JP2000126178A - Method of quantifying stereo surface shape and automatic identification method of malignant tumor - Google Patents

Method of quantifying stereo surface shape and automatic identification method of malignant tumor

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JP2000126178A
JP2000126178A JP10305419A JP30541998A JP2000126178A JP 2000126178 A JP2000126178 A JP 2000126178A JP 10305419 A JP10305419 A JP 10305419A JP 30541998 A JP30541998 A JP 30541998A JP 2000126178 A JP2000126178 A JP 2000126178A
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tumor
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Soyu Tei
相勇 程
Iwaki Akiyama
いわき 秋山
Koichi Ito
紘一 伊東
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MITANI SANGYO KK
Mitani Sangyo Co Ltd
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MITANI SANGYO KK
Mitani Sangyo Co Ltd
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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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  • Image Analysis (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable discovery of the region of a tumor such as mastadenoma at a high accuracy by calculating a shape judging parameter utilizing the stereo surface area and volume as index for measuring the degree of unevenness of the surface shape of the solid body to be compared with a threshold when judging the degree of the uneveness of the surface shape of the solid body based on a voxel data. SOLUTION: In the examination of a cancer of the breast, by an examination system 10 containing a racking means 14, a three-dimensional coordinate conversion means and a three-dimensional voxel data generation means 16, a mammary gland 301 is extracted from tan ultrasonic echo obtained using a three-dimensional position sensor 13 to identify the benignancy or malignancy of a tumor from the three-dimensional surface shape thereof. In this process, a three-dimensional ultrasonic image data 15b is generated using an ultrasonic tomographic image data and a probe coordinate data 13a and is converted to an isotropic voxel data 16a by a linear image interpolation. A parameter of a ratio between the stereo surface area S and the volume V is defined and compared with a specified threshold a judge the character of the unevenness, namely, the region of the tumor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元画像におけ
る表面形状の評価方法に関し、特に、3次元的に表示さ
れた立体表面の幾何学的な凹凸(おうとつ)を定量的に
計測・評価する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating a surface shape in a three-dimensional image, and in particular, quantitatively measures and evaluates geometrical irregularities (autumn) of a three-dimensionally displayed three-dimensional surface. On how to do it.

【0002】また本発明は、3次元的に表示された腫瘍
の立体表面の幾何学的な凹凸を定量的に計測・評価し腫
瘍の同定を支援する方法に関し、特に、生体の磁気共鳴
画像(Magnetic Resonance Ima
ging:MRI画像)や超音波画像等の2次元断層画
像から3次元画像で表された組織間の境界を抽出して正
常組織の中から癌組織(特に、乳癌組織)を発見する病
理診断支援システムに適応可能な悪性腫瘍自動識別方法
に関する。
[0002] The present invention also relates to a method for quantitatively measuring and evaluating the geometric unevenness of the three-dimensional surface of a three-dimensionally displayed tumor to assist the identification of the tumor, and more particularly, to a magnetic resonance image of a living body. Magnetic Resonance Ima
ging: an MRI image) or a pathological diagnosis support for extracting a boundary between tissues represented by a three-dimensional image from a two-dimensional tomographic image such as an ultrasonic image and finding a cancer tissue (particularly, a breast cancer tissue) from normal tissues. The present invention relates to a method for automatically identifying a malignant tumor applicable to a system.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、超音波診断装置や医用MRIを用
いて生体の3次元画像データを作成し、病理診断処理を
行う技術がさかんに利用されるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, techniques for creating three-dimensional image data of a living body using an ultrasonic diagnostic apparatus or medical MRI and performing a pathological diagnosis process have been increasingly used.

【0004】心臓やけい動脈を対象とする循環系疾患診
断では、血管内外壁の時間変化に伴う3次元的運動と同
部位の3次元的分布を高速に取得し、両者の空間的な因
果関係を定量的に把握できることが、診断精度を向上さ
せるうえで強く望まれている。
[0004] In circulatory disease diagnosis for the heart and carotid arteries, three-dimensional movement of the inner and outer walls of a blood vessel with time and the three-dimensional distribution of the same site are acquired at high speed, and a spatial causal relationship between the two is obtained. It is strongly desired to be able to grasp quantitatively in order to improve diagnostic accuracy.

【0005】ところで、近年40代女性の死亡の主な原
因の1つになっている乳癌を発見するための乳腺(被測
定物体)腫瘍の病理診断には、X線Mammograp
hyや超音波エコー法などが用いられている。
[0005] By the way, an X-ray mammogram is used for pathological diagnosis of a mammary gland (measurement object) tumor for detecting breast cancer which is one of the main causes of death of women in their forties in recent years.
hy and the ultrasonic echo method are used.

【0006】悪性腫瘍の特徴は、良性と比較すると凹凸
を伴う複雑な輪郭(表面形状)を有していることであ
る。乳腺の画像診断では、このような幾何学的特徴がX
線Mammographyや超音波エコー画像による乳
腺腫瘍の診断においてよく利用される。
A characteristic of a malignant tumor is that it has a complicated contour (surface shape) with irregularities as compared with benign. In diagnostic imaging of the mammary gland, these geometric features are X
It is often used in the diagnosis of breast tumors using line mammography and ultrasonic echo images.

【0007】X線Mammographyは、乳腺に対
するX線の透過像であり、比較的高い空間分解能が得ら
れることから、画像処理による腫瘍の抽出並びに評価の
ための方法がいくつか提案されている。
[0007] X-ray mammography is a transmission image of X-rays through the mammary gland, and since a relatively high spatial resolution can be obtained, several methods for extracting and evaluating a tumor by image processing have been proposed.

【0008】一方、超音波エコー画像による乳腺腫瘍の
診断では、Mammographyと比較して有利な点
がいくつかある。
[0008] On the other hand, in the diagnosis of breast tumors using ultrasonic echo images, there are some advantages as compared with Mammography.

【0009】すなわち、 1. 超音波像は透過像ではなく超音波断層画像として
得られること、 2. 超音波プローブを体表面(乳腺表面)に接触させ
るだけで、容易に実時間で乳腺内部を観察できること、 3. 被検者に対する苦痛が少ないことなどである。
That is, 1. 1. The ultrasonic image is obtained not as a transmission image but as an ultrasonic tomographic image; 2. The inside of the mammary gland can be easily observed in real time simply by bringing the ultrasonic probe into contact with the body surface (the surface of the mammary gland); And less pain on the subject.

【0010】従って、検者が、超音波断層画像を画面上
で観察しながら、乳腺内部をくまなく走査することによ
って、高い精度での腫瘍の発見、並びに悪性腫瘍の判別
ができるようになることが期待でき、日常の診断に不可
欠なものになっている。
[0010] Therefore, the examiner scans the inside of the mammary gland while observing the ultrasonic tomographic image on the screen, so that the tumor can be found with high accuracy and the malignant tumor can be distinguished. Can be expected and become indispensable for daily diagnosis.

【0011】また従来の乳腺の超音波検査は、検者(例
えば、医師)が超音波プローブを用いて乳腺内部をくま
なく走査して断層画像を観察することによって、腫瘍の
発見、悪性腫瘍(癌)の鑑別を行っている。超音波断層
像で表示される乳腺腫瘍の特徴は、良性及び悪性ともに
正常組織と比較して、そのエコー・レベル(すなわち、
画像の輝度)が低いことである。このことは、画像の輝
度レベルの差を利用して両者を判別することが難しいこ
とを意味する。
In the conventional ultrasonic examination of the mammary gland, an examiner (for example, a doctor) scans the inside of the mammary gland with an ultrasonic probe and observes a tomographic image, thereby finding a tumor, malignant tumor ( Cancer). The characteristics of mammary tumors displayed on ultrasound tomography are characterized by their echo levels (ie,
Image brightness). This means that it is difficult to distinguish between the two using the difference in the luminance level of the image.

【0012】そこで、断層画像における腫瘍輪郭線の幾
何学的形状の不整が利用されるが、断層画像だけでは悪
性腫瘍の幾何学的特徴を把握しにくい場合がある。この
ような場合では、腫瘍の表面形状を3次元的に表示すれ
ば、幾何学的な表面形状を容易に観察することができる
ため、より精度の高い診断が可能となると予想される。
Therefore, irregularities in the geometric shape of the tumor contour line in the tomographic image are used. However, it is sometimes difficult to grasp the geometrical characteristics of the malignant tumor using only the tomographic image. In such a case, if the surface shape of the tumor is displayed three-dimensionally, the geometric surface shape can be easily observed, so that it is expected that more accurate diagnosis will be possible.

【0013】従来この種の画像取得装置としては、例え
ば、特願平4−110305号(第1従来技術)に示す
ようなものがある(第1従来技術、図27)。
Conventionally, as an image acquisition apparatus of this type, there is one as shown in Japanese Patent Application No. 4-110305 (first prior art) (first prior art, FIG. 27).

【0014】すなわち、第1従来技術の画像処理装置
は、MRIや超音波診断装置などから得られる2次元あ
るいは3次元の画像データの処理を行うのに適し、特
に、診断に有用な特徴情報を高速にかつ効率的に抽出す
ることが可能な画像処理装置であって、処理対象の2次
元画像空間の画素にそれぞれ1つずつのファジィ素子を
対応づけたファジィ素子のアレイ6A,…,6Aを用
い、個々の画素の値をファジィ推論によって決定するよ
うにしたもので、3次元画像データを処理する場合に
は、ピクセル単位のファジィ素子を、断層面数と、あら
かじめ規定された断層面内のピクセル数とを乗じた数だ
け少なくとも設け、各ファジィ素子を並列に動作させる
ことによって課題の解決を図るものである。
That is, the image processing apparatus of the first prior art is suitable for performing processing of two-dimensional or three-dimensional image data obtained from an MRI or an ultrasonic diagnostic apparatus, and particularly, features information useful for diagnosis is provided. An image processing apparatus capable of high-speed and efficient extraction, comprising a fuzzy element array 6A,..., 6A in which one fuzzy element is associated with each pixel of a two-dimensional image space to be processed. In this method, the value of each pixel is determined by fuzzy inference. In the case of processing three-dimensional image data, a fuzzy element in pixel units is determined by the number of tomographic planes and the number of tomographic planes defined in advance. At least the number of pixels multiplied by the number of pixels is provided, and the fuzzy elements are operated in parallel to solve the problem.

【0015】すなわち、第1従来技術の画像処理装置
は、2次元画像空間の各画素と対応づけた多数のファジ
イ素子のアレイ6A,…,6Aからなる画像処理部を備
え、ファジィ素子の各々が、入力された2次元画像デー
タについてあらかじめ規定されたルールおよびメンバシ
ップ関数に基づいてファジィ推論を同時並行的に実行
し、各々のファジィ素子が、対応づけられている画素の
値を決定している。
That is, the image processing apparatus of the first prior art is provided with an image processing section comprising a large number of fuzzy element arrays 6A,..., 6A associated with respective pixels in a two-dimensional image space, each of which is a fuzzy element. Fuzzy inference is performed simultaneously and in parallel on the input two-dimensional image data based on rules and membership functions defined in advance, and each fuzzy element determines a value of a pixel associated with the fuzzy element. .

【0016】また、複数の断層面データを入力として3
次元画像処理を行う場合、第1従来技術の画像処理装置
は、少なくともあらかじめ規定された断層面数に各断層
面内のピクセル数を乗じた数のファジィ素子を有する画
像処理部を備え、画像処理部の各ファジィ素子が、あら
かじめ規定された、全てのピクセルについて独立なルー
ルとメンバシップ関数とを有し、3次元空間上の与えら
れた点について境界抽出等の特徴抽出処理を並列に実行
している。ここで画像処理部のファジィ素子の数を、さ
らに同時に抽出したい特徴の数を乗じて決定している。
また、各断層面データが順次的に入力されかつその入力
速度が、ファジィ素子の処理速度にくらべて遅い場合、
1つの断層面を処理するファジィ素子のブロック6A,
…,6Aを単位として、1つあるいは複数のブロック6
A,…,6Aで画像処理部を構成し、1つの特徴につい
て1つのブロック6A,…,6Aを使用して順次入力さ
れる断層面データを処理している。
Also, a plurality of tomographic plane data are input and
When performing two-dimensional image processing, the image processing apparatus of the first related art includes an image processing unit having at least a predetermined number of tomographic planes and a number of fuzzy elements obtained by multiplying the number of pixels in each tomographic plane by an image processing unit. Each fuzzy element of the unit has a predetermined rule, independent rules and membership functions for all pixels, and executes a feature extraction process such as a boundary extraction at a given point in a three-dimensional space in parallel. ing. Here, the number of fuzzy elements of the image processing unit is determined by further multiplying the number of features to be simultaneously extracted.
Further, when each tomographic plane data is sequentially input and the input speed is slower than the processing speed of the fuzzy element,
A block 6A of a fuzzy element for processing one tomographic plane,
…, One or more blocks 6 in units of 6A
A,..., 6A constitute an image processing section, and one block 6A,.

【0017】ところで、超音波診断装置や医用MRIを
用いて生体の3次元画像データを作成し、診断処理を行
う場合、一般に、生体への超音波の送受波により取り込
まれたエコーデータに基づき形成される。例えば二次元
断層画像を形成する場合、二次元エコーデータ取り込み
領域内で取り込まれたエコーデータのレベルが画素値に
変換される。また、三次元超音波画像を形成する場合、
三次元エコーデータ取り込み領域内で取り込まれたエコ
ーデータを利用して、まず特定組織の輪郭抽出が三次元
的に行われ、その後、例えば組織表面が濃淡処理され、
これにより立体的な組織像が形成される。
When three-dimensional image data of a living body is created by using an ultrasonic diagnostic apparatus or medical MRI and a diagnostic process is performed, generally, it is formed based on echo data captured by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the living body. Is done. For example, when forming a two-dimensional tomographic image, the level of the echo data captured in the two-dimensional echo data capturing area is converted into a pixel value. Also, when forming a three-dimensional ultrasonic image,
Using the echo data captured in the three-dimensional echo data capturing area, first, contour extraction of a specific tissue is performed three-dimensionally, and thereafter, for example, the tissue surface is shaded,
Thereby, a three-dimensional tissue image is formed.

【0018】二次元超音波画像内で特定組織の断面積を
演算する場合、あるいは三次元超音波画像の形成や特定
組織の体積を演算する場合等においては、組織の輪郭
(組織間の境界)を抽出する必要がある。
When calculating the cross-sectional area of a specific tissue in a two-dimensional ultrasonic image, or when forming a three-dimensional ultrasonic image or calculating the volume of a specific tissue, the contour of the tissue (the boundary between the tissues). Need to be extracted.

【0019】組織画像についての複数の特徴量を基礎と
して、組織境界の抽出を精度良く行う画像取得装置とし
ては、例えば、特願平5−333617号(第2従来技
術、図28)に示すようなものがある。
An image acquisition apparatus for extracting a tissue boundary with high accuracy based on a plurality of feature amounts of a tissue image is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 5-333617 (second prior art, FIG. 28). There is something.

【0020】第2従来技術の超音波画像処理装置は、超
音波画像を形成するためのエコーデータを処理する装置
であって、注目エコーデータを中心とする参照領域に含
まれる複数のエコーデータの平均値μを演算する平均値
演算部12Bと、参照領域に含まれる複数のエコーデー
タの分散値σを演算する分散値演算部14Bと、平均値
μ及び分散値σに基づいて組織差強調演算を行い、注目
エコーデータの新たな値を出力する組織差強調演算部
(不図示)と、組織差強調後の画像に対して境界抽出を
行う境界抽出部とを含んで構成され、注目エコーデータ
毎に組織差強調演算を行って超音波画像に対する組織差
強調処理を実行し、注目エコーデータを中心とする参照
領域内でエコーデータの平均値μ及び分散値σを求め、
それらの平均値μ及び分散値σに基づいて組織差強調演
算を求めていた。これにより、境界抽出精度を向上さ
せ、画像の平均値μ及び分散値σを総合勘案することに
より組織差を認識できる組織差強調処理をおこない、ま
た、組織差強調演算部をファジー推論部28Bで構成し
て組織差強調演算をファジー推論により実行し、組織差
強調演算のための繁雑なテーブルの作成を不要とし、か
つ膨大な規模のテーブルの作成を不要としていた。
A second prior art ultrasonic image processing apparatus is an apparatus for processing echo data for forming an ultrasonic image, and includes a plurality of echo data included in a reference area centered on echo data of interest. An average calculation unit 12B for calculating the average μ, a variance calculation unit 14B for calculating the variance σ of the plurality of echo data included in the reference area, and a tissue difference emphasis calculation based on the average μ and the variance σ And outputs a new value of the echo data of interest, and a boundary extraction unit that extracts a boundary from the image after the tissue difference enhancement, and outputs a new value of the echo data of interest. A tissue difference enhancement process is performed on the ultrasound image by performing a tissue difference enhancement operation for each, and an average value μ and a variance value σ of the echo data are obtained in a reference region centered on the echo data of interest.
The tissue difference emphasis calculation was calculated based on the average value μ and the variance value σ. As a result, the boundary extraction accuracy is improved, and a tissue difference emphasis process capable of recognizing a tissue difference is performed by comprehensively considering the average value μ and the variance value σ of the image. In this configuration, the organizational difference emphasis calculation is performed by fuzzy inference, so that a complicated table for the organizational difference emphasis calculation is not required, and a large-scale table is not required.

【0021】また第2従来技術の超音波画像処理装置
は、ファジー推論部28Bの出力から組織分離度を演算
する分離度演算部52Bと、ファジー推論部28Bが有
するメンバーシップ関数を決定するためのパラメータを
設定する手段であって、パラメータを順次変更して得ら
れる複数の組織分離度に基づき、メンバーシップ関数を
最適化するパラメータ設定部54Bと、組織差強調後の
画像に対して境界抽出を行う境界抽出部とを設け、メン
バーシップ関数の最適化をフィードバックループにより
実行していた。また、ファジー推論部28Bに設けられ
るメンバーシップ関数の最適化をフィードバックループ
により達成し、メンバーシップ関数を決定するパラメー
タを順次変更しつつ組織分離度を演算し、その組織分離
度に基づき最適なパラメータを設定し、メンバーシップ
関数の最適化を実際の画像処理の前段階に行っておくこ
とにより、各種の組織に対応した最も適切な条件下で組
織差強調処理(微分処理の一種)を実行していた。
The ultrasonic image processing apparatus according to the second prior art includes a separability calculating section 52B for calculating the tissue separation degree from the output of the fuzzy inference section 28B and a membership function for the fuzzy inference section 28B. Means for setting parameters, a parameter setting unit 54B for optimizing a membership function based on a plurality of tissue separations obtained by sequentially changing the parameters, and a boundary extraction for the image after tissue difference enhancement. And a boundary extraction unit for performing the optimization of the membership function by a feedback loop. Further, the optimization of the membership function provided in the fuzzy inference unit 28B is achieved by a feedback loop, the degree of tissue separation is calculated while sequentially changing the parameters for determining the membership function, and the optimal parameter is calculated based on the degree of tissue separation. By performing the optimization of the membership function before the actual image processing, the tissue difference enhancement processing (a type of differentiation processing) can be performed under the most appropriate conditions for various tissues. I was

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】腫瘍(特に、乳癌)の
表面形状を3次元的に表示及び評価するためには、取得
した超音波ボクセル画像データから腫瘍の領域を抽出す
ることが重要となる。しかも、乳腺の超音波画像には、
スペックル・ノイズや音響陰影などのアーチファクト、
境界部の欠落、筋層など腫瘍以外の低輝度の領域が存在
するといった超音波画像特有の難しさもある。
In order to three-dimensionally display and evaluate the surface shape of a tumor (particularly, breast cancer), it is important to extract a tumor region from the acquired ultrasonic voxel image data. . Moreover, the ultrasound image of the mammary gland
Artifacts such as speckle noise and acoustic shadows,
There are also difficulties peculiar to an ultrasonic image, such as a lack of a boundary portion and a low-luminance region other than a tumor such as a muscle layer.

【0023】しかしながら、乳腺の超音波画像の前処理
として単純な閾値による2値化を実行する2値化や微分
オペレータなどの画像処理法を実行する第1従来技術や
第2従来技術では、乳腺の超音波画像に対する画像処理
2値化や微分オペレータなどの従来の画像処理法を用い
ているため、後段で各種のファジー推論を行っても、根
元的に、期待するような抽出精度を実現することが難し
いと考えられる。
However, in the first prior art and the second prior art for executing image processing methods such as binarization for performing binarization using a simple threshold value and a differential operator as preprocessing of an ultrasonic image of a mammary gland, Since conventional image processing methods such as image processing binarization and a differentiation operator are used for the ultrasonic image of the above, even if various fuzzy inferences are performed in the subsequent stage, the expected extraction accuracy is fundamentally realized. It is considered difficult.

【0024】また、このような画像処理技術を用いて、
高い精度での腫瘍の発見、並びに悪性腫瘍の判断を実現
するためには、複雑な計算アルゴリズムや大規模なコン
ピュータリソースを必要としてしまうという問題点があ
った。
Also, using such an image processing technique,
In order to realize a tumor with high accuracy and to judge a malignant tumor, there is a problem that a complicated calculation algorithm and a large-scale computer resource are required.

【0025】ところで、乳腺腫瘍診断の最大の特徴は、
良悪性の鑑別が絡んでくることであり、その中で1cm
以下の小さな癌の判別診断が最も重要である。良性腫瘍
は、その輪郭形状が円形ないし楕円形などのような”整
かつ平滑”である。一方、悪性腫瘍は輪郭形状が蟹形や
星形などのような”不整かつ凹凸性状”を呈する。
By the way, the biggest feature of breast tumor diagnosis is that
The difference between good and malignant is that it involves 1cm.
The following diagnosis of small cancers is the most important. Benign tumors are "regular and smooth", such as circular or elliptical in contour. On the other hand, a malignant tumor has an irregular and irregular shape such as a crab-shaped or a star-shaped contour.

【0026】しかしながら、前述の第1従来技術や第2
従来技術を含む通常の超音波検査技術では、断層画像に
おけるこのような幾何学的な形状の特徴がよく用いられ
るが、腫瘍がまだ小さいときは、断層画像の観察だけで
はその腫瘍が悪性のものなのか良性のものなのかを把握
しにくいケース(症例)が多数見受けられる。
However, the first prior art and the second
Conventional ultrasound techniques, including conventional techniques, often use such geometrical features in tomographic images, but if the tumor is still small, observing the tomographic image alone may indicate that the tumor is malignant. There are many cases (cases) where it is difficult to determine whether the disease is benign or not.

【0027】また、前述の第1従来技術や第2従来技術
を含む通常の超音波検査技術において用いられる唯一の
定量的な悪性腫瘍の評価法(発見方法)として、腫瘍領
域の縦横比(Depth width ratio,ま
たは D/W ratio,S/V ratio)、す
なわち、腫瘍の最大の断層画像における縦径と横径との
比(長径と短径との比)が利用される場合もある。
The only quantitative evaluation method (finding method) of a malignant tumor used in ordinary ultrasonic examination techniques including the first prior art and the second prior art is the aspect ratio (Depth) of the tumor area. width ratio, or D / W ratio, S / V ratio), that is, the ratio of the vertical diameter to the horizontal diameter (the ratio of the major axis to the minor axis) in the largest tomographic image of the tumor may be used.

【0028】すなわち、このような腫瘍領域のS/V
ratioを用いる場合、癌ではS/V ratioが
良性腫瘍よりも大きな値を示すものの、決まった基準は
見受けられない。そこで一般的に、腫瘍領域のS/V
ratioの値が0.8以上の腫瘍を悪性、0.6以下
の腫瘍を良性、そして0.6〜0.8の間の腫瘍は要検
討の症例としている。
That is, S / V of such a tumor area
When the ratio is used, the S / V ratio of cancer is larger than that of a benign tumor, but no fixed standard is found. Thus, in general, the S / V of the tumor area
Tumors with a ratio value of 0.8 or more are considered malignant, tumors with a value of 0.6 or less are benign, and tumors with a ratio between 0.6 and 0.8 are cases that need to be examined.

【0029】しかしながら、このような悪性腫瘍の評価
法は、腫瘍の最大の断層画像が的確に得られることを前
提としており、更に加えて、腫瘍がまだ小さい場合は、
良性腫瘍であっても腫瘍領域のS/V ratioが高
値を示す傾向があるという問題点がある。
However, such a method for evaluating a malignant tumor is based on the premise that a maximum tomographic image of the tumor is accurately obtained. In addition, when the tumor is still small,
Even if it is a benign tumor, there is a problem that the S / V ratio of the tumor region tends to show a high value.

【0030】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題としており、特に、立体の表面積(Su
rface,S)と体積(Volume,V)の比のパ
ラメータ(S3/V2ratio,S/V ratio)
を利用したパラメータを定義して表面形状の凹凸不整を
定量化し、これに基づいて、3次元的に表示された立体
の表面の幾何学的な凹凸を定量的に計測・評価し腫瘍の
同定を支援する方法を、パーソナルコンピュータ(P
C)程度の計算能力をもった小規模なコンピュータリソ
ースで短時間(高速)に計算(画像処理)できるような
簡便な立体表面形状定量化方法を提供し、その結果、超
音波3次元画像から腫瘍(特に、乳腺腫瘍)の領域を高
い精度で発見でき、悪性腫瘍の判断を再現性良く自動抽
出できる悪性腫瘍自動識別方法を実現することを目的と
している。
An object of the present invention is to solve such a conventional problem. In particular, the present invention provides a solid surface area (Su).
rface, S) and volume ratio (Volume, V) ratio parameters (S 3 / V 2 ratio, S / V ratio)
Quantify the irregularities of the surface shape by defining parameters using, and quantitatively measure and evaluate the geometric irregularities of the three-dimensionally displayed three-dimensional surface based on this to identify the tumor How to support personal computer (P
C) A simple three-dimensional surface shape quantification method is provided, which enables a short-time (high-speed) calculation (image processing) with a small-scale computer resource having a calculation capability of the order, and as a result, an ultrasonic three-dimensional image It is an object of the present invention to realize a method for automatically identifying a malignant tumor, in which a region of a tumor (particularly, a mammary gland tumor) can be found with high accuracy and a judgment of a malignant tumor can be automatically extracted with good reproducibility.

【0031】また、超音波診断法などの可視化技術を用
いて3次元画像として抽出した(良性や悪性)腫瘍の表
面積Sと体積Vの比のパラメータS/V ratioを
利用したパラメータを定義して腫瘍表面形状の凹凸不整
を定量化し、生体のMRI画像や超音波画像等で構成さ
れる3次元画像で表された組織間の境界を抽出して正常
組織の中から癌組織(特に、乳癌組織(乳腺悪性腫
瘍))を発見する病理診断支援システムに適応可能な悪
性腫瘍自動識別方法を、パーソナルコンピュータ(P
C)程度の計算能力をもった小規模なコンピュータリソ
ースで短時間(高速)に計算(画像処理)できるような
簡便な立体表面形状定量化方法を提供し、その結果、超
音波3次元画像から腫瘍(特に、乳腺腫瘍)の領域を高
い精度で発見でき、悪性腫瘍の判断を再現性良く自動抽
出できる悪性腫瘍自動識別方法を実現することを目的と
している。
Further, a parameter using a parameter S / V ratio of a ratio of a surface area S to a volume V of a tumor (benign or malignant) extracted as a three-dimensional image using a visualization technique such as an ultrasonic diagnostic method is defined. Quantification of irregularities in the surface shape of the tumor is quantified, and boundaries between tissues represented by a three-dimensional image composed of an MRI image, an ultrasonic image, and the like of a living body are extracted, and cancer tissues (particularly, breast cancer tissues) are extracted from normal tissues. (Mammary malignant tumor)), a method for automatically identifying a malignant tumor applicable to a pathological diagnosis support system for finding a personal computer (P
C) A simple three-dimensional surface shape quantification method is provided, which enables a short-time (high-speed) calculation (image processing) with a small-scale computer resource having a calculation capability of the order, and as a result, an ultrasonic three-dimensional image It is an object of the present invention to realize a method for automatically identifying a malignant tumor, in which a region of a tumor (particularly, a mammary gland tumor) can be found with high accuracy and a judgment of a malignant tumor can be automatically extracted with good reproducibility.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
成された請求項1に記載の発明は、ボクセル・データに
基づいて立体表面形状の凹凸の度合いを判定する立体表
面形状定量化方法であって、立体表面形状の凹凸の度合
いを測る指標として立体の表面積(S)、体積(V)を
利用した形状判定パラメータ(γ)を計算する凹凸不整
定量化工程と、当該計算した形状判定パラメータ(γ)
が所定の閾値未満である場合に当該立体の表面が滑らか
であると判定し、当該閾値以上である場合に当該立体の
表面が凹凸の性状を呈していると判定する形状判定工程
とを有し、前記形状判定パラメータは、 γ=(S3/V2)/κ,κ=定数 で定義されている論理構成とした立体表面形状定量化方
法である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for quantifying a three-dimensional surface shape based on voxel data. An unevenness quantification step of calculating a shape determination parameter (γ) using the surface area (S) and volume (V) of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the three-dimensional surface shape; and the calculated shape determination parameter (Γ)
A shape determination step of determining that the surface of the three-dimensional object is smooth when the value is less than a predetermined threshold value, and determining that the surface of the three-dimensional object is exhibiting irregularities when the value is equal to or more than the threshold value. The shape determination parameter is a three-dimensional surface shape quantification method having a logical configuration defined by γ = (S 3 / V 2 ) / κ, κ = constant.

【0033】請求項1に記載の発明では、表面形状の凹
凸不整を定量化するために、抽出した腫瘍の表面積と体
積の比を利用したパラメータを定義する。このために、
凹凸不整定量化工程を実行することにより、立体表面形
状の凹凸の度合いを測る指標として立体の表面積、体積
を利用した形状判定パラメータ(γ=(S3/V2)/
κ)を計算する。続いて、形状判定工程を実行すること
により、凹凸不整定量化工程で計算した形状判定パラメ
ータ(γ)が所定の閾値未満である場合に立体の表面が
滑らかであると判定する一方、閾値以上である場合に当
該立体の表面が凹凸の性状を呈していると判定する。
According to the first aspect of the present invention, in order to quantify irregularities in the surface shape, a parameter using the ratio of the surface area to the volume of the extracted tumor is defined. For this,
By executing the unevenness quantification step, a shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / using the surface area and volume of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the solid surface shape is used.
κ) is calculated. Subsequently, by performing the shape determination step, it is determined that the three-dimensional surface is smooth when the shape determination parameter (γ) calculated in the unevenness quantification step is less than a predetermined threshold, while the shape determination parameter (γ) is greater than or equal to the threshold. In some cases, it is determined that the surface of the solid has irregularities.

【0034】その結果得られた立体の領域を3次元的に
表示してその表面の幾何学的な凹凸を定量的に計測・評
価することができるようになる。立体表面の3次元表示
は、我々が物を見るときに生じている光の陰影と同様な
濃淡分布を立体の表面につけることのできるサーフェス
・レンダリングを用いる。これにより、立体表面形状の
微妙な凹凸変化を観察することができるようになる。
The three-dimensional region obtained as a result can be displayed three-dimensionally, and the geometrical irregularities on the surface can be quantitatively measured and evaluated. The three-dimensional representation of a solid surface uses surface rendering that allows the shading of the solid surface to be similar to the shadows of light that occur when we look at an object. Thereby, it becomes possible to observe a subtle unevenness of the three-dimensional surface shape.

