专利名称：信息处理设备、信息处理方法和摄像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对各种医用摄像设备所拍摄的医用图像进行处理的信息处理设备、信息处理方法、用于使计算机执行信息处理的程序以及用于拍摄医用图像的摄像系统。
背景技术：
使用医用摄像设备(医学影像设备(modality))所获取到的图像来检查患者或查看其患病区域。医学领域所使用的这些医学影像设备的例子包括简单的X射线摄像设备、X射线计算机断层扫描(X射线CT)摄像设备、磁共振成像(MRI)设备、以及超声波(US)摄像设备等。通过将多个不同的医学影像设备所获取到的这些图像相关联，医生可以利用多个不同类型的图像来查看被检体的同一区域。例如，如果从预先拍摄的三维(3D)MRI图像中获取到与超声波摄像设备所拍摄的超声波图像相对应的MRI断层图像，则医生可以在比较这两个图像的情况下进行诊断。作为用于实现上述处理的技术，US2007/0010743论述了以下内容通过设置位置传感器的基准物体与患者所躺的床之间的位置关系并利用具有该位置传感器的超声波探测器指定体表上的一个预定点，来获取超声波图像和MRI图像之间的对应关系。在该技术中，如果患者改变他/她在床上的方向或姿势，则可能产生误差。
发明内容
根据本实施例的一方面，一种信息处理设备，包括第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。根据本发明的另一方面，一种信息处理设备，包括第一获取部件，用于获取第一坐标系中的被检体的胸骨上的多个位置；第二获取部件，用于获取第二坐标系中的所述被检体的胸骨上的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一坐标系和所述第二坐标系中的位置，来计算所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的相对关系。根据本发明的另一方面，一种摄像系统，包括超声波探测器，用于通过接触被检体的位置获取来自所述被检体的该位置的信号；摄像部件，用于基于所述超声波探测器所获取到的信号来获取超声波图像；第一获取部件，用于获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于基于所述超声波探测器与所述被检体相接触的位置来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系；以及图像生成部件，用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与所获取到的超声波图像相对应的断层图像。根据本发明的又一方面，一种信息处理方法，包括以下步骤获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及基于所获取到的所述三维图像中的多个位置和所获取到的所述被检体中的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明实施例的原理。图I是示出根据本发明第一典型实施例的诊断摄像系统的结构的图。图2是示出诊断摄像系统的硬件结构的图。图3是示出诊断摄像系统的摄像功能的图。图4是示出诊断摄像系统的被检体位置测量功能的图。图5是示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。图6是详细示出根据第一典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。图7是示出用于获取基于肋骨的位置的坐标的处理的流程图。图8是示出显示控制单元显示在监视器(显示单元)上的图像的图。图9是示出用于判断第一特征位置获取单元或第二特征位置获取单元所执行的坐标位置获取处理的成功与否的判断单元所执行的处理的流程图。图10是示出根据本发明第二典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。图11是详细示出根据第二典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。图12是示出根据本发明第三典型实施例的诊断摄像系统所执行的处理的流程图。图13是详细示出根据第三典型实施例的坐标变换计算处理的流程图。
具体实施例方式以下将参考附图来详细说明各种典型实施例、特征和方面。图I示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统I的结构。诊断摄像系统I包括信息处理设备100、MRI设备110、超声波摄像设备120、位置姿势测量设备130、显示单元1400和操作单元1500。MRI设备110使用核磁共振(NMR)方法来获取与被检体(例如，人体)内部的3D区域有关的信息。S卩，MRI设备110获取MRI图像。在该MRI图像中，将坐标系(MRI图像坐标系)定义为基准，并且由多个像素来表示该坐标系中的3D区域信息。当使用于发送和接收超声波的(图3所示的)超声波探测器与被检体相接触时，超声波摄像设备120拍摄该被检体内部的超声波图像。在本典型实施例中，超声波摄像设备120拍摄示出被检体的截面区域的二维(2D)B模式超声波图像。、
