JP2012090747A - 医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CPU2は、処理対象の医用画像データを読み込み(ステップS101)、抽出開始領域を設定し(ステップS102)、抽出条件を設定し(ステップS103)、抽出開始領域から抽出条件に従って、領域拡張法を用いて領域抽出を行う(ステップS104)。ステップS109では、CPU2は、複数世代の抽出結果に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定する。抽出溢れが発生していると決定した場合には(ステップS109のYES)、抽出条件を変更すると決定するとともに、一部の世代の抽出結果を破棄すると決定する。
【選択図】図2
Description
特許文献1では、関心領域の内部の点から領域拡張を行う手法(以下、「領域拡張法」と称する。)を用いている。領域拡張法は、操作者等が設定する初期領域から出発し、初期領域に連結している点を隣接画素の中から探索し、連結点を取り込んで領域を拡大することにより関心領域を抽出するものである。
特許文献1の手法によって決定される拡張条件を用いる抽出処理は、均一な濃度値を持つ領域を対象とする場合において有用である。
最初に、図1を参照しながら、全ての実施形態に共通する医用画像処理装置1の構成を説明する。
Area Network)等のネットワーク12を介して医用画像撮像装置13や医用画像データベース14から取得される。また、記憶装置4には、CPU2が実行するプログラムやプログラム実行に必要なデータが格納される。主メモリ3は、CPU2が実行するプログラムや演算処理の途中経過を記憶するものである。
尚、表示装置6、コントローラ7、マウス8及びキーボード9は、表示装置と入力装置(マウス8やキーボード9等)の両方の機能を備えるタッチパネルディスプレイとしても良い。
CPU2が後述する処理を実行することにより、観察対象となる関心領域が抽出され、関心領域が識別可能な画像が作成され、作成される画像が表示装置6に表示される。
具体的には、医用画像処理装置1は、処理対象の医用画像データを入力する画像入力部、医用画像データの抽出開始領域を設定する抽出開始領域設定部、医用画像データから関心領域を抽出するための抽出条件を設定する抽出条件設定部、抽出条件に基づいて領域抽出処理を実行し、抽出結果を記憶する領域抽出処理部、抽出結果に基づいて領域抽出処理を継続するか否かを決定する決定部、抽出結果に基づいて関心領域が識別可能な画像を表示する表示部を備える。
図2〜図5、図7〜図9を参照しながら、第1の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、医用画像処理装置1のCPU2(決定部)は、領域抽出処理を継続するか否か、抽出条件を変更するか否か、及び、一部の抽出結果を破棄するか否かについて、自動的に決定する。以下では、これらを自動的に決定するモードを、「自動決定モード」と称する。
CPU2は、抽出開始領域を最初の世代とし、抽出条件に基づいて領域抽出処理を繰り返し実行し、1回の領域抽出処理によって抽出される画素の集合を1世代分として複数世代の抽出結果を記憶装置4に記憶する。
図3のグラフは、横軸を世代、縦軸を各世代の画素数(増分のみの画素数)とし、正常な血管の傾向を示している。図3に示すように、正常な血管であれば、分岐部を無視すると、世代が進むごとに画素数が単調減少する。本発明の実施の形態では、このような知見を生かし、後述するように領域拡張法における抽出溢れや抽出洩れの検出を行う。
図4では、N(Nは正の整数)を注目している世代とすると、25が第(N−2)世代、26が第(N−1)世代、27が第N世代である。第(N−2)世代は、4個の画素を含んでいる。第(N−1)世代は、第(N−2)世代に対する全ての隣接画素を含み、8個の画素を含んでいる。第N世代は、第(N−1)に対する一部の隣接画素を含み、9個の画素を含んでいる。
次に、CPU2(決定部)は、ステップS104における抽出結果に基づいて、抽出停止の判定を行うかどうか決定する(ステップS105)。具体的には、CPU2は、ステップS104における抽出結果(注目している世代の抽出結果)の抽出画素数と閾値を比較し、閾値以下の場合には(ステップS105のYES)、ステップS106に進む。また、CPU2は、閾値より多い場合には(ステップS105のNO)、領域抽出処理を継続すると決定し、ステップS109に進む。
ここで、閾値は、例えば「0」である。この場合、CPU2は、注目している世代の抽出結果が0の場合にはステップS106に進み、0でない場合にはステップS109に進む。
CPU2(決定部)は、終了条件を満たしていると決定した場合には(ステップS106のNO)、領域抽出処理を終了すると決定する。そして、CPU2(表示部)は、抽出結果に基づいて関心領域が識別可能な画像データを表示メモリ5に設定し、表示装置6に表示する(ステップS108)。