【0035】立体形状判定パラメータγの算出は、コン
パクトで安価なPCのようなコンピュータリソースで高
速に自動的に実行でき、立体の形状診断として有効な手
段となる。
The calculation of the three-dimensional shape determination parameter γ can be automatically performed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and is an effective means for diagnosing a three-dimensional shape.

【0036】また請求項2に記載の発明は、請求項1に
記載の立体表面形状定量化方法において、前記凹凸不整
定量化工程は、前記立体の形状が球のときに前記形状判
定パラメータの値が1となるように前記κを正規化する
定数正規化工程を含む論理構成とした立体表面形状定量
化方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the method of quantifying a three-dimensional surface shape according to the first aspect, the irregularity quantification step includes the step of determining the value of the shape determination parameter when the three-dimensional shape is a sphere. Is a three-dimensional surface shape quantification method having a logical configuration including a constant normalization step of normalizing the κ such that 1 becomes 1.

【0037】立体に対して表面形状を3次元表示すると
ともに、その幾何学的な凹凸を評価する際、抽出した立
体の表面積の3乗と体積の2乗との比S/V rati
oをパラメータを利用して立体の表面形状の凹凸不整を
定量化する。更に加えて、良悪性の両者に対してこのS
/V ratio(所定の閾値)を用いて両者のグルー
プ分けを行う。
In addition to displaying the three-dimensional surface shape of the three-dimensional object and evaluating its geometrical unevenness, the ratio S / V ratio between the cube of the surface area and the square of the volume of the extracted solid is used.
Using the parameter o, the irregularities of the three-dimensional surface shape are quantified. In addition, this S
/ V ratio (predetermined threshold) is used to perform grouping of the two.

【0038】このために請求項2に記載の発明では、請
求項1に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程にお
いて、先ず、定数正規化工程を実行することにより、立
体の形状が球のときに形状判定パラメータの値が1とな
るようにκを正規化した後に、立体表面形状の凹凸の度
合いを測る指標として立体の表面積、体積を利用した形
状判定パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算す
る。これに続いて前述の形状判定工程を実行する。
Therefore, according to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, in the unevenness quantification step, first, a constant normalization step is performed to make the three-dimensional shape spherical. After normalizing κ such that the value of the shape determination parameter becomes 1 at the time of, the shape determination parameter (γ = (S 3 /) using the surface area and volume of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the solid surface shape V 2 ) / κ) is calculated. Subsequently, the above-described shape determination step is performed.

【0039】立体表面の3次元表示は、前述したよう
に、サーフェス・レンダリングなる陰影法によって行わ
れており、表面の3次元形状の微妙な凹凸変化を容易に
観察することができるようになる。
As described above, the three-dimensional display of the three-dimensional surface is performed by a shading method called surface rendering, and it is possible to easily observe a subtle uneven change in the three-dimensional shape of the surface.

【0040】また請求項3に記載の発明は、請求項1に
記載の立体表面形状定量化方法において、前記凹凸不整
定量化工程は、最終的に抽出された前記立体のボクセル
の総和として前記立体の体積を計算する体積算定工程を
含む論理構成とした立体表面形状定量化方法である。
According to a third aspect of the present invention, in the method for quantifying a three-dimensional surface shape according to the first aspect, the step of quantifying the irregularity of the three-dimensional surface is performed as a sum of voxels of the three-dimensional object finally extracted. This is a three-dimensional surface shape quantification method having a logical configuration including a volume calculation step of calculating the volume of the three-dimensional surface.

【0041】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程において体
積算定工程が、最終的に抽出された立体のボクセルの総
和として立体の体積を計算する。
According to the invention described in claim 3, according to claim 1
In addition to the effects described in the above, the volume calculation step in the unevenness quantification step calculates the volume of the solid as the sum of the finally extracted voxels of the solid.

【0042】このような体積算定工程は、ボクセルを基
本単位とする計算を行うので、コンパクトで安価なPC
のようなコンピュータリソースで高速に自動的に実行で
き、乳腺立体の初期診断、集団検診として有効な手段と
なる。
In such a volume calculation step, calculation is performed using voxels as basic units.
It can be automatically executed at high speed with computer resources such as the above, and is an effective means for initial diagnosis of breast solids and mass screening.

【0043】また請求項4に記載の発明は、請求項1に
記載の立体表面形状定量化方法において、前記凹凸不整
定量化工程は、立体の輪郭としてラベリングされたボク
セルに対して、隣接する3つのボクセルの組み合わせを
作る第1工程と、当該第1工程に続いて、当該隣接する
3つのボクセルの組み合わせで形成される三角形の面積
の総和を前記立体の表面積とする第2工程とを含む表面
積算定工程を含む論理構成とした立体表面形状定量化方
法である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the three-dimensional surface shape quantification method according to the first aspect, the irregularity quantification step includes the step of quantifying the three-dimensional contour of a voxel adjacent to a voxel labeled as a three-dimensional contour. A surface area including a first step of forming a combination of three voxels, and a second step following the first step as a surface area of the three-dimensional object, the sum of the areas of triangles formed by the combination of the three adjacent voxels This is a three-dimensional surface shape quantification method having a logical configuration including a calculation step.

【0044】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程において、
先ず、定数正規化工程を実行することにより、立体の形
状が球のときに形状判定パラメータの値が1となるよう
にκを正規化した後に、第1工程を実行して立体の輪郭
としてラベリングされたボクセルに対して、隣接する3
つのボクセルの組み合わせを作成し、第1工程に続いて
第2工程を実行して、隣接する3つのボクセルの組み合
わせで形成される三角形の面積の総和を立体の表面積と
する。これに基づいて、立体表面形状の凹凸の度合いを
測る指標として立体の表面積、体積を利用した形状判定
パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算する。これ
に続いて、前述の形状判定工程を実行する。
According to the fourth aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In addition to the effects described in the above, in the uneven irregularity quantification step,
First, by performing a constant normalization step, κ is normalized so that the value of the shape determination parameter becomes 1 when the solid shape is a sphere, and then the first step is executed to label the solid as a solid contour. 3 for the voxel
One voxel combination is created, and the second step is executed following the first step, and the sum of the areas of the triangles formed by the combination of three adjacent voxels is defined as the surface area of the solid. Based on this, a shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / κ) using the surface area and volume of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the solid surface shape is calculated. Subsequently, the above-described shape determination step is performed.

【0045】このような第1工程や第2工程を含む表面
積算定工程は、ボクセルを基本単位とする計算を行うの
でコンパクトで安価なPCのようなコンピュータリソー
スで高速に自動的に実行でき、乳腺立体の初期診断、集
団検診として有効な手段となる。
The surface area calculation step including the first step and the second step can be automatically executed at high speed with computer resources such as a compact and inexpensive PC because the calculation is performed using voxels as basic units. This is an effective means for initial diagnosis of three-dimensional objects and mass screening.

【0046】また請求項5に記載の発明は、3次元ボク
セル・データに基づいて腫瘍表面形状の凹凸の度合いを
判定する悪性腫瘍自動識別方法であって、腫瘍表面形状
の凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積(S)、
体積(V)を利用した腫瘍形状判定パラメータ(γ)を
計算する腫瘍凹凸不整定量化工程と、当該計算した腫瘍
形状判定パラメータ(γ)が所定の閾値未満である場合
に当該腫瘍の表面が滑らかであると判定し、当該閾値以
上である場合に当該腫瘍の表面が凹凸の性状を呈してい
ると判定する形状判定工程と、当該表面が滑らかである
と判定した腫瘍を良性腫瘍と診断し、当該表面が凹凸の
性状を呈していると判定した腫瘍を悪性腫瘍と診断する
腫瘍診断工程とを有し、前記腫瘍形状判定パラメータ
は、 γ=(S3/V2)/κ,κ=定数 で定義されている論理構成とした悪性腫瘍自動識別方法
である。
The invention according to claim 5 is a method for automatically identifying a malignant tumor based on three-dimensional voxel data for determining the degree of irregularity of a tumor surface shape, wherein the index measures the degree of irregularity of a tumor surface shape. As the surface area of the tumor (S),
A tumor irregularity quantification step of calculating a tumor shape determination parameter (γ) using a volume (V); and if the calculated tumor shape determination parameter (γ) is less than a predetermined threshold, the surface of the tumor is smooth. Is determined, the shape determination step to determine that the surface of the tumor presents the properties of irregularities if the threshold value or more, the tumor determined that the surface is smooth is diagnosed as a benign tumor, A tumor diagnosis step of diagnosing, as a malignant tumor, a tumor determined that the surface has irregularities, wherein the tumor shape determination parameter is γ = (S 3 / V 2 ) / κ, κ = constant This is a method for automatically identifying a malignant tumor having a logical configuration defined in (1).

【0047】乳腺腫瘍診断の最大の特徴は、良悪性の鑑
別が絡んでくることであり、その中で1cm以下の小さ
な癌の判別診断が最も重要である。良性腫瘍は、その輪
郭形状が円形ないし楕円形などのような”整かつ平滑”
である。
The most distinctive feature of the diagnosis of breast tumors is that differentiation between benign and malignant is involved. Among them, the discrimination diagnosis of small cancers of 1 cm or less is the most important. Benign tumors are “regular and smooth” with a circular or elliptical outline.
It is.

【0048】一方悪性腫瘍は輪郭形状が蟹形や星形など
のような”不整かつ凹凸性状”を呈する。通常の超音波
検査技術では、断層画像におけるこのような幾何学的な
形状の特徴がよく用いられるが、腫瘍がまだ小さいとき
は、断層画像の観察だけではその腫瘍が悪性のものなの
か良性のものなのかを把握しにくい場合がある。
On the other hand, the malignant tumor has an irregular and irregular shape such as a crab-shaped or star-shaped contour. In normal ultrasonography, such geometrical features in tomographic images are often used, but if the tumor is still small, observing the tomographic image alone will determine whether the tumor is malignant or benign. Sometimes it is difficult to know what is.

【0049】そこで請求項5に記載の発明では、悪性腫
瘍はその表面形状が良性腫瘍のそれより凹凸不整のた
め、表面積が同じ体積を有する良性腫瘍より大きいこと
を利用する。そこで表面形状の凹凸不整を定量化するた
めに、抽出した腫瘍の表面積と体積の比を利用したパラ
メータを定義する。このために、腫瘍凹凸不整定量化工
程を実行することにより、腫瘍表面形状の凹凸の度合い
を測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した腫瘍形
状判定パラメータ(γ)を計算する。この腫瘍凹凸不整
定量化工程に続いて、球の場合で正規化した表面積と体
積の比のパラメータS/V ratioが悪性腫瘍が良
性腫瘍より高値を示すことに注目して、形状判定工程を
実行することにより、計算した腫瘍形状判定パラメータ
が所定の閾値未満である場合に腫瘍の表面が滑らかであ
ると判定する一方、閾値以上である場合に腫瘍の表面が
凹凸の性状を呈していると判定する。形状判定工程に続
いて腫瘍診断工程を実行することにより、形状判定工程
において表面が滑らかであると判定した腫瘍を良性腫瘍
と診断し、表面が凹凸の性状を呈していると判定した腫
瘍を悪性腫瘍と診断する。
Therefore, the invention described in claim 5 utilizes the fact that the surface shape of a malignant tumor is more irregular than that of a benign tumor, so that the surface area is larger than that of a benign tumor having the same volume. Therefore, in order to quantify the irregularity of the surface shape, a parameter using the ratio of the surface area to the volume of the extracted tumor is defined. For this purpose, by performing the tumor irregularity quantification step, a tumor shape determination parameter (γ) using the surface area and volume of the tumor as an index for measuring the degree of irregularity of the tumor surface shape is calculated. Subsequent to the tumor irregularity quantification step, a shape determination step is performed by paying attention to the fact that the parameter S / V ratio of the surface area to volume ratio normalized in the case of a sphere shows a higher value in a malignant tumor than in a benign tumor. By doing so, it is determined that the surface of the tumor is smooth when the calculated tumor shape determination parameter is less than a predetermined threshold, while it is determined that the surface of the tumor has irregularities when the calculated parameter is not less than the threshold. I do. By performing a tumor diagnosis step following the shape determination step, a tumor determined to have a smooth surface in the shape determination step is diagnosed as a benign tumor, and a tumor determined to have a surface having irregularities is identified as a malignant tumor. Diagnose a tumor.

【0050】その結果、悪性腫瘍(癌)の特徴である腫
瘍表面の凹凸不整がある乳腺腫瘍の領域が良好に検出で
き、腫瘍表面の3次元表示画像から良悪性の幾何学的な
特徴を容易に観察することができるようになり、腫瘍の
良悪性の判別診断がより客観的に行えるようになる。
As a result, a region of a mammary gland tumor having irregularities on the tumor surface, which is a feature of a malignant tumor (cancer), can be detected well, and a benign or malignant geometric feature can be easily detected from a three-dimensional display image of the tumor surface. This makes it possible to more objectively make a diagnosis of benign or malignant tumor.

【0051】すなわち、乳腺腫瘍の自動抽出システム
(病理診断支援システム)によって得られる腫瘍の領域
を3次元的に表示し、そしてその表面の幾何学的な凹凸
を定量的に計測・評価することができるようになる。腫
瘍表面の3次元表示は、我々が物を見るときに生じてい
る光の陰影と同様な濃淡分布を腫瘍の表面につけること
のできるサーフェス・レンダリングを用いる。これによ
り、腫瘍表面形状の微妙な凹凸変化を観察することがで
きるようになり、検者と患者とで共通な認識に基づく理
解や判断ができるようになる。その結果、抽出した腫瘍
を3次元映像化するとともに腫瘍表面形状の幾何学的凹
凸を定量化することによって乳癌診断を支援できるよう
になる。
That is, it is possible to three-dimensionally display a tumor region obtained by an automatic breast tumor extraction system (pathological diagnosis support system) and quantitatively measure and evaluate the geometric unevenness of the surface. become able to. The three-dimensional representation of the tumor surface uses surface rendering that allows the shading of the tumor surface to be similar to the light shading that occurs when we look at an object. As a result, it becomes possible to observe subtle changes in the unevenness of the tumor surface shape, and it becomes possible for the examiner and the patient to understand and judge based on common recognition. As a result, breast cancer diagnosis can be supported by making the extracted tumor into a three-dimensional image and quantifying the geometric unevenness of the tumor surface shape.

【0052】腫瘍形状判定パラメータγの算出は、コン
パクトで安価なPCのようなコンピュータリソースで高
速に自動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検診
として有効な手段となる。
The calculation of the tumor shape determination parameter γ can be automatically executed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and is an effective means for initial diagnosis and mass screening of breast tumors.

【0053】また請求項6に記載の発明は、請求項5に
記載の悪性腫瘍自動識別方法において、前記腫瘍凹凸不
整定量化工程は、前記腫瘍の形状が球のときに前記腫瘍
形状判定パラメータの値が1となるように前記κを正規
化する定数正規化工程を含む論理構成とした悪性腫瘍自
動識別方法である。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for automatically identifying a malignant tumor according to the fifth aspect, the step of quantifying the irregularity of the tumor unevenness includes the step of determining the tumor shape determining parameter when the shape of the tumor is a sphere. This is an automatic malignant tumor identification method having a logical configuration including a constant normalization step of normalizing the κ so that the value becomes 1.

【0054】乳腺腫瘍の診断を支援するために、抽出さ
れた腫瘍に対して表面形状を3次元表示するとともに、
その幾何学的な凹凸を評価する。抽出した腫瘍の表面積
の3乗と体積の2乗との比S/V ratioをパラメ
ータを利用して腫瘍の表面形状の凹凸不整を定量化して
いる。更に加えて、良悪性の両者に対してこのS/Vr
atio(所定の閾値)を用いて両者のグループ分けを
行う。
To assist in the diagnosis of breast tumors, the extracted tumors are displayed three-dimensionally with their surface shapes,
Evaluate the geometric unevenness. The irregularity of the surface shape of the tumor is quantified using a parameter of the ratio S / V ratio of the cube of the surface area of the extracted tumor to the square of the volume of the tumor. In addition, the S / Vr for both benign and malignant
Atio (predetermined threshold) is used to perform grouping of the two.

【0055】このために請求項6に記載の発明では、請
求項5に記載の効果に加えて、腫瘍凹凸不整定量化工程
を実行することにより、腫瘍表面形状の凹凸の度合いを
測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した腫瘍形状
判定パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算する。
腫瘍の表面が滑らかであればγは小さくなり、表面が凹
凸の性状を呈すればγは大きな値になる。そこでこの腫
瘍凹凸不整定量化工程に続いて形状判定工程を実行する
ことにより、計算した腫瘍形状判定パラメータが所定の
閾値(S/V ratio)未満である場合に腫瘍の表
面が滑らかであると判定する一方、閾値(S/V ra
tio)以上である場合に腫瘍の表面が凹凸の性状を呈
していると判定する。形状判定工程に続いて腫瘍診断工
程を実行することにより、形状判定工程において表面が
滑らかであると判定した腫瘍を良性腫瘍と診断し、表面
が凹凸の性状を呈していると判定した腫瘍を悪性腫瘍と
診断する。
Therefore, according to the invention of claim 6, in addition to the effect of claim 5, by performing a tumor irregularity irregularity quantification step, the tumor surface shape can be used as an index for measuring the degree of irregularity. A tumor shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / κ) using the surface area and volume of the target is calculated.
If the surface of the tumor is smooth, γ will be small, and if the surface has irregularities, γ will have a large value. Therefore, by performing the shape determination step following the tumor unevenness quantification step, it is determined that the tumor surface is smooth when the calculated tumor shape determination parameter is smaller than a predetermined threshold (S / V ratio). On the other hand, the threshold (S / Vra
tio) When it is equal to or more than the above, it is determined that the surface of the tumor exhibits unevenness. By performing a tumor diagnosis step following the shape determination step, a tumor determined to have a smooth surface in the shape determination step is diagnosed as a benign tumor, and a tumor determined to have a surface having irregularities is identified as a malignant tumor. Diagnose a tumor.

【0056】腫瘍表面の3次元表示は、前述したよう
に、サーフェス・レンダリングなる陰影法によって行わ
れており、表面の3次元形状の微妙な凹凸変化を容易に
観察することができるようになる。
As described above, the three-dimensional display of the tumor surface is performed by the shading method called surface rendering, and it is possible to easily observe a subtle unevenness of the three-dimensional shape of the surface.

【0057】また請求項7に記載の発明は、請求項5に
記載の悪性腫瘍自動識別方法において、前記腫瘍凹凸不
整定量化工程は、最終的に抽出された前記腫瘍を構成す
るボクセルの総和として前記腫瘍の体積を計算する腫瘍
体積算定工程を含む論理構成とした悪性腫瘍自動識別方
法である。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for automatically identifying a malignant tumor according to the fifth aspect, the step of quantifying the irregularity of the tumor irregularities is performed by calculating a sum of voxels constituting the finally extracted tumor. An automatic malignant tumor identification method having a logical configuration including a tumor volume calculation step of calculating the volume of the tumor.

【0058】請求項7に記載の発明によれば、請求項5
に記載の効果に加えて、腫瘍凹凸不整定量化工程に腫瘍
体積算定工程を設けることにより、最終的に抽出された
腫瘍を構成するボクセルの総和として腫瘍の体積を計算
する。この腫瘍の体積に応じて、腫瘍表面形状の凹凸の
度合いを測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した
腫瘍形状判定パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計
算する。この腫瘍凹凸不整定量化工程に続いて前述の形
状判定工程を実行し、計算した腫瘍形状判定パラメータ
に応じて腫瘍の表面の滑らかさや凹凸の性状を判定す
る。形状判定工程に続いて腫瘍診断工程を実行し、形状
判定工程において表面判定結果に応じて腫瘍の良性/悪
性を診断する。
According to the invention of claim 7, according to claim 5,
In addition to the effects described in (1), by providing a tumor volume calculation step in the tumor irregularity quantification step, the tumor volume is calculated as the sum of voxels constituting the finally extracted tumor. According to the volume of the tumor, a tumor shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / κ) using the surface area and volume of the tumor is calculated as an index for measuring the degree of unevenness of the tumor surface shape. Following the tumor irregularity quantification step, the above-mentioned shape determination step is executed, and the smoothness of the tumor surface and the nature of the irregularity are determined according to the calculated tumor shape determination parameters. A tumor diagnosis step is executed following the shape determination step, and a benign / malignant diagnosis of the tumor is made in the shape determination step according to the surface determination result.

【0059】腫瘍体積算定工程は、ボクセルを基本単位
とする計算を行うので、コンパクトで安価なPCのよう
なコンピュータリソースで高速に自動的に実行でき、乳
腺腫瘍の初期診断、集団検診として有効な手段となる。
In the tumor volume calculation step, since the calculation is performed using voxels as basic units, it can be automatically executed at high speed with computer resources such as a compact and inexpensive PC, and is effective as an initial diagnosis of breast tumor and a mass screening. Means.

【0060】また請求項8に記載の発明は、請求項5に
記載の悪性腫瘍自動識別方法において、前記腫瘍凹凸不
整定量化工程は、腫瘍の輪郭としてラベリングされたボ
クセルに対して、隣接する3つのボクセルの組み合わせ
を作る第1工程と、当該第1工程に続いて、当該隣接す
る3つのボクセルの組み合わせで形成される三角形の面
積の総和を前記腫瘍の表面積とする第2工程とを含む表
面積計算する腫瘍表面積算定工程を含む論理構成とした
悪性腫瘍自動識別方法である。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for automatically identifying a malignant tumor according to the fifth aspect, the step of quantifying the irregularity of the tumor unevenness includes three steps adjacent to the voxel labeled as the outline of the tumor. A surface area comprising: a first step of forming a combination of three voxels; and, following the first step, a second step in which the sum of the areas of triangles formed by the combination of the three adjacent voxels is the surface area of the tumor This is an automatic malignant tumor identification method having a logical configuration including a tumor surface area calculation step of calculating.

【0061】請求項8に記載の発明によれば、請求項5
に記載の効果に加えて、腫瘍凹凸不整定量化工程に腫瘍
体積算定工程を設けることにより、最終的に抽出された
腫瘍を構成するボクセルの総和として腫瘍の体積を計算
する。更に加えて、腫瘍凹凸不整定量化工程に腫瘍表面
積算定工程を設け、第1工程を実行することにより、腫
瘍の輪郭としてラベリングされたボクセルに対して、隣
接する3つのボクセルの組み合わせを作成する。また第
1工程に続いて第2工程を実行することにより、隣接す
る3つのボクセルの組み合わせで形成される三角形の面
積の総和を腫瘍の表面積として算出する。更に加えて、
この腫瘍の体積に応じて、腫瘍表面形状の凹凸の度合い
を測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した腫瘍形
状判定パラメータを計算する。この腫瘍凹凸不整定量化
工程に続いて前述の形状判定工程を実行し、計算した腫
瘍形状判定パラメータに応じて腫瘍の表面の滑らかさや
凹凸の性状を判定する。形状判定工程に続いて腫瘍診断
工程を実行し、形状判定工程において表面判定結果に応
じて腫瘍の良性/悪性を診断する。
According to the invention described in claim 8, according to claim 5,
In addition to the effects described in (1), by providing a tumor volume calculation step in the tumor irregularity quantification step, the tumor volume is calculated as the sum of voxels constituting the finally extracted tumor. In addition, a tumor surface area calculation step is provided in the tumor irregularity quantification step, and the first step is executed to create a combination of three adjacent voxels with respect to the voxel labeled as the outline of the tumor. Further, by executing the second step following the first step, the total sum of the areas of the triangles formed by the combination of three adjacent voxels is calculated as the surface area of the tumor. In addition,
According to the volume of the tumor, a tumor shape determination parameter using the surface area and volume of the tumor is calculated as an index for measuring the degree of unevenness of the tumor surface shape. Following the tumor irregularity quantification step, the above-mentioned shape determination step is executed, and the smoothness of the tumor surface and the nature of the irregularity are determined according to the calculated tumor shape determination parameters. A tumor diagnosis step is executed following the shape determination step, and a benign / malignant diagnosis of the tumor is made in the shape determination step according to the surface determination result.

【0062】第1工程や第2工程を含む腫瘍表面積算定
工程は、ボクセルを基本単位とする計算を行うので、コ
ンパクトで安価なPCのようなコンピュータリソースで
高速に自動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検
診として有効な手段となる。
In the tumor surface area calculation step including the first step and the second step, since the calculation is performed using voxels as basic units, it can be automatically executed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC. This is an effective means for early diagnosis and mass screening.

【0063】[0063]

【発明の実施の形態】初めに、図面に基づき、本発明の
腫瘍抽出処理を実行する乳癌検診システム10の前処理
である3次元画像取得処理、及びこれを実行する装置
(パーソナルコンピュータ(PC))の一実施形態を説
明する。図1は、PCの基本構成を示すブロック図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, based on the drawings, a three-dimensional image acquisition process which is a pre-process of a breast cancer screening system 10 for executing a tumor extraction process of the present invention, and a device for executing the process (a personal computer (PC)) An embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a PC.

【0064】[3次元画像取得処理]初めに、3次元位
置センサ13(交流磁界位置センサ131)を取り付け
たプローブ12(超音波式プローブ121)を用いて取
得された超音波エコー(=探針データ12a)から乳腺
301(被測定物体30)を抽出して、その3次元的な
表面形状から腫瘍の良性、悪性の識別を行う乳癌診断を
行う超音波画像を用いた乳癌検診システム10における
立体超音波画像を生成するシステムに最適なPC及び3
次元画像取得処理について説明を行うことにする。
[Three-dimensional image acquisition processing] First, an ultrasonic echo (= probe) acquired using the probe 12 (ultrasonic probe 121) to which the three-dimensional position sensor 13 (AC magnetic field position sensor 131) is attached. A mammary gland 301 (measured object 30) is extracted from the data 12a), and a three-dimensional image in the breast cancer screening system 10 using an ultrasonic image for performing breast cancer diagnosis for identifying benign or malignant of a tumor from its three-dimensional surface shape. PC and 3 which are most suitable for the system which generates an ultrasonic image
The dimensional image acquisition processing will be described.

【0065】乳癌検診システム10は、PCで受け取っ
た乳腺腫瘍の3次元領域(3次元イメージ)の形状にお
ける幾何学的な凹凸を評価することによって乳癌の判別
診断を行うものである。このような乳腺腫瘍の抽出を行
う乳癌検診システム10に必要とされる3次元処理で
は、腫瘍部位に関するボクセル・データ16aが不可欠
である。
The breast cancer screening system 10 performs a discriminating diagnosis of breast cancer by evaluating geometrical irregularities in the shape of a three-dimensional region (three-dimensional image) of a breast tumor received by a PC. In the three-dimensional processing required for the breast cancer screening system 10 that extracts such a breast tumor, voxel data 16a regarding the tumor site is indispensable.

【0066】PCは、後述する、乳癌検診システム10
の前処理である3次元画像取得処理を記述したプログラ
ムコード、乳癌検診システム10の後処理である腫瘍抽
出処理(乳腺腫瘍の自動抽出アルゴリズム)を記述した
プログラムコード、及び乳癌検診システム10の後処理
である悪性腫瘍自動識別処理(乳腺腫瘍の自動識別アル
ゴリズム)を記述したプログラムコードを物理的に実行
するハードウェアである。
The PC is a breast cancer screening system 10 described later.
, A program code describing a three-dimensional image acquisition process which is a pre-process of the above, a program code describing a tumor extraction process (an automatic algorithm for extracting a breast tumor) which is a post-process of the breast cancer screening system 10, and a post-process of the breast cancer screening system 10 Is a hardware for physically executing a program code describing the malignant tumor automatic identification process (automatic identification algorithm for breast tumor).

【0067】このようなPCを中心とする乳癌検診シス
テム10は、乳腺腫瘍の3次元領域(3次元イメージ)
をプログラム(後述する3次元画像取得処理のプログラ
ムコードを含む)によって自動抽出し、そして腫瘍表面
を3次元表示(立体イメージとして表示)して乳癌の判
別診断(乳癌検診システム10)を支援する3次元超音
波画像データ収集機能を有している。
The breast cancer screening system 10 centered on such a PC has a three-dimensional area (three-dimensional image) of a breast tumor.
Is automatically extracted by a program (including a program code of a three-dimensional image acquisition process described later), and the tumor surface is three-dimensionally displayed (displayed as a three-dimensional image) to support the discrimination diagnosis of breast cancer (the breast cancer screening system 10). It has a three-dimensional ultrasonic image data collection function.

【0068】図1に示す乳癌検診システム10は、超音
波式プローブ121、交流磁界位置センサ131、PC
を中心とするハードウェア構成となっている。
The breast cancer screening system 10 shown in FIG. 1 comprises an ultrasonic probe 121, an AC magnetic field position sensor 131, a PC
Hardware configuration.

【0069】超音波式プローブ121は、被測定物体3
0の表面をスキャニングしながら被測定物体30を探針
して内部構造や表面構造に関する探針データ12aを生
成する。
The ultrasonic probe 121 is connected to the object 3 to be measured.
While scanning the surface of the object 0, the object to be measured 30 is probed to generate probe data 12a relating to the internal structure and the surface structure.

【0070】本実施形態では、乳腺301の表面を超音
波を用いてスキャニングしながら乳腺301からの超音
波エコーに基づくを探針を行って取得された内部構造や
表面構造に関する超音波断層画像データ121aを生成
する超音波式プローブ121を超音波式プローブ121
として用いている。
In this embodiment, while scanning the surface of the mammary gland 301 using ultrasonic waves, ultrasonic tomographic image data relating to the internal structure and the surface structure acquired by performing a probe based on the ultrasonic echo from the mammary gland 301. The ultrasonic probe 121 for generating the ultrasonic probe 121 a
Used as

【0071】交流磁界位置センサ131は、超音波式プ
ローブ121に取り付けられた状態で、スキャニング中
の超音波式プローブ121の空間的な位置や姿勢を測定
して超音波式プローブ121の座標データを被測定物体
30の探針動作に同期させて生成する。
The AC magnetic field position sensor 131 measures the spatial position and posture of the ultrasonic probe 121 during scanning while being attached to the ultrasonic probe 121, and obtains coordinate data of the ultrasonic probe 121. It is generated in synchronization with the probe operation of the measured object 30.

【0072】交流磁界位置センサ131は、自己の空間
的な位置や姿勢に関する3次元座標(x0,y0,z0
及び自己の傾斜方向を角度(方位角ψ、仰角θ、横転角
Ф)で表した位置データ(x0,y0,z0,ψ,θ,
Ф)を実時間で測定してプローブ座標データ13aとし
て出力する位置センサである。
The AC magnetic field position sensor 131 has three-dimensional coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) relating to its own spatial position and attitude.
And position data (x 0 , y 0 , z 0 , ψ, θ,...) Representing the inclination direction of the vehicle itself as angles (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф).
位置) is a position sensor that measures in real time and outputs it as probe coordinate data 13a.

【0073】交流磁界位置センサ131は、超音波式プ
ローブ121に取り付けられた状態で、乳腺301の表
面のスキャニング中の超音波式プローブ121の空間的
な位置や姿勢を測定して超音波式プローブ121の座標
データ(x0,y0,z0)を乳腺301の探針動作に同
期させて生成する。
The AC magnetic field position sensor 131 measures the spatial position and posture of the ultrasonic probe 121 while scanning the surface of the mammary gland 301 while being attached to the ultrasonic probe 121, and The coordinate data 121 (x 0 , y 0 , z 0 ) is generated in synchronization with the probe operation of the mammary gland 301.

