JP4206044B2

JP4206044B2 - カルシウム・スコア測定方法および装置

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Publication number: JP4206044B2
Application number: JP2004011405A
Authority: JP
Inventors: サプザリッシラムクマー; マルブヘマン; パティルウダィ
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: JP2005204695A; US20050157917A1; US7409079B2

Description

本発明は、カルシウム・スコア（Ｃａｌｃｉｕｍｓｃｏｒｅ）測定方法および装置に関し、とくに、Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像についてカルシウム・スコア測定を行う方法および装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について、カルシウム・スコアを測定することが行われる。カルシウム・スコアは、画素値のＣＴナンバー（ＣＴｎｕｍｂｅｒ）の等級に同一等級の画素値が連続する領域の大きさを掛けたもので表される。このようなカルシウム・スコアは、アガットストン−ジャノウィッツ・スコア（Ａｇａｔｓｔｏｎ−Ｊａｎｏｗｔｉｚｓｃｏｒｅ）と呼ばれる（例えば、非特許文献１参照）。
アーサーエスアガットストン（ＡｒｔｈｕｒＳＡｇａｔｓｔｏｎ）他、クォンティフィケーションオブコロナリーアーテリーカルシウムユージングウルトラファストコンピューテッドトモグラフィ（ＱｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｏｎａｒｙＡｒｔｅｒｙＣａｌｃｉｕｍＵｓｉｎｇＵｌｔｒａｆａｓｔＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、「ジェイエーシーシー（ＪＡＣＣ）」、（米国）、１９９０年、第１５巻、第４号、ｐ．８２７−８３２

血管内壁に沈着したカルシウムは血行の妨げになるので、そのようなカルシウムのスコアは臨床上重要であるが、上記の測定では、骨を含む全ての部位についてカルシウム・スコアが得られてしまうので、診断者は解剖学的知識に基づいて血管を弁別したうえでカルシウム・スコアを確認しなければならず煩雑となる。

そこで、本発明の課題は、自動的に血管内のカルシウム・スコアを測定する方法および装置を実現することである。

（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について体表の輪郭を検出し、体表輪郭で囲まれた領域から骨の像を除去し、骨の像を除去した後の断層像について血管の輪郭を検出し、骨の像を除去した後の断層像についてカルシウム・スコアを測定し、前記測定したカルシウム・スコアを血管輪郭の内側の領域についてのみ表示する、ことを特徴とするカルシウム・スコア測定方法である。

（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について体表の輪郭を検出する体表輪郭検出手段と、体表輪郭で囲まれた領域から骨の像を除去する骨像除去手段と、骨の像を除去した後の断層像について血管の輪郭を検出する血管輪郭検出手段と、骨の像を除去した後の断層像についてカルシウム・スコアを測定する測定手段と、前記測定したカルシウム・スコアを血管輪郭の内側の領域についてのみ表示する表示手段と、を具備することを特徴とするカルシウム・スコア測定装置である。

前記体表輪郭の検出は断層像を２値画像化したうえで行うことが、体表輪郭検出を適切に行う点で好ましい。前記骨の像の除去は骨以外の組織の像の画素値を均一化したうえで行うことが、骨像の除去を適切に行う点で好ましい。前記血管の輪郭の検出はキャニー・エッジディテクタを用いて行うことが、血管輪郭の検出を適切に行う点で好ましい。

前記カルシウム・スコアはアガットストン−ジャノウィッツ・スコアであることが、臨床的価値が高い点で好ましい。前記カルシウム・スコアの表示はカラースケールによって行うことが、症状の軽重の視認性が良い点で好ましい。