また、CPU2(決定部)は、終了条件を満たしていないと決定した場合には(ステップS106のYES)、抽出洩れが発生していると決定する。そして、CPU2(抽出条件設定部)は、抽出条件を緩める(変更する)(ステップS107)。抽出条件を緩める度合は、予め抽出条件のパラメータの刻み幅を設定しておけば良い。ここでは、CPU2は、処理を簡単にするため(高速化するため)に、設定された刻み幅を用いて抽出条件を緩めているが、抽出洩れが発生していると決定される前の数世代の平均濃度値を解析して抽出条件を設定しても良いし、抽出洩れが発生する直前に抽出された画素の周辺の画素を解析して抽出条件を決定しても良い。
第1の終了条件は、例えば、図7〜図9の38(38a〜38c)に図示されている抽出条件の大局パラメータが、予め設定されている上限値又は下限値に到達することである。ここで、大局パラメータとは、抽出領域内の濃度値の最大値及び最小値である。従って、第1の終了条件は、抽出条件の大局パラメータとして、抽出領域内の濃度値の最大値が予め設定されている上限値に到達しているか、又は、最小値が予め設定されている下限値に到達しているか、のいずれかである。尚、図7〜図9の説明は後述する。
第2の終了条件は、ステップS105において、所定回数連続して、注目している世代の抽出結果の抽出画素数が閾値以下と判定されることである。
第3の終了条件は、予め設定されている特定の画素が抽出されることである。特定の画素は、ユーザが、入力装置等を介して指定しても良いし、CPU2が自動的に設定しても良い。この場合、特定の画素は、関心領域と抽出禁止領域の境界の役割を果たすことになる。
本発明の実施の形態では、第1の終了条件から第3の終了条件のいずれを用いても良いし、複数の条件を組み合わせて用いても良いし、その他の終了条件を用いても良い。
ステップS109に進む場合、CPU2は、領域抽出処理を継続すると決定済である。ステップS109では、CPU2(決定部)は、抽出結果の抽出画素数の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定する。
図5(a)では、横軸を抽出過程(世代)、縦軸を画素数とし、画素数の変化を示している。図5(a)に示すように、抽出過程において世代毎に抽出画素数の推移を観察し、それまでの推移と異なる急激な変化等があれば、抽出溢れが発生したものとみなすことができる。
急激な変化を見つける為に、CPU2は、例えば、複数世代(例えば、3世代)の抽出結果の抽出画素数の移動平均を算出し、直近の移動平均値と、直近よりも前の移動平均値との差が閾値以上の場合には、抽出溢れが発生していると決定する。1世代の抽出結果に基づいて抽出溢れが発生しているか否かを決定する手法と比較すると、本発明の実施の形態による手法では、抽出溢れの判定精度が格段に向上する。
そして、適切なタイミングにおいて抽出条件の更新を実行することができ、ひいては、複雑な形状を持ち、濃度値に変化がある領域を関心領域とする場合においても、高精度に効率良く領域を抽出することができる。
そこで、CPU2は、抽出結果の抽出画素数の変化に加えて、抽出結果の平均濃度値の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定するようにしても良い。
CPU2は、例えば、複数世代(例えば、3世代)の抽出結果の平均濃度値の移動平均を算出し、直近の移動平均値と、直近よりも前の移動平均値との差が閾値以上の場合には、抽出溢れが発生していると決定しても良い。
また、CPU2は、例えば、移動平均に代えて、抽出結果の平均濃度値の微分値を算出し、微分値の絶対値が閾値以上の場合には、抽出溢れが発生していると決定しても良い。
このような場合であっても、抽出溢れの判定条件として、抽出結果の平均濃度値の変化を加えることによって、抽出溢れの判定精度が向上する。
また、例えば、冠動脈領域の抽出において、冠動脈領域と骨領域が接しており、骨領域の画素へ溢れが広がってしまった場合、平均濃度値がより高い値を示すことが考えられるので、抽出溢れの判定条件に抽出結果の平均濃度値の変化を加えることによって、冠動脈領域と、骨領域との区別が可能になる。
例えば、CPU2は、血管の抽出において、血管の断面の円形度の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定しても良い。この場合、CPU2は、血管の断面の円形度が急激に変化した場合には、抽出溢れが発生していると決定する。
また、例えば、CPU2は、血管の抽出において、世代ごとに重心座標を算出し、世代数が連続する世代同士(例えば、第0世代と第1世代、第1世代と第2世代、第2世代と第3世代、・・・)の重心座標によって定義されるベクトルを算出し、ベクトルの方向の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定しても良い。この場合、CPU2は、ベクトルの方向が急激に変化した場合には、抽出溢れが発生していると決定する。
