特許 6792904 医用画像位置合わせ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792904

(24)【登録日】2020年11月11日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】医用画像位置合わせ方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20201119BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/14ZDM

   A61B6/03 377

   A61B6/03 360D

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-94445(P2019-94445)

(22)【出願日】2019年5月20日

(65)【公開番号】特開2020-188854(P2020-188854A)

(43)【公開日】2020年11月26日

【審査請求日】2019年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】596016557

【氏名又は名称】上銀科技股▲分▼有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】509075457

【氏名又は名称】中國醫藥大學

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】謝 寶育

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 宗棋

(72)【発明者】

【氏名】陳 賢▲徳▼

(72)【発明者】

【氏名】陳 佑旻

(72)【発明者】

【氏名】劉 ▲イ▼晟

【審査官】 永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００５／０８３６２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Julian Beitzel, et al.，Ultrasound Bone Detection Using Patient-Specific CT Prior，34th Annual International Conference of the IEEE EMBS，２０１２年 ８月２８日，pp.2664-2667

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００

Ａ６１Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータ装置を用いて、患者の骨格における１つの部位に対応する超音波画像と、それぞれ該患者の骨格における異なる部位に対応する複数のコンピュータ断層撮影画像のうちの所定の１つとの画像位置合わせを実行することができる医用画像位置合わせ方法であって、
前記コンピュータ装置により、前記超音波画像の関心領域に対応する超音波目標画像を取得するステップ（Ａ）と、
前記コンピュータ装置により、各前記コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像を取得するステップ（Ｂ）と、
前記コンピュータ装置により、各前記スキャン画像における行ごとの最初のピクセル値が０ではないピクセルのピクセル値を２５５に設定するとともに他のピクセルのピクセル値を０に設定して、各前記スキャン画像における物体に対して上部輪郭の特徴を抽出して、そして抽出が行なわれた前記スキャン画像において物体の前記上部輪郭のみを残すステップ（Ｃ）と、
前記コンピュータ装置により、各抽出が行なわれた前記スキャン画像と前記超音波目標画像との類似度を取得するステップ（Ｄ）と、
前記コンピュータ装置により、各抽出が行なわれた前記スキャン画像において、前記超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得するステップ（Ｅ）と、
前記コンピュータ装置により、前記超音波目標画像と前記目標スキャン画像との画像位置合わせを実行するステップ（Ｆ）と、を含む
ことを特徴とする医用画像位置合わせ方法。

【請求項2】

前記ステップ（Ｂ）と前記ステップ（Ｄ）との間に、
前記コンピュータ装置により、前記超音波目標画像のサイズと前記スキャン画像のサイズとが等しいか否かを判定するステップ（Ｇ）と、
前記コンピュータ装置が前記超音波目標画像のサイズと前記スキャン画像のサイズとが異なっていると判定した場合、前記コンピュータ装置はいずれか１つの前記スキャン画像のサイズを基準として前記超音波目標画像を校正し、校正された前記超音波目標画像のサイズを前記基準としてのスキャン画像のサイズと等しくさせるステップ（Ｈ）と、をさらに含み、
また、前記ステップ（Ｄ）においては、前記コンピュータ装置は各前記スキャン画像と前記校正された超音波目標画像との類似度を取得し、前記ステップ（Ｅ）においては、前記コンピュータ装置は前記抽出が行なわれたスキャン画像において前記校正された超音波目標画像との類似度が最も高いものを前記目標スキャン画像として取得し、且つ、前記ステップ（Ｆ）においては、前記コンピュータ装置は前記校正された超音波目標画像と前記類似度が最も高い前記目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像位置合わせ方法。

【請求項3】

前記ステップ（Ｄ）において、
前記コンピュータ装置は、相互情報量最大化法によって各抽出が行なわれた前記スキャン画像と前記超音波目標画像との類似度を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像位置合わせ方法。

【請求項4】

前記ステップ（Ｄ）において、
前記コンピュータ装置は、各抽出が行なわれた前記スキャン画像と前記超音波目標画像とのマッピング関係の幾何学的変換のパラメータセットをさらに取得し、
前記ステップ（Ｆ）において、
前記コンピュータ装置は、前記超音波目標画像と前記目標スキャン画像とに対応する幾何学的変換のパラメータセットによって、前記超音波目標画像と前記目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する
ことを特徴とする請求項３に記載の医用画像位置合わせ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は画像位置合わせ方法に関し、具体的には、医用画像位置合わせ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