上記各観点での発明では、Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について体表の輪郭を検出し、体表輪郭で囲まれた領域から骨の像を除去し、骨の像を除去した後の断層像について血管の輪郭を検出し、骨の像を除去した後の断層像についてカルシウム・スコアを測定し、測定したカルシウム・スコアを血管輪郭の内側の領域についてのみ表示するので、自動的に血管内のカルシウム・スコアを測定する方法および装置を実現することことができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にカルシウム・スコア測定装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、カルシウム・スコア測定装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、カルシウム・スコア測定方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１００を有する。コンピュータ１００にはカルシウム・スコア測定を行うべき画像が入力される。コンピュータ１００は記憶部１０２を有する。記憶部１０２は入力された画像を記憶する。記憶部１０２は、また、コンピュータ１００のための各種のデータ（ｄａｔａ）やプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。コンピュータ１００が記憶部１０２に記憶されたプログラムを実行することにより、カルシウム・スコア測定に関わる各種のデータ処理が行われる。

コンピュータ１００は、また、表示部１０４および操作部１０６を有する。表示部１０４は、コンピュータ１００から出力される画像やその他の情報を表示する。操作部１０６は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等をコンピュータ１００に入力する。使用者は表示部１０４および操作部１０６を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作することが可能である。

本装置の動作を説明する。図２に、本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。本装置の動作は、コンピュータ１００が、記憶部１０２に記憶されたプログラムを実行することにより遂行される。

同図に示すように、ステージ（ｓｔａｇｅ）２０１で、画像を取り込む。これによって、例えば図３に示すような画像が記憶部１０２に記憶される。この画像は例えばＸ線ＣＴ装置で撮影した断層像であり、中間調画像であるが略図によって示す。画像は画像実質３０２と背景３０４からなる。画像実質３０２には骨画像３２２が含まれる。なお、骨以外の組織の像も含まれるが図示を省略する。

次に、ステージ２０３で、体表輪郭を検出する。体表輪郭の検出はコンピュータ１００によって行われる。コンピュータ１００は、本発明における体表輪郭検出手段の一例である。体表輪郭とは画像実質３０２の輪郭のことである。

画像実質３０２の輪郭を検出するにあたり、まず、画像の２値化を行う。２値化は適宜の閾値に基づいて行われる。閾値としては、画像実質３０２と背景３０４を分離可能な値が用いられる。

そのような閾値は、例えば画素値のヒストグラム（ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）から求められる。画素値のヒストグラムは画像実質３０２に関する画素値群のヒストグラムと背景３０４に関する画素値群のヒストグラムとに分かれるので、両者を分離するための閾値を容易に得ることができる。

２値化により、画像実質３０２の画素値が「１」、背景３０４の画素値「０」となる。このような２値画像についてシードフィル・アルゴリズム（ＳｅｅｄＦｉｌｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を適用する。これによって、画像実質３０２と背景３０４の境界の内側が全て同一の画素値で満たされる。

このような処理後の画像について、３×３のマスク（ｍａｓｋ）を各画素に逐一適用し、中心画素の画素値が８方向の隣接画素のいずれかの画素値より大きいか否かを判定する。そして、大きい場合はその画素が輪郭画素であるとする。これによって、図４に太線で示すように、画像実質３０２の輪郭が検出される。断層像を２値画像化したうえで体表輪郭検出を行うので、体表輪郭検出を適切に行うことができる。

次に、ステージ２０５で、骨画像を除去する。骨画像の除去はコンピュータ１００によって行われる。コンピュータ１００は、本発明における骨像除去手段の一例である。骨画像の除去はＣＴナンバーに基づいて行われる。骨画像３２２の画素値はそれ以外の組織の像よりも高いＣＴナンバーを持つので、それを弁別して画像実質３０２から除去することが可能である。骨画像３２２の除去にあたっては、骨以外の画像の画素値を均一化することが、骨画像３２２の弁別を正しく行う点で好ましい。

そこで、例えば図５に示すような手順によって、骨以外の画像の画素値を均一化する。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）２５１で、体表輪郭の内側の画素の平均値ａｖｅを計算する。平均値計算用の画素としては、例えば、画像実質３０２の左右の体表輪郭の内側の４つずつの画素が利用される。

次に、ステップ２５３で、
Ｄｉｆｆ＝ａｖｅ−ｐｉｘｅｌ（１）
の計算を行う。ここで、ｐｉｘｅｌは画像における１つの画素の画素値である。この計算により平均値ａｖｅに対する画素値の差分Ｄｉｆｆが求められる。