これらは、下肢血管等、直線的かつ変化の少ない構造を持つ領域の抽出において有用と考えられる。
CPU2(決定部)は、抽出溢れが発生していると決定した場合には(ステップS109のYES)、ステップS110に進み、抽出溢れが発生していないと決定した場合には(ステップS109のNO)、ステップS104から処理を繰り返す。
そして、CPU2(抽出条件設定部)は、抽出条件を厳しくし(変更し)(ステップS110)、CPU2(抽出開始領域設定部)は、抽出溢れが発生している世代の抽出結果を破棄し(ステップS111)、破棄されていない世代までの抽出結果を抽出開始領域として再設定し(ステップS112)、ステップS104から処理を繰り返す。抽出条件を厳しくする度合は、予め抽出条件のパラメータの刻み幅を設定しておけば良い。ここでは、CPU2は、処理を簡単にするため(高速化するため)に、設定された刻み幅を用いて抽出条件を厳しくしているが、抽出溢れが発生していると決定される前の数世代の平均濃度値を解析して抽出条件を設定しても良いし、抽出溢れが発生する直前に抽出された画素の周辺の画素を解析して抽出条件を決定しても良い。
例えば、3世代分(N−2、N−1、N)の領域抽出を纏めて行った場合において、抽出溢れが発生している世代が、N−1及びNであった場合、CPU2は、N−1及びNの世代の抽出結果を破棄し、N−2の世代の抽出結果を抽出開始領域として再設定する。
次に、図6〜図9を参照しながら、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、医用画像処理装置1のCPU2(決定部)は、ユーザによって入力装置等を介して入力される指示データに基づいて、領域抽出処理を継続するか否か、抽出条件を変更するか否か、及び、一部の抽出結果を破棄するか否かについて、手動的に決定する。以下では、これらを手動的に決定するモードを、「手動決定モード」と称する。
例えば、CPU2は、図7〜図9に図示される31(31a〜31c)、32(32a〜32c)、33(33a〜33c)として、処理対象の医用画像データを表示する。また、CPU2は、図7〜図9に図示される34(34a〜34c)として、処理対象(抽出領域が反映される前)の3次元画像データを表示しても良い。尚、図7〜図9の説明は後述する。
CPU2は、抽出開始領域を最初の世代とし、抽出条件に基づいて領域抽出処理を繰り返し実行し、1回の領域抽出処理によって抽出される画素の集合を1世代分として複数世代の抽出結果を記憶装置4に記憶する。
尚、CPU2は、1世代分の領域抽出を行うとしたが、第1の実施の形態と同様、複数世代分の領域抽出を纏めて行っても良い。
そして、CPU2(決定部)は、ユーザによって入力装置等を介して入力される指示データに基づいて、抽出停止の判定を行うかどうか決定する(ステップS207)。また、ステップS207では、CPU2は、第1の実施の形態と同様、自動的に抽出停止の判定を行うかどうか決定しても良い。
CPU2(決定部)が、抽出停止の判定を行うと決定した場合(ステップS207のYES)、ステップS208に進み、抽出停止の判定を行わないと決定した場合(ステップS207のNO)、ステップS205から処理を繰り返す。
CPU2(決定部)が、抽出条件の変更を行うと決定した場合(ステップS208のYES)、CPU2(抽出条件設定部)は、ユーザによって入力装置等を介して入力される指示データに基づいて、抽出条件の変更を行い(ステップS209)、ステップS210に進む。
CPU2(決定部)が、抽出条件の変更を行わないと決定した場合(ステップS208のNO)、ステップS210に進む。
31a〜33aは、処理対象の断面画像(斜線部は抽出領域)を示している。31a〜33aは、例えば、アキシャル、コロナル、サジタルの直交3断面の画像である。また、31a〜33aは、任意の断面のMPR画像としても良い。
34aは、処理対象の3次元画像(斜線部は抽出領域)を示している。
36aは、抽出結果の世代ごとの平均濃度値の変化を表すグラフである。36aにおける左右方向に伸びる2本の点線は、抽出条件の大局パラメータ、すなわち、濃度値の最大値及び最小値を示している。
すなわち、CPU2は、画素数や平均濃度値の変化を表すグラフに重ねて、世代の位置を示すオブジェクトを表示し、オブジェクトの位置に基づいて、抽出結果を破棄する世代を決定する。
また、例えば、ユーザが、入力装置によって「緩める」ボタンを選択すると、CPU2は、予め設定されているパラメータの刻み幅β(β>0)に基づいて、大局パラメータを「Upper+β」、「Lower−β」に設定する。また、CPU2は、前述の通り、抽出洩れや抽出溢れが発生していると決定される前の数世代の平均濃度値を解析して抽出条件を設定しても良いし、抽出洩れや抽出溢れが発生する直前に抽出された画素の周辺の画素を解析して抽出条件を決定しても良い。