【0074】これにより、乳癌検診システム10(P
C)が、超音波断層画像データ121aの収集を行う際
に、超音波断層画像データ121aの収集と同期してプ
ローブ座標データ13aを収集し、超音波断層画像デー
タ121a及び超音波断層画像データ121aと同期し
たプローブ座標データ13aを用いて、3次元超音波画
像データ15bを生成し、3次元超音波画像データ15
bに線形画像補間を行って、等方的なボクセル・データ
16aに変換するため、同一のボクセルについて2つ以
上の異なる値が対応する場合はこれらの平均値をもって
ボクセルのボクセル・データ16aとすることができ
る。
Thus, the breast cancer screening system 10 (P
C), when acquiring the ultrasonic tomographic image data 121a, collects the probe coordinate data 13a in synchronization with the acquisition of the ultrasonic tomographic image data 121a, and acquires the ultrasonic tomographic image data 121a and the ultrasonic tomographic image data 121a. The three-dimensional ultrasonic image data 15b is generated using the probe coordinate data 13a synchronized with the
b is converted to isotropic voxel data 16a by performing linear image interpolation. If two or more different values correspond to the same voxel, the average value of these values is used as voxel voxel data 16a. be able to.

【0075】すなわち、超音波式プローブ121の位置
や姿勢を実時間でトラッキングする必要がある従来のマ
ニュアル走査やメカニカル走査作業に代えて、超音波断
層画像(超音波断層画像データ121a)と同時に超音
波式プローブ121の位置データ(プローブ座標データ
13a=位置データ(x0,y0,z0,ψ,θ,Ф))
を超音波式プローブ121の位置の補正データとして用
いることで、超音波式プローブ121に取り付けた交流
磁界による交流磁界位置センサ131によって取得され
た超音波断層画像(超音波断層画像データ121a)
を、従来のマニュアル走査と同様にアーチファクトの少
なくかつ再現性の高い3次元のボクセル・データ16a
に変換することができる。その結果、メカニカルに超音
波式プローブ121で乳腺301を走査すると、組織を
圧迫して再現性の高い腫瘍の形状が得られない恐れがあ
る非常に柔軟でデリケートな組織である乳腺301のよ
うな被測定物体30に対しても高精度の超音波断層画像
データ121aを生成できるようになる。
That is, instead of the conventional manual scanning or mechanical scanning operation that requires tracking the position and orientation of the ultrasonic probe 121 in real time, the ultrasonic tomographic image (ultrasonic tomographic image data 121a) and the ultrasonic Position data of the acoustic probe 121 (probe coordinate data 13a = position data (x 0 , y 0 , z 0 , ψ, θ, Ф))
Is used as the correction data for the position of the ultrasonic probe 121, the ultrasonic tomographic image (ultrasonic tomographic image data 121a) acquired by the AC magnetic field position sensor 131 using the AC magnetic field attached to the ultrasonic probe 121.
Is converted to three-dimensional voxel data 16a with little artifact and high reproducibility as in the case of the conventional manual scanning.
Can be converted to As a result, when mechanically scanning the mammary gland 301 with the ultrasonic probe 121, the breast gland 301 is a very flexible and delicate tissue that may compress the tissue and fail to obtain a highly reproducible tumor shape. The ultrasonic tomographic image data 121a with high accuracy can be generated for the measured object 30 as well.

【0076】また、同一のボクセルについて2つ以上の
異なる値が対応する場合はこれらの平均値をもってボク
セルのボクセル・データ16aとすることにより、取得
した超音波断層画像(探針データ12a)を3次元座標
変換した後に、線形補間された等方的なボクセルの画像
データ(ボクセル・データ16a)が生成できるように
なる。
When two or more different values correspond to the same voxel, the average value of these values is used as the voxel voxel data 16a, so that the acquired ultrasonic tomographic image (probe data 12a) can be converted into three. After the dimensional coordinate transformation, linearly interpolated isotropic voxel image data (voxel data 16a) can be generated.

【0077】乳癌検診システム10(PC)は、探針デ
ータ12aの収集を行う際に、探針データ12aの収集
と同期してプローブ座標データ13aを収集する。
When collecting the probe data 12a, the breast cancer screening system 10 (PC) collects the probe coordinate data 13a in synchronization with the collection of the probe data 12a.

【0078】またPCは、探針データ12a及び探針デ
ータ12aと同期したプローブ座標データ13aを用い
て、3次元画像データ15aを生成する。
The PC generates three-dimensional image data 15a using the probe data 12a and the probe coordinate data 13a synchronized with the probe data 12a.

【0079】またPCは、3次元画像データ15aに線
形画像補間を行って、等方的なボクセル・データ16a
に変換するため、同一のボクセルについて2つ以上の異
なる値が対応する場合はこれらの平均値をもってボクセ
ルのボクセル・データ16aとする。
The PC performs linear image interpolation on the three-dimensional image data 15a to obtain isotropic voxel data 16a.
When two or more different values correspond to the same voxel, the average value of these values is used as the voxel data 16a of the voxel.

【0080】PCは、探針データ12aと同期したプロ
ーブ座標データ13aとして、交流磁界位置センサ13
1の超音波式プローブ121に相対する方位角ψ、仰角
θ及び横転角Фに基づく変換行列T[aij],(i,j
=1,2,3)を用い、探針データ12aの座標(x,
y,0)に対して変換行列T[aij]を掛け合わせて3
次元画像データ15aの座標(x’,y’,z’)を生
成する。
The PC sends the probe magnetic field position sensor 13a as probe coordinate data 13a synchronized with the probe data 12a.
1, a transformation matrix T [a ij ], (i, j) based on the azimuth angle ψ, the elevation angle θ, and the rollover angle 相 対,
= 1, 2, 3) and the coordinates (x,
y, 0) multiplied by a transformation matrix T [a ij ] to obtain 3
The coordinates (x ′, y ′, z ′) of the dimensional image data 15a are generated.

【0081】すなわち、超音波式プローブ121には交
流磁界位置センサ131が取り付けられており、この交
流磁界位置センサ131は、自己(すなわち、交流磁界
位置センサ131)の空間的な位置データ(位置や姿勢
に関する3次元座標のデータ13a=位置データ
(x0,y0,z0,ψ,θ,Ф))を実時間で測定して
プローブ座標データ13aとして出力する。このためP
Cは、探針データ12a(超音波断層画像データ121
a)の収集と同期したプローブ座標データ13aの収集
ができる。これに応じてPCが、探針データ12a(超
音波断層画像データ121a)及び探針データ12a
(超音波断層画像データ121a)と同期したプローブ
座標データ13aを用いて3次元画像データ15aを生
成するために、探針データ12a(超音波断層画像デー
タ121a)の座標(x,y,0)に対して、変換行列
T[aij]を掛け合わせて3次元画像データ15aの座
標(x’,y’,z’)を生成する。すなわち、超音波
式プローブ121の位置(x0,y0,z0)や姿勢
(ψ,θ,Ф)を実時間でトラッキングする必要がある
従来のマニュアル走査やメカニカル走査作業に代えて、
超音波断層画像データ121aの座標(x,y,0)と
同時に超音波式プローブ121のプローブ座標データ1
3aとしての変換行列T[aij]を超音波式プローブ1
21の位置の補正データとして用いることで、超音波式
プローブ121に取り付けた交流磁界による交流磁界位
置センサ131によって取得された超音波断層画像デー
タ121aの座標(x,y,0)を、従来のマニュアル
走査と同様にアーチファクトの少なくかつ再現性の高い
3次元のボクセル・データ16aの座標(x’,y’,
z’)に変換することができる。
That is, an alternating current magnetic field position sensor 131 is attached to the ultrasonic probe 121, and the alternating current magnetic field position sensor 131 has its own (that is, the alternating magnetic field position sensor 131) spatial position data (position and position data). The data 13a of the three-dimensional coordinates related to the posture = position data (x 0 , y 0 , z 0 , ψ, θ, Ф) is measured in real time and output as probe coordinate data 13 a. Therefore P
C is the probe data 12a (the ultrasonic tomographic image data 121
Probe coordinate data 13a can be collected in synchronization with the collection of a). In response to this, the PC transmits the probe data 12a (ultrasonic tomographic image data 121a) and the probe data 12a.
In order to generate three-dimensional image data 15a using probe coordinate data 13a synchronized with (ultrasonic tomographic image data 121a), coordinates (x, y, 0) of probe data 12a (ultrasonic tomographic image data 121a) are used. Is multiplied by a transformation matrix T [a ij ] to generate coordinates (x ′, y ′, z ′) of the three-dimensional image data 15a. In other words, instead of the conventional manual scanning or mechanical scanning operation that requires tracking the position (x 0 , y 0 , z 0 ) and posture (ψ, θ, ψ) of the ultrasonic probe 121 in real time,
Probe coordinates data 1 of the ultrasonic probe 121 at the same time as the coordinates (x, y, 0) of the ultrasonic tomographic image data 121a
The transformation matrix T [a ij ] as 3a is converted to the ultrasonic probe 1
The coordinates (x, y, 0) of the ultrasonic tomographic image data 121 a acquired by the AC magnetic field position sensor 131 based on the AC magnetic field attached to the ultrasonic probe 121 are used as the correction data of the position 21 in the conventional method. Similar to the manual scanning, the coordinates (x ', y', 3 ') of the three-dimensional voxel data 16a with less artifact and high reproducibility.
z ′).

【0082】その結果、メカニカルに超音波式プローブ
121で乳腺301を走査すると、組織を圧迫して再現
性の高い腫瘍の形状が得られない恐れがある非常に柔軟
でデリケートな組織である乳腺301のような被測定物
体30に対しても高精度の超音波断層画像データ121
aの座標(x,y,0)を生成できるようになる。
As a result, when the mammary gland 301 is mechanically scanned by the ultrasonic probe 121, the mammary gland 301 is a very flexible and delicate tissue that may compress the tissue and fail to obtain a highly reproducible tumor shape. High-precision ultrasonic tomographic image data 121 for the object 30 to be measured
The coordinates (x, y, 0) of a can be generated.

【0083】また、同一のボクセルについて2つ以上の
異なる値が対応する場合はこれらの平均値をもってボク
セルのボクセル・データ16aの座標(x’,y’,
z’)とすることにより、取得した超音波断層画像(探
針データ12a)を3次元座標変換した後に、線形補間
された等方的なボクセルの画像データの座標(x’,
y’,z’)が生成できるようになる。
When two or more different values correspond to the same voxel, the average value of these values is used to determine the coordinates (x ′, y ′, x ′) of the voxel voxel data 16a.
z ′), the obtained ultrasonic tomographic image (probe data 12a) is subjected to three-dimensional coordinate conversion, and then linearly interpolated isotropic voxel image data coordinates (x ′,
y ′, z ′) can be generated.

【0084】ここで、前述の変換行列T[aij]におけ
る各々の行列要素aijは、 a11=cos(ψ)・cos(θ), a12=cos(ψ)・sin(θ)・sin(Ф)−sin(ψ)・cos( Ф), a13=cos(ψ)・sin(θ)・cos(Ф)+sin(ψ)・sin( Ф), a21=sin(ψ)・cos(θ), a22=cos(ψ)・cos(Ф)+sin(ψ)・sin(θ)・sin( Ф), a23=sin(ψ)・sin(θ)・cos(Ф)−cos(ψ)・sin( Ф), a31=−sin(θ), a32=cos(θ)・sin(Ф), a33=cos(θ)・cos(Ф)…式(1−1)〜式(1−9) で定義されている。
Here, each matrix element a ij in the above-mentioned transformation matrix T [a ij ] is represented by a 11 = cos (ψ) · cos (θ) and a 12 = cos (ψ) · sin (θ) · sin (Ф) −sin (ψ) · cos (Ф), a 13 = cos (ψ) · sin (θ) · cos (Ф) + sin (ψ) · sin (Ф), a 21 = sin (ψ) · cos (θ), a 22 = cos (ψ) · cos (Ф) + sin (ψ) · sin (θ) · sin (Ф), a 23 = sin (ψ) · sin (θ) · cos (Ф) − cos (ψ) · sin (Ф), a 31 = −sin (θ), a 32 = cos (θ) · sin (Ф), a 33 = cos (θ) · cos (Ф) ... Equation (1-1) ) To (1-9).

【0085】すなわち、超音波式プローブ121の位置
や姿勢を実時間でトラッキングする必要がある従来のマ
ニュアル走査やメカニカル走査作業に代えて、簡単な一
次線形関数で表現された変換行列T[aij]を超音波式
プローブ121の位置の補正データとして用いること
で、超音波式プローブ121に取り付けた交流磁界によ
る交流磁界位置センサ131によって取得された超音波
断層画像データ121aの座標(x,y,0)を、それ
ほど高い計算能力を持ち合わせていないパーソナルコン
ピュータ(PC)のような小規模のハードウェアを用い
ても、従来のマニュアル走査と同様にアーチファクトの
少なくかつ再現性の高い3次元のボクセル・データ16
aの座標(x’,y’,z’)に変換することができ
る。その結果、メカニカルに超音波式プローブ121で
乳腺301を走査すると、組織を圧迫して再現性の高い
腫瘍の形状が得られない恐れがある非常に柔軟でデリケ
ートな組織である乳腺301のような被測定物体30に
対しても高精度の超音波断層画像データ121aの座標
(x,y,0)を小規模のハードウェアでも高速・低コ
ストで生成できるようになる。
That is, instead of the conventional manual scanning or mechanical scanning operation that needs to track the position and orientation of the ultrasonic probe 121 in real time, a conversion matrix T [a ij represented by a simple linear function is used. ] As the correction data of the position of the ultrasonic probe 121, the coordinates (x, y, and x) of the ultrasonic tomographic image data 121a acquired by the AC magnetic field position sensor 131 based on the AC magnetic field attached to the ultrasonic probe 121. 0) can be realized by using small-scale hardware such as a personal computer (PC) having not so high computational power, as in the case of the conventional manual scanning, with less artifacts and higher reproducibility of a three-dimensional voxel. Data 16
The coordinates can be converted to the coordinates (x ′, y ′, z ′) of a. As a result, when mechanically scanning the mammary gland 301 with the ultrasonic probe 121, the breast gland 301 is a very flexible and delicate tissue that may compress the tissue and fail to obtain a highly reproducible tumor shape. The coordinates (x, y, 0) of the high-accuracy ultrasonic tomographic image data 121a can be generated at high speed and at low cost even with small-scale hardware for the measured object 30.

【0086】更に具体的に、図1の乳癌検診システム1
0のハードウェア基本構成を説明する。
More specifically, the breast cancer screening system 1 shown in FIG.
The basic hardware configuration of “0” will be described.

【0087】本実施形態では、超音波式プローブ121
に交流磁界位置センサ131を取り付けて、超音波式プ
ローブ121をトラッキングしながら、超音波診断装置
20からのビデオ信号をA/D変換した後、PCI B
us(PeripheralComponent In
terconnect Bus)を経由して、同時にそ
のときの超音波式プローブ121の3次元位置(x0
0,z0)と向きのデータ(方位角ψ、仰角θ、横転角
Ф)を、RS232Cを経由して出力し、乳癌検診シス
テム10のメモリ(Frame Graber)やPC
のメモリに直接に転送するようなシステムを構築した。
In this embodiment, the ultrasonic probe 121
After the A / D conversion of the video signal from the ultrasonic diagnostic apparatus 20 while tracking the ultrasonic probe 121 by attaching the AC magnetic field position sensor 131 to the
us (PeripheralComponent In
terconnect Bus), and at the same time, the three-dimensional position (x 0 ,
y 0 , z 0 ) and orientation data (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф) are output via RS232C, and the memory (Frame Grabber) or PC of the breast cancer screening system 10 is output.
We built a system to transfer data directly to the memory.

【0088】ここで、小型(本実施形態では、外形寸法
=約2.8×2.2×1.5cm3)・軽量(17.0
Kg)の交流磁界位置センサ131を超音波式プローブ
121に取り付けることにより、熟練した検者が日常診
断のときと同じように乳房表面をマニュアル走査で走査
することができる。また、超音波画像(探針データ12
a=超音波断層画像データ121a)がPCIバスを経
由して直接にPCでアクセスできるメモリ(不図示)に
転送されるため、画像データ(超音波断層画像データ1
21a)の収集の高速化を図ることができる。
Here, a small size (in this embodiment, external dimensions = approximately 2.8 × 2.2 × 1.5 cm 3 ) and light weight (17.0
By attaching the Kg) AC magnetic field position sensor 131 to the ultrasonic probe 121, a skilled examiner can scan the breast surface by manual scanning in the same manner as in daily diagnosis. In addition, an ultrasonic image (tip data 12
a = ultrasonic tomographic image data 121a) is transferred to a memory (not shown) that can be directly accessed by a PC via a PCI bus.
21a) can be accelerated.

【0089】以下に、乳癌検診システム10のシステム
の具体的な構成を説明する。
Hereinafter, a specific configuration of the breast cancer screening system 10 will be described.

【0090】超音波診断装置20としては、例えば、ア
ロカ(Aloka)社製のSSD−2000(商品名)
を流用することができる。超音波式プローブ121は、
周波数7.5MHzの凹型電子走査方式を用いている。
凹型を用いた理由は、乳腺の形状をなるべく変えずに画
像を取得するためである。この超音波式プローブ121
を用いて、通常はdepth range=5cmの設
定で超音波画像を取得しており、各画素の大きさが0.
014×0.014cm2となる。また、プローブの先
端に交流磁界位置センサ131を取り付けており、超音
波式プローブ121の位置と向きを実時間でトラッキン
グすることができる。
As the ultrasonic diagnostic apparatus 20, for example, SSD-2000 (trade name) manufactured by Aloka Co., Ltd.
Can be diverted. The ultrasonic probe 121 is
A concave electronic scanning method with a frequency of 7.5 MHz is used.
The reason for using the concave shape is to acquire an image without changing the shape of the mammary gland as much as possible. This ultrasonic probe 121
, An ultrasonic image is usually acquired at a setting of depth range = 5 cm, and the size of each pixel is 0.
It becomes 014 × 0.014 cm 2 . Further, an AC magnetic field position sensor 131 is attached to the tip of the probe, so that the position and direction of the ultrasonic probe 121 can be tracked in real time.

【0091】また超音波式プローブ121には、交流磁
界位置センサ131(例えば、Polhemus社製
Fastrak tracking system(商
品名))が取り付けてあり、超音波式プローブ121の
位置と向き(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф(単位は[度
(又はrad)]))をトラッキングしながら検者が任
意に患部の超音波断層画像(探針データ12a)を取得
できるようになっている。
The ultrasonic probe 121 has an AC magnetic field position sensor 131 (for example, manufactured by Polhemus).
Fasttrak tracking system (trade name)) is attached, and the position and orientation (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф (unit is [degree (or rad))) of the ultrasonic probe 121 are detected and tracked. The user can arbitrarily acquire an ultrasonic tomographic image (probe data 12a) of the affected part.

【0092】プローブ・トラッキング・システム(Po
lhemus社製Fastraktracking s
ystem(商品名))。このシステムは、交流磁界位
置センサ131、トランスミッタ及びシステム電子制御
部の3つからなり、交流磁界位置センサ131が超音波
式プローブ121に取り付けられており、ベッドの直下
に配置したトランスミッタから発した交流磁界を検出
し、そして、システム電子制御部で交流磁界位置センサ
131のトランスミッタの配置に対する位置と向きのデ
ータが計算される。得られる位置データがRS232C
を経由して実時間で計算機に転送される。
A probe tracking system (Po)
Fastraktracking s manufactured by lhemus
system (product name)). This system is composed of an AC magnetic field position sensor 131, a transmitter, and a system electronic control unit. The AC magnetic field position sensor 131 is attached to the ultrasonic probe 121, and the AC generated from the transmitter arranged immediately below the bed. The magnetic field is detected, and the position and orientation data of the AC magnetic field position sensor 131 with respect to the transmitter arrangement are calculated by the system electronic control unit. The obtained position data is RS232C
And transferred to the computer in real time.

【0093】すなわち、交流磁界位置センサ131で超
音波式プローブ121の位置(x0,y0,z0)及び角
度(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф)を計測しながら、超
音波診断装置20で観測している超音波断層画像(探針
データ)データをPC(DEC社製Pentium(商
品名) 166MHz、RAM 192MB)のメモリ
(不図示)に直接取り込む。
That is, while the AC magnetic field position sensor 131 measures the position (x 0 , y 0 , z 0 ) and angle (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle で) of the ultrasonic probe 121, ultrasonic diagnosis is performed. Ultrasonic tomographic image (probe data) data observed by the device 20 is directly loaded into a memory (not shown) of a PC (Pentium (trade name) 166 MHz, RAM 192 MB, manufactured by DEC).

【0094】本実施形態では、画像の取り込みを、PC
I Bus Frame Grabber(Data
Translation社製、DT3155(商品
名))を用いて、転送速度15フレーム/秒で実行して
いる。PCI Frame Grabberは画像ボー
ドとしてPCのPCIバスに実装されており、画像ボー
ドが、外部のビデオ信号をA/D変換後PCIバスを経
由して実時間でPCのメモリ(DRAM)に取り込め
る。PCに取り込める画像の量はPCのメモリの容量に
依存しており、メモリが大きければ大きいほど多くの超
音波断層画像データ121aがPCに取り込める。
In the present embodiment, the image capture is performed by a PC
I Bus Frame Grabber (Data
The processing is performed at a transfer rate of 15 frames / sec using DT3155 (trade name, manufactured by Translation Corporation). The PCI Frame Grabber is mounted on a PCI bus of a PC as an image board, and the image board can take in an external video signal into a memory (DRAM) of the PC in real time via the PCI bus after A / D conversion. The amount of images that can be taken into the PC depends on the capacity of the memory of the PC, and the larger the memory, the more ultrasonic tomographic image data 121a can be taken into the PC.

【0095】PCとしては、具体的には、DEC社製P
C(CPU=Pentium166MHz、DRAM1
92MB、OS(Operating System)
=Windows95)を用いている。
As the PC, specifically, DEC P
C (CPU = Pentium166MHz, DRAM1
92MB, OS (Operating System)
= Windows 95).

【0096】これにより乳癌検診システム10では、超
音波式プローブ121の位置(x0,y0,z0)と姿勢
(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф)をトラッキングしなが
ら検者が任意に患部の断層画像を取得できるようになっ
ている。
Thus, in the breast cancer screening system 10, the examiner can arbitrarily track the position (x 0 , y 0 , z 0 ) and posture (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle の) of the ultrasonic probe 121. A tomographic image of the affected area can be acquired.

【0097】前述のFastrack トラッキング・
システムは、隔地にある物体の位置と向きとを交流磁界
を利用して計測するために用いられるものである。Fa
strack トラッキング・システムは、まずトラン
スミッタ(Transmitter)に設置される3つ
の定置コイルから磁界を発生させ、これらの磁界を3つ
のリモート・センシング用の受信コイルからなるセンサ
によって受信し、所定の計算アルゴリズムによりセンサ
のトランスミッタに相対する3次元的な位置(x0
0,z0)と姿勢(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф)を算
出する。
The above-mentioned Fasttrack tracking
The system is used to measure the position and orientation of an object at a remote place using an alternating magnetic field. Fa
The track tracking system first generates a magnetic field from three stationary coils installed in a transmitter (Transmitter), receives these magnetic fields by a sensor including three receiving coils for remote sensing, and uses a predetermined calculation algorithm. The three-dimensional position of the sensor relative to the transmitter (x 0 ,
y 0 , z 0 ) and posture (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф) are calculated.

【0098】従って、超音波式プローブ121に取り付
けた交流磁界位置センサ131は、超音波式プローブ1
21のカレント位置(スキャニング位置)の3次元座標
(x 0,y0,z0)及びその向きを角度(方位角ψ、仰
角θ、横転角Ф)で表した位置データ(x,y,z,
ψ,θ,φ)を実時間で測定して、RS232Cを用い
てPCに出力することができる。
Therefore, the ultrasonic probe 121
The digitized AC magnetic field position sensor 131 is an ultrasonic probe 1
3D coordinates of 21 current positions (scanning positions)
(X 0, Y0, Z0) And its orientation to an angle (azimuth ψ, elevation
Angle data (x, y, z,
ψ, θ, φ) are measured in real time and RS232C is used.
Output to a PC.

【0099】ここで、計測される座標は、交流磁界のト
ランスミッタ(不図示)を配置する向きによって決ま
る。超音波式プローブ121におけるトランスミッタの
参照座標系は、天地方向をZ方向、患部から検者に向か
う方向をX方向としている。
Here, the measured coordinates are determined by the direction in which the transmitter (not shown) of the AC magnetic field is arranged. In the reference coordinate system of the transmitter in the ultrasonic probe 121, the vertical direction is the Z direction, and the direction from the affected part toward the examiner is the X direction.

【0100】なお、超音波式プローブ121のトランス
ミッタは、患部のほぼ直下に配置されていることが望ま
しい。Fastrackトラッキング・システムの3次
元空間座標系については、図2を参照されたい。
It is desirable that the transmitter of the ultrasonic probe 121 is disposed almost immediately below the affected part. See FIG. 2 for the three-dimensional spatial coordinate system of the Fasttrack tracking system.

【0101】交流磁界位置センサ131で超音波式プロ
ーブ121位置及び向きの角度を計測しながら、超音波
診断装置20で観測している断層画像データをPC(D
EC社製Pentium 166MHz、192MB)
のメモリに直接取り込む。画像の取り込みはPCI B
us Frame Grabber(Data Tra
nslation社製 DT3155)を用いて、超音
波式プローブ121の位置(x0,y0,z0)と向きの
データ(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф)とともに実測転
送速度15フレーム/秒を実現した。
While measuring the position and the angle of the ultrasonic probe 121 with the AC magnetic field position sensor 131, the tomographic image data observed by the ultrasonic diagnostic apparatus 20 is converted to PC (D
(Pentium 166MHz, 192MB manufactured by EC)
Directly into memory. Image capture is PCI B
us Frame Grabber (Data Tra
DT3155 manufactured by nslation Co., Ltd.) and the actual transfer rate 15 frames / sec together with the position (x 0 , y 0 , z 0 ) and orientation data (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф) of the ultrasonic probe 121. Was realized.

【0102】次に、ボクセル・データ16aの作成プロ
セスを説明する。
Next, the process of creating the voxel data 16a will be described.

【0103】図3は、図1の乳癌検診システムで実行さ
れる3次元画像取得処理の一実施形態を説明するフロー
チャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining one embodiment of the three-dimensional image acquisition processing executed by the breast cancer screening system of FIG.

【0104】図3に示す本発明の3次元画像取得処理
(ボクセル・データ16aの作製プロセス)は、探針工
程(ステップS1)、3次元位置探知工程(ステップS
2)、3次元座標変換工程(ステップS3)、3次元ボ
クセル・データ発生工程(ステップS4)で構成されて
いる。
The three-dimensional image acquiring process (the process of producing the voxel data 16a) of the present invention shown in FIG. 3 includes a probe step (step S1) and a three-dimensional position detecting step (step S1).
2) It comprises a three-dimensional coordinate conversion step (step S3) and a three-dimensional voxel data generation step (step S4).

【0105】本PCにおいて、乳腺腫瘍の領域の抽出は
3次元的な処理によって行われるため、腫瘍部位に関す
る等法的なボクセル・データ16aの画像データが必要
とされる。そのため、まず取得した断層画像群に対して
3次元座標変換を行い、そして線形補間によってボクセ
ル・データ16aに変換する。
In the present PC, since the extraction of the mammary gland tumor region is performed by three-dimensional processing, image data of the voxel data 16a which is equivalent to the tumor site is required. Therefore, the acquired tomographic image group is first subjected to three-dimensional coordinate conversion, and then converted to voxel data 16a by linear interpolation.

【0106】今、交流磁界位置センサ131のトランス
ミッタ(超音波式プローブ121)に相対する位置(X
軸方向、Y軸方向並びにZ軸方向)、交流磁界を利用し
た交流磁界位置センサ131のトランスミッタ(前記プ
ローブ)に相対する向き(方位角(Azimuth)
ψ、仰角(Elevation)θ、横転角(Rol
l)Ф)とする(ステップS1、ステップS2)。取得
された超音波断層画像(超音波断層画像データ121a
(探針データ12a))の座標(x,y,0)を行列
P、3次元変換後の座標(x’,y’,z’)を行列
Q、超音波式プローブ121のカレント座標位置と向き
を示すプローブ座標データ13aの座標(x0,y0,z
0,ψ,θ,Ф)における(x0,y0,z0)を行列Rと
したとき、変換行列T[aij]を用いた行列演算(行列
の積演算)を行って、取得された超音波断層画像(超音
波断層画像データ121a(探針データ12a))の座
標(x,y,0)から3次元変換後の座標(x’,
y’,z’)を求めている(ステップS3)。
Now, the position (X) of the AC magnetic field position sensor 131 facing the transmitter (ultrasonic probe 121).
Axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction), the direction (azimuth (Azimuth)) of the AC magnetic field position sensor 131 using the AC magnetic field relative to the transmitter (the probe).
ψ, elevation angle (Elevation) θ, rollover angle (Rol)
l) Ф) (Step S1, Step S2). The acquired ultrasonic tomographic image (the ultrasonic tomographic image data 121a
The coordinates (x, y, 0) of (probe data 12a) are represented by matrix P, the coordinates (x ', y', z ') after three-dimensional conversion are represented by matrix Q, the current coordinate position of the ultrasonic probe 121, and The coordinates (x 0 , y 0 , z) of the probe coordinate data 13a indicating the direction
When (x 0 , y 0 , z 0 ) in ( 0 , ψ, θ, Ф) is defined as a matrix R, a matrix operation (matrix product operation) using a transformation matrix T [a ij ] is performed to obtain the matrix R. (X, y, 0) from the coordinates (x, y, 0) of the obtained ultrasonic tomographic image (ultrasonic tomographic image data 121a (probe data 12a)).
y ′, z ′) are obtained (step S3).

【0107】すなわち、 Qt=TPt+Rt で与えられる。ここで、行列Qt,Pt,Rtの各々は、
行列Q,P,Rの各々に対する転置行列を意味してい
る。
That is, it is given by Q t = TP t + R t . Here, each of the matrices Q t , P t , and R t is
It means a transposed matrix for each of the matrices Q, P, and R.

【0108】ここで、変換行列T[aij]は、 a11=cos(ψ)・cos(θ), a12=cos(ψ)・sin(θ)・sin(Ф)−sin(ψ)・cos( Ф), a13=cos(ψ)・sin(θ)・cos(Ф)+sin(ψ)・sin( Ф), a21=sin(ψ)・cos(θ), a22=cos(ψ)・cos(Ф)+sin(ψ)・sin(θ)・sin( Ф), a23=sin(ψ)・sin(θ)・cos(Ф)−cos(ψ)・sin( Ф), a31=−sin(θ), a32=cos(θ)・sin(Ф), a33=cos(θ)・cos(Ф)…式(1−10)〜式(1−18) で与えられる。このようにして取得された超音波画像に
ついて、超音波式プローブ121の位置(x0,y0,z
0)と向きのデータ(方位角ψ、仰角θ、横転角Ф)を
利用した3次元座標変換を行うことによって、ボクセル
・データ16aを取得している(ステップS4)。
Here, the transformation matrix T [a ij ] is expressed as follows: a 11 = cos (ψ) · cos (θ), a 12 = cos (ψ) · sin (θ) · sin (Ф) −sin (ψ) · Cos (Ф), a 13 = cos (ψ) · sin (θ) · cos (Ф) + sin (ψ) · sin (Ф), a 21 = sin (ψ) · cos (θ), a 22 = cos (Ψ) · cos (Ф) + sin (ψ) · sin (θ) · sin (Ф), a 23 = sin (ψ) · sin (θ) · cos (Ф) −cos (ψ) · sin (Ф) , A 31 = −sin (θ), a 32 = cos (θ) · sin (Ф), a 33 = cos (θ) · cos (Ф) ... Equations (1-10) to (1-18) Given. With respect to the ultrasonic image acquired in this manner, the position (x 0 , y 0 , z
0 ) and the direction data (azimuth angle ψ, elevation angle θ, rollover angle Ф) to obtain voxel data 16a (step S4).