次に、ステップ２５５で、差分Ｄｉｆｆが所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判定する。閾値ＴＨは骨のＣＴナンバーとそれ以外の組織の平均的ＣＴナンバーとの相違に基づいて、予め定められている。

差分Ｄｉｆｆが所定の閾値ＴＨより大きいときは、画素値をそのままとするが、そうでないときは、ステップ２５７で画素値に差分を加算し、それを新たな画素値とする。これによって、画素値は平均値ａｖｅに変換される。これによって、骨画像３２２の画素値はそのままで、骨以外の組織の画像の画素値が平均値ａｖｅとなる。

次に、ステップ２５９で、以上のような処理を行った画素が画像における最後の画素か否かを判定する。最後の画素でないときはステップ２５３に戻り、新たな画素について上記と同様な処理を行う。これを画像の全画素について行うことにより、骨画像３２２の画素値はそのままで、骨以外の組織の画像の画素値が平均値ａｖｅに均一化される。このような処理はキャリブレーション（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）とも呼ばれる。

キャリブレーションを行った画像においては、骨に関する画素値群のヒストグラムと骨以外の組織に関する画素値群のヒストグラムとの相違がいっそう明確になる。そこで、キャリブレーション後の画像の画素値ヒストグラムから、骨を弁別するための閾値を求める。このように、骨画像除去を骨以外の組織の像の画素値を均一化したうえで行うので、骨画像の除去を適切に行うことができる。

そして、この閾値を用いて骨画像３２２を弁別して画像から除去する。骨画像３２２の除去は、例えば、その画素値を０にすること等により行われる。これによって、図６に示すように、骨画像３２２を除去（低輝度化）した画像が得られる。

骨画像を除去した画像について、ステージ２０７で、血管輪郭を検出する。血管輪郭の検出はコンピュータ１００によって行われる。コンピュータ１００は、本発明における血管輪郭検出手段の一例である。血管輪郭検出には例えばキャニー・エッジディテクタ（Ｃａｎｎｙｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｏｒ）が利用される。キャニー・エッジディテクタにより、例えば図７に示すように、血管輪郭３２４が検出される。なお、血管ばかりでなく、その他の組織の輪郭も検出されるが図示を省略する。

キャニー・エッジディテクタはエッジすなわち画像の輪郭の検出性能が高い点で血管輪郭検出に最適であるが、キャニー・エッジディテクタに限らず、それ以外の適宜のエッジディテクタを利用して良い。

次に、ステップ２０９で、カルシウム・スコアを測定する。カルシウム・スコアの測定はコンピュータ１００によって行われる。コンピュータ１００は、本発明における測定手段の一例である。カルシウム・スコアの測定は、例えば、アガットストン−ジャノウィッツ・スコアとして測定される。このスコアは、画素値のＣＴナンバーの等級に同一等級の画素値が連続する領域大きさを掛けたもので表される。アガットストン−ジャノウィッツ・スコアは臨床的価値が高い点で好ましい。なお、アガットストン−ジャノウィッツ・スコアに限らず、例えばボリューム・スコア（ｖｏｌｕｍｅｓｃｏｒｅ）等他の適宜のカルシウム・スコアを測定するようにしても良い。

カルシウム・スコアの測定が骨画像除去後の断層像について行われるので、骨部に関するカルシウム・スコア測定は省略される。これによって、効率の良いカルシウム・スコア測定を行うことができる。

ＣＴナンバーと等級の対応を図８に示す。同図に示すように、ＣＴナンバー１３０以上１９９以下は等級１とされ、ＣＴナンバー２００以上２９９以下は等級２とされ、ＣＴナンバー３００以上３９９以下は等級３とされ、ＣＴナンバー４００以上は等級４とされる。

次に、ステップ２１１で、血管内のカルシウム・スコアを表示する。カルシウム・スコアの表示はコンピュータ１００および表示部１０４によって行われる。コンピュータ１００および表示部１０４は、本発明における表示手段の一例である。血管内カルシウム・スコアの表示は、ステップ２０９で測定したカルシウム・スコアのうち、血管輪郭の内側におけるカルシウム・スコアだけを表示することによって行われる。