位置姿势测量设备130测量超声波探测器在3D空间内的位置和姿势。为此，例如可以通过将磁性或光学6自由度测量设备安装在超声波探测器上来实现该位置姿势测量设备130。超声波探测器的位置和姿势表示以超声波探测器为基准所定义的坐标系(探测器坐标系)和以位置姿势测量设备130为基准所定义的坐标系(传感器坐标系)之间的相对位置和姿势关系。在探测器坐标系中，原点是超声波探测器 的摄像面(与被检体相接触的表面)的中心，并且由从超声波探测器发射超声波束的方向来表示Y轴。另外，由包括在超声波摄像设备120所拍摄的超声波图像的摄像面上且与Y轴垂直的方向来表示X轴。由X轴和Y轴的叉积方向来表示Z轴。该探测器坐标系是如上所述由X轴、Y轴和Z轴所定义的3D正交坐标系。传感器坐标系是以位置姿势测量设备130为基准所定义的正交坐标系。例如，使用固定安装在执行测量的3D空间内的测量站(未示出)作为基准。信息处理设备100包括MRI图像获取单元1010、第一特征位置获取单元1020、测量值获取单元1030、第二特征位置获取单元1040、变换规则计算单元1050、对应截面图像生成单元1060、超声波图像获取单元1070、显示图像生成单元1080、显示控制单元1090、判断单元1100以及输出单元1110。MRI图像获取单元1010获取MRI设备110所拍摄的被检体的MRI图像。第一特征位置获取单元1020获取MRI图像获取单元1010所获取到的MRI图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置，作为MRI图像坐标系(第一坐标系)中的基于胸骨和肋骨的位置坐标。在位置姿势测量设备130测量出超声波探测器的位置和姿势的值之后，测量值获取单元130获取这些值作为通过平移和转动所表示的4X4刚性变换矩阵。在作为基准的传感器坐标系中表示这些测量值。第二特征位置获取单元1040使用测量值获取单元1030所获取到的这些测量值，并且获取被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为传感器坐标系(第二坐标系)中的基于被检体的胸骨和肋骨的位置坐标。变换规则计算单元1050基于第一特征位置获取单元1020和第二特征位置获取单元1040所获取到的信息来计算传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的位置坐标变换规则。即，变换规则计算单元1050计算被检体与3D图像之间的位置的对应关系。对应截面图像生成单元1060基于测量值获取单元1030所获取到的与超声波探测器的位置和姿势有关的信息、变换规则计算单元1050所计算出的变换规则、以及MRI图像获取单元1010所获取到的MRI图像，来生成对应截面图像。该对应截面图像是从MRI图像分割得到的图像，并且该分割图像与超声波探测器所拍摄的被检体区域相对应。超声波图像获取单元1070获取超声波摄像设备120所拍摄的被检体内部的超声波图像。显示图像生成单元1080基于对应截面图像生成单元1060所生成的对应截面图像以及超声波图像获取单元1070所获取到的超声波图像，来生成显示图像。显示控制单元1090使显示单元1400显示所生成的显示图像。判断单元1100判断第二特征位置获取单元1040所获取到的被检体位置对于变换规则计算单元1050计算精确的变换规则而言是否充分或精确。如果该位置不充分或不适当，则输出单元1110使显示单元1400显示警告消息。代替显示警告消息，显示单元1400可以输出声音等。图2示出根据第一典型实施例的诊断摄像系统I的硬件结构。根据第一典型实施例的诊断摄像系统I包括信息处理设备100、MRI设备110、超声波摄像设备120、位置姿势测量设备130、监视器140 、鼠标150和键盘160。信息处理设备100包括中央处理单元(CPU) 211、主存储器212、磁盘213和显示存储器214。另外，信息处理设备100连接至监视器140、鼠标150和键盘160。这些组件经由公共总线218相连接以相互进行通信。CPU 211可以作为单个主处理器、专用微处理器阵列或其组合来实现。矢量或阵列处理可以由专用微处理器阵列来实现；这对于数据密集型图像的并行处理而言是有利的，但在硬件方面实现起来可能复杂且成本高。另一方面，单个主处理器可能更容易实现。在任意情况下，CPU 211主要控制信息处理设备100的各个组件的操作。主存储器212存储用于实现图5和6所示的流程图中的处理的程序。另外，主存储器212提供CPU 211执行该程序时的工作区域。磁盘213例如存储包括操作系统(OS)、外围设备装置驱动程序和用于执行以下所述的处理的程序的各种应用程序软件。