【0109】ところで、超音波式プローブ121の走査
方法によっては、取得されたボクセル・データ16aの
中にその輝度値が与えられていないボクセル・データ1
6aが存在したり、また同一のボクセル・データ16a
について2つ以上の異なる輝度値が対応する場合があ
る。
By the way, depending on the scanning method of the ultrasonic probe 121, the acquired voxel data 16a has voxel data 1 for which the luminance value is not given.
6a exists or has the same voxel data 16a
May correspond to two or more different luminance values.

【0110】そこで本実施形態では、特に、輝度値が与
えられていないボクセル・データ16aが存在した場
合、画像の輝度補間(Image Brightnes
s Interpolation)を用いてそのボクセ
ル・データ16aの輝度値を求めることにしている。
Therefore, in the present embodiment, in particular, when there is voxel data 16a to which no luminance value is given, luminance interpolation (Image Brightness) of the image is performed.
s Interpolation) is used to determine the luminance value of the voxel data 16a.

【0111】また同一のボクセル・データ16aについ
て2つ以上の異なる輝度値が対応する場合には、これら
の輝度値の平均輝度値をもって、そのボクセル・データ
16aを代表する輝度値としている。
When two or more different luminance values correspond to the same voxel data 16a, the average luminance value of these luminance values is used as a representative luminance value of the voxel data 16a.

【0112】次に、画像補間の一実施形態を説明する。Next, an embodiment of image interpolation will be described.

【0113】本実施形態では、線形補間法(線形内挿法
LIの一形態)を3次元空間処理に拡張してボクセル・
データ16aの補間を行っている。
In the present embodiment, the linear interpolation method (one form of the linear interpolation method LI) is extended to three-dimensional spatial processing, and voxel
The data 16a is interpolated.

【0114】すなわち、本PCにおいては、等方的なボ
クセル・データ16aの画像データが必要となるため、
取得した超音波断層画像(探針データ)を3次元座標変
換後に線形補間によってボクセル・データ16aに変換
している。
That is, in this PC, image data of isotropic voxel data 16a is required.
The acquired ultrasonic tomographic image (probe data) is converted into voxel data 16a by linear interpolation after three-dimensional coordinate conversion.

【0115】具体的には、まず、内挿したいボクセル・
データ16aを中心に、X軸方向、Y軸方向並びにZ軸
方向の3つの方向において、それぞれ最近傍とする輝度
値をもつ6つのボクセル・データ16aを求めて線形補
間処理を行っている。この線形補間処理は、処理速度が
高速であるとともに、腫瘍画像のグレイ・スケールの滑
らか性が保てるといった利点がある。
Specifically, first, the voxel to be interpolated
With respect to the data 16a, linear interpolation processing is performed by obtaining six voxel data 16a having luminance values that are the nearest neighbors in three directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. This linear interpolation processing has advantages that the processing speed is high and the gray scale of the tumor image can be kept smooth.

【0116】以上説明したように、乳癌検診システム1
0の前処理である3次元画像取得処理によれば、超音波
式プローブ121には3次元位置センサが取り付けられ
ているので、スキャニング中の超音波式プローブ121
の空間的な位置や姿勢を測定すれば、被測定物体30の
探針動作に同期させたプローブ座標データ13aを生成
できる。また、超音波式プローブ121を用いて被測定
物体30の表面をスキャニングしながら被測定物体30
を探針して探針データ12aを生成する際に、PCは、
この探針データ12aの収集と同期してプローブ座標デ
ータ13aを収集する。続いてPCが、探針データ12
a及び探針データ12aと同期したプローブ座標データ
13aを用いて3次元画像データ15aを生成する。続
いてPCが、3次元画像データ15aに線形画像補間を
行って、等方的なボクセル・データ16aに変換する一
方で、同一のボクセルについて2つ以上の異なる値が対
応する場合はこれらの平均値をもってボクセルのボクセ
ル・データ16aとしている。すなわち、超音波式プロ
ーブ121に取り付けた交流磁界位置センサ131によ
って計測された位置データ(超音波式プローブ121の
座標データ)を用いて、超音波式プローブ121を任意
に走査して得られた一連の探針データ12aをボクセル
・データ16aに変換できるようになる。
As described above, the breast cancer screening system 1
According to the three-dimensional image acquisition processing which is the pre-processing of 0, since the three-dimensional position sensor is attached to the ultrasonic probe 121, the ultrasonic probe 121 during scanning is
Is measured, the probe coordinate data 13a synchronized with the probe operation of the measured object 30 can be generated. Further, while scanning the surface of the measured object 30 using the ultrasonic probe 121, the measured object 30
When the probe is generated to generate the probe data 12a, the PC
The probe coordinate data 13a is collected in synchronization with the collection of the probe data 12a. Subsequently, the PC reads the probe data 12
The three-dimensional image data 15a is generated using the probe coordinate data 13a synchronized with the probe data 12a. Subsequently, the PC performs linear image interpolation on the three-dimensional image data 15a to convert it into isotropic voxel data 16a, while averaging the two if two or more different values correspond to the same voxel. The value is used as voxel data 16a of the voxel. In other words, a series of scans obtained by arbitrarily scanning the ultrasonic probe 121 using position data (coordinate data of the ultrasonic probe 121) measured by the AC magnetic field position sensor 131 attached to the ultrasonic probe 121. Can be converted into the voxel data 16a.

【0117】このようなPCは、非常に柔軟でデリケー
トな組織構造を有する乳腺301のような被測定物体3
0を探針してボクセル・データ16aを作成するような
アプリケーションに適している。すなわち、従来の熟練
した検者が乳腺301の表面を手動で走査して超音波式
プローブ121の位置や向きを微妙に調節して探針デー
タ12aを収集していたマニュアル走査(スキャニン
グ)作業や、超音波式プローブ121をメカニカルに走
査するメカニカル走査(スキャニング)作業に代えて、
超音波式プローブ121に取り付けられた交流磁界位置
センサ131がスキャニング中の超音波式プローブ12
1の空間的な位置や姿勢を測定し、乳腺301(被測定
物体30)の探針動作に同期させたプローブ座標データ
13aを生成し、PCが、この探針データ12aの収集
(スキャニング)と同期してプローブ座標データ13a
を収集することで、探針データ12aと同時に超音波式
プローブ121の位置データ(超音波式プローブ121
の座標データ)を取得し、取得された探針データ12a
を、位置データとして利用して、従来のマニュアル走査
やメカニカル走査と同様にアーチファクトの少なくかつ
再現性の高い3次元のボクセル・データ16aに変換で
きるようになる。
[0117] Such a PC can be used to measure an object 3 to be measured such as a mammary gland 301 having a very flexible and delicate tissue structure.
It is suitable for an application such as creating the voxel data 16a by probing 0. That is, a conventional skilled examiner manually scans the surface of the mammary gland 301 and finely adjusts the position and orientation of the ultrasonic probe 121 to collect the probe data 12a. Instead of the mechanical scanning (scanning) operation of mechanically scanning the ultrasonic probe 121,
The ultrasonic probe 12 is being scanned by an AC magnetic field position sensor 131 attached to the ultrasonic probe 121.
1 to generate probe coordinate data 13a synchronized with the probe operation of the mammary gland 301 (measured object 30), and the PC collects (scans) the probe data 12a. Synchronized probe coordinate data 13a
Is collected, the position data of the ultrasonic probe 121 (the ultrasonic probe 121
Coordinate data) and the acquired probe data 12a
Can be converted to three-dimensional voxel data 16a with less artifacts and high reproducibility as in conventional manual scanning and mechanical scanning by using the data as position data.

【0118】[腫瘍抽出処理]次に、図面に基づき、乳
癌検診システム10の後処理である腫瘍抽出処理(乳腺
腫瘍の自動抽出アルゴリズム)の一実施形態を説明す
る。
[Tumor Extraction Process] Next, an embodiment of a tumor extraction process (automatic breast tumor extraction algorithm) which is a post-process of the breast cancer screening system 10 will be described with reference to the drawings.

【0119】以下の説明では、ファジイ推論を用いた3
次元ボクセル・データ16aからの腫瘍(特に、乳腺腫
瘍)の自動抽出アルゴリズムについて述べる。まず、良
好な乳腺腫瘍の領域を安定に自動抽出するために、3次
元LoG(Laplaceof Gaussian)フ
ィルタを用いたメンバシップ関数の自動作成処理につい
て述べる。次に、ファジイ推論並びに弛緩法を用いた、
各ボクセルを”腫瘍”,”正常組織”及び両者の”境
界”という3つのクラスへの分類、腫瘍の3次元領域の
決定について述べる。
In the following description, 3 using fuzzy inference is described.
An algorithm for automatically extracting a tumor (particularly, a breast tumor) from the dimensional voxel data 16a will be described. First, a process of automatically creating a membership function using a three-dimensional LoG (Laplaceof Gaussian) filter in order to stably and automatically extract a good breast tumor region will be described. Next, using fuzzy inference and relaxation method,
Classification of each voxel into three classes, "tumor", "normal tissue" and "boundary" between them, and determination of a three-dimensional region of the tumor will be described.

【0120】乳癌の診断には、視・触診や穿刺吸引細胞
診などの他に、X線Mammographyや超音波検
査などの画像診断がよく利用されている。悪性腫瘍
(癌)の特徴は、良性と比較すると凹凸を伴う複雑な輪
郭を有していることである。画像診断ではこのような幾
何学的特徴がよく利用される。X線Mammograp
hyはX線の乳腺301に対する透過像であり、比較的
高い分解能が得られることから、画像処理による腫瘍の
抽出並びに評価方法がいくつか提案されている。
For the diagnosis of breast cancer, image diagnosis such as X-ray mammography and ultrasonic examination is often used in addition to visual and palpation and fine needle aspiration cytology. A feature of malignant tumors (cancer) is that they have a complex contour with irregularities as compared to benign. Such geometric features are often used in diagnostic imaging. X-ray Mammogram
hy is an X-ray transmission image to the mammary gland 301, and a relatively high resolution can be obtained. Therefore, several methods for extracting and evaluating a tumor by image processing have been proposed.

【0121】一方、超音波検査による乳腺腫瘍の診断
は、超音波式プローブ121を乳房表面に接触させるだ
けで、容易に実時間で乳腺301の内部を観察できるこ
と、被検者に対する苦痛が少ないこと、そして、被曝の
心配がなく安全であること、dense breast
の場合でも腫瘍の抽出が可能であることなどから、日常
の診断に不可欠なものになっている。乳腺301の超音
波検査は、検者が乳腺301の内部をくまなく走査して
断層画像を観察することによって、腫瘍の発見、悪性腫
瘍(癌)の鑑別を行っている。超音波断層像で表示され
る乳腺腫瘍の特徴は、良性及び悪性ともに正常組織と比
較して、そのエコー・レベル、すなわち画像の輝度の輝
度が低いことである。このことは、画像の輝度レベルの
差を利用して両者を判別することが難しいことを意味す
る。そこで、断層画像における腫瘍輪郭線の幾何学的形
状の不整が利用されるが、断層画像だけでは悪性腫瘍
(癌)の幾何学的特徴を把握しにくい場合がある。この
ような場合では、腫瘍の表面形状を3次元的に表示すれ
ば、幾何学的な表面形状を容易に観察することができる
ため、より精度の高い診断が可能となると予想される。
On the other hand, the diagnosis of breast tumor by ultrasonic examination is that the inside of the breast gland 301 can be easily observed in real time simply by bringing the ultrasonic probe 121 into contact with the surface of the breast, and that there is little pain to the subject. , And that there is no need to worry about exposure and that it is safe
In such cases, tumors can be extracted, and so are essential for daily diagnosis. In the ultrasonic examination of the mammary gland 301, an examiner scans the inside of the mammary gland 301 and observes a tomographic image to find a tumor and distinguish a malignant tumor (cancer). The feature of the breast tumor displayed on the ultrasound tomographic image is that the echo level, that is, the brightness of the image is lower in both benign and malignant tissues than in normal tissue. This means that it is difficult to distinguish between the two using the difference in the luminance level of the image. Therefore, the irregular shape of the tumor contour in the tomographic image is used, but it may be difficult to grasp the geometrical characteristics of the malignant tumor (cancer) only with the tomographic image. In such a case, if the surface shape of the tumor is displayed three-dimensionally, the geometric surface shape can be easily observed, so that it is expected that more accurate diagnosis will be possible.

【0122】腫瘍の表面形状を3次元的に表示並びに評
価するためには、取得した複数枚の超音波断層画像群か
ら腫瘍の領域を抽出することが重要である。ところが、
乳腺301の超音波像では、スペックル・ノイズや音響
陰影などのアーチファクト、境界部の欠落、筋層など腫
瘍以外の低輝度の領域が存在するため、2値化や微分オ
ペレータなどの従来の画像処理法では実現できない。
In order to three-dimensionally display and evaluate the surface shape of a tumor, it is important to extract a tumor region from a plurality of acquired ultrasonic tomographic image groups. However,
In the ultrasound image of the mammary gland 301, there are artifacts such as speckle noise and acoustic shading, lack of boundaries, and low-luminance areas other than tumors such as muscle layers, so that conventional images such as binarization and differentiation operators are used. It cannot be realized by the processing method.

【0123】このような技術背景のもとで、本実施形態
の腫瘍抽出処理における腫瘍の抽出処理はすべて3次元
空間上で行われており、注目ボクセル近傍の参照ボクセ
ル領域から求めた画像の輝度平均値などの統計量が2次
元の参照領域からのものより信頼性が高いため、より良
好な腫瘍の抽出が期待できる。
Under such technical background, all the tumor extraction processing in the tumor extraction processing of the present embodiment is performed in a three-dimensional space, and the luminance of the image obtained from the reference voxel area near the voxel of interest. Since the statistic such as the average value is more reliable than that from the two-dimensional reference area, better extraction of the tumor can be expected.

【0124】乳癌検診システムの前処理である3次元画
像取得処理に続いて実行される本実施形態の腫瘍抽出処
理では、乳腺腫瘍に対する有効性を確認するために、周
波数7.5MHzの凹型電子スキャン方式の超音波診断
装置を用いて乳腺腫瘍の抽出を行った。悪性腫瘍(癌)
と良性腫瘍(線維腺腫)の症例に対して適用した結果
は、医師がトレースした輪郭と一致しており、本実施形
態の腫瘍抽出処理の有効性を示唆するものであった。ま
た、抽出された腫瘍をサーフェス・レンダリングによっ
て3次元表示したところ、表面形状の違いを観察するこ
とができた。
In the tumor extraction processing according to the present embodiment, which is executed following the three-dimensional image acquisition processing which is the preprocessing of the breast cancer screening system, a concave electronic scan having a frequency of 7.5 MHz is performed in order to confirm the effectiveness of the breast cancer screening system. Breast tumors were extracted using an ultrasonic diagnostic apparatus of the system. Malignant tumor (cancer)
The results applied to the cases of and benign tumors (fibroadenoma) were consistent with the contours traced by the doctor, suggesting the effectiveness of the tumor extraction processing of the present embodiment. Further, when the extracted tumor was three-dimensionally displayed by surface rendering, a difference in surface shape could be observed.

【0125】超音波画像における乳腺腫瘍の領域は、正
常組織と比較して輝度が低いため、輝度値の高低によっ
て腫瘍の抽出を行う。しかし、超音波像については、音
響陰影などの顕著なアーチファクト、筋層などの比較的
低輝度の領域などが存在するため、単純な2値化では腫
瘍の抽出を行うことは難しい。
Since the area of the mammary gland tumor in the ultrasonic image has a lower luminance than that of the normal tissue, the tumor is extracted based on the level of the luminance value. However, since an ultrasonic image has remarkable artifacts such as acoustic shadows and relatively low-luminance regions such as muscle layers, it is difficult to extract a tumor by simple binarization.

【0126】本実施形態の腫瘍抽出処理は、ファジイ推
論(Fuzzy Reasoning)の考え方を用い
て、3次元ボクセル・データ16a、すなわちすべての
ボクセル・データに対して、まず”腫瘍”,”正常組
織”、及びそれらの”境界”という3つのクラスに属す
る”らしさ”を求め、そしてそこから、3次元空間上の
矛盾を徐々に解決しながら、最終的に腫瘍の領域を決定
するというものである。
In the tumor extraction processing of this embodiment, the “tumor” and “normal tissue” are first applied to the three-dimensional voxel data 16a, ie, all voxel data, using the concept of fuzzy reasoning. , And their "boundaries", to determine the "likeness" of the three classes, and from there, gradually determine the area of the tumor, while gradually resolving the contradictions in the three-dimensional space.

【0127】このアルゴリズムは、図4のように大きく
分けて2段階の処理(第1段階と第2段階)よりなる。
まず、第1段階は、特徴量演算、メンバシップ関数自動
生成工程を中心とする論理構成になっており、3次元L
oG(Laplace ofGaussian)フィル
タの出力からファジイ推論に利用するメンバシップ関数
{μt,μn,μb}(Membership Func
tion)の自動作成を行う。第1段階に続く第2段階
は、ファジイ推論工程、デファジイ工程を中心とする論
理構成になっており、求められたメンバシップ関数{μ
t,μn,μb}を用いてファジイ・ルール(Fuzzy
Rule)並びに弛緩法(Relaxation M
ethod)に基づくデファジイ(Defuzzif
y)処理による腫瘍領域の決定を行う。
This algorithm is roughly divided into two stages (a first stage and a second stage) as shown in FIG.
First, the first stage has a logical configuration centered on a feature value calculation and a membership function automatic generation process.
A membership function {μ t , μ n , μ b } (Membership Func) used for fuzzy inference from the output of an oG (Laplace of Gaussian) filter
) is automatically created. The second stage following the first stage has a logical configuration centered on the fuzzy inference process and the defuzzy process, and the obtained membership function {μ
t, μ n, by using the μ b} fuzzy rules (Fuzzy
Rule) and relaxation method (Relaxation M)
Defuzzif (Defuzzif)
y) The tumor area is determined by the processing.

【0128】これらの処理は、乳癌検診システム10を
構成するPCなどのCPUで実行可能なプログラムコー
ドで記述されている。本実施形態では、超音波画像とし
て3次元のボクセル・データ16aを用いている。
These processes are described in a program code executable by a CPU such as a PC constituting the breast cancer screening system 10. In the present embodiment, three-dimensional voxel data 16a is used as an ultrasonic image.

【0129】次に、本実施形態で用いる特徴量の定義を
述べる。
Next, the definition of the feature value used in this embodiment will be described.

【0130】乳腺301の腫瘍抽出処理を簡素化するた
めに、乳腺腫瘍の超音波画像を3つのタイプの領域にク
ラス分けする。すなわち、輝度の低い”腫瘍”(tum
or)、輝度の高い”正常組織”(normal ti
ssue)、そして両者の”境界”(boundar
y)である。乳腺腫瘍は良悪性ともに正常組織と比較し
て輝度が低い、またその周囲の正常組織によって囲まれ
ている。
In order to simplify the process of extracting the tumor of the mammary gland 301, the ultrasonic images of the mammary gland tumor are classified into three types of regions. That is, a “tumor” (tum) with low brightness
or), “normal tissue” (normal ti) with high brightness
ssue), and the "boundary" of both
y). Breast tumors, both benign and malignant, have lower brightness than normal tissues and are surrounded by surrounding normal tissues.

【0131】日常の診断において、まずこのような特徴
を利用して”腫瘍”の領域を抽出し、そして良性の平滑
・整である輪郭に対して悪性の凹凸・不整であるような
形状的な特徴を用いて良悪性の鑑別を行っている。
In daily diagnosis, first, a "tumor" region is extracted by using such features, and a shape such as a malignant unevenness / irregularity is determined from a benign smooth / regular outline. It distinguishes benign and malignant by using features.

【0132】しかし、乳腺301の超音波像は、超音波
像固有のスペックル・ノイズ境界部の欠落や画質劣化の
問題点の他に、画像の輝度平均などの統計量が被検者の
皮下脂肪の厚さや周囲の組織の状態などによって変化す
るため、2値化や微分オペレータなどの従来の画像処理
上では腫瘍領域の自動抽出を行うのは難しい。医師によ
る腫瘍の境界の判断では、腫瘍内部エコー分布の均一性
や境界エコーの強さなどが考慮されている。
However, the ultrasonic image of the mammary gland 301 has a statistical value such as an average luminance of the image under the skin of the subject, in addition to the problem of the lack of speckle / noise boundaries and the deterioration of image quality inherent to the ultrasonic image. Since it changes depending on the thickness of fat, the state of surrounding tissues, and the like, it is difficult to automatically extract a tumor region on conventional image processing such as binarization or a differentiation operator. The doctor's judgment of the tumor boundary takes into account the uniformity of the echo distribution inside the tumor and the intensity of the boundary echo.

【0133】腫瘍の超音波像について、”腫瘍”は”正
常組織”より輝度が低い、またその輝度の分布も小さ
い。”境界”における輝度の重心が”境界”を境に”正
常組織”の方に大きく偏っており、また、”正常組織”
の輝度重心がほぼ参照領域の幾何学的な中心と一致す
る。本実施形態では、これらの表現を、次の3つの統計
量{u,d,v}によって定量化する。いずれも同一の
大きさの参照ボクセル・ボリューム(gx,gy,gz)
について求める。
With respect to the ultrasonic image of the tumor, the “tumor” has lower luminance than the “normal tissue”, and the distribution of the luminance is small. The luminance center of gravity at the “boundary” is largely biased toward the “normal tissue” after the “boundary”, and the “normal tissue”
Of the reference area substantially coincides with the geometric center of the reference area. In the present embodiment, these expressions are quantified by the following three statistics {u, d, v}. Reference voxel volumes of the same size (gx, gy, gz)
Ask about.

【0134】以下に、本実施形態の腫瘍抽出処理の各処
理を詳述する。
Hereinafter, each processing of the tumor extraction processing of the present embodiment will be described in detail.

【0135】第1段階における特徴量演算は、3次元の
ボクセルの各々に対して、3次元ボクセル・データ16
a上における腫瘍の領域と周囲正常組織及び両者の境界
に関する所定の統計量の分布をファジイ推論に利用する
メンバシップ関数{μt,μn,μb}の[0,1]区分
の確率分布として表現する処理である。
The feature value calculation in the first stage is performed for each of the three-dimensional voxels with the three-dimensional voxel data 16.
Probability distribution of [0,1] section of membership function {μ t , μ n , μ b } using distribution of predetermined statistics related to tumor region and surrounding normal tissue and boundary between them on f . Is a process expressed as

【0136】ここで、特徴量演算で用いられる所定の統
計量は、各ボクセルに対する輝度平均値u、各ボクセル
に対する輝度の重心(gx,gy,gz)、幾何学的な中
心の距離d、各ボクセルに対する輝度分散vの4つのパ
ラメータを含んでいる。
Here, the predetermined statistic used in the feature value calculation is a luminance average value u for each voxel, a luminance centroid (g x , g y , g z ) for each voxel, and a distance between geometric centers. d, four parameters of luminance variance v for each voxel.

【0137】輝度平均値uは、 輝度平均値u={ΣΣΣf(i,j,k)}/N3 …式(2−1) で定義されている。The average luminance value u is defined by the following equation: Average luminance value u = {f (i, j, k)} / N 3 .

【0138】ただし、i,j,k=0,1,2,…,N
−1(N:自然数)であり、f(i,j,k)はボクセ
ル(i,j,k)における輝度値を表し、Nは参照ボク
セル・ボリューム(gx,gy,gz)の大きさ、Σは総
和演算を意味する。
Where i, j, k = 0, 1, 2,..., N
-1 (N: natural number), f (i, j, k) represents a luminance value in the voxel (i, j, k), N represents the size of the reference voxel volume (gx, gy, gz), Σ means sum operation.

【0139】すなわち、輝度平均値uが”腫瘍”領域で
は小さく、”正常組織”の領域では大きく、また、”境
界”領域ではその中間の値をとると考えられることか
ら、第1段階における特徴量演算で用いられる所定の統
計量を、各ボクセルに対する輝度平均値uを式(2−
1)で定義している。その結果、2値化や微分オペレー
タなどの従来の画像処理上では腫瘍領域の自動抽出を行
うのは難しいような、輝度の低い”腫瘍”(tumo
r、以下添字はt)、輝度の高い”正常組織”(nor
mal tissue、以下添字はn)、そして両者
の”境界”(boundary、以下添字はb)を識別
できるようになる。
That is, it is considered that the average luminance value u is small in the “tumor” region, large in the “normal tissue” region, and takes an intermediate value in the “boundary” region. The predetermined statistic used in the quantity calculation is calculated by calculating the average luminance value u for each voxel by the formula (2-
Defined in 1). As a result, it is difficult to automatically extract a tumor region on conventional image processing such as binarization and a differential operator, so that "tumor" (tumo) having low luminance is difficult.
r, the following suffix is t), “normal tissue” (nor
mal tissue, the following suffix is n), and the "boundary" (boundary, hereinafter the suffix b) of both can be identified.

【0140】各ボクセルに対する輝度の重心(gx
y,gz)は、 gx={ΣΣΣ{f(i,j,k)・(i+1)}}/ {ΣΣΣf(i,j,k)}, gy={ΣΣΣ{f(i,j,k)・(j+1)}}/ {ΣΣΣf(i,j,k)}, gz={ΣΣΣ{f(i,j,k)・(k+1)}}/ {ΣΣΣf(i,j,k)} …式(2−2)〜式(2−4) で与えられる。
The luminance centroid (g x ,
g y , g z ) is g x = {f (i, j, k) · (i + 1)} / {f (i, j, k)}, g y = {f (i, j, k) ・ (j + 1)}} / {f (i, j, k)}, g z = {f (i, j, k) ・ (k + 1)} / {ΣΣΣf (i, j, k)}... are given by equations (2-2) to (2-4).

【0141】各ボクセルに対する輝度の重心と幾何学的
な中心の距離dは、 d={(gx−cx2+(gy−cy2+(gz−cz21/2 …式(2−5) で与えられる。
[0141] The distance d between the center of gravity and geometric center of the luminance for each voxel, d = {(g x -c x) 2 + (g y -c y) 2 + (g z -c z) 2} 1/2 is given by equation (2-5).

【0142】ただし、i,j,k=0,1,2,…,N
−1であり、f(i,j,k)はボクセル(i,j,
k)における輝度値を表し、N(自然数)は参照ボクセ
ル・ボリュームの大きさを意味する。
Where i, j, k = 0, 1, 2,..., N
And f (i, j, k) is the voxel (i, j,
k), and N (natural number) means the size of the reference voxel volume.

【0143】すなわち、輝度の重心と幾何学的な中心の
輝度の重心と幾何学的な中心の距離dの値が、”正常組
織”の領域では輝度の重心と参照ボリュームの幾何学的
な中心がほぼ一致するため小さくなると考えられ、”境
界”の領域では境界面を境に輝度が一方に偏っているこ
とにより大きな値になると考えられ、注目画素は”境
界”であれば距離が大きく、逆に”正常組織”であれば
距離が小さい値となることから、式(2−2)〜式(2
−4)、及び式(2−5)を適用し、第1段階における
特徴量演算に用いられる所定の統計量を、少なくとも、
各ボクセルに対する輝度の重心と幾何学的な中心の距離
dとに基づいて決定している。
That is, the value of the distance d between the center of gravity of the luminance and the geometric center of the geometric center and the center of the geometric center is equal to or smaller than the center of the luminance and the geometric center of the reference volume in the region of “normal tissue”. Are almost equal to each other, it is considered to be small. In the area of the “boundary”, the luminance is considered to be large due to the one-sided luminance at the boundary surface. If the target pixel is the “boundary”, the distance is large. On the contrary, if the distance is “normal tissue”, the distance becomes a small value.
-4) and Equation (2-5), and the predetermined statistic used in the feature calculation in the first stage is at least:
It is determined based on the center of gravity of the luminance for each voxel and the distance d of the geometric center.

【0144】各ボクセルに対する輝度分散vは、 v={ΣΣΣ{f(i,j,k)−u}2}/N3 …式(2−6) ただし、i,j,k=0,1,2,…,N−1であり、
f(i,j,k)はボクセル(i,j,k)における輝
度値を表し、N(自然数)は参照ボクセル・ボリューム
(gx,gy,gz)の大きさ で与えられる。
The luminance variance v for each voxel is as follows: v = {f (i, j, k) -u} 2 } / N 3 (2-6) where i, j, k = 0,1 , 2, ..., N-1;
f (i, j, k) represents the luminance value at the voxel (i, j, k), and N (natural number) is given by the size of the reference voxel volume (gx, gy, gz).

【0145】ここで、輝度の分布が、”腫瘍”の領域で
は小さく、”正常組織”と”境界”では大きな値になる
ことを考慮して、第1段階における特徴量演算に用いら
れる所定の統計量には、各ボクセルに対する輝度分散v
が含まれていることに注目して式(2−6)を適用して
いる。
Here, considering that the luminance distribution is small in the “tumor” region and large in the “normal tissue” and “boundary”, the predetermined distribution used in the feature value calculation in the first stage is considered. The statistics include the luminance variance v for each voxel
Expression (2-6) is applied by paying attention to the fact that

【0146】輝度平均uは、”腫瘍”領域では小さ
く、”正常組織”の領域では大きいと考えられる。ま
た、”境界”領域ではその中間の値をとると考えられ
る。
The luminance average u is considered to be small in the “tumor” region and large in the “normal tissue” region. In the "boundary" area, it is considered to take an intermediate value.

【0147】一方、輝度の重心と幾何学的な中心の輝度
の重心と幾何学的な中心の距離dの値は、”正常組織”
の領域では輝度の重心と参照ボリュームの幾何学的な中
心がほぼ一致するため小さくなると思われるが、”境
界”の領域では境界面を境に輝度が一方に偏っているこ
とにより大きな値になると考えられる。なお、”腫瘍”
の領域では輝度の低い部分と輝度のやや高い雑音的な部
分が混在することがあるので、dの値は”正常組織”の
d値とオーバーラップする部分があるが、”境界”のd
値より小さい傾向がある。
On the other hand, the value of the distance d between the luminance center and the geometric center of the luminance center and the geometric center is “normal tissue”.
In the area of, the center of gravity of the luminance and the geometric center of the reference volume are almost the same, so it is thought to be small. However, in the area of “boundary”, the luminance is biased to one side with the boundary surface as a large value. Conceivable. In addition, "tumor"
In the area of, a low-luminance part and a slightly high-noise part may be mixed, so the value of d has a part that overlaps with the d value of “normal tissue”.
Tends to be smaller than the value.

