JP2002109550A - 心胸郭の輪郭検出方法および心胸郭比算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 胸部画像中の心胸郭の輪郭検出方法におい
て、心胸郭の輪郭検出精度を確保しつつ実用的なものと
する。 【解決手段】 胸部画像に概略輪郭検出処理を施す(#1)
とともに、他方で平滑化処理を施し(#2)、得られた概略
輪郭画像および平滑化画像を乗じ合わせて(#3)胸郭内部
平滑化画像を求め、この画像における略円弧状の輪郭部
分の略中心となる基準中心点を決定し(#4)、胸部画像を
基準中心点に関して極座標変換し(#5)、得られた極座標
画像において基準となる輪郭による固定テンプレートを
用いたテンプレートマッチング(#6)により輪郭を検出
し、さらに弾性テンプレートを用いたテンプレートマッ
チング処理(#7)により個体差に追従して輪郭を精度高く
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は心胸郭の輪郭検出方
法およびこれを用いた心胸郭比の算出方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、医用画像を用いて、骨や臓
器、その他の構造物の物理量を計測することが行われて
いる。例えば、心臓肥大の診断を行う場合は、胸部放射
線画像を用いて、胸郭と心臓との各幅を計測し、これら
の比（心胸郭比＝心臓幅／胸郭幅）を算出することを行
っている。

【０００３】ところで、上述した心胸郭比を算出する場
合、従来は医師や放射線技師等が、胸部放射線画像に定
規等を当てて、胸郭の幅と心臓の幅をそれぞれ計測し、
この計測値に基づいて心胸郭比を算出していたが、近年
は画像をデジタル化して画像データとして取り扱うこと
が一般的になりつつあり、この画像データに各種の信号
処理を施すことが容易になっている現状においては、上
述した心胸郭比の算出も自動的に行うことが要望されて
いる。

【０００４】ここで、胸部画像に基づいて自動的に心胸
郭比の算出を行う場合、その前提として、胸郭と心臓
（両者を合わせて心胸郭という）の輪郭形状を特定する
必要がある。従来、閉領域である胸郭（左右両肺野を一
括りにした領域）の輪郭形状を検出する方法として、例
えば特開平８−３３５２７１号により開示された方法が
あり、心臓の輪郭形状を検出する方法として、桂川らに
よる変形した楕円形のモデル関数を用いた方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平８−３
３５２７１号により開示された方法は、胸部画像のエッ
ジ検出と治験的ルールを用いて、胸郭（肺野）領域の輪
郭を検出するものであり、この方法で使用されている治
験的ルールは、経験的なノウハウに基づくものが多く、
また複雑で使いにくいものである。さらに、ひと度ルー
ルから外れると、その外れた状態を修正することができ
ないため、本来の胸郭の輪郭とは全く異なる形状を検出
してしまうことがある、という問題がある。このため上
記検出方法は、研究に用いる場合はともかく、医療現場
において実用的に使用するには適していない。

【０００６】一方、変形した楕円形のモデル関数を用い
て心臓の輪郭形状を検出する方法は、数式のみで心臓の
輪郭を近似するものであるが、この近似処理では、実際
の心臓の輪郭形状に適応させるのに限界があり、正確に
その輪郭形状を検出することができないという問題があ
る。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、心胸郭の輪郭検出精度を確保しつつ実用的な、心
胸郭の輪郭形状の検出方法および心胸郭比算出方法を提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の心胸郭の輪郭検
出方法は、胸部画像を極座標変換することにより、基準
となる平均的な心胸郭と略相似形の、胸部画像中の心胸
郭の輪郭を、極座標平面上で、基準となる心胸郭の輪郭
をテンプレートとしたテンプレートマッチング処理とい
う検出精度の高い処理により、実用上簡単に検出するこ
とを実現したものである。

【０００９】すなわち本発明の心胸郭の輪郭検出方法
は、胸部画像中における心胸郭の輪郭検出方法であっ
て、前記胸部画像中に基準中心点を決定し、前記胸部画
像を前記基準中心点に関して極座標変換し、前記極座標
変換して得られた極座標平面において、基準となる心胸
郭の輪郭を極座標変換して得られたテンプレートを用い
たテンプレートマッチング処理することにより、前記心
胸郭の輪郭を検出することを特徴とするものである。

