュ要素の圧縮率の最大値を導出する。この処理は式(2)により実行される。
【００３７】
【数２】
2015058067.tif 000004
【００３８】
そして、導出した圧縮率の最大値（maxCompX, maxCompY, maxCompZ）と、対象画像の解像度（size_x, size_y, size_z）とに基づいて、変形画像の解像度（size_x', size_y', size_z'）を式(3)により導出する。
【００３９】
【数３】
2015058067.tif 000005
【００４０】
これにより、ステップS310で導出した対象症例の変形で最も圧縮されている局所領域の圧縮率に基づいて変形画像の解像度を決定することができる。以上の処理に従って、解像度導出部1020はステップS340で生成する変形画像の解像度を導出する処理を実行する。
【００４１】
[ステップS340: 変形画像の生成]
ステップS340において、変形画像生成部1030は、ステップS310で導出した変形に関する情報に基づいて、対象画像を変形した変形画像を生成する処理を実行する。ここで、変形画像とは、仰臥位における対象症例と空間的に整合した画像であり、仮に対象症例を仰臥位の姿勢で撮影した場合に得られる画像と類似した画像である。本実施形態では、変形画像をIdeformed(x,y,z)と表記する。また、変形画像は、ステップS330で導出した解像度を持つ３次元画像である。以下、変形画像を生成する具体的な処理について説明する。
【００４２】
まず、変形画像生成部1030は変形画像を格納するための3次元配列のメモリ領域を生成する。対象画像が撮影する実空間での撮影範囲は、(Nx×size_x, Ny×size_y, Nz×size_z)であり、変形画像もこれと同じ範囲の画像とする。ただし、変形画像の解像度はステップS330で導出した値を用いる。すなわち、変形画像を格納するためのメモリ領域は、(Nx×size_x÷size_x', Ny×size_y÷size_y', Nz×size_z÷size_z')とする。以上の処理により生成したメモリ領域をI_deform_mem(dx,dy,dz)と表記する。表記の意味はステップS300で説明した対象症例のメモリ領域I_mem(dx,dy,dz)の場合に準ずるため、ここでは説明を省略する。
【００４３】
次に、ステップS310で導出した対象症例の変形f_deform(x,y,z)に基づいて、対象画像I(x,y,z)を変形させた変形画像I_deform(x,y,z)を生成する。ただし画像処理装置100内での実際の処理は、対象画像の輝度値を保持する3次元配列のメモリ領域I_mem(dx,dy,dz)の輝度値を変形f_deform(x,y,z)に基づいて、変形画像のメモリ領域I_deform_mem(dx,dy,dz)にマッピングする処理が実行される。具体的には、変形画像は、その画像を構成する複数の画素に関して次式に示す計算を実行することにより生成できる。
【００４４】
【数４】
2015058067.tif 000006
【００４５】
ただし、「*」はベクトルの要素間の積演算を意味する演算子である。また、f-1deformはステップS310で取得した変形場を表す関数f_deformの逆関数であり、対象症例の仰臥位における位置を引数とし、その位置に対応する伏臥位の位置を返す3次元の関数である。f-1deformはf_deformに基づいて周知の方法で求めるこができるため、ここでは詳細な説明は省略する。以上に説明したステップS340の処理により変形画像、Ideformed(x,y,z) が画像処理装置100内の3次元配列のメモリ領域I_deform_mem(dx,dy,dz)として生成される。
【００４６】
[ステップS350: 変形画像の表示]
ステップS350において、表示制御部1040は、ステップS340で生成した変形画像に関する情報を画像処理装置100に接続されたモニタ130に送信し、表示させるように制御する。この時、表示制御部1040は、3次元の変形画像を所定の面で切断した2次元の断面画像を生成する処理を実行することができる。所定の面は例えばユーザがマウス1401やキーボード1402等を用いて対話的に操作できるようにできる。これにより、3次元の変形画像のうち、ユーザが所望する任意の領域を任意の角度で切り出した断面画像を任意の拡大縮小率で表示することができる。なお画像の表示方法は上記方法に限らず、例えば対象画像と変形画像の対応する断面を双方から切り出した断面画像を生成し、それらの画像を並べたり、重ねたりして表示するようにしても良い。また、3次元の変形画像をボリュームレンダリングして表示するようにしても良い。
【００４７】
以上説明したようにして、図３のフローチャートの各処理が実施される。これにより、対象症例の伏臥位の画像（対象画像）を、その対象画像が持つ輝度情報をなるべく欠落させることなく、仰臥位に変形させた変形画像を高品質かつ効率的に生成する仕組みを提供できる。
【００４８】
＜変形例1-1：手動変形、２画像間の位置合わせへの適用でも良い＞