【0148】一方、輝度の分布vは、”腫瘍”の領域で
は小さく、”正常組織”と”境界”では大きな値になる
と考えられる。図5は輝度の重心と幾何学的な中心の輝
度の重心と幾何学的な中心の距離dの概念図を2次元的
に示すものである。すなわち、注目画素は”境界”であ
ればdが大きく、逆に”正常組織”であればdが小さい
値となる。
On the other hand, the luminance distribution v is considered to be small in the region of “tumor” and large in the region of “normal tissue” and “boundary”. FIG. 5 shows a two-dimensional conceptual diagram of the center of gravity of luminance and the distance d between the center of gravity of the geometric center and the geometric center. That is, if the pixel of interest is “boundary”, d is large, and if it is “normal tissue”, d is small.

【0149】本実施形態の腫瘍抽出処理の第1段階で
は、メンバシップ関数{μt,μn,μ b}の自動作成を
行う。メンバシップ関数{μt,μn,μb}を取得した
3次元ボクセル・データ16a毎に作成することによ
り、システム環境に依存せず腫瘍の領域を安定に抽出で
きることが期待される。メンバシップ関数{μt,μn
μb}は、ボクセル・データに対する3次元LoG(L
aplace of Gaussian)フィルタの出
力、すなわち0より大きい。ゼロ・クロッシング点及び
0より小さい3つの領域における各特徴量分布のヒスト
グラムから計算される。図6にメンバシップ関数
{μt,μn,μb}の作成の手順(フロー)を示す。
In the first stage of the tumor extraction processing of the present embodiment,
Is the membership function {μt, Μn, Μ bAutomatic creation of}
Do. Membership function {μt, Μn, ΜbGot}
By creating for each three-dimensional voxel data 16a
Tumor region can be extracted stably regardless of the system environment.
Is expected. Membership function {μt, Μn,
μb} Is a three-dimensional LoG (L
output of the place of Gaussian filter
Force, that is, greater than zero. Zero crossing point and
Hist of each feature distribution in three regions smaller than 0
Calculated from grams. Figure 6 shows the membership function
{Μt, Μn, ΜbThe procedure (flow) for creating 作成 is shown below.

【0150】図6に示すように、第1段階におけるメン
バシップ関数自動生成工程は、3次元ガウシアン・ラプ
ラスフィルタ(3次元LoGフィルタ)によるメンバシ
ップ関数{μt,μn,μb}の自動作成処理であって、
特徴量演算に続いて、メンバシップ関数{μt,μn,μ
b}を備えたファジイ推論工程に基づいて統計量の分布
をまとめることによって腫瘍の領域を自動抽出する処理
である。
As shown in FIG. 6, the membership function automatic generation step in the first stage is performed by automatically generating a membership function {μ t , μ n , μ b } using a three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter). The creation process,
Subsequent to the feature calculation, the membership functions {μ t , μ n , μ
b This is a process of automatically extracting a tumor region by summarizing the distribution of statistics based on a fuzzy inference process with}.

【0151】メンバシップ関数{μt,μn,μb}の作
成に用いるボクセルは、次式で表される3次元ガウシア
ン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィルタ)g
(r)(後述する式(2−9))の出力から求める。
A voxel used to create the membership function {μ t , μ n , μ b } is a three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) g represented by the following equation.
(R) Determined from the output of (Equation (2-9) described later).

【0152】LoGフィルタは1種の2次微分フィル
タ、またはバンドパス・フィルタであり、画像処理では
対象の境界抽出においてよく使われている。このフィル
タを用いると、境界の位置で2次微分がゼロとなり、ま
たはフィルタの出力が正負の変化、すなわちゼロ交差
(Zero crossing)が現れる。これらの出
力のゼロ・クロッシング点を連結すると境界となる。従
って、3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元L
oGフィルタ)の出力のゼロ・クロッシング点を結ぶ
と、それが抽出しようとする対象領域の境界面となる。
The LoG filter is a kind of second-order differential filter or band-pass filter, and is often used in image processing to extract a target boundary. When this filter is used, the second derivative becomes zero at the position of the boundary, or the output of the filter shows a positive / negative change, that is, a zero crossing. Connecting the zero crossings of these outputs forms a boundary. Therefore, a three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional L
When the zero crossing point of the output of the oG filter is connected, it becomes a boundary surface of the target region to be extracted.

【0153】本実施形態の腫瘍抽出処理では、ゼロ・ク
ロッシングによる”境界”抽出に加えて、出力の正値が
輝度の低い”腫瘍”、負値が輝度の高い”正常組織”と
なることを利用して、ボクセルを3つのクラスに分類す
る。
In the tumor extraction processing of this embodiment, in addition to the extraction of the “boundary” by zero crossing, the positive value of the output is “tumor” with low luminance and the negative value is “normal tissue” with high luminance. Utilization is used to classify voxels into three classes.

【0154】各ボクセルの”腫瘍”,”正常組織”、及
び”境界”の3つのクラスに属するグレードμt,μn
μbは第1段階で計算されたメンバシップ関数{μt,μ
n,μb}と後述する式(2−7)のようなファジイ・ル
ールから計算される。
Grades μ t , μ n , and μ g belonging to three classes of “tumor”, “normal tissue”, and “boundary” of each voxel.
μ b is the membership function {μ t , μ calculated in the first stage
n , μ b } and a fuzzy rule such as the following equation (2-7).

【0155】そこでファジイ推論工程は、ファジイ推論
によるグレードの計算を実行し、メンバシップ関数決定
処理において生成した輝度平均値uに対するメンバシッ
プ関数{μt,μn,μb}|u、輝度の重心と幾何学的な
中心の距離dに対するメンバシップ関数{μt,μn,μ
b}|d及び輝度分散vに対するメンバシップ関数
{μ t,μn,μb}|vとファジイ・ルールを含んで構成
されるファジイ推論過程に基づいて、各ボクセルを、”
腫瘍”のクラスR1に属するグレードt,”正常組織”
のクラスR2に属するグレードn,”境界”のクラスR
3に属するグレードbの3つのグレード{t,n,b}
を用いてクラス分けを実行する処理である。
Therefore, the fuzzy inference step is a fuzzy inference
Perform grade calculation and determine membership function
Of the average luminance value u generated in the processing
Function {μt, Μn, Μb} | U, luminance centroid and geometric
Membership function {μ for center distance dt, Μn, Μ
bMembership function for} | d and luminance variance v
{Μ t, Μn, Μb} | Consists of v and fuzzy rules
Based on the fuzzy inference process performed,
Grade t belonging to class R1 of "tumor", "normal tissue"
Grade n belonging to class R2 of class R of "boundary"
3 grades {t, n, b} of grade b belonging to
This is the process of executing the classification by using.

【0156】ここでファジイ・ルールは、if the
n else条件文形式で表されたルールで記述されて
いる。ファジイ・ルール(式(2−7))を以下に示
す。
Here, the fuzzy rule is if the
It is described in rules expressed in the form of a conditional statement. The fuzzy rule (Equation (2-7)) is shown below.

【0157】 R1: if (u is small) and (d is medi um) and (v is small) then the voxel is ”tumor”, R2: if (u is large) and (d is medi um) and (v is large) then the voxel is ”normal tiss ue”, R3: if (u is medium) and (d is lar ge) and (v is medium) then the voxel is ”boundary” … 式(2−7) また、ファジイ推論工程で用いられるメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)は、メンバシップ関数決定処理にお
いて生成した輝度平均値uに対するメンバシップ関数
{μt,μn,μ b}|u、輝度の重心と幾何学的な中心の
距離dに対するメンバシップ関数{μt,μn,μb}|
d、輝度分散vに対するメンバシップ関数{μt,μn
μb}|vの3つを少なくとも含んでいる。
R1: if (uismall) and (dis medium) and (vismall) then the voxelis “tumor”, R2: if (uislarge) and (dis medium) is large) then the voxel is “normal tissue”, R3: if (uis medium) and (dis large) and (vis medium) then the voxel is a formula, “both formula” Membership function used in fuzzy inference process
({Μt, Μn, Μb} | U, {μt, Μn, Μb} | D, {μ
t, Μn, Μb} | V) is used to determine the membership function.
Function for the average luminance value u generated
{Μt, Μn, Μ b} | U, the center of gravity and the geometric center
Membership function {μ for distance dt, Μn, Μb} |
d, membership function 輝 度 μ for luminance variance vt, Μn,
μb} | V is included at least.

【0158】またファジイ推論工程では、第1論理処理
と第2論理処理とを実行する。
In the fuzzy inference step, a first logical process and a second logical process are executed.

【0159】第1論理処理は、メンバシップ関数決定処
理において生成した輝度平均値uに対するメンバシップ
関数({μt,μn,μb}|u、輝度の重心と幾何学的な
中心の距離dに対するメンバシップ関数{μt,μn,μ
b}|d及び輝度分散vに対するメンバシップ関数
{μt,μn,μb}|v)に基づいて各ボクセルにおける
特徴量の各々{u,d,v}に対する3つのクラスに属
するグレードμt|u,μt|d,μt|v,μn|u,μ
n|d,μn|v,μb|u,μb|d,μb|vの各々を
求める処理である。
The first logical processing is a membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, a distance between the center of gravity of the luminance and the geometric center, with respect to the luminance average value u generated in the membership function determination processing. membership function {μ t , μ n , μ
The grade μ belonging to three classes for each of the feature quantities {u, d, v} in each voxel based on the membership function {μ t , μ n , μ b } | v) for b } | d and the luminance variance v t | u, μ t | d, μ t | v, μ n | u, μ
n | d, μ n | v, μ b | u, μ b | d, and μ b | v.

【0160】第2論理処理は、グレードμt|u,μt
d,μt|v,μn|u,μn|d,μn|v,μb|u,
μb|d,μb|vの各々の値に基づいて、ファジイ推論
の機構に入力して各ボクセルの”腫瘍”らしさを規定す
るアナログ値μt,”正常組織”らしさを規定するアナ
ログ値μnまたは”境界”らしさを規定するアナログ値
μbを求める処理である。
The second logical processing is performed by using the grade μ t | u, μ t |
d, μ t | v, μ n | u, μ n | d, μ n | v, μ b | u,
μ b | d, μ b | based on each value of v, the analog value that defines the analog value mu t, "normal tissue" ness which is input to the mechanism of the fuzzy inference defining a "tumor" likelihood of each voxel a process of obtaining the analog value mu b defining a mu n or "boundary" ness.

【0161】ファジイ推論機構は、式(2−8)で表さ
れる。
The fuzzy inference mechanism is expressed by equation (2-8).

【0162】 R1:μt=min(μt|u,μt|d,μt|v), R2:μn=min(μn|u,μn|d,μn|v), R3:μb=min(μb|u,μb|d,μb|v) …式(2−8) ただし、min(a1,a2,a3)はa1,a2,a3の中
から最小値を選択する演算 で表現される。
[0162] R1: μ t = min (μ t | u, μ t | d, μ t | v), R2: μ n = min (μ n | u, μ n | d, μ n | v), R3 : Μ b = min (μ b | u, μ b | d, μ b | v) Expression (2-8) where min (a 1 , a 2 , a 3 ) is a 1 , a 2 , a 3 It is expressed by an operation that selects the minimum value from.

【0163】これにより、式(2−7)に示したif
then else条件文形式で表されたルールにおけ
る”if〜then”の条件文中の”and”論理演算
は「ある事実の起こりうる確率が、それぞれの条件のう
ちの最小の確率となる」ことを意味する条件式をファジ
イ論理式で表現できるようになる。
As a result, if shown in the equation (2-7)
The “and” logical operation in the “if to then” conditional statement in the rule expressed in the “then else” conditional statement format means that the probability that a certain fact can occur is the minimum probability of each condition. Conditional expressions can be expressed by fuzzy logical expressions.

【0164】メンバシップ関数自動生成工程は、被検者
の皮下脂肪の厚さや周囲乳腺301組織の状態に起因し
て、乳腺301超音波像上における輝度分布を含む統計
量が変化がある場合、ファジイ推論に利用するメンバシ
ップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb
|d,{μt,μn,μb}|v)をボクセル毎に3次元ガ
ウシアン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィルタ)
の出力に基づいて自動作成する処理である。
The membership function automatic generation step is performed when the statistical amount including the luminance distribution on the mammary gland 301 ultrasonic image changes due to the thickness of the subcutaneous fat of the subject and the state of the surrounding mammary gland 301 tissue. Membership functions used for fuzzy inference (, μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b
| D, {μ t , μ n , μ b } | v) are converted into a three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter)
This is a process of automatically creating a job based on the output of the process.

【0165】すなわち、1種の2次微分フィルタ、また
はバンドパス・フィルタであり、画像処理では対象の境
界抽出においてよく使われている簡便な3次元ガウシア
ン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィルタ)を用い
る結果、ボクセル・データの境界の位置で2次微分がゼ
ロとなり、またはフィルタの出力が正負の変化、すなわ
ちゼロ交差(Zero crossing)が現れる。
これらの出力のゼロ・クロッシング点を連結すると境界
となる。従って、3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ
(3次元LoGフィルタ)出力のゼロ・クロッシング点
を結ぶと、それが抽出しようとする対象領域の境界面と
なる。そこで、ゼロ・クロッシングによる”境界”抽出
に加えて、出力の正値が輝度の低い”腫瘍”、負値が輝
度の高い”正常組織”となることを利用して、ボクセル
を3つのクラスに分類できるようになる。このような簡
便なクラス分類を実行することにより、PC程度の計算
能力をもった小規模なコンピュータリソースで短時間
(高速)に計算(画像処理)できるようなメンバシップ
関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,
{μt,μn,μb}|v)の自動作成が可能となる。
That is, it is a kind of second-order differential filter or band-pass filter. In image processing, a simple three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) often used in target boundary extraction is used. As a result, the second derivative becomes zero at the position of the boundary of the voxel data, or a change in the output of the filter is positive or negative, that is, zero crossing appears.
Connecting the zero crossings of these outputs forms a boundary. Therefore, when the zero crossing point of the output of the three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) is connected, it becomes the boundary surface of the target area to be extracted. Therefore, in addition to the extraction of the "boundary" by zero crossing, the voxel is classified into three classes by utilizing the fact that the positive value of the output is "tumor" with low luminance and the negative value is "normal tissue" with high luminance. Be able to classify. By executing such a simple class classification, a membership function ({μ t , μ) capable of performing calculation (image processing) in a short time (high speed) with a small computer resource having a calculation capability of about PC. n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d,
{Μ t , μ n , μ b } | v) can be automatically created.

【0166】またメンバシップ関数自動生成工程は、メ
ンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn
μb}|d,{μt,μn,μb}|v)の作成に用いるボク
セルを、3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元
LoGフィルタ)g(r)で表される3次元ガウシアン
・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィルタ)出力から
求める3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元L
oGフィルタ)処理と、3次元ガウシアン・ラプラスフ
ィルタ(3次元LoGフィルタ)出力のゼロ・クロッシ
ング点を結んで、抽出しようとする対象領域の”境界”
を抽出する境界抽出処理と、3次元ガウシアン・ラプラ
スフィルタ(3次元LoGフィルタ)出力が正値を示す
ボクセルを輝度の低い”腫瘍”に分類する腫瘍抽出処理
と、3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元Lo
Gフィルタ)出力が負値を示すボクセルを輝度の高い”
正常組織”に分類する正常組織抽出処理と、腫瘍抽出処
理において”腫瘍”と分類されたボクセルに対して、膨
張・収縮処理を行って、正常組織内部に孤立的に存在す
る”腫瘍”に分類されたボクセルや”境界”に分類され
たボクセルを除去し、”腫瘍”に分類されたボクセルと
他の輝度の低い閉領域が連結するような場合に両者を分
断する膨張・収縮処理と、膨張・収縮処理の前後で共
に”境界”に対してクラス分けが行われたボクセルのみ
に対して特徴量演算を実行して輝度平均値u、輝度の重
心と幾何学的な中心の距離d及び輝度分散vの3つの特
徴量{u,d,v}を計算するボクセル選別・特徴量計
算処理と、ボクセル選別・特徴量計算処理で求めた3つ
の特徴量{u,d,v}の各々に対して、各々の確率密
度関数に応じたメンバシップ関数({μt,μn,μb
|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)
を求めるメンバシップ関数決定処理とを実行する。
In the membership function automatic generation step, the membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n ,
The voxels used to create μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v) are represented by a three-dimensional Gaussian-Laplace filter (three-dimensional LoG filter) g (r). Laplace filter (three-dimensional LoG filter) A three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LG filter) obtained from the output
oG filter) processing and the zero-crossing point of the output of the three-dimensional Gaussian-Laplace filter (three-dimensional LoG filter) to connect the "boundary" of the target area to be extracted
, A three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) classifying voxels whose output values are positive into “tumors” with low luminance, and a three-dimensional Gaussian Laplace filter (3 Dimension Lo
G filter) A voxel whose output shows a negative value has high luminance.
A normal tissue extraction process classified as “normal tissue” and a voxel classified as “tumor” in the tumor extraction process are subjected to dilation / contraction processing to classify as a “tumor” that is isolated within normal tissue Expansion / contraction processing that removes the voxels classified as “borders” and voxels classified as “borders”, and separates voxels classified as “tumors” from other low-brightness closed areas when they are connected. A feature amount operation is performed only on the voxels that have been classified into the “boundary” before and after the contraction processing, and the luminance average value u, the distance d between the center of gravity and the geometric center and the luminance are calculated. A voxel selection / feature amount calculation process for calculating three feature amounts {u, d, v} of variance v, and three feature amounts {u, d, v} obtained in the voxel selection / feature amount calculation process On the other hand, members corresponding to each probability density function Membership function ({μ t, μ n, μ b}
| U, {μ t, μ n, μ b} | d, {μ t, μ n, μ b} | v)
And a membership function determination process for determining

【0167】ここで3次元ガウシアン・ラプラスフィル
タ(3次元LoGフィルタ)g(r)は、式(2−9)
で表される。
Here, the three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) g (r) is given by the equation (2-9)
It is represented by

【0168】 g(r)=(R2−3σ2)/{(2π31/2・σ7}・exp{−r2/2σ2 } …式(2−9) ただし、rは原点からの距離、σはガウシアンの標準偏
差 で定義されている。
G (r) = (R 2 −3σ 2 ) / {(2π 3 ) 1/2 · σ 7 } · exp {−r 2 / 2σ 2 } Equation (2-9) where r is the origin The distance from σ is defined as the standard deviation of Gaussian.

【0169】3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3
次元LoGフィルタ)処理を実空間でのコンボリューシ
ョンで行うと、処理時間が膨大になってしまうという実
用的な問題がある。そこで、本実施形態の腫瘍抽出処理
では、FETを用いることで処理の高速化を図る。
A three-dimensional Gaussian-Laplace filter (3
If the (dimensional LoG filter) processing is performed by convolution in the real space, there is a practical problem that the processing time becomes enormous. Therefore, in the tumor extraction processing of the present embodiment, the processing is speeded up by using the FET.

【0170】このような3次元ガウシアン・ラプラスフ
ィルタ(3次元LoGフィルタ)処理を設けることによ
り、クラス分けされた”腫瘍”ボクセル、”正常組織”
ボクセルすべてに対して3つの特徴量{u,d,v}を
計算できるようになる。また、膨張・収縮処理前後でと
もに”境界”とクラス分けされたボクセルのみに対して
3つの特徴量{u,d,v}を計算することで、”境
界”についての特徴量は他のクラスに比べてボクセル数
が少ない場合であっても、誤った”境界”ボクセルをで
きる限り除外できるようになる。
By providing such a three-dimensional Gaussian-Laplace filter (three-dimensional LoG filter) process, classifying “tumor” voxels and “normal tissues”
Three feature quantities {u, d, v} can be calculated for all voxels. Also, by calculating three feature values {u, d, v} only for voxels classified as “boundary” before and after the dilation / shrinkage processing, the feature value of “boundary” is changed to another class. Even if the number of voxels is small compared to, erroneous "boundary" voxels can be excluded as much as possible.

【0171】ボクセル選別・特徴量計算処理は、膨張・
収縮処理の前後で共に”境界”に対してクラス分けが行
われたボクセルのみに対して特徴量演算を実行して輝度
平均値u(第1の特徴量)、輝度の重心と幾何学的な中
心の距離d(第2の特徴量)、輝度分散v(第3の特徴
量)の3つの特徴量{u,d,v}を計算する。
The voxel selection / feature calculation processing is performed by
Before and after the contraction processing, the feature amount calculation is performed only on the voxels that have been classified into the “boundary”, and the brightness average value u (first feature amount), the center of gravity of the brightness and the geometric The three feature quantities {u, d, v} of the center distance d (second feature quantity) and the luminance variance v (third feature quantity) are calculated.

【0172】メンバシップ関数決定処理は、ボクセル選
別・特徴量計算処理で求めた3つの特徴量{u,d,
v}の各々に対して、各々の確率密度関数に応じたメン
バシップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μ
b}|d,{μt,μn,μb}|v)を求める。
The membership function determination processing is performed for the three feature quantities {u, d,
v}, membership functions ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ
b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v).

【0173】本実施形態の腫瘍抽出処理で定義される特
徴量輝度平均値、輝度の重心と幾何学的な中心の距離及
び輝度分散について、”腫瘍”,”正常組織”及び”境
界”の3つのクラスに属する”らしさ”を示すメンバシ
ップ関数{μt,μn,μb}を求める必要がある。そこ
で、前述したように、ボクセル・データに対して3次元
ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィル
タ)をかけ、その出力の正負及びゼロ・クロッシング点
から3つの領域に分類する。
The feature value average luminance, the distance between the center of gravity of the luminance and the geometric center, and the luminance variance defined in the tumor extraction processing of the present embodiment are three of “tumor”, “normal tissue” and “boundary”. It is necessary to find membership functions {μ t , μ n , μ b } indicating “likeliness” belonging to two classes. Therefore, as described above, the three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) is applied to the voxel data, and the data is classified into three regions based on the positive / negative and zero crossing points of the output.

【0174】しかし、ここで得られたボクセルの領域に
は誤って分類されたボクセルが含まれるため、”腫瘍”
と分類されたボクセルに対して、膨張・収縮(Dila
tion & Erosion)処理を行って、正常組
織内部に孤立的に存在する”腫瘍”ボクセルや”境界”
ボクセルを除去し、また、”腫瘍”と他の輝度の低い閉
領域が連結するような場合に両者を分断する。このため
に、本実施形態では、Rician関数PA(x)によ
るメンバシップ関数{μt,μn,μb}の近似を実行し
ている。
However, since the voxel region obtained here contains voxels classified incorrectly, the “tumor”
For voxels classified as
(Tion & Erosion) treatment, and "tumor" voxels and "boundaries" that are isolated in normal tissue
The voxel is removed, and when the "tumor" is connected to another low-luminance closed area, the two are separated. For this purpose, in the present embodiment, the membership function {μ t , μ n , μ b } is approximated by the Rician function P A (x).

【0175】このような処理によってクラス分けされ
た”腫瘍”ボクセル、”正常組織”ボクセルのすべてに
対して3つの特徴量を計算する。”境界”についての特
徴量は他のクラスに比べてボクセル数が少ないので、誤
った”境界”ボクセルはできる限り除外する必要があ
る。そこで膨張・収縮処理前後でともに”境界”とクラ
ス分けされたボクセルのみに対して3つの特徴量を計算
する。
The three feature amounts are calculated for all the “tumor” voxels and the “normal tissue” voxels classified by such processing. Since the number of voxels in the feature value of the “boundary” is smaller than that of the other classes, it is necessary to exclude erroneous “boundary” voxels as much as possible. Therefore, three feature values are calculated only for voxels classified as “boundary” before and after the expansion / contraction processing.

【0176】メンバシップ関数{μt,μn,μb}とし
ては、クラス分けされたボクセルから計算された特徴量
の確率密度係数を利用するというのがひとつの考え方で
あるが、3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元
LoGフィルタ)によるクラス分けは不十分であり、誤
ってクラス分けされたボクセルが含まれていることを考
慮する必要がある。
One idea is to use the probability density coefficient of the feature calculated from the classified voxels as the membership function {μ t , μ n , μ b }. Classification by the Laplace filter (three-dimensional LoG filter) is insufficient, and it is necessary to consider that voxels classified incorrectly are included.

【0177】超音波像の輝度の確率密度係数は、次式で
表されるRician関数PA(x)で表されることが
知られている。
It is known that the probability density coefficient of the brightness of an ultrasonic image is represented by a Rician function P A (x) represented by the following equation.

【0178】そこで本実施形態では、メンバシップ関数
決定処理における3つの特徴量{u,d,v}の諸量に
対する確率密度係数をRician関数PA(x)で定
義している。ここでRician関数PA(x)は、式
(2−10)で与えられる。
Therefore, in the present embodiment, the probability density coefficients for the three characteristic quantities {u, d, v} in the membership function determination processing are defined by the Rician function P A (x). Here, the Rician function P A (x) is given by Expression (2-10).

【0179】 PA(x)=x/σ2・exp{(−x2+σ2)/σ2}・I0(xs/σ2) …式(2−10) ここで、I0(x)は第1種第0次の変形ベッセル関数
である。
P A (x) = x / σ 2 · exp {(− x 2 + σ 2 ) / σ 2 } · I 0 (xs / σ 2 ) Equation (2-10) where I 0 (x ) Is a 0th-order modified Bessel function of the first kind.

【0180】Rician関数PA(x)は、s=0の
とき、Rayleigh(レーリー)分布関数(図7)
となり、s/σが大きくなるとGaussian(ガウ
ス)分布関数に近づく(図7参照)。超音波の反射源で
ある散乱体が波長に比べて小さく、散乱体がランダムに
分布している場合ではいわゆる画像にはスペックル・パ
ターンが現れ、輝度変動は次式で示されるRaylei
gh分布関数となる。一方、波長に比べて大きな反射源
や小さい反射源が混在する場合、Ricianはそのピ
ーク位置が原点から徐々に離れ、Rayleigh分布
関数からGaussian関数へと近づいていくことが
示されている。
The Rician function P A (x) is a Rayleigh distribution function when s = 0 (FIG. 7)
As the s / σ increases, it approaches the Gaussian (Gaussian) distribution function (see FIG. 7). In the case where the scatterer, which is the reflection source of the ultrasonic wave, is smaller than the wavelength and the scatterer is randomly distributed, a speckle pattern appears in a so-called image, and the luminance fluctuation is represented by Raylei expressed by the following equation.
gh distribution function. On the other hand, it is shown that when a reflection source larger or smaller than the wavelength is mixed, the peak position of Rician gradually moves away from the origin, and approaches the Gaussian function from the Rayleigh distribution function.

【0181】一方、特徴量{u,d,v}における輝度
平均値uについての確率密度関数は、超音波の確率密度
関数と近似されるので、比較的輝度の低い”腫瘍”領域
ではRayleigh分布関数となり、”境界”や”正
常組織”ではサイズの大きな反射源の混在するGaus
sian関数(ガウス分布関数)となることが予想でき
る。
On the other hand, the probability density function of the average luminance value u in the feature quantities {u, d, v} is approximated to the probability density function of an ultrasonic wave. Therefore, the Rayleigh distribution is used in the “tumor” region having relatively low luminance. It is a function, and Gauss with large reflective sources is mixed in "boundary" and "normal tissue".
This can be expected to be a sian function (Gaussian distribution function).

【0182】そこで、3つの特徴量{u,d,v}の諸
量に対する確率密度係数としてRician関数P
A(x)を用いることにより、輝度平均値uのメンバシ
ップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb
|d,{μt,μn,μb}|v)については”腫瘍”をR
ayleigh分布関数で近似し、その他の”正常組
織”と”境界”をGaussian関数で近似できるよ
うになる。
Therefore, the Rician function P is defined as the probability density coefficient for each of the three feature quantities {u, d, v}.
By using A (x), the membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b }
| D, {μ t , μ n , μ b } | v)
By approximating by the ailelight distribution function, other "normal tissues" and "boundary" can be approximated by the Gaussian function.

【0183】図8は”腫瘍”,”正常組織”,”境界”
に属するボクセルについての輝度平均値のヒストグラム
及び近似されたメンバシップ関数{μt,μn,μb}を
示す。同図より、両者はよく一致していることが分か
る。
FIG. 8 shows “tumor”, “normal tissue”, and “boundary”.
And the approximated membership functions {μ t , μ n , μ b } for the voxels belonging to. From the figure, it can be seen that the two agree well.

【0184】また特徴量{u,d,v}における輝度の
重心と幾何学的な中心の距離dについては、”正常組
織”及び”腫瘍”領域では小さく、”境界”領域では大
きくなる傾向がある。図9に示した輝度の重心と幾何学
的な中心の距離dのヒストグラムから分かるようにいず
れについてもGaussianよりもRayleigh
分布の方が近似はよい。そこで、特徴量d(輝度の重心
と幾何学的な中心の距離)のメンバシップ関数{μt
μn,μb}はRayleigh分布で近似する(図11
参照)。
The distance d between the center of gravity and the geometric center in the feature amount {u, d, v} tends to be small in the “normal tissue” and “tumor” regions and large in the “boundary” region. is there. As can be seen from the histogram of the distance d between the center of gravity of the luminance and the geometric center shown in FIG. 9, in each case, Rayleigh is higher than Gaussian.
The distribution is better approximated. Therefore, the membership function {μ t of the feature d (the distance between the center of gravity and the geometric center),
μ n , μ b } are approximated by a Rayleigh distribution (FIG. 11).
reference).

【0185】特徴量{u,d,v}における輝度分散v
については、図10にそのヒストグラムを示す。同図の
ようにRayleigh分布の方が近似はよい。そこ
で、輝度分散vのメンバシップ関数{μt,μn,μb
はRayleigh分布で近似する。
The luminance variance v in the feature amounts {u, d, v}
Is shown in FIG. The approximation is better in the Rayleigh distribution as shown in FIG. Therefore, the membership function {μ t , μ n , μ b } of the luminance variance v
Is approximated by a Rayleigh distribution.

【0186】3次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3
次元LoGフィルタ)の出力によってクラス分けされた
ボクセルからヒストグラムを計算すると、誤って分類さ
れたボクセルの影響で、それぞれで仮定したRayle
igh分布やGaussianと異なった分布をとるよ
うになる。その一例として、特徴量d(輝度の重心と幾
何学的な中心の距離)の”境界”について求められたヒ
ストグラムと近似された。
The three-dimensional Gaussian-Laplace filter (3
When the histogram is calculated from the voxels classified according to the output of the (dimensional LoG filter), the Rayle assumed in each case is affected by the voxels classified incorrectly.
The distribution becomes different from that of the light distribution or Gaussian. As an example, the histogram is approximated to the histogram obtained for the “boundary” of the feature amount d (the distance between the luminance center and the geometric center).

【0187】このように、確率密度係数としてRici
an関数PA(x)を用いることにより、輝度の重心と
幾何学的な中心の距離dのメンバシップ関数({μt
μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn
μb}|v)はRayleigh分布関数で近似できるよ
うになる。
As described above, Rici is used as the probability density coefficient.
By using the an function P A (x), the membership function ({μ t ,
μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n ,
μ b } | v) can be approximated by a Rayleigh distribution function.

【0188】同様の主旨で、特徴量{u,d,v}にお
ける輝度分散vについては、確率密度係数としてRic
ian関数PA(x)を用いることにより、輝度分散v
のメンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt
μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)はRayle
igh分布関数で近似できるようになる。
With the same intent, the luminance variance v in the feature quantity {u, d, v} is calculated as Ric as a probability density coefficient.
By using the ian function P A (x), the luminance variance v
Membership functions ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t ,
μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v) are Rayle
It can be approximated by an igh distribution function.