【００１０】ここで胸部画像は、放射線画像であっても
よいし、ＣＴ装置やＭＲＩ装置によって得られた画像で
あってもよい。

【００１１】胸部画像中の基準中心点は、胸郭の輪郭の
うち、略円弧状の輪郭部分（肺野上部）から略等距離と
なる点を適用するように決定するのが好ましいが、一般
的な胸部画像では、画像の物理的な中心（重心）がその
ような基準中心点に近いため、単純に胸部画像の中心点
（例えば重心点）をそのまま基準中心点として決定して
もよい。そして、一旦、その画像の中心点を基準中心点
として仮決定したうえで、その仮決定した基準中心点を
中心として画像のプロフィールの対称性を検証しなが
ら、仮決定した基準中心点を修正するようにしてもよ
い。

【００１２】極座標変換するとは、基準中心点からの距
離ｒと、基準中心点を通る所定の直線とのなす角度θで
表す極座標平面上に、胸部画像を展開することを意味す
る。なお、この極座標変換に先立って、胸郭内部の画像
部分を予め平滑化するのが好ましい。胸郭領域の輪郭を
検出する場合、胸郭内部の領域には肋骨の輪郭が強く現
れるため、この胸郭内部の輪郭を弱めて、胸郭の輪郭を
相対的に強く表わし、肋骨の輪郭を胸郭輪郭として誤検
出するのを抑制するのに有効だからである。

【００１３】平滑化の手法としては、胸部画像に対し
て、それぞれ延びる方向が異なる直線輪郭のみを各別に
検出する複数の輪郭検出マスクを用いた概略輪郭検出処
理を施して、肺野および心臓の概略輪郭画像を得、一
方、胸部画像に対して平滑化処理を施して平滑化画像を
得、これら各別に得られた概略輪郭画像と平滑化画像と
を乗じることにより行なう方法が好ましい。胸部画像
は、その平滑化画像における胸郭部分である肺野部分が
他の部分より高濃度となるため、概略輪郭画像において
心胸郭輪郭と肋骨輪郭とが同等の濃度で表われても、こ
れらを互いに乗じ合わせることで、肺野内部の肋骨輪郭
は、心胸郭輪郭よりも相対的に高濃度となり、肋骨の輪
郭を心胸郭輪郭として誤検出するのを抑制するのに非常
に有効である。

【００１４】輪郭検出マスクは、ガボール関数を利用し
たものを用いるのが好ましく、例えば検出する直線輪郭
の延びる方向がそれぞれ、所定の基準線に対して０，３
０，６０，９０，１２０，１５０°に設定された６個の
輪郭検出マスクを用いて、所定の基準線に対して０°に
延びる輪郭を抽出した第１の概略輪郭画像、３０°に延
びる輪郭を抽出した第２の概略輪郭画像、６０°に延び
る輪郭を抽出した第３の概略輪郭画像、９０°に延びる
輪郭を抽出した第４の概略輪郭画像、１２０°に延びる
輪郭を抽出した第５の概略輪郭画像、１５０°に延びる
輪郭を抽出した第６の概略輪郭画像、をそれぞれ求め、
これら第１の概略輪郭画像から第６の概略輪郭画像を合
成することにより、上述した概略輪郭画像を得ればよ
い。

【００１５】一方、平滑化画像は、医用画像に対して例
えばガウス関数により適用して変換処理すればよい。

【００１６】基準となる心胸郭の輪郭とは、検出対象の
心胸郭と同一種の心胸郭の輪郭であって、臨床的に得ら
れている多数の当該心胸郭の輪郭の平均的なものなどで
ある。検出対象の心胸郭は、被検者の体格の違い等によ
り大きさが異なるのが一般的であり、基準となる心胸郭
とも異なる場合も当然にあるが、一般的には基準となる
心胸郭と略相似形であり、この相似形は、極座標平面上
における半径方向への平行移動として表わすことがで
き、基準となる心胸郭の輪郭を極座標変換して得られた
テンプレートを用いて、平行移動という簡単な探索によ
るテンプレートマッチング処理で、容易に検出対象とな
る心胸郭の輪郭を検出することが可能となる。