第1実施形態の説明では、ステップS310において、伏臥位から仰臥位への変形の導出を、有限要素法を用いたシミュレーションにより実行する場合を例として説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。例えば、マウス1401やキーボード1402などを介してユーザからの入力情報を取得し、それに基づいて対象画像に適用する変形を取得するようにしても良い。これ以外にも、例えば対象症例の乳房を仰向けの体位で撮影した低解像度のMRI画像を取得し、その画像に対象画像を周知の方法で変形位置合わせし、その変形位置合わせの結果から変形を取得するようにしても良い。つまり、ステップS310における対象症例の変形の導出または取得は、いかなる方法によって実行しても良い。いずれの場合でも第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。
【００４９】
＜変形例1-2：圧縮率の平均値、ヒストグラム等に基づいても良い＞
第1実施形態の説明では、ステップS330において、ステップS320で導出した局所的な圧縮率の最大値に基づいて変形画像の解像度を導出する場合を例として説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。例えば、ステップS320で導出した局所的な圧縮率の平均値、または中央値に基づいて変形画像の解像度を導出するようにしても良い。または、ステップS320で導出した局所的な圧縮率のヒストグラムを生成し、上位から所定の変位値に相当する圧縮率の値に基づいて変形画像の解像度を導出するようにしても良い。また上述のような局所的な圧縮率の最大値や平均値、中央値など複数の指標に基づいて複数の解像度の候補を導出し、それらの中からより適した解像度をユーザに選択させたり、自動的に選択したりする仕組みを持つようにしても良い。これらの方法によれば、乳房領域全体の中の極めて僅かな局所領域に高い圧縮が生じるような場合においても、変形画像の品質と記憶容量とをバランスさせた解像度で変形画像を生成できるという効果が得られる。
【００５０】
＜変形例1-3：さらに輝度分布にも基づいても良い＞
第1実施形態の説明では、ステップS330において、ステップS320で導出した局所的な圧縮率に基づいて変形画像の解像度を導出する場合を例として説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
【００５１】
例えば、ステップS320で導出した局所的な圧縮率に加えて、対象画像の輝度分布にも基づいて変形画像の解像度を導出するようにしても良い。例えば、局所的な圧縮率と、その局所位置における対象画像の輝度値の複雑さの値に基づいて、局所的な評価値を導出する。そして、局所的な評価値の最大値に基づいて変形画像の解像度を導出する。ここで輝度値の複雑さとは、例えば対象画像の当該局所領域における画素値の分散や空間周波数などに基づいて計算される値である。この値は、例えば当該局所領域の輝度値を平滑化した際に変動する輝度値の総和や平均などであっても良い。また局所的な評価値は、例えば、局所的な圧縮率と輝度値に複雑さの値の和や積などの演算により得られる値であって良い。この値は、この当該局所領域の変形画像を生成する際に必要となる解像度と関係する。例えば、局所的な圧縮率が高く、かつ輝度値の複雑さも高い場合には、当該領域の変形画像を仮に低い解像度で生成したとすると、元の対象画像の輝度値の情報が大きく失われることになる。この場合、評価値は高い値を示し、当該領域の変形画像を高い解像度で生成する必要性を表す評価値となる。
【００５２】
上述の局所的な評価値に基づいて変形画像の解像度を導出することにより、例えば、局所的に圧縮はあるものの、輝度値の分布が平淡な領域が存在するような場合に、第1実施形態に比べて高い記録効率で高品質な変形画像を生成できるという効果がある。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態では、変形画像（第２の画像）を生成する際の変形情報に基づいて変形画像（第２の画像）の解像度（画素サイズ）を決定する。これにより、元画像（第１の画像）を変形させた変形画像を生成する際に、元画像の輝度分布を反映した高品質な変形画像（第２の画像）を生成することが可能となる。
【００５４】
（第2実施形態；注目部位の圧縮率に基づいても良い）
第1実施形態では、ステップS330において、ステップS320で導出した局所的な圧縮率の最大値に基づいて変形画像の解像度を導出する場合を例として説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。第2実施形態では、対象画像を取得すると共に、対象画像に描出されている腫瘍位置などの注目部位（注目領域）を抽出または取得し、その位置（注目位置）における局所的な圧縮率に基づいて変形画像の解像度を導出する例を説明する。
【００５５】
本実施形態に係る画像処理装置100の機能構成およびハードウェア構成は、第1実施形態と同様であるが、さらに不図示の注目領域取得部を備えている。以下、図5のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像処理装置100が実施する処理の手順について説明する。ステップS500の処理は、第1実施形態のステップS300の処理と同様であるため説明を省略する。