显示存储器214临时存储监视器140上所显示的数据。例如，监视器140是阴极射线管(CRT)监视器或液晶监视器，并基于从显示存储器214所供给的数据来显示图像。例如，鼠标150输入用户所指示的信息并且键盘160输入用户所键入的文本或命令。当CPU 211载入并执行存储在主存储器212中的程序时，信息处理设备100的硬件和软件协作起作用。结果，信息处理设备100实现了如图I所示的上述功能。例如，监视器140用作显示单元1400。另外，信息处理设备100实现了图5和6所示的处理。接着，将参考图3来说明诊断摄像系统I的摄像功能。超声波摄像设备120包括具有摄像面3020的超声波探测器3000。超声波摄像设备120通过使摄像面3020与被检体3030相接触并经由摄像面3020获取来自被检体3030的信号，来拍摄被检体3030的超声波图像。位置姿势测量设备130的位置姿势传感器3010固定安装在超声波探测器3000上。这样，位置姿势测量设备130使用位置姿势测量基准3040作为基准，并测量超声波探测器3000的位置和姿势。检查者从被检体3030拍摄超声波图像和MRI图像这两种图像。更具体地，检查者在保持超声波摄像设备120的超声波探测器3000处于被检体3030的体表上的情况下从被检体3030拍摄超声波图像。结果，检查者可以获取被检体3030的覆盖超声波摄像区域3100的超声波图像3110。当检查者使超声波探测器3000与体表相接触时，超声波摄像区域3100表示被检体3030的相应内部的断层图像。对于该超声波图像3110，定义了超声波图像坐标系3120。在该坐标系中，例如，原点是超声波图像3110的左上角的像素的位置，由水平方向来表示X轴，由垂直方向来表示Y轴，并且由X轴和Y轴的叉积方向来表示Z轴。位置姿势测量设备130通过使用位置姿势测量基准3040作为基准来获取超声波探测器3000的位置和姿势作为测量值。这样，以位置姿势测量基准3040作为基准，还获取由超声波探测器3000所定义的超声波摄像区域3100的位置和姿势作为测量值。使用位置姿势测量基准3040作为基准的坐标系(传感器坐标系)与超声波图像坐标系之间的关系是基于位置姿势测量设备130所获得的测量结果而唯一确定的。当拍摄MRI图像时，用户设置MRI设备110的摄像区域3200。用户可以拍摄摄像区域3200中的被检体3030的多个MRI图像3210。这些MRI图像3210分别是示出被检体3030的3D构造的3D图像。在MRI图像中，定义了 MRI图像坐标系3220。例如，MRI设备110使用该坐标系作为基准。如果可以获得MRI图像坐标系3220和传感器坐标系之间的关系，则还可以获得MRI图像坐标系3220和超声波图像坐标系3120之间的关系。结果，可以对MRI图像3210和超声波图像3110中绘制出的被检体3030内部的图像进行对准、比较和检查。将参考图4来说明用于犾得MRI图像坐标系3220和传感器坐标系之间的关系的测量处理的概述。首先，信息处理设备100分别在MRI图像坐标系(第一坐标系)和传感器坐标系(第二坐标系)中获取被检体(人 体)的胸骨和肋骨附近的体表位置。接着，基于所获取到的位置，信息处理设备100计算这两个坐标系之间的坐标变换。胸骨4050和肋骨4060存在于被检体3030的内部。检查者使超声波探测器3000的摄像面3020与被检体3030的胸骨附近的至少两个测量点4070以及被检体3030的肋骨附近的至少两个测量点4080相接触。接着，位置姿势测量设备130测量摄像面3020的位置和姿势。这样，位置姿势测量设备130以位置姿势测量基准3040作为基准，来测量被检体3030的胸骨附近的测量点4070的位置和肋骨附近的测量点4080的位置。期望测量出胸骨附近的这种体表位置。这是因为当利用超声波探测器3000等从体外非侵入地识别被检体的位置时，检查者可以容易地指定胸骨的位置。另外，即使被检体使他/她的姿势在仰卧和俯卧之间改变，胸骨的位置也不易改变。特别地，当检查者对胸部区域进行诊断时，由于胸骨的位置位于胸部区域附近并且检查者可以精确地指定胸骨的位置，因此期望使用胸骨。另外，即使从体外也可以特别精确地指定胸骨中第二肋骨根部附近的体表位置，并且该位置的测量对被检体造成的负担极小。另外，由于还可以容易且精确地指定胃部附近(胸骨下端)的体表位置，因此该位置是要测量的另一期望位置。还可以从被检体的体外容易地测量出肋骨附近的位置。另外，由于这些位置的测量不易受被检体的姿势改变所影响，因此这些肋骨附近的位置可以适当用于与3D图像进行对准。特别地，假定左右两侧的肋骨关于被检体的体轴大致对称，则检查者可以指定关于胸骨对称的左右两侧的一对肋骨附近的点。这样，可以提高对准精度。另外，检查者可以容易地指定这些位置。指定肋骨附近的这些位置仅是第一典型实施例的例子。以下将说明检查者没有指定肋骨位置的另一例子。通过获取如上所述所获取到的被检体位置与利用MRI图像所指定的位置之间的对应关系，信息处理设备100可以获得超声波探测器所拍摄的超声波图像和与该超声波图像相对应的MRI图像的对应区域(对应截面)。