【００１７】心胸郭の輪郭のうち、略円弧状の部分を除
いた部分については、極座標変換以前の実画像平面にお
いて、基準となる心胸郭の輪郭のうち略円弧状の部分を
除いた部分によるテンプレートを用いたテンプレートマ
ッチング処理することにより、略円弧状の部分を除いた
部分を検出するのが好ましい。略円弧状以外の輪郭部分
は、極座標平面でテンプレートマッチング処理を行なう
よりも、実画像平面でテンプレートマッチングを行なう
方が、容易に検出することができるからである。なお、
肺野と心臓との境界線をなす輪郭と、他の輪郭とは、別
個のテンプレートを用いてテンプレートマッチング処理
を行なうのが好ましい。

【００１８】なお上述したテンプレートマッチング処理
を行なった後にさらに、テンプレートの各部分がそれぞ
れ少なくとも隣接する部分の移動量に応じた拘束力で拘
束されつつ移動可能に設定された、テンプレートを初期
形状とする弾性テンプレートを用いて、さらにテンプレ
ートマッチング処理するのが好ましい。検出対象である
心胸郭の輪郭の一部が、基準となる心胸郭の輪郭に対し
て、相似形から外れた形状である場合にも、そのような
変形した輪郭部分を精度よく検出することが可能になる
とともに、画像中のノイズ等により、突発的に変形した
形状が検出された場合にも、それを拘束力で引き戻すこ
とにより、そのノイズによる影響を平滑化する効果を得
ることができるからである。

【００１９】本発明の心胸郭比算出方法は、上述した本
発明の心胸郭の輪郭検出方法により検出された心胸郭の
輪郭に基づいて、心臓の幅と胸郭の幅とをそれぞれ求
め、得られた心臓の幅と胸郭の幅との比を算出すること
を特徴とするものである。

【００２０】ここで、検出された心胸郭の輪郭に基づい
て、心臓の幅および胸郭の幅を求める方法としては、検
出された心胸郭の輪郭を表わす画像の水平方向で最大と
なる心臓の幅および胸郭の幅をそれぞれ求めればよく、
心胸郭比を算出する方法としては、得られた心臓の幅を
胸郭の幅で除算すればよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明の心胸郭の輪郭検出方法によれ
ば、胸部画像を極座標変換することにより、基準となる
平均的な心胸郭と略相似形の、検出対象の胸部画像中の
心胸郭の輪郭を、極座標平面上で、基準となる心胸郭の
輪郭をテンプレートとしたテンプレートマッチング処理
という検出精度の高い処理により、実用上簡単に検出す
ることができる。すなわち、検出対象の心胸郭は、被検
者の体格の違い等により大きさが異なるのが一般的であ
り、基準となる心胸郭とも異なる場合も当然にあるが、
その検出対象となる心胸郭は通常は、基準となる心胸郭
と略相似形であり、この相似形は、極座標平面上におけ
る半径方向への平行移動として表わすことができ、基準
となる心胸郭の輪郭を極座標変換して得られたテンプレ
ートを用いて、平行移動という簡単な探索によるテンプ
レートマッチング処理で容易に、検出対象となる心胸郭
の輪郭を検出することが可能となる。特に、肺野の上部
外側の輪郭は略円弧状であるため、当該領域に関して、
極座標平面上におけるテンプレートマッチング処理は非
常に効果が高い。

【００２２】本発明の心胸郭比算出方法によれば、上述
した効果を奏する本発明の心胸郭の輪郭検出方法により
検出された心胸郭の輪郭に基づいて、心胸郭比を算出す
るものであるため、従来よりも正確な心胸郭比を自動的
に算出することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の心胸郭の輪郭検出
方法の具体的な実施形態を、図面を用いて詳細に説明す
る。