外科医は、手術位置を決定するにあたって、患者の術前情報（例えば、コンピュータ断層撮影画像など）のみを参考にして決定しなければいけない場合もあった。また、手術中に、外科医の動き(例えば、金属のピンで骨を接合する)が原因で患者の身体が多少移動し、手術の位置ずれが発生し、手術に影響を与えてしまうこともある。

【0003】

また、従来、例えば上述のように手術中に患者の身体位置がずれた場合、手術中に手術位置を正確に合わせるためには、コンピュータ断層撮影法（computed tomography、略称：ＣＴ）を実行して断層画像を取得して、手術位置を確定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第８７３１２６４Ｂ２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記に記載された従来の手術位置を決定する方法は、患者の身体が移動されることにより生じる誤差を即時に測定することができないのみならず、コンピュータ断層撮影には放射線を用いるので、患者が過多な放射線を受ける恐れがある。

【0006】

よって、本発明は上記問題点に鑑みて、上記欠点を解決できる医用画像位置合わせ方法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】

上記目的を達成するための手段として、本発明は、コンピュータ装置を用いて、患者の骨格における所定の１つの部位に対応する超音波画像と、それぞれ該患者の骨格における異なる部位に対応する複数のコンピュータ断層撮影画像のうちの所定の１つとの画像位置合わせを実行することができる医用画像位置合わせ方法であって、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の各ステップを含むことを特徴とする医用画像位置合わせ方法を提供する。
（Ａ）コンピュータ装置により、超音波画像の関心領域に対応する超音波目標画像を取得する。
（Ｂ）コンピュータ装置により、各コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像を取得する。
（Ｃ）コンピュータ装置により、各スキャン画像と超音波目標画像との類似度を取得する。
（Ｄ）コンピュータ装置により、各スキャン画像において、超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得する。
（Ｅ）コンピュータ装置により、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する。

【発明の効果】

【0008】

上記手段によれば、本発明に係る医用画像位置合わせ方法は、コンピュータ装置を用いて、超音波画像の関心領域に対応する超音波目標画像と各コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像との類似度を分析して超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得し、そして、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行することによって、手術を実行している際に、患者がコンピュータ断層撮影による過多な放射線にさらされずに、且つ外科医が手術位置を決定することを即時に補助することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態のコンピュータ装置と超音波画像撮影装置とが電気的に接続されていることを説明するブロック図である。

【図2】該実施形態に係るコンピュータ装置に記憶されている複数のコンピュータ断層撮影画像の１つを示す図である。

【図3】該実施形態に係る超音波画像撮影装置により撮影された超音波画像を示す図である。

【図4】本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態のステップＳ５１〜ステップＳ５４を説明するフローチャートである。

【図5】該実施形態のステップＳ５５〜ステップＳ５８を説明するフローチャートである。

【図6】本発明に係る医用画像位置合わせ方法の他の実施形態のステップＳ５１´〜ステップＳ５４´を説明するフローチャートである。

【図7】超音波画像に対応する超音波目標画像を示す図である。

【図8】各コンピュータ断層撮影画像に対応する複数のスキャン画像の１つを示す図である。

【図9】スキャン画像における物体に対して上部輪郭を抽出した画像を示す図である。

【図10】超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせの結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に係る医用画像位置合わせ方法について図面を参照して説明する。

【0011】

図１〜図３を参照して本発明に係る医用画像位置合わせ方法を実施するためのコンピュータ装置１及び超音波画像撮影装置２を説明する。ここで、図１は本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態のコンピュータ装置１と超音波画像撮影装置２とが電気的に接続されていることを説明するブロック図であり、図２は該実施形態に係るコンピュータ装置１に記憶されている複数のコンピュータ断層撮影画像の１つを示す図であり、また、図３は該実施形態に係る超音波画像撮影装置２により撮影された超音波画像を示す図である。

【0012】

図１に示されるように、本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態を実施するためのコンピュータ装置１は、超音波画像撮影装置２と電気的に接続されていると共に、記憶モジュール１１と、入力モジュール１２と、表示モジュール１３と、処理モジュール１４と、を具えている。また、処理モジュール１４は、記憶モジュール１１と入力モジュール１２と表示モジュール１３と電気的に接続されている。

【0013】

また、記憶モジュール１１は、それぞれ患者の骨格における異なる部位に関する複数のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を記憶している。具体的には、例えば、該患者の骨格は、複数の脊椎関節を有している脊椎であり、各コンピュータ断層撮影画像（図２参照）は、それぞれ対応する各脊椎関節における複数のセクションのうちの１つに関している。さらに、図２に示されるように、いずれか１つの脊椎関節における１つのセクションに対応するコンピュータ断層撮影画像において、棘突起２１が画像の上側に表示されており、そして椎弓２２が画像の下側に表示されている。