因而，通过使用MRI图像和超声波图像这两者，检查者可以精确且有效地对诸如肺或乳房等的胸部区域进行诊断。接着，将参考图5的流程图来说明信息处理设备100所执行的处理。如上所述，CPU211通过执行存储在主存储器212中且实现各组件的功能的程序来实现该处理。另外，将信息处理设备100所执行的各个步骤的结果存储和记录在主存储器212中。另外，与处理步骤无关，测量值获取单元1030顺次获取位置姿势测量设备130所测量出的超声波探测器的位置和姿势的值。测量值获取单元1030存储与这些值有关的信息，并响应于来自其它处理单元的请求来输出更新后的测量结果。另外，与处理步骤无关，超声波图像获取单元1070还顺次获取超声波摄像设备120所拍摄的超声波图像。超声波图像获取单元1070存储与这些图像有关的信息，并响应于来自其它处理单元的请求来输出更新后的超声波图像。在步骤S500中，MRI设备110拍摄被检体，并且MRI图像获取单元1010获取3DMRI图像。该MRI图像由多个像素构成，并且各个像素均具有亮度值和位置信息。通过MRI图像所使用的坐标系(MRI图像坐标系)为基准的3D位置坐标来表示各个像素的位置。在步骤S510中，第一特征位置获取单元1020获取MRI图像中绘制出的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置作为MRI图像坐标系中的位置。被检体的胸骨和肋骨附近的这些体表位置例如是被检体的体表中在空间上离胸骨表面位置和肋骨表面位置最近的位置。被检体的胸骨的上端和下端附近的体表位置可以用作胸骨附近的体表位置。另外，例如，被检体的左右两侧的第二肋骨附近的体表位置可以用作肋骨附近的体表位置。然而，肋骨附近的体表位置没有必要一定是被检体的第二肋骨附近的体表位置。例如，可以使用被检体的诸如第一肋骨或第三肋骨等的任意肋骨附近的体表位置。然而，期望使用与步骤S520所使用的肋骨相同的肋骨。 例如，第一特征位置获取单元1020可以按照如下获取胸骨和肋骨附近的这些体表位置。首先，信息处理设备100使监视器140显示MRI图像的诸如轴向图像、矢状图像或冠状图像等的分割得到的任意截面图像。接着，用户操作鼠标150或键盘160等以对该截面图像的位置或姿势进行切换。接着，用户操作鼠标150等以指定该截面图像中绘制出的胸骨和肋骨附近的体表位置，并且第一特征位置获取单元1020获取这些指定位置。基于该截面图像的位置和姿势以及用户在该截面图像中指定的位置，第一特征位置获取单元1020计算MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置。在上述说明中，用户操作鼠标150等以在MRI图像中指定胸骨和肋骨附近的体表位置，并且第一特征位置获取单元1020获取这些指定位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，在用户操作鼠标150等并指定胸骨和肋骨的位置之后，第一特征位置获取单元1020可以获取与这些位置有关的信息。接着，第一特征位置获取单元1020可以执行图像处理等以计算这些位置附近的体表位置。例如，可以对MRI图像执行图像处理，并且可以提取出被检体的体表的形状作为密集点群等。这样，第一特征位置获取单元1020可以从该点群中选择用户所指定的位置附近的点。信息处理设备100将步骤S510中所获取到的位于MRI图像坐标系中的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置记录为pM1。同样，信息处理设备100将胸骨下端附近的体表位置记录为Pm2。另外，信息处理设备100将左右两侧的第二肋骨附近的体表位置分别记录为口 3和口《。期望位置PM3和Pm4关于被检体的体轴对称。其原因将在以下说明步骤S533时进行详细说明。信息处理设备100可以按用户指定这四个位置pM1 pM4的顺序记录这些位置。可选地，信息处理设备100可以基于用户输入至键盘160的指示来按任意顺序记录这些位置。信息处理设备100将位置pM1 pM4作为表示3D空间内的位置的扩展矢量进行记录。如果输入了这四个点的所有位置，则该操作进入步骤S520。在上述说明中，被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置是基于用户的输入操作所获取的。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，还可以将上述数据预先存储在外部记录装置等中。这样，如果用户将该数据输入至信息处理设备100，则第一特征位置获取单元1020可以获取该数据。