【００５６】
ステップS505において、画像処理装置100の注目領域取得部は、対象画像中の注目位置を取得する処理を実行する。この処理は例えば対象画像に描出される腫瘍などユーザが注目する部位の位置を取得する処理であり、たとえばマウス1401やキーボード1402等の操作入力部140を用いてユーザ操作に従って直接入力指定することにより取得する。また、これ以外にも対象画像を画像処理することによりユーザが注目する部位、またはユーザが注目するべき部位を自動的に検出して、その位置を取得するようにしても良い。ステップS510およびステップS520の処理は、第1実施形態のステップS310およびS320の処理と同様であるため説明を省略する。
【００５７】
ステップS530において、解像度導出部1020は、ステップS520で導出した対象症例の変形に関する局所的な圧縮率に基づいて、後述するステップS540で生成する変形画像の解像度を導出する処理を実行する。第1実施形態では、対象症例の局所的な圧縮率の最大値に基づいて解像度を導出する場合を例として説明したが、本実施形態では、ステップS505で取得した注目位置や、その近傍における局所的な圧縮率に基づいて解像度を導出する。例えば、注目位置から所定の距離範囲の領域における圧縮率の平均値や最大値などに基づいて解像度を導出する。ステップS540およびステップS550の処理は、第1実施形態のステップS340およびステップS350の処理と同様であるため説明を省略する。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、対象画像中で特に観察の対象となる注目部位における画像の品質をなるべく落とさずに変形画像を生成できるという効果がある。
【００５９】
（第3実施形態；変形の主軸に基づいて画像回転等の前処理を施す）
第3実施形態では、対象症例の変形の主軸と対象画像の画像座標の座標軸とを略一致させる前処理を施すことにより、第1実施形態で説明した処理をより効果的に実施する例について説明する。
【００６０】
本実施形態に係る画像処理装置100の機能構成およびハードウェア構成は、第1実施形態と同様であるが、不図示の変換部をさらに備えている。以下、図6のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像処理装置100が実施する処理の手順について説明する。ステップS600およびステップS610の処理は、第1実施形態のステップS300およびステップS310の処理と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
ステップS615において、画像処理装置100の変換部は、ステップS610で導出した変形情報に基づいて、後述する変形の主軸を導出し、それに基づいて対象画像、Pi、Diを座標変換する処理を実行する。すなわち、ステップS610で導出したDi（ただし、1≦i≦N_node）に線形の主成分分析を実行して第１主成分から第3主成分を導出する。ここで各主成分は3次元の正規直交ベクトルである。この3つの正規直交ベクトルを変形の主軸と称する。この直交ベクトルを用いて、対象画像の画像座標軸（X,Y,Z）が変形の主軸と略一致するように直交変換する。すなわち回転変換を行う。この時、回転後の画像は、回転前の対象画像の各画素が持つ輝度情報をなるべく失わない様に解像度などを適宜設定する。例えば、第1実施形態と同様の構成を用いて解像度を決めるようにしても良い。また、ステップS610で導出したPi、Diも同様に回転の処理を施す。以上の処理によって得た回転後の対象画像、Pi、Diを用いて以降の処理を行う。ステップS620からステップS640の処理は、第1実施形態のステップS320からステップS340と同様の処理を実行する。
【００６２】
ステップS650の処理は、第1実施形態のステップS350と同様の処理を実行する。ただし、3次元の変形画像からユーザの入力などに基づいて断面画像を生成して表示する場合には、断面画像を生成する領域の変形画像の解像度に応じて表示の拡大縮小率を切り替えたり、拡大縮小率の範囲を限定したりしても良い。例えば、解像度が高い領域ではユーザの入力に応じて高い拡大率で表示できるようにし、逆に解像度が高くない領域では高い解像度で表示できなくする。これにより、表示領域に含まれる輝度情報の粗密に応じた拡大縮小率の制御が行われるため、ユーザにより適切な拡大縮小率で画像を表示できるという効果がある。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態では、対象症例に生じる変形の主軸が画像の座標軸と異なる場合に、それらを略一致させる前処理を施す。これにより、ステップS620以降の処理で実行される座標軸毎の圧縮率の設定が、対象症例の変形に対してより効果的に行えるという効果がある。
【００６４】
（第4実施形態；局所的な変形に応じて局所的に解像度を決める）