【0189】そこで本実施形態では、輝度平均値uに対
するメンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,
{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)を、”
腫瘍”についてはRayleigh分布関数で表現され
た確率密度関数で近似する。
Therefore, in the present embodiment, the membership function ({μ t , μ n , μ b } | u,
{Μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v)
The "tumor" is approximated by a probability density function expressed by a Rayleigh distribution function.

【0190】これにより、Rician関数PA(x)
は、s=0のとき、Rayleigh分布関数となり、
s/σが大きくなるとGaussian関数に近づく。
また超音波の反射源である散乱体が波長に比べて小さ
く、散乱体がランダムに分布している場合ではいわゆる
画像にはスペックル・パターンが現れ、輝度変動は次式
で示されるRayleigh分布関数となる。一方、波
長に比べて大きな反射源や小さい反射源が混在する場
合、Ricianはそのピーク位置が原点から徐々に離
れ、Rayleigh分布関数からGaussian関
数へと近づいていくことが示されている。
Thus, the Rician function P A (x)
Is a Rayleigh distribution function when s = 0,
As s / σ increases, it approaches the Gaussian function.
In the case where the scatterer which is the reflection source of the ultrasonic wave is smaller than the wavelength and the scatterer is randomly distributed, a speckle pattern appears in a so-called image, and the luminance variation is represented by a Rayleigh distribution function represented by the following equation. Becomes On the other hand, it is shown that when a reflection source larger or smaller than the wavelength is mixed, the peak position of Rician gradually moves away from the origin, and approaches the Gaussian function from the Rayleigh distribution function.

【0191】一方、特徴量{u,d,v}における輝度
平均値uについての確率密度関数は、超音波の確率密度
関数と近似されるので、比較的輝度の低い”腫瘍”領域
ではRayleigh分布関数となり、”境界”や”正
常組織”ではサイズの大きな反射源の混在するGaus
sian関数となることが予想できる。このため、メン
バシップ関数決定処理は、ボクセル選別・特徴量計算処
理で求めた3つの特徴量{u,d,v}の各々に対し
て、各々の確率密度関数に応じたメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)を求める場合、輝度平均値uに対す
るメンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt
μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)を、”腫瘍”
についてはRayleigh分布関数で表現された確率
密度関数で近似し、”正常組織”と”境界”については
ガウス分布で表現された確率密度関数で近似している。
On the other hand, the probability density function for the average luminance value u in the feature amounts {u, d, v} is approximated to the probability density function of the ultrasonic wave, so that the Rayleigh distribution is used in the “tumor” region with relatively low luminance. It is a function, and Gauss with large reflective sources is mixed in "boundary" and "normal tissue".
This can be expected to be the sian function. For this reason, the membership function determination processing is performed for each of the three feature quantities {u, d, v} obtained in the voxel selection / feature quantity calculation processing by a membership function ({ μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ
t , μ n , μ b } | v), the membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t ,
μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v)
Is approximated by a probability density function expressed by a Rayleigh distribution function, and "normal tissue" and "boundary" are approximated by a probability density function expressed by a Gaussian distribution.

【0192】すなわち、第1特徴量に対する確率密度係
数としてRician関数PA(x)を用いることによ
り、輝度平均値uのメンバシップ関数({μt,μn,μ
b}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|
v)については”腫瘍”をRayleigh分布関数で
近似し、その他の”正常組織”と”境界”をGauss
ian関数で近似できるようになる。このようにRay
leigh分布あるいはGaussianでメンバシッ
プ関数{μt,μn,μb}を近似することによって、誤
って分類されているボクセルの影響を軽減できると考え
られる。
That is, by using the Rician function P A (x) as the probability density coefficient for the first feature value, the membership function ({μ t , μ n , μ n ) of the average luminance value u is obtained.
b} | u, {μ t , μ n, μ b} | d, {μ t, μ n, μ b} |
For v), “tumor” is approximated by Rayleigh distribution function, and “boundary” and other “normal tissues” are Gaussian.
It can be approximated by the ian function. In this way, Ray
By approximating the membership function {μ t , μ n , μ b } with the Leigh distribution or Gaussian, it is considered that the effect of voxels that are incorrectly classified can be reduced.

【0193】また、輝度の重心と幾何学的な中心の距離
dに対するメンバシップ関数({μ t,μn,μb}|u,
{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)をRa
yleigh分布関数で表現された確率密度関数で近似
することにしている。
Also, the distance between the center of gravity of the luminance and the geometric center
d to the membership function ({μ t, Μn, Μb} | U,
{Μt, Μn, Μb} | D, {μt, Μn, Μb} | V) Ra
Approximation by probability density function expressed by yleigh distribution function
I'm going to.

【0194】これにより、Rician関数PA(x)
は、s=0のとき、Rayleigh分布関数となり、
s/σが大きくなるとGaussian関数に近づく。
また超音波の反射源である散乱体が波長に比べて小さ
く、散乱体がランダムに分布している場合ではいわゆる
画像にはスペックル・パターンが現れ、輝度変動は次式
で示されるRayleigh分布関数となる。
Thus, the Rician function P A (x)
Is a Rayleigh distribution function when s = 0,
As s / σ increases, it approaches the Gaussian function.
In the case where the scatterer which is the reflection source of the ultrasonic wave is smaller than the wavelength and the scatterer is randomly distributed, a speckle pattern appears in a so-called image, and the luminance variation is represented by a Rayleigh distribution function represented by the following equation. Becomes

【0195】一方、波長に比べて大きな反射源や小さい
反射源が混在する場合、Ricianはそのピーク位置
が原点から徐々に離れ、Rayleigh分布関数から
Gaussian関数へと近づいていくことが示されて
いる。一方、特徴量{u,d,v}における輝度平均値
uについての確率密度関数は、超音波の確率密度関数と
近似されるので、比較的輝度の低い”腫瘍”領域ではR
ayleigh分布関数となり、”境界”や”正常組
織”ではサイズの大きな反射源の混在するGaussi
an関数となることが予想できる。このため、メンバシ
ップ関数決定処理は、ボクセル選別・特徴量計算処理で
求めた3つの特徴量{u,d,v}の各々に対して、各
々の確率密度関数に応じたメンバシップ関数({μt
μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn
μb}|v)を求める場合、輝度の重心と幾何学的な中心
の距離dに対するメンバシップ関数({μt,μn
μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb
|v)をRayleigh分布関数で表現された確率密
度関数で近似している。
On the other hand, it is shown that when a reflection source larger or smaller than the wavelength is mixed, the peak position of Rician gradually moves away from the origin and approaches the Gaussian function from the Rayleigh distribution function. . On the other hand, the probability density function of the average luminance value u in the feature amounts {u, d, v} is approximated to the probability density function of the ultrasonic wave.
The Gaussian distribution function becomes an ailelight distribution function.
It can be expected that it will be an function. For this reason, the membership function determination processing is performed for each of the three feature quantities {u, d, v} obtained in the voxel selection / feature quantity calculation processing by a membership function ({ μ t ,
μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n ,
When calculating μ b } | v), the membership function ({μ t , μ n ,
μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b
| V) is approximated by a probability density function represented by a Rayleigh distribution function.

【0196】すなわち、第2特徴量に対する確率密度係
数としてRician関数PA(x)を用いることによ
り、特徴量{u,d,v}における輝度の重心と幾何学
的な中心の距離dについては、”正常組織”及び”腫
瘍”領域では小さく、”境界”領域では大きくなる傾向
があるので、確率密度係数としてRician関数PA
(x)を用いることにより、輝度の重心と幾何学的な中
心の距離dのメンバシップ関数({μt,μn,μb}|
u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)は
Rayleigh分布関数で近似できるようになる。
That is, by using the Rician function P A (x) as the probability density coefficient for the second feature, the distance d between the center of gravity of the brightness and the geometric center in the feature {u, d, v} can be calculated. , "normal tissue" and "tumor" small in area, tends to increase the "boundary" area, Rician function P A as the probability density factor
By using (x), the membership function ({μ t , μ n , μ b } |) of the distance d between the center of gravity and the geometric center is
u, {μ t, μ n , μ b} | d, {μ t, μ n, μ b} | v) is as can be approximated by the Rayleigh distribution function.

【0197】また輝度分散vに対するメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)をRayleigh分布関数で表現
された確率密度関数で近似することにしている。
Also, membership functions (輝 度 μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ
t , μ n , μ b } | v) are approximated by a probability density function expressed by a Rayleigh distribution function.

【0198】これにより、Rician関数PA(x)
は、s=0のとき、Rayleigh分布関数となり、
s/σが大きくなるとGaussian関数に近づく。
また超音波の反射源である散乱体が波長に比べて小さ
く、散乱体がランダムに分布している場合ではいわゆる
画像にはスペックル・パターンが現れ、輝度変動は次式
で示されるRayleigh分布関数となる。一方、波
長に比べて大きな反射源や小さい反射源が混在する場
合、Ricianはそのピーク位置が原点から徐々に離
れ、Rayleigh分布関数からGaussian関
数へと近づいていくことが示されている。
Thus, the Rician function P A (x)
Is a Rayleigh distribution function when s = 0,
As s / σ increases, it approaches the Gaussian function.
In the case where the scatterer which is the reflection source of the ultrasonic wave is smaller than the wavelength and the scatterer is randomly distributed, a speckle pattern appears in a so-called image, and the luminance variation is represented by a Rayleigh distribution function represented by the following equation. Becomes On the other hand, it is shown that when a reflection source larger or smaller than the wavelength is mixed, the peak position of Rician gradually moves away from the origin, and approaches the Gaussian function from the Rayleigh distribution function.

【0199】一方、特徴量{u,d,v}における輝度
平均値uについての確率密度関数は、超音波の確率密度
関数と近似されるので、比較的輝度の低い”腫瘍”領域
ではRayleigh分布関数となり、”境界”や”正
常組織”ではサイズの大きな反射源の混在するGaus
sian関数となることが予想できる。このため、メン
バシップ関数決定処理は、ボクセル選別・特徴量計算処
理で求めた3つの特徴量{u,d,v}の各々に対し
て、各々の確率密度関数に応じたメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)を求める場合、輝度分散vに対する
メンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt
μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)を、Rayl
eigh分布関数で表現された確率密度関数で近似して
いる。
On the other hand, the probability density function for the average luminance value u in the feature amounts {u, d, v} is approximated to the probability density function of the ultrasonic wave. Therefore, the Rayleigh distribution is used in the “tumor” region having relatively low luminance. It is a function, and Gauss with large reflective sources is mixed in "boundary" and "normal tissue".
This can be expected to be the sian function. For this reason, the membership function determination processing is performed for each of the three feature quantities {u, d, v} obtained in the voxel selection / feature quantity calculation processing by a membership function ({ μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ
t , μ n , μ b } | v), the membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t ,
μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v)
It is approximated by the probability density function represented by the eigh distribution function.

【0200】すなわち、第3特徴量に対する確率密度係
数としてRician関数PA(x)を用いることによ
り、特徴量{u,d,v}における輝度分散vについて
は、確率密度係数としてRician関数PA(x)を
用いることにより、輝度分散vのメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)をRayleigh分布関数で近似
できるようになる。
That is, by using the Rician function P A (x) as the probability density coefficient for the third feature, the luminance variance v of the feature {u, d, v} is calculated as the Rician function P A as the probability density coefficient. By using (x), the membership function (輝 度 μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ
t , μ n , μ b } | v) can be approximated by a Rayleigh distribution function.

【0201】次に、本実施形態の腫瘍抽出処理の第2段
階の各処理を詳述する。
Next, each processing of the second stage of the tumor extraction processing of the present embodiment will be described in detail.

【0202】第2段階では前節で求めたメンバシップ関
数{μt,μn,μb}を利用して、ファジイ推論による
腫瘍領域の抽出を行う。図12は処理の流れを示したも
のである。
In the second stage, the tumor area is extracted by fuzzy inference using the membership functions {μ t , μ n , μ b } obtained in the previous section. FIG. 12 shows the flow of the processing.

【0203】まず、ファジイ推論によって3つのクラス
のグレードを表す画像を作成する。すなわち、輝度の低
い”腫瘍”(tumor)、輝度の高い周辺の”正常組
織”(normal tissue)、そして、両者
の”境界”(boundary)である。次に、弛緩法
によってデファジイを行い、すべてのボクセルを3つの
クラスに分ける。以下に、各処理における処理を説明す
る。
First, images representing grades of three classes are created by fuzzy inference. That is, a "tumor" having a low luminance, a "normal tissue" around a high luminance, and a "boundary" between the two. Next, defuzzification is performed by the relaxation method, and all voxels are divided into three classes. The processing in each processing will be described below.

【0204】第2段階におけるファジイ推論工程は、自
動抽出する処理に続いて、生成されたメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)及びファジイ・ルールを含んで構成
されるファジイ推論過程に基づいて、各ボクセルを、所
定数のタイプの領域にクラス分けする処理である。
In the fuzzy inference step in the second stage, following the process of automatic extraction, the generated membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | D, {μ
t , μ n , μ b } | v) and a fuzzy rule, which is a process of classifying each voxel into a predetermined number of types of regions based on a fuzzy inference process.

【0205】ここで、ファジイ推論工程は、各ボクセル
が、”腫瘍”,”正常組織”または”境界”である”ら
しさ”の度合いを求め、この求めた”らしさ”の度合い
に応じたクラス分けを実行する。
In the fuzzy inference step, each voxel determines the degree of “likelihood” of being “tumor,” “normal tissue,” or “boundary,” and classifies the voxels in accordance with the obtained degree of “likeness”. Execute

【0206】すなわち、3次元ガウシアン・ラプラスフ
ィルタ(3次元LoGフィルタ)をかけ、その出力の正
負及びゼロ・クロッシング点から3つのクラスに分類さ
れたボクセルには、誤って分類されたボクセルが含まれ
る可能性がある。そこで、このようなファジイ推論工程
を設けることにより、”腫瘍”と分類されたボクセルに
対して、膨張・収縮処理を行って、正常組織内部に孤立
的に存在する”腫瘍”ボクセルや”境界”ボクセルを除
去し、また、”腫瘍”と他の輝度の低い閉領域が連結す
るような場合に両者を分断する。これにより、3次元空
間上の矛盾を徐々に解決しながら、最終的に腫瘍の領域
を決定する処理を実行できるようになる。
That is, voxels that have been subjected to a three-dimensional Gaussian-Laplace filter (three-dimensional LoG filter) and classified into three classes from the positive / negative and zero crossing points of the output include voxels classified incorrectly. there is a possibility. Therefore, by providing such a fuzzy inference process, a voxel classified as a “tumor” is subjected to dilation / shrinkage processing to obtain a “tumor” voxel or a “boundary” that is isolated within normal tissue. The voxel is removed, and when the "tumor" is connected to another low-luminance closed area, the two are separated. As a result, while gradually resolving the contradiction in the three-dimensional space, it is possible to finally execute the processing for determining the tumor region.

【0207】次に、これらの3つの属性に関するグレー
ドの画像{μt,μn,μb}から弛緩法に基づくデファ
ジイ(非ファジイ化)処理によって全ボクセル・データ
を3つの領域にクラス分けする。本実施形態では、腫瘍
と接する”正常組織”を”境界”と定義する。
Next, all voxel data are classified into three regions by a defuzzification (defuzzification) process based on the relaxation method from the grade images {μ t , μ n , μ b } regarding these three attributes. . In this embodiment, a “normal tissue” in contact with a tumor is defined as a “boundary”.

【0208】そのため、第2段階において、ファジイ推
論工程に続くデファジイ工程は、ファジイ推論工程に続
いて、弛緩法によるクラス分類する処理であって、弛緩
法に基づいた非ファジイ化過程を各ボクセルに対して行
う処理と、前処理に続いて、各ボクセルを、”腫
瘍”,”正常組織”または”境界”のいずれかに分類し
て腫瘍領域の最終決定を行う処理とを含んで構成されて
いる。
For this reason, in the second stage, the defuzzification step following the fuzzy inference step is processing for classifying by the relaxation method following the fuzzy inference step, and the defuzzification step based on the relaxation method is applied to each voxel. And a process of classifying each voxel into one of "tumor", "normal tissue" or "boundary" and performing a final determination of the tumor region, following the pre-processing. I have.

【0209】ここでデファジイ工程における、弛緩法
(Relaxation Method)に基づいた非
ファジイ化過程を各ボクセルに対して行う処理は、各ボ
クセルにおける特徴量の各々{u,d,v}に対する3
つのクラスに属するグレードの画像{μt,μn,μb
から弛緩法に基づく非ファジイ化過程処理を行って全ボ
クセル・データを3つの領域にクラス分けを実行する際
に、以下の規則(1)〜(3)に基づいて、”腫瘍”と
接する”正常組織”を”境界”と定義する。
Here, the process of performing the defuzzification process based on the relaxation method (Relaxation Method) for each voxel in the defuzzy process is performed by using 3 times for each of the feature amounts {u, d, v} in each voxel.
Images of grades belonging to two classes {μ t , μ n , μ b
When performing a defuzzification process based on the relaxation method and classifying all the voxel data into three regions, a "tumor" is contacted based on the following rules (1) to (3): "Normal tissue" is defined as "boundary."

【0210】規則(1) 注目するボクセルが”腫瘍”であれば、”正常組織”に
分類されたボクセルとは接しないと定義する。
Rule (1) If the voxel of interest is "tumor", it is defined that it does not come into contact with a voxel classified as "normal tissue".

【0211】規則(2) 注目するボクセルが”境界”であれば、必ず”腫瘍”
と”正常組織”のボクセルに接すると定義する。
Rule (2) If the voxel of interest is a “boundary”, it must be a “tumor”
Is defined as touching the voxel of "normal tissue".

【0212】規則(3) 注目するボクセルが”正常組織”であれば、”腫瘍”に
分類されたボクセルとは接しない。これにより、3つの
属性に関するグレードの画像{μt,μn,μb}から弛
緩法に基づくデファジイ(非ファジイ化過程)処理によ
って全ボクセル・データを3つの領域にクラス分けでき
るようになる。
Rule (3) If the voxel of interest is “normal tissue”, it does not come into contact with a voxel classified as “tumor”. As a result, all voxel data can be classified into three regions by the defuzzification (defuzzification process) process based on the relaxation method from the grade images {μ t , μ n , μ b } regarding the three attributes.

【0213】また並列反復処理で用いられる局所的な制
約ルールを、if then else条件文形式で表
された以下のルール(式(2−11))で規定してい
る。
A local constraint rule used in the parallel repetition processing is defined by the following rule (formula (2-11)) expressed in an if then else conditional statement format.

【0214】 R1:if Nt>1 and Nb≧2 and Nn=1 then μt↓,μn↓,μb↑, R2:else if Nn>0 and Nb≧1 and Nt=1 then μt↑,μn↓,μb↓, R3:else if Nt=0 and Nb≧1 and Nn≧1 then μt↓,μn↑,μb↓, R4:else if Nt>Nn+12 then μt↑,μn↓,μb↓, R5:else if Nn>Nt+12 then μt↓,μn↑,μb↓, R6:else then μt↓,μn↓,μb↑, …式(2−11) (ただし、A↑はAの値にある定数Cを加えること(A
+C)を意味する演算子、A↓はAの値から定数Cを減
すること(A−C)を意味する演算子) また、R3及びR5中の定数12は、注目ボクセルに連
結する3×3×3の領域においてNnとNtの差がかなり
大きいことを意味する数値であり、この値そのものはデ
ファジイ結果を人間が見て最適となるよう、試行錯誤的
に求めたものである。本実施形態の腫瘍抽出処理の適用
処理では、式(2−11)における記号↑↓の増減定数
C=0.25としており、値が1.0を超えたときには
1.0に、また0.0より小さくなったときには0.0
にしている。
R1: if N t > 1 and N b ≧ 2 and N n = 1 then μ t ↓, μ n ↓, μ b ↑, R2: else if N n > 0 and N b ≧ 1 and N t = 1 then μ t ↑, μ n ↓, μ b ↓, R3: else if N t = 0 and N b ≧ 1 and N n ≧ 1 then μ t ↓, μ n ↑, μ b ↓, R4: else if N t> N n +12 then μ t ↑, μ n ↓, μ b ↓, R5: else if N n> N t +12 then μ t ↓, μ n ↑, μ b ↓, R6: else then μ t ↓, μ n ↓, μ b ↑, ... Equation (2-11) (However, A 定 数 is obtained by adding a constant C to the value of A (A
+ C), A ↓ is an operator meaning subtracting a constant C from the value of A (AC). Also, a constant 12 in R3 and R5 is a 3 × connected to a voxel of interest. This is a numerical value indicating that the difference between N n and N t is considerably large in a 3 × 3 region, and this value itself is obtained by trial and error so that a human can optimally see the defuzzy result. In the application processing of the tumor extraction processing according to the present embodiment, the increase / decrease constant C of the symbol ↑ ↓ in the equation (2-11) is set to 0.25. 0.0 if less than 0
I have to.

【0215】具体的には、各ボクセルについてR1〜R
6は順番に処理され、どれかが成立した場合には後のル
ールは無視される。また、このデファジイ工程は並列的
に繰り返し行われ、全ボクセル・データに対するμt
μn,μbの変化量の合計がある閾値未満となったときに
終了する。この時点で、各ボクセルに対してμt,μn
μbの中で最大の値をとる要素がそのボクセルの属性と
して決定される結果、最終的に各ボクセルに”腫
瘍”,”正常組織”、または”境界”のいずれかの要素
を割り当てることになる。
Specifically, for each voxel, R1 to R
6 are processed in order, and if any of them is satisfied, the subsequent rules are ignored. Also, this defuzzification process is repeatedly performed in parallel, and μ t ,
The process ends when the sum of the change amounts of μ n and μ b becomes less than a certain threshold. At this point, μ t , μ n ,
The element with the largest value in μ b is determined as the attribute of that voxel, and as a result, each voxel is eventually assigned one of the elements “tumor”, “normal tissue”, or “boundary”. Become.

【0216】また、周囲ボクセルの持つ”腫瘍”,”正
常組織”及び”境界”のいずれかの要素を割り当ててい
る。従って、例えば、あるボクセルの”境界”に属する
グレードμbが初めは大きかったとしても、周囲に”腫
瘍”(あるいは”正常組織”)に属するグレードの大き
いボクセルだけが存在する場合、そのボクセルの”腫
瘍”(あるいは”正常組織”)であるグレードμt(あ
るいはμn)は反復処理によって大きく、”境界”と”
正常組織”(あるいは”腫瘍”)に属するグレードμb
とμn(あるいはμt)はより小さく変更されていく(式
(2−11)のR3,R5参照)。
In addition, one of the elements “tumor”, “normal tissue”, and “boundary” of the surrounding voxels is assigned. Therefore, for example, even if the grade μ b belonging to the “boundary” of a certain voxel is initially large, if only voxels of a large grade belonging to the “tumor” (or “normal tissue”) exist around the voxel, The grade “ t” (or μ n ), which is a “tumor” (or “normal tissue”), is large due to iterative processing;
Grade μ b belonging to “normal tissue” (or “tumor”)
And μ n (or μ t ) are changed to be smaller (see R3 and R5 in equation (2-11)).

【0217】逆に、あるボクセルの”境界”らしさのグ
レードμbが初めは小さかったとしても周囲に2つ以上
の”境界”、1つ以上の”腫瘍”らしさのグレードμt
と”境界”らしさのグレードμbと”正常組織”らしさ
のグレードμnの大きいボクセルがあれば、そのボクセ
ルの”境界”らしさのグレードμbはより大きな値
に、”腫瘍”らしさのグレードμtと”境界”らしさの
グレードμbと”正常組織”らしさのグレードμnはより
小さな値に更新されていく(式(2−11)のR1参
照)。
[0217] Conversely, two or more around even grade mu b of "boundary" ness initially smaller "boundaries" of the voxel, grade of one or more "tumor" ness mu t
If if is large voxel grades mu n grades mu b and "normal tissue" ness of "boundary" ness, the "boundary" ness grade mu b is larger value of the voxel, "tumor" ness grade mu grade mu n grades mu b and "normal tissue" ness of t and "boundary" ness is gradually updated to a smaller value (see R1 in formula (2-11)).

【0218】3つのクラスに分類されたボクセル・デー
タに対して、ボクセルの廉潔性によって腫瘍領域のみを
抽出する。本実施形態の腫瘍抽出処理で処理するボクセ
ル・データのROI(Region of inter
est)に存在する腫瘍領域が”正常組織”によって囲
まれている閉領域であり、また、その領域の中に誤った
クラスに分類されている”正常組織”を含む場合があ
る。そこで、対象となる注目点ROIにおける腫瘍の領
域が次のようなルールで決定される。
For the voxel data classified into three classes, only the tumor region is extracted by the voxel integrity. ROI (Region of inter) of voxel data processed in the tumor extraction processing of the present embodiment
est) is a closed area surrounded by “normal tissues”, and the area may include “normal tissues” classified into an incorrect class. Therefore, the area of the tumor at the target point of interest ROI is determined by the following rule.

【0219】すなわち、 処理(1) ボクセル・データの全体が”正常組織”によって囲まれ
ると仮定して、その外回りの”正常組織”の任意の1つ
のボクセルから出発し、ある1つの”腫瘍”のボクセル
を探索する。
Processing (1) Assuming that the entire voxel data is surrounded by “normal tissue”, starting from any one voxel of the “normal tissue” surrounding the voxel data, one “tumor” To search for voxels.

【0220】処理(2) 探索された1つの”腫瘍”のボクセルに連結している”
腫瘍”ボクセルをすべて探索して、それらのボクセル
を”腫瘍1”とラベル付けする。
Processing (2) “Connected to voxel of one searched“ tumor ”
Search for all tumor "voxels" and label those voxels as "tumor1".

【0221】処理(3) 処理を処理(1)に戻して、”腫瘍1”,”腫瘍2”
…,”腫瘍n”のように腫瘍の領域をラベリングする。
この処理を終了すれば、次の処理に移る。
Processing (3) The processing is returned to processing (1), and “tumor 1” and “tumor 2”
.., Labeling the area of the tumor as “tumor n”.
When this process ends, the process moves to the next process.

【0222】処理(4) ラベリングされた”腫瘍k”(k=1,2,3…,n)
について、ボリュームの大きさが大から小までの順にな
らべて、球と仮定する場合その直径が2mm以下のもの
をノイズとして切り捨て、残された”腫瘍”の中で重心
がROIの中央に一番近いものを最終的に”腫瘍”とし
て決定する。
Processing (4) Labeled “tumor k” (k = 1, 2, 3,..., N)
If the volume is arranged in order from large to small, and if it is assumed to be a sphere, those with a diameter of 2 mm or less are discarded as noise, and the center of gravity of the remaining "tumor" is the center of the ROI. The closest one is finally determined as "tumor".

【0223】小型(約2.8×2.2×1.5cm3
・軽量(17.0g)の交流磁界位置センサ131を超
音波超音波式プローブ121に取り付けることにより、
検者が日常の診断と同じように手動で超音波式プローブ
121を走査しながら、3次元超音波画像データ15b
を収集することができた。悪性腫瘍16例、良性腫瘍
(線維腺腫)11例に適用したところ、いずれも良好な
腫瘍の抽出ができており、本手法の有効性が示唆され
た。
Small size (about 2.8 × 2.2 × 1.5 cm 3 )
By attaching the lightweight (17.0 g) AC magnetic field position sensor 131 to the ultrasonic ultrasonic probe 121,
While the examiner manually scans the ultrasonic probe 121 in the same manner as daily diagnosis, the three-dimensional ultrasonic image data 15b
Was able to collect. When applied to 16 cases of malignant tumors and 11 cases of benign tumors (fibroadenomas), all of them successfully extracted tumors, suggesting the effectiveness of this method.

【0224】以上、本実施形態の腫瘍抽出処理を要約す
ると、特徴量演算が、3次元のボクセルの各々に対し
て、3次元ボクセル・データ16a上における腫瘍の領
域と周囲正常組織及び両者の境界に関する所定の統計量
の分布を、ファジイ推論に利用するメンバシップ関数
({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μ
t,μn,μb}|v)の[0,1]区分の確率分布として
表現する処理を実行する。またメンバシップ関数自動生
成工程が、メンバシップ関数({μt,μn,μb}|u,
{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb}|v)を備え
たファジイ推論過程に基づいて、特徴量演算で求めた統
計量の分布をまとめて腫瘍の領域を自動抽出する処理を
実行する。これにより、ボクセル・データに対して3次
元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィル
タ)をかけ、その出力の正負及びゼロ・クロッシング点
から3つのクラスに分類し、特徴量について、3つのク
ラスに属する”らしさ”を示すメンバシップ関数({μ
t,μn,μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt
μn,μb}|v)を求めることができるようになる。1
種の2次微分フィルタ、またはバンドパス・フィルタで
あり、画像処理では対象の境界抽出においてよく使われ
ている簡便な3次元LoG(Laplaceof Ga
ussian関数)フィルタを用いる結果、ボクセル・
データの境界の位置で2次微分がゼロとなり、またはフ
ィルタの出力が正負の変化、すなわちゼロ交差(Zer
o crossing)が現れる。これらの出力のゼロ
・クロッシング点を連結すると境界となる。従って、3
次元ガウシアン・ラプラスフィルタ(3次元LoGフィ
ルタ)出力のゼロ・クロッシング点を結ぶと、それが抽
出しようとする対象領域の境界面となる。そこで、ゼロ
・クロッシングによる”境界”抽出に加えて、出力の正
値が輝度の低い”腫瘍”、負値が輝度の高い”正常組
織”となることを利用して、ボクセルを3つのクラスに
分類できるようになる。このような簡便なクラス分類を
実行することにより、PC程度の計算能力をもった小規
模なコンピュータリソースで短時間(高速)に計算(画
像処理)できるようなメンバシップ関数({μt,μn
μb}|u,{μt,μn,μb}|d,{μt,μn,μb
|v)の自動作成が可能となる。またファジイ推論工程
が、メンバシップ関数自動生成工程で求めたメンバシッ
プ関数自動生成工程を実行した際に生成されたメンバシ
ップ関数({μt,μn,μb}|u,{μt,μn,μb
|d,{μt,μn,μb}|v)、及びファジイ・ルール
を含んで構成されるファジイ推論過程に基づいて、各ボ
クセルを、所定数のタイプの領域にクラス分けする処理
を実行する。デファジイ(Defuzzify)処理
は、弛緩法に基づいた非ファジイ化過程を各ボクセルに
対して実行し、この処理(非ファジイ化過程の処理)に
続いて、各ボクセルを、”腫瘍”,”正常組織”また
は”境界”のいずれかに分類して腫瘍領域の最終決定を
行う処理を実行する。このようなファジイ推論工程とデ
ファジイ工程を設けることにより、パーソナルコンピュ
ータ(PC)程度の計算能力をもった小規模なコンピュ
ータリソースで短時間(高速)に計算(画像処理)でき
るような簡便なファジイ推論と弛緩法を用いて、各ボク
セルを”腫瘍”,”正常組織”及び両者の”境界”とい
う3つのクラスに分類できるようになる。その結果、P
C程度の計算能力をもった小規模なコンピュータリソー
スで短時間(高速)に計算(画像処理)できるような、
簡便な超音波3次元画像から、スペックル・ノイズや音
響陰影などのアーチファクト、境界部の欠落、筋層など
腫瘍以外の低輝度の領域を除去した腫瘍(特に、乳腺腫
瘍)の領域(文中の”腫瘍”)を高い精度で発見でき、
悪性腫瘍(癌)の判断を再現性良く自動抽出できるよう
になる。
As described above, in summary of the tumor extraction processing of this embodiment, the feature value calculation is performed for each of the three-dimensional voxels, on the three-dimensional voxel data 16a, on the tumor region, the surrounding normal tissue, and the boundary between the two. The membership function ({μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ
t , μ n , μ b } | v) are processed as a probability distribution of [0, 1] division. In addition, the membership function automatic generation process includes a membership function ({μ t , μ n , μ b } | u,
Based on the fuzzy inference process with {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b } | v) Execute the process of automatically extracting the area of. As a result, the three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) is applied to the voxel data, and the output is classified into three classes from the positive / negative and zero crossing points of the output. Membership function ({μ
t , μ n , μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t ,
μ n , μ b } | v) can be obtained. 1
A kind of second-order differential filter or band-pass filter. In image processing, a simple three-dimensional LoG (Laplaceof Ga
ussian function) filter, resulting in voxel
At the position of the data boundary, the second derivative becomes zero, or the output of the filter changes between positive and negative, that is, the zero crossing (Zer
o crossing) appears. Connecting the zero crossings of these outputs forms a boundary. Therefore, 3
When a zero crossing point of the output of the three-dimensional Gaussian Laplace filter (three-dimensional LoG filter) is connected, it becomes a boundary surface of the target region to be extracted. Therefore, in addition to the extraction of the "boundary" by zero crossing, the voxel is classified into three classes by utilizing the fact that the positive value of the output is "tumor" with low luminance and the negative value is "normal tissue" with high luminance. Be able to classify. By executing such a simple class classification, a membership function ({μ t , μ) capable of performing calculation (image processing) in a short time (high speed) with a small computer resource having a calculation capability of about PC. n ,
μ b } | u, {μ t , μ n , μ b } | d, {μ t , μ n , μ b
| V) can be automatically created. The membership function (フ ァ μ t , μ n , μ b } | u, {μ t , and the membership function generated when the fuzzy inference step executes the membership function automatic generation step obtained in the membership function automatic generation step μ n , μ b
| D, {μ t , μ n , μ b } | v), and a process of classifying each voxel into a predetermined number of types of regions based on a fuzzy inference process including fuzzy rules. Execute. In the Defuzzy process, a defuzzification process based on the relaxation method is performed on each voxel, and after this process (process of the defuzzification process), each voxel is replaced with “tumor”, “normal tissue”. A process is performed to classify the tumor area as either “or” or “boundary” to make a final decision on the tumor region. By providing such a fuzzy inference process and a defuzzy process, a simple fuzzy inference that can be calculated (image processed) in a short time (high speed) with a small computer resource having a calculation capability of a personal computer (PC) is provided. Using voxel and relaxation methods, each voxel can be classified into three classes: "tumor", "normal tissue", and "boundary" between them. As a result, P
It can be calculated (image processed) in a short time (high speed) with a small computer resource having a calculation capability of about C.
Tumors (especially mammary tumors) from simple ultrasound three-dimensional images from which low-brightness areas other than tumors such as artifacts such as speckle noise and acoustic shadows, missing borders, and muscle layers have been removed "Tumor") with high accuracy,
It becomes possible to automatically extract a judgment of a malignant tumor (cancer) with good reproducibility.