在步骤S520中，第二特征位置获取单元1040获取传感器坐标系中的被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。例如，该处理可以按照如下来执行。用户保持超声波探测器，以使得该超声波探测器的摄像面的中心与被检体的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置相接触。接着，用户操作键盘160等，以输入用于获取位置的命令。接着，测量值获取单元1030获取与传感器坐标系中的超声波探测器的位置和姿势有关的更新后的测量结果。信息处理设备100将超声波探测器的摄像面的中心位置记录为Pm。同样，信息处理设备100将胸骨下端附近的体表位置记录为Pu2。另外，信息处理设备100将左右两侧的第二肋骨附近的体表位置分别记录为“PU3”和“PU4”。期望 位置Pu3和PU4关于被检体的体轴对称。其原因将如下说明步骤S533时进行详细说明。信息处理设备100可以按用户指定这四个位置Pui Pu4的顺序记录这些位置。可选地，信息处理设备100可以基于用户输入至键盘160的指示来按任意顺序记录这些位置。信息处理设备100将位置Pui pu4作为表示3D空间内的位置的扩展矢量进行记录。在上述说明中，使用在传感器坐标系中测量位置和姿势的超声波探测器，并且获取该超声波探测器的摄像面的中心位置，以获取被检体的胸骨和肋骨附近的体表位置。然而，第一典型实施例不限于该例子。例如，代替超声波探测器，可以使用诸如触针等的装置。在这种情况下，可以在传感器坐标系中测量触针的前端。更具体地，当触针的前端与被检体的预定区域相接触时可以获取到该触针的前端的位置。这样，在步骤S520中，第二特征位置获取单元1040获取胸骨和肋骨附近的体表位置。接着，该操作进入步骤S530。在步骤S530中，变换规则计算单元1050计算与传感器坐标系和MRI图像坐标系之间的坐标变换有关的变换规则。换言之，变换规则计算单元1050通过计算第一特征位置获取单元1020所获取到的基于胸骨和肋骨的多个位置以及第二特征位置获取单元1040所获取到的基于胸骨和肋骨的多个位置之间的对应关系，来计算被检体和3D图像之间的位置对应关系。以下将参考图6来详细说明步骤S530。在步骤S540中，对应截面图像生成单元1060通过使用超声波探测器的位置和姿势以及步骤S530中所获取到的变换规则来生成与基于预定帧频而顺次输入的超声波图像相对应的MRI对应截面图像。另外，显示图像生成单元1080生成显示图像，以使得对超声波图像和对应截面图像进行比较和检查。更具体地，执行以下的处理。首先，对应截面图像生成单元1060获取探测器坐标系中的超声波摄像区域。例如，如果超声波图像为矩形，则对应截面图像生成单元1060获取该图像的四个角的位置。接着，对应截面图像生成单元1060从测量值获取单元1030中获取与超声波探测器的位置和姿势有关的更新后的测量值。接着，基于这些值，对应截面图像生成单元1060计算这四个角在传感器坐标系中的位置。另外，基于步骤S530中所计算出的变换规则M4，对应截面图像生成单元1060将这些位置变换成MRI图像坐标系中的位置。这样，对应截面图像生成单元1060计算这四个角在MRI图像坐标系中的位置。接着，对应截面图像生成单元1060计算MRI图像坐标系中的矩形区域，其中该区域是通过连结这四个角的位置所构成的区域。通过切出该区域中的MRI图像，对应截面图像生成单元1060生成对应截面图像。接着，显示图像生成单元1080获取超声波图像获取单元1070所获取到的更新后的超声波图像。接着，显示图像生成单元1080生成如下的显示图像，其中在该显示图像中，可以对超声波图像和对应截面图像生成单元1060所获取到的对应截面图像进行比较和检查。显示图像生成单元1080将该显示图像显示在监视器140等上。例如，显示图像生成单元1080可以将对应截面图像和超声波图像并排显示在该显示图像中。可选地，显示图像生成单元1080可以将这两个图像的其中一个叠加在另一个图像上进行显示。这样，用户可以比较和检查超声波图像以及与该超声波图像相对应的MRI截面图像。对每时每刻输入的超声波图像重复执行步骤S540，直到用户输入预定命令为止。在步骤S550中，信息处理设备100判断是否结束该处理。如果需要结束该处理(步骤S550中为“是”)，则该操作结束。否则(步骤S550中为“否”)，该操作返回至步骤S520。信息处理设备100基于用户输入至鼠标150或键盘160的操作来进行该判断。因而，通过观察步骤S540中显示在监视器140上的超声波图像和对应截面图像，用户可以判断在步骤S530中是否适当执行了坐标变换。即，用户可以对信息处理设备100所执行的处理进行切换。例如，如果用户判断为适当执行了坐标变换(步骤S550中为“是”)，则信息处理设备100结束该处理。否则(步骤S550中为“否”)，信息处理设备100可以使第二特征位 置获取单元1040再次获取传感器坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置并使变换规则计算单元1050再次计算坐标变换。可选地，在用户判断为已适当执行了坐标变换之后，代替结束该处理，信息处理设备100可以继续该处理。