第1実施形態では、対象症例の局所的な変形に基づいて導出した解像度を変形画像の全体に適用する場合を例として説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。第4実施形態では、対象症例の局所的な変形に基づいて導出した解像度を、変形画像の局所的な領域に適用する場合を例として説明する。
【００６５】
本実施形態に係る画像処理装置100の機能構成およびハードウェア構成は、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。以下、図7のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像処理装置100が実施する処理の手順について説明する。ステップS700からステップS720の処理は、第1実施形態のステップS300およびステップS320の処理と同様であるため説明を省略する。
【００６６】
ステップS730において、解像度導出部1020は、ステップS720で導出した対象症例の変形に関する局所的な圧縮率に基づいて、後述するステップS740で生成する変形画像の解像度を導出する処理を実行する。第1実施形態では、対象症例の局所的な圧縮率の最大値に基づいて、変形画像全体に適用する単一の解像度を導出する場合を例として説明した。これに対して本実施形態は、局所的な領域毎に個別に解像度を導出し、複数の解像度が混在する変形画像を生成するという点で第1実施形態とは異なる。ステップS730では、この局所毎の解像度の導出を行う。
【００６７】
この処理の具体例について図8を用いて詳しく説明する。図8(a)は、対象画像の画素を格納する3次元配列のメモリを、各画素が持つ実空間上でのサイズを反映させて並べた図である。ただし、本来は3次元の配列であるが、紙面上での説明の都合上、Z=(任意の定数)の断面を切り出して2次元の図を用いて説明する。本実施形態の対象画像の画素サイズ（解像度）は、size_x=1.0mm, size_y=1.0mm, size_z=1.0mmであり、等方の大きさの画素が整然と並んでいる。ここで、ステップS710で導出した対象症例の変形に関する情報が、例えば図4で説明したように対象画像400の中央付近で上下（Y軸方向）への圧縮が生じている場合を考える。
【００６８】
まず、図8(b)に示すように、変形画像800を複数の領域801〜領域809に分割する。次に、ステップS720で導出した圧縮率compXj、compYj、compZj (1≦j≦N_elem)を用いて、領域801〜領域809の夫々の領域における圧縮率の最大値を用いて導出する。この処理についてさらに詳しく説明する。
【００６９】
まず、変形画像800に含まれる複数の領域801〜領域809のうちの一つを選択する。ここでは領域801を選択したものとして説明を続ける。次に、ステップS710で導出した変形に関する情報に基づき、領域801に含まれる変形後のメッシュ要素を抽出する。これは変形後のメッシュ要素を構成するメッシュの頂点位置Diが領域801の内部であるか否かの判定に基づいて実行される。そして、抽出されたメッシュ要素を対象として、第1実施形態のステップS330と同様の処理を行う。すなわち抽出された複数のメッシュ要素の圧縮率の最大値を導出し、それに基づいて領域801の変形後の画像の解像度を導出する。以上の処理を変形画像800に含まれる全ての領域801〜領域809に対して実施する。これにより、各領域801〜領域809に関する解像度がそれぞれ導出される。図8(b)には、上記の処理により導出した解像度の例を示している。ここでは、Y軸方向に圧縮が生じている領域805のY軸方向の解像度が、対象画像400の解像度よりも高くなっている（つまり画素サイズが小さくなっている）結果を示している。また圧縮が生じていない他の領域では対象画像の解像度を変えずに適用している。
【００７０】
以上に説明したステップS730の処理により、ステップS720で導出した対象症例の局所的な圧縮率に基づいて、ステップS740で生成する変形画像の解像度を導出する。ステップS740およびステップS750の処理は、第1実施形態のステップS340およびステップS350と同様の処理を実行する。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態では、対象症例の局所的な変形の特性に応じて適応的に解像度が設定された変形画像を生成する。これにより、対象症例に局所的に大きな変形が生じるような場合においても、対象画像が持つ輝度情報をなるべく失わない高品質な変形画像を、高い記録効率で生成できるという効果がある。
【００７２】
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係る好適な画像処理装置の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７３】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
2015058067.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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