ステップ２０９でのカルシウム・スコア測定は画像全体にわたって行われるので、血管以外の組織内に石灰化した部分等があるときはその部分のカルシウム・スコアも得られるが、表示対象を血管内に限定することにより、そのような部分におけるカルシウム・スコアは除外して表示される。これによって、例えば図９に示すように血管内のカルシウム・スコア３２６だけが表示される。

なお、ステップ２０９におけるカルシウム・スコアの測定は、血管輪郭の内側だけについて行うようにしてもよい。このようにしても、血管内のカルシウム・スコア３２６だけを表示することが可能である。

カルシウム・スコア３２６の表示は、カルシウム・スコアをその値に応じて例えば高・中・低の３段階に区分し、段階に応じた色相すなわちカラースケール（ｃｏｌｏｒｓｃａｌｅ）によって表示する。カラースケールは、例えば、カルシウム・スコアの高・中・低に応じて赤・黄・青とされる。なお、カラースケールはこれに限らず適宜の配色であって良い。また、段階も３段階に限らず、例えば２５６段階あるいは無段階であって良い。

カルシウム・スコアをこのように表示することにより、血管内のカルシウム・スコアを一目瞭然かつ直観的に把握することができる。すなわち、血管内壁に沈着したカルシウム等、臨床上重要な情報を容易に得ることができる。

カルシウム・スコア測定装置のブロック図である。カルシウム・スコア測定動作のフロー図である。断層像を示す略図である。体表輪郭検出後の断層像を示す略図である。カルシウム・スコア測定動作の一部のフロー図である。骨画像除去後の断層像を示す略図である。血管輪郭検出後の断層像を示す略図である。ＣＴナンバーの等級を示す図である。カルシウム・スコア表示付の断層像を示す略図である。

符号の説明

１００コンピュータ
１０２記憶部
１０４表示部
１０６操作部
３０２画像実質
３０４背景
３２２骨画像
３２４血管輪郭
３２６カルシウム・スコア

Claims

Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について体表の輪郭を検出し、
体表輪郭で囲まれた領域から骨の像を除去し、
骨の像を除去した後の断層像について血管の輪郭を検出し、
骨の像を除去した後の断層像についてカルシウム・スコアを測定し、
前記測定したカルシウム・スコアを血管輪郭の内側の領域についてのみ表示する、
ことを特徴とするカルシウム・スコア測定方法。
前記体表輪郭の検出は断層像を２値画像化したうえで行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のカルシウム・スコア測定方法。
前記骨の像の除去は骨以外の組織の像の画素値を均一化したうえで行う、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカルシウム・スコア測定方法。
前記血管の輪郭の検出はキャニー・エッジディテクタを用いて行う、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定方法。
前記カルシウム・スコアはアガットストン−ジャノウィッツ・スコアである、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定方法。
前記カルシウム・スコアの表示はカラースケールによって行う、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定方法。
Ｘ線ＣＴ装置で撮影した断層像について体表の輪郭を検出する体表輪郭検出手段と、
体表輪郭で囲まれた領域から骨の像を除去する骨像除去手段と、
骨の像を除去した後の断層像について血管の輪郭を検出する血管輪郭検出手段と、
骨の像を除去した後の断層像についてカルシウム・スコアを測定する測定手段と、
前記測定したカルシウム・スコアを血管輪郭の内側の領域についてのみ表示する表示手段と、
を具備することを特徴とするカルシウム・スコア測定装置。
前記体表輪郭の検出は断層像を２値画像化したうえで行う、
ことを特徴とする請求項７に記載のカルシウム・スコア測定装置。
前記骨の像の除去は骨以外の組織の像の画素値を均一化したうえで行う、
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のカルシウム・スコア測定装置。
前記血管の輪郭の検出はキャニー・エッジディテクタを用いて行う、
ことを特徴とする請求項７ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定装置。
前記カルシウム・スコアはアガットストン−ジャノウィッツ・スコアである、
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定装置。
前記カルシウム・スコアの表示はカラースケールによって行う、
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載のカルシウム・スコア測定装置。