【0225】[悪性腫瘍自動識別処理]次に、図面に基
づき、乳癌検診システム10の後処理である悪性腫瘍自
動識別処理(乳腺腫瘍の自動識別アルゴリズム)の一実
施形態を説明する。図13は、本実施形態の悪性腫瘍自
動識別処理の処理フローである。
[Automatic Malignant Tumor Identification Process] Next, an embodiment of an automatic malignant tumor identification process (automatic identification algorithm for mammary gland tumor), which is a post-process of the breast cancer screening system 10, will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a processing flow of the malignant tumor automatic identification processing of the present embodiment.

【0226】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理は、乳
癌検診システム10の後処理である腫瘍抽出処理に続く
プロセスであって、生体のMRI画像や超音波画像等の
2次元断層画像から3次元画像のデータの一形態である
ボクセル・データ16aに基づいて、組織間の境界を抽
出して正常組織の中から乳癌組織を発見する病理診断支
援システムに適応可能な手法であって、腫瘍凹凸不整定
量化工程(ステップP10)、腫瘍診断工程(ステップ
P20)を中心とする論理構成になっており、前述した
ような乳癌検診システム10を構成するPCなどのCP
Uで実行可能なプログラムコードで記述されている。
The automatic malignant tumor identification process of the present embodiment is a process following the tumor extraction process which is a post-process of the breast cancer screening system 10. The process is performed on a three-dimensional tomographic image such as an MRI image or an ultrasonic image of a living body. A method applicable to a pathological diagnosis support system for extracting a boundary between tissues based on voxel data 16a, which is a form of image data, and finding a breast cancer tissue from normal tissues. It has a logical configuration centered on the integer quantification step (Step P10) and the tumor diagnosis step (Step P20), and includes a CP such as a PC constituting the breast cancer screening system 10 as described above.
It is described by a program code executable by U.

【0227】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理では、
前述の乳腺腫瘍の自動抽出法によって得られる腫瘍の領
域を3次元的に表示し、そしてその表面の幾何学的な凹
凸を定量的に計測・評価する。腫瘍表面の3次元表示
は、我々が物を見るときに生じている光の陰影と同様な
濃淡分布を腫瘍の表面につけることのできるサーフェス
・レンダリングを用いて行われる。それによって、腫瘍
表面形状の微妙な凹凸変化を観察することができるよう
になり、共通な認識に基づく理解や判断ができるように
なる。
In the automatic malignant tumor identification processing of the present embodiment,
The area of the tumor obtained by the automatic extraction method of the breast tumor described above is displayed three-dimensionally, and the geometrical irregularities on the surface are quantitatively measured and evaluated. The three-dimensional representation of the tumor surface is performed using surface rendering, which allows the shading of the tumor surface to be similar to the light shading that occurs when we look at an object. As a result, it becomes possible to observe subtle changes in the unevenness of the tumor surface shape, and it becomes possible to make an understanding and judgment based on common recognition.

【0228】乳腺腫瘍診断の最大の特徴は、良性または
悪性の鑑別が絡んでくることであり、その中で1cm以
下の小さな乳癌の判別診断が最も重要である。また良性
腫瘍(線維腺腫)は、その輪郭形状が円形ないし楕円形
などのような”整かつ平滑”である。
The most distinctive feature of breast tumor diagnosis is that it involves benign or malignant discrimination, and among them, discriminative diagnosis of small breast cancers of 1 cm or less is the most important. In addition, a benign tumor (fibroadenoma) has a "regular and smooth" contour shape such as a circular or elliptical shape.

【0229】一方悪性腫瘍(癌)は輪郭形状が蟹形や星
形などのような”不整かつ凹凸性状”を呈する。通常の
超音波検査技術では、断層画像におけるこのような幾何
学的な形状の特徴がよく用いられるが、腫瘍がまだ小さ
いときは、断層画像の観察だけではその腫瘍が悪性のも
のなのか良性のものなのかを把握しにくい場合がある。
On the other hand, a malignant tumor (cancer) has an irregular and irregular shape such as a crab shape or a star shape. In normal ultrasonography, such geometrical features in tomographic images are often used, but if the tumor is still small, observing the tomographic image alone will determine whether the tumor is malignant or benign. Sometimes it is difficult to know what is.

【0230】そこで本実施形態では、悪性腫瘍(癌)は
その表面形状が良性腫瘍(線維腺腫)のそれより凹凸不
整のため、表面積が同じ体積を有する良性腫瘍(線維腺
腫)より大きいことを利用する。そこで表面形状の凹凸
不整を定量化(ステップP10)するために、抽出した
腫瘍の表面積と体積の比を利用したパラメータ(腫瘍形
状判定パラメータγ)を定義する(ステップP13)。
球体の場合で正規化(ステップP14)した表面積と体
積の比の腫瘍形状判定パラメータγ(=Surface
3/Volume2ratio,S/V ratio)
は、悪性腫瘍(癌)が良性腫瘍(線維腺腫)より高値を
示すことになる。
Therefore, the present embodiment utilizes the fact that the surface shape of a malignant tumor (cancer) is more irregular than that of a benign tumor (fibroadenoma), and that the surface area is larger than that of a benign tumor (fibroadenoma) having the same volume. I do. Therefore, in order to quantify the irregularity of the surface shape (step P10), a parameter (tumor shape determination parameter γ) using the ratio of the extracted surface area and volume of the tumor is defined (step P13).
Tumor shape determination parameter γ (= Surface) of the ratio of surface area to volume normalized in the case of a sphere (Step P14)
3 / Volume 2 ratio, S / V ratio)
Means that malignant tumor (cancer) shows higher value than benign tumor (fibroadenoma).

【0231】このために腫瘍凹凸不整定量化工程(ステ
ップP10)は、図13に示すように、腫瘍表面形状の
凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積S(ステッ
プP11)、体積V(ステップP12)を利用した腫瘍
形状判定パラメータγを計算する(ステップP13)論
理構成となっている。
For this purpose, in the tumor irregularity quantification step (step P10), as shown in FIG. 13, the surface area S (step P11) and the volume V (step P12) of the tumor are used as indices for measuring the degree of irregularity of the tumor surface shape. ) Is used to calculate the tumor shape determination parameter γ (step P13).

【0232】ここで腫瘍形状判定パラメータγは、 γ=(S3/V2)/κ,κ=定数 …式(3−1) で定義されている。定数κは、腫瘍の形状が球のときγ
が1となるように正規化(ステップP14)するための
ものであって、具体的には、36/πとしている(ステ
ップP14)。
Here, the tumor shape determination parameter γ is defined by the following equation: γ = (S 3 / V 2 ) / κ, κ = constant (3-1) The constant κ is γ when the tumor is spherical.
Is normalized to be 1 (step P14), specifically, 36 / π (step P14).

【0233】乳癌検診システム10における乳腺腫瘍の
診断を支援するために、抽出された腫瘍に対して表面形
状を3次元表示するとともに、その幾何学的な凹凸を評
価する。抽出した腫瘍の表面積の3乗と体積の2乗との
比であるS/V ratioをパラメータとして利用し
て腫瘍の表面形状の凹凸不整を定量化している。更に加
えて、良悪性の両者に対してこのS/V ratio
(所定の閾値)を用いて両者のグループ分け(ステップ
P21)を行う。具体的には、この腫瘍形状判定パラメ
ータγを臨床応用によって抽出した悪性腫瘍(癌)16
例、良性腫瘍(線維腺腫)11例の結果に適用した評価
結果、及び良悪性の両者に基づいて、この腫瘍形状判定
パラメータγをS/V ratio≒4(=所定の閾
値)に設定している(ステップP21)。
In order to assist the breast cancer screening system 10 in diagnosing breast tumors, the extracted tumors are three-dimensionally displayed and their geometrical irregularities are evaluated. The irregularity of the surface shape of the tumor is quantified using S / V ratio, which is the ratio of the cube of the surface area of the extracted tumor to the square of the volume, as a parameter. In addition, the S / V ratio for both benign and malignant
Using the (predetermined threshold value), the two groups are classified (step P21). Specifically, the malignant tumor (cancer) 16 obtained by extracting the tumor shape determination parameter γ by clinical application
Example, the tumor shape determination parameter γ was set to S / V ratio ≒ 4 (= predetermined threshold) based on both the evaluation results applied to the results of 11 cases of benign tumors (fibroadenoma) and benign or malignant. (Step P21).

【0234】このために腫瘍凹凸不整定量化工程(ステ
ップP10)を実行することにより、腫瘍表面形状の凹
凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用
した腫瘍形状判定パラメータγ(γ=(S3/V2)/
κ)を計算する。腫瘍の表面が滑らかであれば腫瘍形状
判定パラメータγは小さくなり、表面が凹凸の性状を呈
すれば腫瘍形状判定パラメータγは大きな値になる。
For this purpose, by executing the tumor irregularity irregularity quantification step (step P10), the tumor shape determination parameter γ (γ = (γ = ( S 3 / V 2 ) /
κ) is calculated. If the surface of the tumor is smooth, the parameter γ for determining the shape of the tumor will be small, and if the surface has irregularities, the parameter γ for determining the shape of the tumor will have a large value.

【0235】そこで、図13に示すように、この腫瘍凹
凸不整定量化工程(ステップP10)に続いて形状判定
工程(ステップP21)を実行することにより、計算し
た腫瘍形状判定パラメータγが所定の(S/V rat
io)未満である場合に腫瘍の表面が滑らかであると判
定する(ステップP23)一方、閾値(S/V rat
io)以上である場合に腫瘍の表面が凹凸の性状を呈し
ていると判定する(ステップP22)。
Therefore, as shown in FIG. 13, by executing the shape judging step (step P21) following the tumor irregularity quantifying step (step P10), the calculated tumor shape judging parameter γ becomes a predetermined ( S / V rat
io) When it is less than the threshold value, it is determined that the surface of the tumor is smooth (step P23), while the threshold value (S / V rat) is determined.
io) When it is equal to or more than that, it is determined that the surface of the tumor has irregularities (step P22).

【0236】また、図13に示すように、形状判定工程
(ステップP21)を実行することにより、表面が滑ら
かであると判定した腫瘍を良性腫瘍(線維腺腫)と診断
し、表面が凹凸の性状を呈していると判定した腫瘍を悪
性腫瘍(癌)と診断する。
As shown in FIG. 13, by executing the shape determination step (Step P21), a tumor determined to have a smooth surface is diagnosed as a benign tumor (fibroadenoma), and the surface is determined to have irregularities. Is diagnosed as a malignant tumor (cancer).

【0237】乳癌検診システム10における腫瘍表面の
3次元表示は、前述したように、サーフェス・レンダリ
ングなる陰影法によって行われており、表面の3次元形
状の微妙な凹凸変化を容易に観察することができるよう
になる。
As described above, the three-dimensional display of the tumor surface in the breast cancer screening system 10 is performed by the shading method called surface rendering, and it is possible to easily observe subtle changes in the three-dimensional shape of the surface. become able to.

【0238】腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップP1
0)は、図13に示すように、最終的に抽出された腫瘍
を構成するボクセルの総和として腫瘍の体積を計算する
腫瘍体積算定工程(ステップP12)を実行している。
[0238] Tumor unevenness quantification step (step P1
0) executes a tumor volume calculation step (step P12) of calculating the tumor volume as the sum of voxels constituting the finally extracted tumor, as shown in FIG.

【0239】算出した腫瘍の体積に応じて、腫瘍表面形
状の凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積、体積
を利用した腫瘍形状判定パラメータγ(γ=(S3
2)/κ)を計算する(ステップP13)。この腫瘍
凹凸不整定量化工程(ステップP10)に続いて前述の
形状判定工程(ステップP21)を実行し、計算した腫
瘍形状判定パラメータγに応じて腫瘍の表面の滑らかさ
や凹凸の性状を判定する(ステップP21)。形状判定
工程(ステップP21)に続いて腫瘍診断工程(ステッ
プP20)を実行し、表面判定結果に応じて腫瘍が良性
なのか、悪性なのかを診断する(ステップP21→P2
2、またはP21→P23)。
According to the calculated tumor volume, a tumor shape determination parameter γ (γ = (S 3 /
V 2 ) / κ) is calculated (step P13). Following the tumor irregularity quantification step (Step P10), the above-described shape determination step (Step P21) is executed, and the smoothness of the tumor surface and the nature of the irregularities are determined according to the calculated tumor shape determination parameter γ ( Step P21). Following the shape determination step (Step P21), a tumor diagnosis step (Step P20) is executed to determine whether the tumor is benign or malignant according to the surface determination result (Step P21 → P2).
2, or P21 → P23).

【0240】腫瘍体積算定工程(ステップP12)は、
ボクセルを基本単位とする計算を行うので、コンパクト
で安価なPCのようなコンピュータリソースで高速に自
動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検診として
有効な乳癌検診システム10を構築できる。
The tumor volume calculation step (step P12)
Since calculations are performed using voxels as basic units, a breast cancer screening system 10 that can be automatically executed at high speed with computer resources such as a compact and inexpensive PC and that is effective as an initial diagnosis of breast tumors and a mass screening can be constructed.

【0241】また腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップP
10)は、図13に示すように、第1工程(ステップP
111)と第2工程(ステップP112)とを基本構成
とする腫瘍表面積算定工程(ステップP11)を実行し
ている。
In addition, the irregularity quantification step (step P
10) is a first step (step P) as shown in FIG.
111) and a second step (step P112) as a basic configuration are performed in a tumor surface area calculation step (step P11).

【0242】腫瘍表面積算定工程(ステップP11)
は、腫瘍の輪郭としてラベリングされたボクセルに対し
て、隣接する3つのボクセルの組み合わせを作ると共
に、この3つの組み合わせで形成される三角形の面積の
総和を表面積とする工程である。
Tumor Surface Area Calculation Step (Step P11)
Is a step of creating a combination of three adjacent voxels with respect to the voxel labeled as the outline of the tumor, and using the sum of the areas of the triangles formed by the three combinations as the surface area.

【0243】すなわち、腫瘍凹凸不整定量化工程(ステ
ップP10)に腫瘍体積算定工程(ステップP12)を
設けることにより、最終的に抽出された腫瘍を構成する
ボクセルの総和として腫瘍の体積を計算する。更に加え
て、腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップP10)に腫瘍
表面積算定工程(ステップP11)を設けることによ
り、腫瘍の輪郭としてラベリングされたボクセルに対し
て、隣接する3つのボクセルの組み合わせを作成する。
また第1工程(ステップP111)に続いて第2工程
(ステップP112)を実行することにより、隣接する
3つのボクセルの組み合わせで形成される三角形の面積
の総和を腫瘍の表面積として算出する(ステップP1
1)。更に加えて、この腫瘍の体積に応じて、腫瘍表面
形状の凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積、体
積を利用した腫瘍形状判定パラメータγを計算する(ス
テップP13)。この腫瘍凹凸不整定量化工程(ステッ
プP10)に続いて前述の形状判定工程(ステップP2
1)を実行し、計算した腫瘍形状判定パラメータγに応
じて腫瘍の表面の滑らかさや凹凸の性状を判定する(ス
テップP21)。形状判定工程(ステップP21)の結
果に応じて、ステップP22,P23を実行し、表面判
定結果に応じて腫瘍が良性なのか、悪性なのかを診断す
る。
That is, by providing a tumor volume calculation step (Step P12) in the tumor irregularity quantification step (Step P10), the tumor volume is calculated as the sum of voxels constituting the finally extracted tumor. In addition, by providing a tumor surface area calculation step (Step P11) in the tumor irregularity quantification step (Step P10), a combination of three adjacent voxels is created for a voxel labeled as a contour of a tumor. .
By executing the second step (Step P112) following the first step (Step P111), the total sum of the areas of the triangles formed by the combination of three adjacent voxels is calculated as the surface area of the tumor (Step P1).
1). In addition, according to the volume of the tumor, a tumor shape determination parameter γ using the surface area and volume of the tumor is calculated as an index for measuring the degree of unevenness of the tumor surface shape (step P13). Subsequent to the tumor irregularity quantification step (step P10), the above-mentioned shape determination step (step P2)
1) is executed, and the smoothness and unevenness of the surface of the tumor are determined according to the calculated tumor shape determination parameter γ (step P21). Steps P22 and P23 are executed according to the result of the shape determination step (step P21), and it is diagnosed whether the tumor is benign or malignant according to the surface determination result.

【0244】第1工程(ステップP111)や第2工程
(ステップP112)を含むこのような腫瘍表面積算定
工程(ステップP11)は、ボクセルを基本単位とする
計算を行うので、コンパクトで安価なPCのようなコン
ピュータリソースで高速に自動的に実行でき、乳腺腫瘍
の初期診断、集団検診として有効な乳癌検診システム1
0を構築できる。
In such a tumor surface area calculation step (step P11) including the first step (step P111) and the second step (step P112), since the calculation is performed using voxels as basic units, a compact and inexpensive PC can be used. Breast cancer screening system 1 that can be automatically executed at high speed with such computer resources, and is effective as an initial diagnosis and mass screening of breast tumors
0 can be constructed.

【0245】腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップP1
0)に続く腫瘍診断工程(ステップP20)は、図13
に示すように、腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップP1
0)が計算した腫瘍形状判定パラメータγが所定の閾値
未満である場合(ステップP21の<)に腫瘍の表面が
滑らかであると判定し、閾値以上である場合(ステップ
P21の≧)に腫瘍の表面が凹凸の性状を呈していると
判定する論理構成となっている。
Tumor unevenness quantification step (step P1)
0) follows the tumor diagnosis step (step P20) in FIG.
As shown in the figure, tumor irregularity quantification step (step P1)
If the calculated tumor shape determination parameter γ calculated in step (0) is less than a predetermined threshold (<in step P21), it is determined that the surface of the tumor is smooth. It has a logical configuration that determines that the surface has unevenness.

【0246】腫瘍診断工程(ステップP20)は、形状
判定工程(ステップP21)の結果に応じて、表面が滑
らかであると判定した腫瘍を良性腫瘍(線維腺腫)と診
断し(ステップP23)、表面が凹凸の性状を呈してい
ると判定した腫瘍を悪性腫瘍(癌)と診断(ステップP
22)する論理構成となっている。
In the tumor diagnosis step (step P20), a tumor whose surface is determined to be smooth is diagnosed as a benign tumor (fibroadenoma) in accordance with the result of the shape determination step (step P21) (step P23). Is diagnosed as a malignant tumor (cancer) (step P
22).

【0247】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理では、
乳腺腫瘍の診断を支援するために、抽出された腫瘍に対
して表面形状を3次元表示するとともに、その幾何学的
な凹凸を評価した。腫瘍表面の3次元表示は、サーフェ
ス・レンダリングなる陰影法によって行われており、表
面の3次元形状の微妙な凹凸変化を容易に観察すること
ができた。また、抽出した腫瘍の表面積の3乗と体積の
2乗との比(S/Vratio)の腫瘍形状判定パラメ
ータγを利用して腫瘍の表面形状の凹凸不整を定量化
(ステップP10)した。
In the automatic malignant tumor identification processing of the present embodiment,
In order to assist the diagnosis of breast tumors, the extracted tumors were three-dimensionally displayed in surface shape and their geometrical irregularities were evaluated. The three-dimensional display of the tumor surface was performed by a shadow method called surface rendering, and it was possible to easily observe a subtle uneven change in the three-dimensional shape of the surface. In addition, irregularities in the surface shape of the tumor were quantified using the tumor shape determination parameter γ of the ratio (S / Vratio) of the cube of the surface area of the extracted tumor to the square of the volume (step P10).

【0248】この腫瘍形状判定パラメータγを本臨床応
用によって抽出した悪性腫瘍(癌)16例、良性腫瘍
(線維腺腫)11例の結果に適用した評価結果、及び良
悪性の両者に対してこの腫瘍形状判定パラメータγはS
/V ratio≒4で両者のグループ分け(ステップ
P21)ができたことを以下に示す。
The evaluation results obtained by applying the tumor shape determination parameter γ to the results of 16 cases of malignant tumor (cancer) and 11 cases of benign tumor (fibroadenoma) extracted by this clinical application, The shape determination parameter γ is S
It is shown below that the two groups can be grouped (step P21) at / V ratio ≒ 4.

【0249】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理の有効
性を検証するために、臨床応用データとして、図14に
示される悪性16例(図中のケース(1)〜ケース(1
6))、良性11例(図中のケース(17)〜ケース
(27))が用いられた(悪性・良性の判定は、図中
「症状」欄に記載されている)。図14に示されたよう
に、被検者の年齢構成(図中「年齢」)は25歳〜77
歳である。また、腫瘍の大きさ(図中「大きさ[c
m]」)は0.5cm〜1.8cmである。
In order to verify the effectiveness of the automatic malignant tumor identification processing of this embodiment, 16 cases of malignancy shown in FIG. 14 (case (1) to case (1
6)) and 11 benign cases (case (17) to case (27) in the figure) were used (determination of malignant / benign is described in the “symptom” column in the figure). As shown in FIG. 14, the age structure of the subject (“age” in the figure) is 25 to 77 years
Age. In addition, the size of the tumor (“size [c
m] ") is 0.5 cm to 1.8 cm.

【0250】図14に示されている臨床データへの適用
結果は、いずれも良好に抽出することができたが、その
うちの悪性5例、良性5例についてそれぞれ図15〜図
19と、図20〜図24に示す。
Although the results of application to the clinical data shown in FIG. 14 were all successfully extracted, 5 cases of malignant and 5 cases of benign were shown in FIGS. 15 to 19 and FIG. 24 to FIG.

【0251】図15〜図24の各々の図(a)は、ボク
セル・データ16aのzx平面についての1断面の断層
画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した画像であ
る。図15〜図24の各々の図(a)より良好な腫瘍の
領域が検出されていることが分かる。
FIGS. 15A to 24A are images in which the tomographic image of one section on the zx plane of the voxel data 16a and the boundary of the extracted tumor are displayed in a superimposed manner. It can be seen that a better tumor region is detected from each of FIGS. 15A to 24A.

【0252】図15〜図24の各々の図(b)はサーフ
ェス・レンダリングなる陰影手法による腫瘍表面形状の
3次元表示像である。
Each of FIGS. 15 to 24 is a three-dimensional display image of a tumor surface shape by a shading technique called surface rendering.

【0253】図15(b)〜図19(b)より、悪性腫
瘍(癌)の特徴である腫瘍表面の凹凸不整としてよく認
識され、癌の周囲への浸潤の様子がよく観察される。
From FIGS. 15 (b) to 19 (b), irregularities on the surface of the tumor, which are characteristic of malignant tumors (cancer), are well recognized, and infiltration around the cancer is well observed.

【0254】また、図20〜図24の各々の図(b)よ
り、良性腫瘍(線維腺腫)の特徴である腫瘍の表面が平
滑であることが明瞭に抽出されていることが分かる。こ
のように、本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理によって
乳腺腫瘍の領域が良好に検出され、腫瘍表面の3次元表
示画像から良悪性の幾何学的な特徴を容易に観察するこ
とができるようになり、腫瘍の良悪性の判別診断がより
客観的に行えることとなった。
Further, it can be seen from FIGS. 20 to 24 that the smooth surface of the tumor, which is a characteristic of a benign tumor (fibroadenoma), is clearly extracted. As described above, the region of the mammary gland tumor is favorably detected by the automatic malignant tumor identification processing of the present embodiment, and the benign and malignant geometric features can be easily observed from the three-dimensional display image of the tumor surface. In other words, the discriminating diagnosis of tumor benign and malignant can be performed more objectively.

【0255】前述したように、腫瘍の表面が滑らかであ
れば腫瘍形状判定パラメータγは小さくなり、表面が凹
凸の性状を呈すれば腫瘍形状判定パラメータγは大きな
値になる。式(3−1)を前述の腫瘍抽出処理で抽出さ
れた腫瘍に適用して計算した結果を図25に示す。
As described above, if the surface of the tumor is smooth, the parameter γ for determining the shape of the tumor becomes small, and if the surface has irregularities, the parameter γ for determining the shape of the tumor has a large value. FIG. 25 shows the calculation result obtained by applying Expression (3-1) to the tumor extracted in the above-described tumor extraction processing.

【0256】また、算出した腫瘍形状判定パラメータγ
腫瘍形状判定パラメータγと求めた腫瘍の体積の関係を
図26に示す。それによると、良性(線維腺腫)と悪性
(癌)に対してこの腫瘍形状判定パラメータγは顕著に
異なる値(悪性の腫瘍形状判定パラメータγ≧4、良性
の腫瘍形状判定パラメータγ<4)を示しており、腫瘍
形状判定パラメータγ≒4で良悪性がグループ分け(ス
テップP21)される。このように、本腫瘍形状判定パ
ラメータγによって腫瘍の良悪性の定量的判別ができて
いることが分かる。
Also, the calculated tumor shape determination parameter γ
FIG. 26 shows the relationship between the tumor shape determination parameter γ and the obtained tumor volume. According to this, the tumor shape determination parameter γ has significantly different values (malignant tumor shape determination parameter γ ≧ 4, benign tumor shape determination parameter γ <4) for benign (fibroadenoma) and malignant (cancer). The benign and malignant are grouped according to the tumor shape determination parameter γ ≒ 4 (step P21). Thus, it can be seen that quantitative determination of tumor benign or malignant has been made by the present tumor shape determination parameter γ.

【0257】以上要約すれば、腫瘍凹凸不整定量化工程
(ステップP10)を実行することにより、腫瘍表面形
状の凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表面積、体積
を利用した腫瘍形状判定パラメータγを計算する(ステ
ップP13)。この腫瘍凹凸不整定量化工程(ステップ
P10)に続いて、球の場合で正規化(ステップP1
4)した表面積と体積の比のパラメータS/V rat
ioが悪性腫瘍(癌)が良性腫瘍(線維腺腫)より高値
を示すことに注目して、腫瘍診断工程(ステップP2
0)を実行することにより、計算した腫瘍形状判定パラ
メータγが所定の閾値未満である場合(ステップP21
の<)に腫瘍の表面が滑らかであると判定する一方、閾
値以上である場合(ステップP21の≧)に腫瘍の表面
が凹凸の性状を呈していると判定する(ステップP2
1)。腫瘍診断工程(ステップP20)を実行すること
により、表面が滑らかであると判定した腫瘍を良性腫瘍
(線維腺腫)と診断し(ステップP23)、表面が凹凸
の性状を呈していると判定した腫瘍を悪性腫瘍(癌)と
診断する(ステップP22)。
In summary, by performing the tumor irregularity irregularity quantification step (step P10), the tumor shape determination parameter γ using the surface area and volume of the tumor as an index for measuring the degree of irregularity of the tumor surface shape is calculated. (Step P13). Subsequent to the tumor irregularity quantification step (step P10), normalization is performed in the case of a sphere (step P1).
4) Parameter S / V rat of ratio of surface area to volume
Note that io shows higher values for malignant tumors (cancers) than for benign tumors (fibroadenomas).
0), the calculated tumor shape determination parameter γ is smaller than the predetermined threshold (Step P21)
In <>, it is determined that the surface of the tumor is smooth, while when it is equal to or larger than the threshold (≧ in step P21), it is determined that the surface of the tumor has irregularities (step P2).
1). By executing the tumor diagnosis step (Step P20), a tumor whose surface is determined to be smooth is diagnosed as a benign tumor (fibroadenoma) (Step P23), and a tumor whose surface is determined to have unevenness is determined. Is diagnosed as a malignant tumor (cancer) (step P22).

【0258】その結果、悪性腫瘍(乳癌)の特徴である
腫瘍表面の凹凸不整がある乳腺腫瘍の領域が良好に検出
でき、腫瘍表面の3次元表示画像から良悪性の幾何学的
な特徴を容易に観察することができるようになり、腫瘍
の良悪性の判別診断がより客観的に行えるようになる。
As a result, a region of a mammary gland tumor having irregularities on the tumor surface, which is a feature of a malignant tumor (breast cancer), can be detected well, and a benign or malignant geometric feature can be easily detected from a three-dimensional display image of the tumor surface. This makes it possible to more objectively make a diagnosis of benign or malignant tumor.