例如，信息处理设备100通过使用MRI图像和超声波图像，还可以执行用于更加精确地校正坐标变换的、包括与被检体的姿势变化有关的校正的处理。在这种情况下，信息处理设备100可以使用步骤S530中所计算出的与坐标变换有关的变换规则作为初始值。接着，将参考图6的流程图来详细说明步骤S530。在步骤S531中，变换规则计算单元1050计算如下的坐标变换，其中该坐标变换用以使传感器坐标系中的胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置Pui与MRI图像坐标系中的胸骨上端附近的体表位置pM1对准。由于能够从体外最精确且最容易地指定第二肋骨根部附近的这种点，因此优选使用该点来进行对准。该坐标变换由刚性变换矩阵M1来表示。刚性变换矩阵M1是满足数学表达式(I)的关系的4X4矩阵。pM1 = M1Pm (I)另外，变换规则计算单元1050通过使用刚性变换矩阵M1并对传感器坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置Pui Pu4进行刚性变换，来计算位置Pu/ Pu4'。在根据第一典型实施例的变换中，位置Pm和Pu/表不同一位置。在步骤S532中，变换规则计算单元1050计算如下的坐标变换，其中该坐标变换用以使连接有步骤S531中执行了坐标变换的胸骨上端和下端附近的体表位置的直线(胸骨轴)与MRI图像坐标系中的相应胸骨轴对准。更具体地，变换规则计算单元1050按照如下计算坐标变换。首先，基于数学表达式(2)，变换规则计算单元1050计算由步骤S531中执行了坐标变换的、胸骨上端(第二肋骨根部)附近的体表位置和胸骨下端附近的体表位置所定义的胸骨方向矢量dU2。dU2 = p' U2-p1 m (2)同样，基于数学表达式(3)，变换规则计算单元1050计算由MRI图像坐标系中的胸骨上端和下端附近的体表位置所定义的胸骨方向矢量
(Im2 = pM2-pM1 (3)接着，基于数学表达式(4)，变换规则计算单元1050计算这两个矢量的叉积、即表示转动轴方向的矢量da2，以使矢量dU2 (位置姿势测量设备130所测量出的被检体的胸骨方向)与矢量dM2 (在3D MRI图像中指定的被检体的胸骨方向)对准。da2 = dU2 X dM2 (4)接着，基于数学表达式(5)，变换规则计算单元1050以由基于数学表达式(4)所计算出的矢量da2所表示的方向作为轴来计算转动量Q 2(转动角)。
/ dU2-dM2 ] “、^2= cos- U2 M2(5)
、丨卜2 I YM2 Iy接着，变换规则计算单元1050计算如下的刚性变换矩阵M2，其中该刚性变换矩阵M2能够以步骤S531中执行了坐标变换的胸骨上端附近的体表位置Pui'作为中心且以矢量da2的方向作为轴转动了转动量02。该刚性变换矩阵仏是4乂4矩阵并且可以利用已知方法来进行计算。刚性变换矩阵M2表示被检体和3D图像之间的对应关系，并且使第一特征位置获取单元1020所获取到的基于被检体的第二肋骨根部的位置与第二特征位置获取单元1040所获取到的3D MRI图像中的基于第二肋骨根部的位置对准。假定胸骨上端(第二肋骨根部)附近的位置的测量值是最可靠的值并且胸骨下端附近的位置的测量值是第二可靠的值，如果使用胸骨的这些位置，则可以执行精确对准。另外，变换规则计算单元1050使用刚性变换矩阵M2来对步骤S531中执行了刚性变换的胸骨和肋骨附近的体表位置Pu/ Pu/执行刚性变换，以计算位置Pui" Pu4"。在根据第一典型实施例的变换中，位置PupPu/和Pui"表示同一位置。在步骤S533中，变换规则计算单元1050基于MRI图像坐标系中的胸骨和肋骨附近的体表位置以及步骤S532中所计算出的胸骨和肋骨附近的体表位置，来计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换。图7示意性示出步骤S510中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置pM1、pM3和pM4以及步骤S520中所获取到的胸骨和肋骨附近的体表位置pm、pU3和pu4。尽管实际被检体的这些位置存在于3D空间内，但为了便于说明，如图7所示，将这些位置投影到被检体的轴向截面上。另外，在位置pm、Pu3和Pu4以及位置PM1、PM3和Pm4是以不同的坐标系所表示的位置的情况下，图7示出被检体上的各个位置。在图7中，在被检体的整个体表730上，左右两侧的肋骨附近的体表700和710分别是肋骨附近的区域。如图7所示，被检体的左右两侧的肋骨附近的体表700和710可被看作3D空间中关于被检体的体轴大致对称的曲线。步骤S510中所获取到的位置pM3存在于左侧第二肋骨附近的弯曲体表700上，并且步骤S510所获取到的位置pM4存在于右侧第二肋骨附近的弯曲体表710上。同样，步骤S520中所获取到的位置pU3存在于左侧第二肋骨附近的弯曲体表700上，并且步骤S520中所获取到的位置Pu4存在于右侧第二肋骨附近的弯曲体表710上。然而，如图7所示，位置Pm3和Pu3 (Pm4和Pm)没有必要一定表不被检体的同一区域。因而，如果所获取到的PB、Pm4 >Pu3和Pu4在左右两侧的第二肋骨附近的体表上完全自由，则使用这些点并计算用于校正绕胸骨轴的转动的坐标变换并不容易。因此，在第一典型实施例中，在步骤S510和S520中，用户获取左右两侧的肋骨附近的体表位置，其中这些位置关于被检体的体轴大致对称。这样，变换规则计算单元1050可以使用简单的处理来计算坐标变换。