【0014】

超音波画像撮影装置２は、患者の骨格におけるいずれか１つの部位の超音波画像を撮影すると共に、撮影された超音波画像をコンピュータ装置１に送信するように配置されている。具体的には、前述した例を続けると、該超音波画像撮影装置２は、患者がうつ伏せの状態で該患者の脊椎におけるいずれか１つの脊椎関節の１つのセクションに関する超音波画像（図３参照）を撮影する。図３に示されるように、いずれか１つの脊椎関節における１つのセクションに対応する超音波画像において、棘突起３１が画像の上側に表示されており、そして椎弓３２が画像の下側に表示されている。

【0015】

よって、該超音波画像に表示されている方位は、該コンピュータ断層撮影画像に表示されている方位と同様である。

【0016】

本実施形態では、コンピュータ装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、クラウドコンピュータなどであることができるが、それらに限定されない。また、超音波画像撮影装置２は、例えば、超音波診断装置であることができるが、それらに限定されない。

【0017】

図４〜図１０を参照して本発明に係る医用画像位置合わせ方法を説明する。ここで、図４は本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態のステップＳ５１〜ステップＳ５４を説明するフローチャートであり、図５は該実施形態のステップＳ５５〜ステップＳ５８を説明するフローチャートである。

【0018】

また、図６は本発明に係る医用画像位置合わせ方法の他の実施形態のステップＳ５１´〜ステップＳ５４´を説明するフローチャートである。

【0019】

また、図７は超音波画像に対応する超音波目標画像を示す図であり、図８は各コンピュータ断層撮影画像に対応する複数のスキャン画像の１つを示す図であり、図９はスキャン画像における物体に対して上部輪郭を抽出した画像を示す図であり、図１０は超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせの結果を示す図である。

【0020】

＜医用画像位置合わせ方法＞
本発明に係る医用画像位置合わせ方法の実施形態は、コンピュータ装置１を用いて、患者の骨格における１つの部位に対応する超音波画像と、それぞれ該患者の骨格における異なる部位に対応する複数のコンピュータ断層撮影画像のうちの所定の１つとの画像位置合わせを実行することに適用できる。医用画像位置合わせ方法の実施形態は、図４及び図５に示されているように、以下のステップＳ５１〜ステップＳ５４（図４参照）と、ステップＳ５５〜ステップＳ５８（図５参照）と、を含む。

【0021】

ステップＳ５１において、コンピュータ装置１は、超音波画像を受信した後に、超音波

【0022】

画像の関心領域に対応する超音波目標画像（図７参照）を取得する。

【0023】

具体的には、コンピュータ装置１は、外科医の操作に応じて、入力信号を生成し、そして該入力信号に基づいて超音波画像に対応する超音波目標画像を取得する。また、別の実施形態では、従来の画像認識方法を用いて超音波画像に対応する超音波目標画像を取得しても良い。

【0024】

ステップＳ５２において、コンピュータ装置１は、各コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像（図８参照）を取得する。

【0025】

具体的には、各コンピュータ断層撮影画像に対して、コンピュータ装置１は、外科医の操作に応じて、他の入力信号を生成し、そして該他の入力信号に基づいてコンピュータ断層撮影画像に対応するスキャン画像を取得する。また、別の実施形態では、従来の画像認識方法を用いてコンピュータ断層撮影画像に対応するスキャン画像を取得しても良い。

【0026】

ステップＳ５３において、コンピュータ装置１は、各スキャン画像における物体に対して上部輪郭の特徴を抽出して、そして抽出が行なわれたスキャン画像において物体の上部輪郭（図９参照）のみを残す。

【0027】

具体的には、本実施形態では、コンピュータ装置１は、スキャン画像のノイズを除去して、そして各スキャン画像における行ごとの最初のピクセル値が０ではないピクセルのピクセル値を残して、他のピクセルのピクセル値を０に設定することによって、各スキャン画像における物体に対して上部輪郭の特徴を抽出する。また、別の実施形態では、コンピュータ装置１は、スキャン画像に残されたピクセル値が０ではないピクセルのピクセル値を２５５に設定する。

【0028】

また、図６に示される本発明に係る医用画像位置合わせ方法の他の実施形態は、上記の実施形態と共通するが、ここでは、本発明に係る医用画像位置合わせ方法をより速やかに完了するために、超音波画像に関するステップ５１´とコンピュータ断層撮影画像に関するステップ５２´及びステップ５３´とが同時に実行される。