また、ユーザが、入力装置によって「厳しくする」ボタンを選択した場合、CPU2は、局所パラメータの「+」と「−」の値を小さくするようにしても良い。また、ユーザが、入力装置によって「緩める」ボタンを選択した場合、CPU2は、局所パラメータの「+」と「−」の値を大きくするようにしても良い。
そして、適切なタイミングにおいて抽出条件の更新を実行することができ、ひいては、複雑な形状を持ち、濃度値に変化がある領域を関心領域とする場合においても、高精度に効率良く領域を抽出することができる。
そこで、ユーザは、入力装置を介して、大局パラメータや局所パラメータの値を直接変更する、又は「厳しくする」ボタンを選択することによって、抽出条件の変更を指示する。
ステップS210では、CPU2(決定部)は、ユーザによって入力装置等を介して入力される指示データに基づいて、抽出領域の破棄を行うかどうか決定する。
CPU2(決定部)が、抽出領域の破棄を行うと決定した場合(ステップS210のYES)、CPU2(抽出領域設定部)は、ユーザによって入力装置等を介して入力される指示データに基づいて、抽出領域の破棄を行い(ステップS211)、破棄されていない世代までの抽出結果を抽出開始領域として再設定し(ステップS212)、ステップS213に進む。
CPU2(決定部)が、抽出領域の破棄を行わないと決定した場合(ステップS210のNO)、ステップS213に進む。
CPU2(決定部)が、抽出処理を終了すると決定した場合(ステップS213のYES)、処理を終了する。
CPU2(決定部)が、抽出処理を終了しないと決定した場合(ステップS213のNO)、ステップS205から処理を繰り返す。
ユーザは、図7に示す37aのスクロールバーを、図8に示す37bのスクロールバーの位置になるまで左側に摺動させて、抽出領域の破棄を指示している。
図8に示す例では、ユーザは、35bにおいて画素数が急激に増えている世代や、36bにおいて平均濃度値が急激に小さくなった世代までの抽出領域の破棄を指示している。
31b〜34bは、それぞれ、破棄された世代の抽出領域が表示されていない。これによって、ユーザは、抽出領域の破棄結果をリアルタイムに確認することができる。
35b、36bは、世代の位置を示すオブジェクト(上下方向に伸びる1本の点線)の位置が変化している。
38bは、大局パラメータ及び局所パラメータともに変更されていない。
ユーザは、操作パネルにおける大局パラメータの「Lower」の値を、図8に示す38bの「130」から、図9に示す38cの「200」に厳しくしている(変更している)。
そして、CPU2が、変更された抽出条件に基づいて領域出処理を行い、抽出結果を、31c〜36cに表示している。
このことは、35cにおいて、画素数が急激に増えている箇所がないことや、36cにおいて、平均濃度値が急激に小さくなっている箇所がないことから、定量的に明確に把握することができる。
このように、画素数や平均濃度値の変化のグラフを表示装置6に表示することは、抽出された関心領域(この場合には冠動脈領域)が正確に抽出されているかどうかを判断するための定量的な判断材料を提示することにもなる。
2………CPU
3………主メモリ
4………記憶装置
5………表示メモリ
6………表示装置
7………コントローラ
8………マウス
9………キーボード
10………ネットワークアダプタ
11………システムバス
12………ネットワーク
13………医用画像撮像装置
14………医用画像データベース
Claims (14)
- 医用画像データから関心領域を抽出する医用画像処理装置であって、
処理対象の医用画像データを入力する画像入力部と、
前記医用画像データの抽出開始領域を設定する抽出開始領域設定部と、
前記医用画像データから関心領域を抽出するための抽出条件を設定する抽出条件設定部と、
前記抽出開始領域を最初の世代とし、前記抽出条件に基づいて領域抽出処理を繰り返し実行し、1回の前記領域抽出処理によって抽出される画素の集合を1世代分として複数世代の抽出結果を記憶する領域抽出処理部と、
前記抽出結果に基づいて前記領域抽出処理を継続するか否かを決定する決定部と、
前記抽出結果に基づいて前記関心領域が識別可能な画像を表示する表示部と、
を備え、
前記抽出条件設定部は、前記複数世代の抽出結果に基づいて、前記抽出条件を更新することを特徴とする医用画像処理装置。 - 前記決定部は、前記領域抽出処理を継続すると決定した場合には、前記抽出条件を変更するか否かを決定し、一部の世代の抽出結果を破棄するか否かを決定し、
更に、前記決定部が、一部の世代の抽出結果を破棄すると決定した場合には、前記抽出開始領域設定部は、破棄される世代の一つ前の世代の抽出結果を前記抽出開始領域として再設定することを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。 - 前記決定部が自動決定モードの場合、