接着，将详细说明变换规则计算单元1050所执行的步骤S533。首先，变换规则计算单元1050计算相对于如下平面的法线r%，其中该平面包括步骤S532中所计算出的胸骨上端和下端附近的体表位置以及左侧第二肋骨附近的体表位置。变换规则计算单元1050基于数学表达式(6)来计算法线nm。
权利要求
1.一种信息处理设备,包括 第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置； 第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及 计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。
2.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件基于位置姿势测量设备所测量出的被检体的体表位置，来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置。
3.根据权利要求2所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件基于由所述位置姿势测量设备测量位置和姿势的超声波探测器的摄像面与所述被检体相接触的位置，来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置。
4.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，还包括图像生成部件，所述图像生成部件用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与基于如下信号所获取到的超声波图像相对应的断层图像，其中，该信号是超声波探测器的摄像面与所述被检体相接触时所获取到的信号。
5.根据权利要求4所述的信息处理设备，其特征在于，还包括显示控制部件，所述显示控制部件用于使显示单元显示所获取到的超声波图像和所生成的断层图像。
6.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件至少获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置， 所述第二获取部件至少获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置，以及 所述计算部件计算所述被检体和所述三维图像之间的对应关系，以使得所述第一获取部件所获取到的、所述被检体的三维图像中的基于胸骨中的第二肋骨根部所获得的位置与所述第二获取部件所获取到的、所述被检体中的基于第二肋骨根部所获得的位置相匹配。
7.根据权利要求6所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件还至少获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置， 所述第二获取部件还至少获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置，以及 所述计算部件还计算所述被检体和所述三维图像之间的对应关系，以使得如下两个方向相匹配由所述三维图像中的基于第二肋骨根部所获得的位置和所述三维图像中的基于胸骨下端所获得的位置所定义的方向；以及由所述被检体中的基于第二肋骨根部所获得的位置和所述被检体中的基于所述被检体的胸骨下端所获得的位置所定义的方向。
8.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件还获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的肋骨所获得的多个位置， 所述第二获取部件还获取所述被检体中的基于所述被检体的肋骨所获得的多个位置，以及 所述计算部件通过计算所述第一获取部件所获取到的基于胸骨和肋骨所获得的多个位置与所述第二获取部件所获取到的基于胸骨和肋骨所获得的多个位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。