【0029】

なお、ステップＳ５３によって上部輪郭の特徴が抽出されたスキャン画像に対して類似度を分析する際に、下部輪郭の特徴は、超音波目標画像のノイズと重ならないので、上部輪郭の特徴が抽出されていないスキャン画像に比べて、上部輪郭の特徴が抽出されたスキャン画像を用いて類似度分析を行なうほうが精確度が高い。

【0030】

ステップＳ５４において、コンピュータ装置１は、超音波目標画像のサイズと各スキャン画像のサイズとが等しいか否かを判定する。

【0031】

コンピュータ装置１は、超音波目標画像のサイズと目標スキャン画像のサイズとが等しいと判定すると、ステップＳ５６へ進む。一方、コンピュータ装置１は、超音波目標画像のサイズと目標スキャン画像のサイズとが異なっていると判定すると、ステップＳ５５へ進む。

【0032】

ステップＳ５５において、コンピュータ装置１は、いずれか１つのスキャン画像のサイズを基準として超音波目標画像を校正し、校正された超音波目標画像のサイズを基準としてのスキャン画像のサイズと等しくさせる。

【0033】

ステップＳ５６において、コンピュータ装置１は、各スキャン画像と超音波目標画像との類似度を取得する。

【0034】

なお、場合によって、コンピュータ装置１は、各スキャン画像と校正された超音波目標画像との類似度を取得し、或いは、各抽出が行なわれたスキャン画像と超音波目標画像との類似度を取得し、或いは、各抽出が行なわれたスキャン画像と校正された超音波目標画像との類似度を取得する。なお、以下の説明において、単に「スキャン画像」、「超音波目標画像」と記載した場合も、これらはそれぞれ、上記抽出が行なわれた或いは行なわれていないスキャン画像、上記校正が行なわれた或いは行なわれていない超音波画像を含むものとする。

【0035】

具体的には、本実施形態では、コンピュータ装置１は、相互情報量（mutual information、略称：ＭＩ）最大化法によって各スキャン画像と超音波目標画像との類似度、及び、マッピング関係の幾何学的変換のパラメータセットを取得する。

【0036】

また、別の実施形態では、コンピュータ装置１は、ＩＣＰ（iterative closest point）法によって各スキャン画像と超音波目標画像との類似度を取得しても良い。

【0037】

ステップＳ５７において、コンピュータ装置１は、各スキャン画像において超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得する。

【0038】

ステップＳ５８において、コンピュータ装置１は、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する。特に、コンピュータ装置１は、校正された超音波目標画像と類似度が最も高い目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する。

【0039】

また、図１０に示されるように、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行した結果を示す結果画像（図１０参照）は、表示モジュール１３に表示される。そして、外科医は、手術中に該結果画像によって手術位置を正確に判断することができる。

【0040】

特に、本実施形態では、コンピュータ装置１は、超音波目標画像と目標スキャン画像とに対応する幾何学的変換のパラメータセットによって、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行する。

【0041】

また、別の実施形態では、コンピュータ装置１は、位置合わせ演算（例えば、Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ）によって画像位置合わせを実行しても良い。

【0042】

総括すると、本発明に係る医用画像位置合わせ方法は、コンピュータ装置１が、超音波画像の関心領域に対応する超音波目標画像と各コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像とに基づいて、相互情報量最大化法を用いて各スキャン画像において超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得して、そして該目標スキャン画像、及び、超音波目標画像を互いに画像位置合わせを実行することによって、手術中に、患者がコンピュータ断層撮影による過多な放射線にさらされずに、外科医が手術位置を決定することを即時に補助することができる。

【0043】

上記においては、本発明の全体的な理解を促すべく、多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。

【0044】

以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

【産業上の利用可能性】

【0045】

上記の本発明に係る医用画像位置合わせ方法は、コンピュータ装置を用いて、超音波画像の関心領域に対応する超音波目標画像と各コンピュータ断層撮影画像の関心領域に対応する複数のスキャン画像との類似度を分析して超音波目標画像との類似度が最も高いものを目標スキャン画像として取得し、そして、超音波目標画像と目標スキャン画像との画像位置合わせを実行することによって、手術期間中に、患者がコンピュータ断層撮影による過多な放射線にさらされずに、外科医が手術位置を迅速に確かめることを補助することができる。そのため、産業上の利用可能性がある。

【符号の説明】

【0046】

１ コンピュータ装置
１１ 記憶モジュール
１２ 入力モジュール
１３ 表示モジュール
１４ 処理モジュール
２ 超音波画像撮影装置
２１ 棘突起
２２ 椎弓
３１ 棘突起
３２ 椎弓
Ｓ５１〜Ｓ５８ ステップ
Ｓ５１´〜Ｓ５４´ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】