【0259】すなわち、乳腺腫瘍の自動抽出システム
(病理診断支援システム)によって得られる腫瘍の領域
を3次元的に表示し、そしてその表面の幾何学的な凹凸
を定量的に計測・評価することができるようになる。乳
癌検診システム10における腫瘍表面の3次元表示は、
我々が物を見るときに生じている光の陰影と同様な濃淡
分布を腫瘍の表面につけることのできるサーフェス・レ
ンダリングを用いる。これにより、腫瘍表面形状の微妙
な凹凸変化を観察することができるようになり、検者と
患者とで共通な認識に基づく理解や判断ができるように
なる。その結果、抽出した腫瘍を3次元映像化するとと
もに腫瘍表面形状の幾何学的凹凸を定量化(ステップP
10)することによって乳乳癌診断を支援できるように
なる。
That is, it is possible to three-dimensionally display a tumor region obtained by an automatic breast tumor extraction system (pathological diagnosis support system) and quantitatively measure and evaluate the geometrical irregularities on the surface. become able to. The three-dimensional display of the tumor surface in the breast cancer screening system 10 is as follows:
It uses surface rendering, which can give the surface of the tumor a shading distribution similar to the shadows of light that occur when we look at an object. As a result, it becomes possible to observe subtle changes in the unevenness of the tumor surface shape, and it becomes possible for the examiner and the patient to understand and judge based on common recognition. As a result, the extracted tumor is converted into a three-dimensional image, and the geometrical irregularities of the tumor surface shape are quantified (step P).
10) By doing so, it becomes possible to support breast breast cancer diagnosis.

【0260】腫瘍形状判定パラメータγの算出は、コン
パクトで安価なPCのようなコンピュータリソースで高
速に自動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検診
として有効な乳癌検診システム10を構築できる。
The calculation of the tumor shape determination parameter γ can be automatically performed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and a breast cancer screening system 10 effective as an initial diagnosis of breast tumor and a mass screening can be constructed.

【0261】[0261]

【発明の効果】請求項1に記載の発明では、表面形状の
凹凸不整を定量化するために、抽出した腫瘍の表面積と
体積の比を利用したパラメータを定義する。このため
に、凹凸不整定量化工程を実行することにより、立体表
面形状の凹凸の度合いを測る指標として立体の表面積、
体積を利用した形状判定パラメータ(γ=(S3/V2
/κ)を計算する。続いて、形状判定工程を実行するこ
とにより、凹凸不整定量化工程で計算した形状判定パラ
メータ(γ)が所定の閾値未満である場合に立体の表面
が滑らかであると判定する一方、閾値以上である場合に
当該立体の表面が凹凸の性状を呈していると判定する。
According to the first aspect of the present invention, in order to quantify the irregularity of the surface shape, a parameter using the ratio of the surface area to the volume of the extracted tumor is defined. For this reason, by performing the unevenness quantification step, the surface area of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the three-dimensional surface shape,
Shape determination parameter using volume (γ = (S 3 / V 2 )
/ Κ) is calculated. Subsequently, by performing the shape determination step, it is determined that the three-dimensional surface is smooth when the shape determination parameter (γ) calculated in the unevenness quantification step is less than a predetermined threshold, while the shape determination parameter (γ) is greater than or equal to the threshold. In some cases, it is determined that the surface of the solid has irregularities.

【0262】その結果得られた立体の領域を3次元的に
表示してその表面の幾何学的な凹凸を定量的に計測・評
価することができるようになる。立体表面の3次元表示
は、我々が物を見るときに生じている光の陰影と同様な
濃淡分布を立体の表面につけることのできるサーフェス
・レンダリングを用いる。これにより、立体表面形状の
微妙な凹凸変化を観察することができるようになる。
The three-dimensional region obtained as a result can be displayed three-dimensionally, and the geometric unevenness of the surface can be quantitatively measured and evaluated. The three-dimensional representation of a solid surface uses surface rendering that allows the shading of the solid surface to be similar to the shadows of light that occur when we look at an object. Thereby, it becomes possible to observe a subtle unevenness of the three-dimensional surface shape.

【0263】立体形状判定パラメータγの算出は、コン
パクトで安価なPCのようなコンピュータリソースで高
速に自動的に実行でき、立体の形状診断として有効な手
段となる。
The calculation of the three-dimensional shape determination parameter γ can be automatically executed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and is an effective means for three-dimensional shape diagnosis.

【0264】このために請求項2に記載の発明では、請
求項1に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程にお
いて、先ず、定数正規化工程を実行することにより、立
体の形状が球のときに形状判定パラメータの値が1とな
るようにκを正規化した後に、立体表面形状の凹凸の度
合いを測る指標として立体の表面積、体積を利用した形
状判定パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算す
る。これに続いて前述の形状判定工程を実行する。
For this reason, according to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, in the unevenness quantification step, first, a constant normalization step is performed to make the three-dimensional shape spherical. After normalizing κ such that the value of the shape determination parameter becomes 1 at the time of, the shape determination parameter (γ = (S 3 /) using the surface area and volume of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the solid surface shape V 2 ) / κ) is calculated. Subsequently, the above-described shape determination step is performed.

【0265】立体表面の3次元表示は、前述したよう
に、サーフェス・レンダリングなる陰影法によって行わ
れており、表面の3次元形状の微妙な凹凸変化を容易に
観察することができるようになる。
As described above, the three-dimensional display of the three-dimensional surface is performed by the shading method called surface rendering, and it is possible to easily observe a subtle unevenness of the three-dimensional shape of the surface.

【0266】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程において体
積算定工程が、最終的に抽出された立体のボクセルの総
和として立体の体積を計算する。
According to the third aspect of the present invention, the first aspect
In addition to the effects described in the above, the volume calculation step in the unevenness quantification step calculates the volume of the solid as the sum of the finally extracted voxels of the solid.

【0267】このような体積算定工程は、ボクセルを基
本単位とする計算を行うので、コンパクトで安価なPC
のようなコンピュータリソースで高速に自動的に実行で
き、乳腺立体の初期診断、集団検診として有効な手段と
なる。
In such a volume calculation step, since a calculation is performed using voxels as basic units, a compact and inexpensive PC is used.
It can be automatically executed at high speed with computer resources such as the above, and is an effective means for initial diagnosis of breast solids and mass screening.

【0268】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の効果に加えて、凹凸不整定量化工程において、
先ず、定数正規化工程を実行することにより、立体の形
状が球のときに形状判定パラメータの値が1となるよう
にκを正規化した後に、第1工程を実行して立体の輪郭
としてラベリングされたボクセルに対して、隣接する3
つのボクセルの組み合わせを作成し、第1工程に続いて
第2工程を実行して、隣接する3つのボクセルの組み合
わせで形成される三角形の面積の総和を立体の表面積と
する。これに基づいて、立体表面形状の凹凸の度合いを
測る指標として立体の表面積、体積を利用した形状判定
パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算する。これ
に続いて、前述の形状判定工程を実行する。
According to the invention set forth in claim 4, according to claim 1
In addition to the effects described in the above, in the uneven irregularity quantification step,
First, by performing a constant normalization step, κ is normalized so that the value of the shape determination parameter becomes 1 when the solid shape is a sphere, and then the first step is executed to label the solid as a solid contour. 3 for the voxel
One voxel combination is created, and the second step is executed following the first step, and the sum of the areas of the triangles formed by the combination of three adjacent voxels is defined as the surface area of the solid. Based on this, a shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / κ) using the surface area and volume of the solid as an index for measuring the degree of unevenness of the solid surface shape is calculated. Subsequently, the above-described shape determination step is performed.

【0269】このような第1工程や第2工程を含む表面
積算定工程は、ボクセルを基本単位とする計算を行うの
でコンパクトで安価なPCのようなコンピュータリソー
スで高速に自動的に実行でき、乳腺立体の初期診断、集
団検診として有効な手段となる。
The surface area calculation step including the first step and the second step can be automatically executed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC because the calculation is performed using voxels as basic units. This is an effective means for initial diagnosis of three-dimensional objects and mass screening.

【0270】乳腺腫瘍診断の最大の特徴は、良悪性の鑑
別が絡んでくることであり、その中で外径1cm以下の
小さな癌の判別診断が最も重要である。良性腫瘍は、そ
の輪郭形状が円形ないし楕円形などのような”整かつ平
滑”である。
[0270] The greatest feature of breast tumor diagnosis is that it involves differentiation between benign and malignant tumors. Among them, the discrimination and diagnosis of small cancers having an outer diameter of 1 cm or less is the most important. Benign tumors are "regular and smooth", such as circular or elliptical in contour.

【0271】一方悪性腫瘍(癌)は輪郭形状が蟹形や星
形などのような”不整かつ凹凸性状”を呈する。通常の
超音波検査技術では、断層画像におけるこのような幾何
学的な形状の特徴がよく用いられるが、腫瘍がまだ小さ
いときは、断層画像の観察だけではその腫瘍が悪性のも
のなのか良性のものなのかを把握しにくい場合がある。
On the other hand, a malignant tumor (cancer) has an irregular and irregular shape such as a crab shape or a star shape. In normal ultrasonography, such geometrical features in tomographic images are often used, but if the tumor is still small, observing the tomographic image alone will determine whether the tumor is malignant or benign. Sometimes it is difficult to know what is.

【0272】そこで請求項5に記載の発明では、悪性腫
瘍(癌)はその表面形状が良性腫瘍のそれより凹凸不整
のため、表面積が同じ体積を有する良性腫瘍より大きい
ことを利用する。そこで表面形状の凹凸不整を定量化す
るために、抽出した腫瘍の表面積と体積の比を利用した
パラメータを定義する。このために、腫瘍凹凸不整定量
化工程を実行することにより、腫瘍表面形状の凹凸の度
合いを測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した腫
瘍形状判定パラメータを計算する。この腫瘍凹凸不整定
量化工程に続いて、球の場合で正規化した表面積と体積
の比のパラメータS/V ratioが悪性腫瘍(癌)
が良性腫瘍より高値を示すことに注目して、形状判定工
程を実行することにより、計算した腫瘍形状判定パラメ
ータが所定の閾値未満である場合に腫瘍の表面が滑らか
であると判定する一方、閾値以上である場合に腫瘍の表
面が凹凸の性状を呈していると判定する。形状判定工程
に続いて腫瘍診断工程を実行することにより、形状判定
工程において表面が滑らかであると判定した腫瘍を良性
腫瘍と診断し、表面が凹凸の性状を呈していると判定し
た腫瘍を悪性腫瘍(癌)と診断する。
Therefore, the invention described in claim 5 utilizes the fact that the surface shape of a malignant tumor (cancer) is larger than that of a benign tumor having the same volume because the surface shape is more irregular than that of a benign tumor. Therefore, in order to quantify the irregularity of the surface shape, a parameter using the ratio of the surface area to the volume of the extracted tumor is defined. For this purpose, by performing a tumor irregularity irregularity quantification step, a tumor shape determination parameter using the surface area and volume of the tumor is calculated as an index for measuring the degree of irregularity of the tumor surface shape. Subsequent to this tumor irregularity quantification step, the parameter S / V ratio of the surface area to volume ratio normalized in the case of a sphere is determined by the malignant tumor (cancer)
Paying attention to showing a higher value than a benign tumor, by performing the shape determination step, when the calculated tumor shape determination parameter is less than a predetermined threshold, while determining that the surface of the tumor is smooth, In this case, it is determined that the surface of the tumor has irregularities. By performing a tumor diagnosis step following the shape determination step, a tumor determined to have a smooth surface in the shape determination step is diagnosed as a benign tumor, and a tumor determined to have a surface having irregularities is identified as a malignant tumor. Diagnose a tumor (cancer).

【0273】その結果、悪性腫瘍(癌)の特徴である腫
瘍表面の凹凸不整がある乳腺腫瘍の領域が良好に検出で
き、腫瘍表面の3次元表示画像から良悪性の幾何学的な
特徴を容易に観察することができるようになり、腫瘍の
良悪性の判別診断がより客観的に行えるようになる。
As a result, a region of a mammary gland tumor having irregularities on the surface of a tumor, which is a feature of a malignant tumor (cancer), can be detected well, and a benign or malignant geometric feature can be easily detected from a three-dimensional display image of the tumor surface. This makes it possible to more objectively make a diagnosis of benign or malignant tumor.

【0274】すなわち、乳腺腫瘍の自動抽出システム
(病理診断支援システム)によって得られる腫瘍の領域
を3次元的に表示し、そしてその表面の幾何学的な凹凸
を定量的に計測・評価することができるようになる。腫
瘍表面の3次元表示は、我々が物を見るときに生じてい
る光の陰影と同様な濃淡分布を腫瘍の表面につけること
のできるサーフェス・レンダリングを用いる。これによ
り、腫瘍表面形状の微妙な凹凸変化を観察することがで
きるようになり、検者と患者とで共通な認識に基づく理
解や判断ができるようになる。その結果、抽出した腫瘍
を3次元映像化するとともに腫瘍表面形状の幾何学的凹
凸を定量化することによって乳癌診断を支援できるよう
になる。
That is, it is possible to three-dimensionally display a tumor region obtained by an automatic breast tumor extraction system (pathological diagnosis support system) and quantitatively measure and evaluate the geometrical irregularities on the surface. become able to. The three-dimensional representation of the tumor surface uses surface rendering that allows the shading of the tumor surface to be similar to the light shading that occurs when we look at an object. As a result, it becomes possible to observe subtle changes in the unevenness of the tumor surface shape, and it becomes possible for the examiner and the patient to understand and judge based on common recognition. As a result, breast cancer diagnosis can be supported by making the extracted tumor into a three-dimensional image and quantifying the geometric unevenness of the tumor surface shape.

【0275】腫瘍形状判定パラメータの算出は、コンパ
クトで安価なPCのようなコンピュータリソースで高速
に自動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検診と
して有効な手段となる。
The calculation of the tumor shape determination parameter can be automatically performed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and is an effective means for initial diagnosis and mass screening of breast tumors.

【0276】請求項6に記載の発明において、乳腺腫瘍
の診断を支援するために、抽出された腫瘍に対して表面
形状を3次元表示するとともに、その幾何学的な凹凸を
評価する。抽出した腫瘍の表面積の3乗と体積の2乗と
の比S/V ratioをパラメータを利用して腫瘍の
表面形状の凹凸不整を定量化している。更に加えて、良
悪性の両者に対してこのS/V ratio(所定の閾
値)を用いて両者のグループ分けを行う。
In the invention according to claim 6, in order to assist the diagnosis of a breast tumor, the surface shape of the extracted tumor is three-dimensionally displayed, and its geometric unevenness is evaluated. The irregularity of the surface shape of the tumor is quantified using a parameter of the ratio S / V ratio of the cube of the surface area of the extracted tumor to the square of the volume of the tumor. In addition, the S / V ratio (predetermined threshold) is used to classify both good and malignant groups.

【0277】このために請求項6に記載の発明では、請
求項5に記載の効果に加えて、腫瘍凹凸不整定量化工程
を実行することにより、腫瘍表面形状の凹凸の度合いを
測る指標として腫瘍の表面積、体積を利用した腫瘍形状
判定パラメータ(γ=(S3/V2)/κ)を計算する。
腫瘍の表面が滑らかであればγは小さくなり、表面が凹
凸の性状を呈すればγは大きな値になる。そこでこの腫
瘍凹凸不整定量化工程に続いて形状判定工程を実行する
ことにより、計算した腫瘍形状判定パラメータが所定の
(S/V ratio)未満である場合に腫瘍の表面が
滑らかであると判定する一方、閾値(S/V rati
o)以上である場合に腫瘍の表面が凹凸の性状を呈して
いると判定する。形状判定工程に続いて腫瘍診断工程を
実行することにより、形状判定工程において表面が滑ら
かであると判定した腫瘍を良性腫瘍と診断し、表面が凹
凸の性状を呈していると判定した腫瘍を悪性腫瘍(癌)
と診断する。
Therefore, according to the invention of claim 6, in addition to the effect of claim 5, by performing the tumor irregularity irregularity quantification step, the tumor is used as an index for measuring the degree of irregularity of the surface shape of the tumor. A tumor shape determination parameter (γ = (S 3 / V 2 ) / κ) using the surface area and volume of the target is calculated.
If the surface of the tumor is smooth, γ will be small, and if the surface has irregularities, γ will have a large value. Therefore, by performing the shape determination step following the tumor irregularity quantification step, it is determined that the surface of the tumor is smooth when the calculated tumor shape determination parameter is less than a predetermined (S / V ratio). On the other hand, the threshold (S / V rate
o) If it is equal to or more than the above, it is determined that the surface of the tumor has irregularities. By performing a tumor diagnosis step following the shape determination step, a tumor determined to have a smooth surface in the shape determination step is diagnosed as a benign tumor, and a tumor determined to have a surface having irregularities is identified as a malignant tumor. Tumor (cancer)
Diagnose.

【0278】腫瘍表面の3次元表示は、前述したよう
に、サーフェス・レンダリングなる陰影法によって行わ
れており、表面の3次元形状の微妙な凹凸変化を容易に
観察することができるようになる。
As described above, the three-dimensional display of the tumor surface is performed by the shadow method called surface rendering, and it is possible to easily observe a subtle change in the three-dimensional shape of the surface.

【0279】請求項7に記載の発明によれば、請求項5
に記載の効果に加えて、腫瘍体積算定工程は、ボクセル
を基本単位とする計算を行うので、コンパクトで安価な
PCのようなコンピュータリソースで高速に自動的に実
行でき、乳腺腫瘍の初期診断、集団検診として有効な手
段となる。
According to the invention of claim 7, claim 5
In addition to the effects described in the above, since the tumor volume calculation step performs the calculation using voxels as basic units, it can be automatically executed at high speed with a computer resource such as a compact and inexpensive PC, and performs the initial diagnosis of breast tumor, This is an effective means for mass screening.

【0280】請求項8に記載の発明によれば、請求項5
に記載の効果に加えて、第1工程や第2工程を含む腫瘍
表面積算定工程は、ボクセルを基本単位とする計算を行
うので、コンパクトで安価なPCのようなコンピュータ
リソースで高速に自動的に実行でき、乳腺腫瘍の初期診
断、集団検診として有効な手段となる。
According to the invention described in claim 8, claim 5
In addition to the effects described in the above, the tumor surface area calculation step including the first step and the second step performs calculation using voxels as basic units, so that it is automatically performed at high speed with computer resources such as a compact and inexpensive PC. It can be implemented and is an effective tool for initial diagnosis and mass screening of breast tumors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の乳癌検診システムの基本構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a breast cancer screening system of the present invention.

【図2】Fastrackトラッキング・システムの3
次元空間座標系である。
FIG. 2 Fasttrack tracking system 3
It is a dimensional space coordinate system.

【図3】図1の乳癌検診システムで実行される3次元画
像取得処理の一実施形態を説明するフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an embodiment of a three-dimensional image acquisition process performed by the breast cancer screening system of FIG.

【図4】図1の乳癌検診システムで実行される腫瘍抽出
処理のアルゴリズムを説明するためのブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram for explaining an algorithm of a tumor extraction process executed in the breast cancer screening system of FIG. 1;

【図5】輝度の重心と幾何学的な中心の輝度の重心と幾
何学的な中心の距離の概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a distance between a luminance center and a geometric center of the luminance and a geometric center.

【図6】メンバシップ関数の作成の手順を示すフローで
ある。
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for creating a membership function.

【図7】Rician関数のグラフである。FIG. 7 is a graph of a Rician function.

【図8】”腫瘍”、”正常組織”、”境界”に属するボ
クセルについての輝度平均値のヒストグラム及び近似さ
れたメンバシップ関数を示している。
FIG. 8 shows a histogram of average brightness values of voxels belonging to “tumor”, “normal tissue”, and “boundary” and an approximated membership function.

【図9】特徴量における輝度の重心と幾何学的な中心の
距離のヒストグラム及び近似されたメンバシップ関数を
示している。
FIG. 9 shows a histogram of a distance between the center of gravity of a luminance and a geometric center in a feature amount and an approximated membership function.

【図10】特徴量における輝度分散のヒストグラム及び
近似されたメンバシップ関数を示している。
FIG. 10 shows a histogram of luminance variance in a feature amount and an approximated membership function.

【図11】Rayleigh分布関数のグラフである。FIG. 11 is a graph of a Rayleigh distribution function.

【図12】メンバシップ関数を利用してファジイ推論に
よる腫瘍領域の抽出を行う第2段階の処理フローであ
る。
FIG. 12 is a second-stage processing flow for extracting a tumor region by fuzzy inference using a membership function.

【図13】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理の処理フ
ローである。
FIG. 13 is a processing flow of a malignant tumor automatic identification process of the present embodiment.

【図14】本実施形態の悪性腫瘍自動識別処理の有効性
を検証するための各種のケースを示している。
FIG. 14 shows various cases for verifying the effectiveness of the automatic malignant tumor identification processing of the present embodiment.

【図15】図14に示した第1のケースにおいて、同図
(a)はボクセル・データのzx平面についての1断面
の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した画
像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングなる
陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 15A shows an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the first case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図16】図14に示した第4のケースにおいて、同図
(a)はボクセル・データのzx平面についての1断面
の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した画
像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングなる
陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 16A is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the fourth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図17】図14に示した第6のケースにおいて、同図
(a)はボクセル・データのzx平面についての1断面
の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した画
像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングなる
陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
17 (a) is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the sixth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図18】図14に示した第8のケースにおいて、同図
(a)はボクセル・データのzx平面についての1断面
の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した画
像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングなる
陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 18 (a) is an image in which the tomographic image of one section on the zx plane of the voxel data and the extracted tumor boundary are superimposed and displayed in the eighth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図19】図14に示した第10のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 19A is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of the extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the tenth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図20】図14に示した第19のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 20 (a) is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the nineteenth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図21】図14に示した第20のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 21A is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superposition manner in the twentieth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図22】図14に示した第25のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 22 (a) is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the twenty-fifth case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図23】図14に示した第26のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 23 (a) is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of the extracted tumor are displayed in a superposition on the 26th case shown in FIG. 14, FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図24】図14に示した第27のケースにおいて、同
図(a)はボクセル・データのzx平面についての1断
面の断層画像と抽出された腫瘍の境界を重ねて表示した
画像であり、同図(b)はサーフェス・レンダリングな
る陰影手法による腫瘍表面形状の3次元表示像である。
FIG. 24 (a) is an image in which a tomographic image of one section on the zx plane of voxel data and a boundary of an extracted tumor are displayed in a superimposed manner in the twenty-seventh case shown in FIG. FIG. 4B is a three-dimensional display image of the tumor surface shape by a shadow technique called surface rendering.

【図25】式(3−1)を腫瘍抽出処理で抽出された腫
瘍に適用して計算した結果を示している。
FIG. 25 shows a calculation result obtained by applying equation (3-1) to a tumor extracted in the tumor extraction processing.

【図26】算出した腫瘍形状判定パラメータと求めた腫
瘍の体積の関係を示している。
FIG. 26 shows the relationship between the calculated tumor shape determination parameter and the calculated tumor volume.

【図27】第1従来技術の基本構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 27 is a block diagram showing a basic configuration of the first related art.

【図28】第2従来技術の基本構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 28 is a block diagram showing a basic configuration of a second conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…乳癌検診システム 12…プローブ 121…超音波式プローブ 12a…探針データ 121a…超音波断層画像データ 13…3次元位置センサ 131…交流磁界位置センサ 13a…プローブ座標データ 14…トラッキング手段 15…3次元座標変換手段 15a…3次元画像データ 15b…3次元超音波画像データ 16…3次元ボクセル・データ発生手段 16a…ボクセル・データ 30…被測定物体 301…乳腺 PC…パーソナルコンピュータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Breast cancer screening system 12 ... Probe 121 ... Ultrasonic probe 12a ... Probe data 121a ... Ultrasonic tomographic image data 13 ... 3D position sensor 131 ... AC magnetic field position sensor 13a ... Probe coordinate data 14 ... Tracking means 15 ... 3 Three-dimensional image data 15b Three-dimensional ultrasonic image data 16 Three-dimensional voxel data generating means 16a Voxel data 30 Measurement object 301 Mammary gland PC Personal computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 紘一 栃木県河内郡南河内町薬師寺3311−1 自 治医科大学内 Fターム(参考) 4C096 AB50 DC19 DC20 DC21 DC23 DC24 DC36 DC40 4C301 BB13 CC01 DD24 EE11 EE14 GD02 JC01 JC06 JC08 JC11 JC20 KK17 KK24 5B057 AA07 BA03 BA05 CA02 CA08 CA13 CB02 CB08 CB13 CC01 CH01 DB03 DB05 DB09 DC02 DC04 DC09  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Ito 3311-1 Yakushiji, Minamikawachi-cho, Kawachi-gun, Tochigi Pref. JC01 JC06 JC08 JC11 JC20 KK17 KK24 5B057 AA07 BA03 BA05 CA02 CA08 CA13 CB02 CB08 CB13 CC01 CH01 DB03 DB05 DB09 DC02 DC04 DC09

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボクセル・データに基づいて立体表面形
状の凹凸の度合いを判定する立体表面形状定量化方法で
あって、 立体表面形状の凹凸の度合いを測る指標として立体の表
面積(S)、体積(V)を利用した形状判定パラメータ
(γ)を計算する凹凸不整定量化工程と、 当該計算した形状判定パラメータ(γ)が所定の閾値未
満である場合に当該立体の表面が滑らかであると判定
し、当該閾値以上である場合に当該立体の表面が凹凸の
性状を呈していると判定する形状判定工程とを有し、 前記形状判定パラメータは、 γ=(S3/V2)/κ,κ=定数 で定義されていることを特徴とする立体表面形状定量化
方法。
1. A three-dimensional surface shape quantification method for determining the degree of three-dimensional surface irregularities based on voxel data, wherein three-dimensional surface area (S) and volume are used as indices for measuring the three-dimensional surface shape irregularities. (V) a shape determination parameter (γ) that calculates a shape determination parameter (γ); and if the calculated shape determination parameter (γ) is less than a predetermined threshold, the surface of the solid is determined to be smooth. A shape determining step of determining that the surface of the three-dimensional object exhibits the unevenness property when the threshold value is equal to or greater than the threshold value, wherein the shape determining parameter is γ = (S 3 / V 2 ) / κ, A three-dimensional surface shape quantification method characterized by being defined by κ = constant.
【請求項2】 前記凹凸不整定量化工程は、前記立体の
形状が球のときに前記形状判定パラメータの値が1とな
るように前記κを正規化する定数正規化工程を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の立体表面形状定量化方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the irregularity quantification step includes a constant normalization step of normalizing the κ such that the value of the shape determination parameter becomes 1 when the three-dimensional shape is a sphere. The method for quantifying a three-dimensional surface shape according to claim 1.
【請求項3】 前記凹凸不整定量化工程は、最終的に抽
出された前記立体のボクセルの総和として前記立体の体
積を計算する体積算定工程を含むことを特徴とする請求
項1に記載の立体表面形状定量化方法。
3. The solid according to claim 1, wherein the irregularity quantification step includes a volume calculating step of calculating a volume of the solid as a sum of voxels of the solid finally extracted. Surface shape quantification method.
【請求項4】 前記凹凸不整定量化工程は、 立体の輪郭としてラベリングされたボクセルに対して、
隣接する3つのボクセルの組み合わせを作る第1工程
と、当該第1工程に続いて、当該隣接する3つのボクセ
ルの組み合わせで形成される三角形の面積の総和を前記
立体の表面積とする第2工程とを含む表面積算定工程を
含むことを特徴とする請求項1に記載の立体表面形状定
量化方法。
4. The step of quantifying the irregularities in the irregularities includes the steps of:
A first step of forming a combination of three adjacent voxels, and a second step following the first step, wherein the total area of the triangles formed by the combination of the three adjacent voxels is defined as the surface area of the solid. The three-dimensional surface shape quantification method according to claim 1, further comprising a surface area calculation step including:
【請求項5】 3次元ボクセル・データに基づいて腫瘍
表面形状の凹凸の度合いを判定する悪性腫瘍自動識別方
法であって、 腫瘍表面形状の凹凸の度合いを測る指標として腫瘍の表
面積(S)、体積(V)を利用した腫瘍形状判定パラメ
ータ(γ)を計算する腫瘍凹凸不整定量化工程と、 当該計算した腫瘍形状判定パラメータ(γ)が所定の閾
値未満である場合に当該腫瘍の表面が滑らかであると判
定し、当該閾値以上である場合に当該腫瘍の表面が凹凸
の性状を呈していると判定する形状判定工程と、 当該表面が滑らかであると判定した腫瘍を良性腫瘍と診
断し、当該表面が凹凸の性状を呈していると判定した腫
瘍を悪性腫瘍と診断する腫瘍診断工程とを有し、 前記腫瘍形状判定パラメータは、 γ=(S3/V2)/κ,κ=定数 で定義されていることを特徴とする悪性腫瘍自動識別方
法。
5. An automatic malignant tumor identification method for determining the degree of unevenness of a tumor surface shape based on three-dimensional voxel data, wherein the surface area (S) of the tumor is used as an index for measuring the degree of unevenness of the tumor surface shape; A tumor irregularity quantification step of calculating a tumor shape determination parameter (γ) using a volume (V); and if the calculated tumor shape determination parameter (γ) is less than a predetermined threshold, the surface of the tumor is smooth. Is determined, the shape determination step to determine that the surface of the tumor presents the property of irregularities when the threshold is equal to or more than, the tumor determined that the surface is smooth is diagnosed as a benign tumor, A tumor diagnosis step of diagnosing, as a malignant tumor, a tumor determined that the surface has irregularities, wherein the tumor shape determination parameter is γ = (S 3 / V 2 ) / κ, κ = constant Defined by Malignancy automatic identification method, characterized in that is.
【請求項6】 前記腫瘍凹凸不整定量化工程は、前記腫
瘍の形状が球のときに前記腫瘍形状判定パラメータの値
が1となるように前記κを正規化する定数正規化工程を
含む、ことを特徴とする請求項5に記載の悪性腫瘍自動
識別方法。
6. The tumor irregularity quantification step includes a constant normalization step of normalizing the κ such that the value of the tumor shape determination parameter becomes 1 when the shape of the tumor is a sphere. The method for automatically identifying a malignant tumor according to claim 5, wherein
【請求項7】 前記腫瘍凹凸不整定量化工程は、最終的
に抽出された前記腫瘍を構成するボクセルの総和として
前記腫瘍の体積を計算する腫瘍体積算定工程を含むこと
を特徴とする請求項5に記載の悪性腫瘍自動識別方法。
7. The method according to claim 5, wherein the step of quantifying the irregularity of the tumor irregularities includes a step of calculating a volume of the tumor as a sum of voxels constituting the finally extracted tumor. 3. The method for automatically identifying a malignant tumor according to item 1.
【請求項8】 前記腫瘍凹凸不整定量化工程は、 腫瘍の輪郭としてラベリングされたボクセルに対して、
隣接する3つのボクセルの組み合わせを作る第1工程
と、当該第1工程に続いて、当該隣接する3つのボクセ
ルの組み合わせで形成される三角形の面積の総和を前記
腫瘍の表面積とする第2工程とを含む腫瘍表面積算定工
程を含むことを特徴とする請求項5に記載の悪性腫瘍自
動識別方法。
8. The step of quantifying the irregularity of the tumor irregularities, wherein the voxel labeled as the contour of the tumor is:
A first step of forming a combination of three adjacent voxels, and a second step following the first step, wherein a surface area of the tumor is a sum of triangular areas formed by the combination of the three adjacent voxels. 6. The method for automatically identifying a malignant tumor according to claim 5, comprising a tumor surface area calculating step including:
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