9.根据权利要求8所述的信息处理设备，其特征在于，所述计算部件根据所述第一获取部件和所述第二获取部件所获取到的基于胸骨所获得的位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间的胸骨位置的对应关系，并且根据所述第一获取部件和所述第二获取部件所获取到的基于肋骨所获得的位置之间的对应关系，来计算所述被检体和所述三维图像之间以胸骨作为轴的转动方向的对应关系。
10.根据权利要求8所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件至少获取基于所述被检体的右侧肋骨所获得的多个位置和基于所述被检体的左侧肋骨所获得的多个位置， 所述信息处理设备还包括 判断部件，用于判断所获取到的基于右侧肋骨所获得的其中一个位置与所获取到的基于左侧肋骨所获得的其中一个位置所组成的至少一对位置是否相对于所获取到的基于胸骨所获得的位置对称；以及 输出部件，用于如果所述判断部件判断为该对位置不对称，则输出警告。
11.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，还包括 判断部件，用于判断所述第二获取部件是否获取到基于胸骨所获得的多个位置、基于所述被检体的左侧肋骨所获得的多个位置以及基于所述被检体的右侧肋骨所获得的多个位置；以及 输出部件，用于如果所述判断部件判断为所述第二获取部件没有获取到这些位置，则输出警告。
12.根据权利要求I所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二获取部件获取所述被检体的体表的、位于所述被检体的胸骨附近的多个位置。
13.根据权利要求12所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一获取部件获取所述被检体的三维图像中的胸骨的多个位置， 所述计算部件基于所获取到的所述被检体的体表的位置和所述被检体的三维图像，来计算所述被检体的胸骨的位置，以及 所述计算部件还基于计算出的所述被检体的胸骨的位置以及所述第一获取部件所获取到的胸骨的位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。
14.根据权利要求I至13中任一项所述的信息处理设备，其特征在于，还包括第三获取部件，所述第三获取部件用于获取所述被检体的磁共振图像、计算机断层扫描图像和正电子发射断层扫描图像其中之一作为所述被检体的三维图像。
15.—种信息处理设备,包括 第一获取部件，用于获取第一坐标系中的被检体的胸骨上的多个位置； 第二获取部件，用于获取第二坐标系中的所述被检体的胸骨上的多个位置；以及 计算部件，用于基于所述第一坐标系和所述第二坐标系中的位置，来计算所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的相对关系。
16.一种摄像系统，包括 超声波探测器，用于通过接触被检体的位置获取来自所述被检体的该位置的信号；摄像部件，用于基于所述超声波探测器所获取到的信号来获取超声波图像； 第一获取部件，用于获取所述被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置； 第二获取部件，用于基于所述超声波探测器与所述被检体相接触的位置来获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置； 计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系；以及 图像生成部件，用于基于所计算出的对应关系，根据所述三维图像来生成与所获取到的超声波图像相对应的断层图像。
17.一种信息处理方法，包括以下步骤 获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置； 获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及基于所获取到的所述三维图像中的多个位置和所获取到的所述被检体中的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。
全文摘要
本发明涉及一种信息处理设备和信息处理方法以及摄像系统。所述信息处理设备包括第一获取部件，用于获取被检体的三维图像中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；第二获取部件，用于获取所述被检体中的基于所述被检体的胸骨所获得的多个位置；以及计算部件，用于基于所述第一获取部件所获取到的多个位置和所述第二获取部件所获取到的多个位置，来计算所述被检体和所述三维图像之间的位置的对应关系。
文档编号A61B6/03GK102727204SQ20121009811
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月5日 优先权日2011年4月1日
发明者佐藤清秀, 石川亮, 远藤隆明 申请人:佳能株式会社