前記決定部は、注目している世代の抽出結果の抽出画素数が閾値より多い場合には、前記領域抽出処理を継続すると決定し、前記抽出結果の抽出画素数の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定し、
更に、前記決定部は、抽出溢れが発生していると決定した場合には、前記抽出条件を変更すると決定するとともに、一部の世代の抽出結果を破棄すると決定し、前記抽出条件設定部は、前記抽出条件を変更し、前記抽出開始領域設定部は、抽出溢れが発生している世代の抽出結果を破棄することを特徴とする請求項2に記載の医用画像処理装置。 - 前記決定部が手動決定モードの場合、
前記表示部は、前記領域抽出処理部が前記領域抽出処理を終えると、前記抽出結果の抽出画素数の変化をグラフ表示し、
前記決定部は、入力される指示データに基づいて、前記領域抽出処理の継続、前記抽出条件の変更、及び、前記抽出結果の破棄を決定することを特徴とする請求項2に記載の医用画像処理装置。 - 前記決定部は、前記領域抽出処理部が複数回の前記領域抽出処理を終えると、前記領域抽出処理の継続、前記抽出条件の変更、及び、前記抽出結果の破棄を決定することを特徴とする請求項2に記載の医用画像処理装置。
- 前記決定部は、前記領域抽出処理部が記憶している最後の世代の抽出結果の抽出画素数が閾値以下の場合には、予め設定される終了条件を満たしているか否かを決定し、
更に、前記決定部は、前記終了条件を満たしていると決定した場合には、前記領域抽出処理を終了すると決定し、
また、更に、前記決定部は、前記終了条件を満たしていないと決定した場合には、抽出洩れが発生していると決定し、前記抽出条件設定部は、前記抽出条件を変更することを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。 - 前記決定部は、複数世代の抽出結果の抽出画素数の移動平均を算出し、直近の移動平均値と、直近よりも前の移動平均値との差が閾値以上の場合には、抽出溢れが発生していると決定することを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。
- 前記決定部は、更に、前記抽出結果の平均濃度値の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定することを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。
- 前記決定部は、更に、前記抽出結果の断面の円形度の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定することを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。
- 前記決定部は、更に、世代ごとに重心座標を算出し、世代数が連続する世代同士の前記重心座標によって定義されるベクトルを算出し、前記ベクトルの方向の変化に基づいて、抽出溢れが発生しているか否かを決定することを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。
- 前記表示部は、前記領域抽出処理部が前記領域抽出処理を終えると、更に、前記抽出結果の平均濃度値の変化をグラフ表示することを特徴とする請求項4に記載の医用画像処理装置。
- 前記表示部は、前記グラフ表示に重ねて、世代の位置を示すオブジェクトを表示し、
前記決定部は、前記オブジェクトの位置に基づいて、抽出結果を破棄する世代を決定することを特徴とする請求項4に記載の医用画像処理装置。 - 前記決定部が、一部の世代の抽出結果を破棄すると決定した場合には、前記抽出開始領域設定部は、複数回の前記領域抽出処理に基づく複数世代の抽出結果の中から、前記抽出開始領域に再設定される世代の抽出結果を特定することを特徴とする請求項5に記載の医用画像処理装置。
- 医用画像データから関心領域を抽出する医用画像処理方法であって、
処理対象の医用画像データを入力する画像入力ステップと、
前記医用画像データの抽出開始領域を設定する抽出開始領域設定ステップと、
前記医用画像データから関心領域を抽出するための抽出条件を設定する抽出条件設定ステップと、
前記抽出開始領域を最初の世代とし、前記抽出条件に基づいて領域抽出処理を繰り返し実行し、1回の前記領域抽出処理によって抽出される画素の集合を1世代分として複数世代の抽出結果を記憶する領域抽出処理ステップと、
前記抽出結果に基づいて前記領域抽出処理を継続するか否かを決定する決定ステップと、
前記抽出結果に基づいて前記関心領域が識別可能な画像を表示する表示ステップと、
を備え、
前記決定ステップが、前記領域抽出処理を継続すると決定した場合には、前記抽出条件設定ステップから処理を繰り返し、前記複数世代の抽出結果に基づいて、前記抽出条件を更新することを特徴とする医用画像処理方法。
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