【００２４】図１は、本発明の心胸郭の輪郭検出方法の
一実施形態の処理を示すフローチャート、図２（１）は
本実施形態の心胸郭の輪郭検出方法の処理対象となる胸
部放射線画像Ｐ１を示す図、同図（２）は（１）に示し
た胸部放射線画像Ｐ１を模式的に示した図である。なお
胸部放射線画像は、高濃度になるにしたがって（黒くな
る方向）画素値が小さくなり、低濃度になるにしたがっ
て（白くなる方向）画素値が大きくなる、低濃度高画素
値の画像である。図２（２）に示した模式図において、
左右の各肺野Ｐａ，Ｐｂの外側輪郭ＰＡおよびＰＢで囲
まれる領域は胸郭であり、各肺野Ｐａ，Ｐｂの内側輪郭
が符号ＰＣ，ＰＤで表されている。さらに心臓Ｐｃの輪
郭のうち左肺野Ｐｂとの境界をなす輪郭が符号ＰＥで表
されている。

【００２５】本実施形態の心胸郭輪郭検出方法は、図２
（２）に示した胸部放射線画像Ｐ１中の、胸郭輪郭Ｐ
Ａ，ＰＢ、各肺野Ｐａ，Ｐｂの内側輪郭ＰＣ，ＰＤ、お
よび心臓Ｐｃの左側輪郭ＰＥをそれぞれ検出する処理で
あり、まず画像Ｐ１に対してその概略輪郭検出処理を施
す（＃１）とともに、他方で平滑化処理を施して（＃
２）、原画像Ｐ１の概略輪郭画像Ｐ２および平滑化画像
Ｐ３をそれぞれ求め、これら概略輪郭画像Ｐ２および平
滑化画像Ｐ３を対応する画素ごとに乗じ合わせることに
より胸郭内部を平滑化する処理を実行して（＃３）胸郭
内部平滑化画像Ｐ４を求め、次いでこの胸郭内部平滑化
画像Ｐ４における胸郭輪郭ＰＡ，ＰＢのうち略円弧状の
輪郭部分ＰＡの略中心となる基準中心点（ｘｃ，ｙｃ）
を決定し（＃４）、画像Ｐ１を基準中心点（ｘｃ，ｙ
ｃ）に関して極座標変換し（＃５）、極座標変換して得
られた極座標画像Ｐ５において、基準となる輪郭Ｐ
Ａ′，ＰＢ′，ＰＣ′，ＰＤ′，ＰＥ′による固定テン
プレートＴ１，Ｔ２，Ｔ３を用いて第１のテンプレート
マッチング処理（＃６）により、固定的に各輪郭ＰＡ，
ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを検出し、さらに所定の弾性テ
ンプレートＴ１′，Ｔ２′およびＴ３′を用いた第２の
テンプレートマッチング処理（＃７）により、個体差に
追従して各輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを精度高
く検出し、最終的に検出された輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，
ＰＤ，ＰＥを補間処理する（＃８）ことにより、各肺野
Ｐａ，Ｐｂの輪郭および心臓Ｐｃの輪郭をそれぞれ検出
するものである。

【００２６】以下、各処理について詳しく説明する。

【００２７】まず、画像Ｐ１に対する概略輪郭検出処理
（＃１）は、画像Ｐ１に対して、図３（１）〜（６）の
各（ａ）に示すような、異なる６方向（同図各（ｂ）の
０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°の
６方向）の延在方向別輪郭検出マスク、および図４
（１）〜（３）の延在方向別エッジ検出マスクを用い
て、各輪郭検出マスクに対応した方向に延在する輪郭が
強調された６つの画像（第１〜６の概略輪郭画像Ｐ２ａ
〜Ｐ２ｆ（図示せず））および延在方向別エッジ検出マ
スクに対応した方向に延在するエッジが強調された３つ
の画像（第７〜９の概略輪郭画像Ｐ２ｇ〜Ｐ２ｉ（図示
せず））を作成し、これら９つの画像Ｐ２ａ〜Ｐ２ｉの
画素を対応させて画素値が最大（最低濃度）となる画素
を選択して単一の概略輪郭画像Ｐ２を合成する処理であ
る。

【００２８】すなわち、図３（１）〜（６）の各（ｂ）
に示すような特定角度方向に延びる直線を検出する、同
図各（ａ）に示す輪郭検出マスクは、各方向別の直線に
反応しやすいように、マスクの正（＋符号）の部分が直
線方向に適合するように、細長楕円形状をなしており、
さらに、負の部分が正の部分の両側に分布するように選
択されている。これらのマスクに十分な方位選択性を持
たせるにはこのような負の部分が不可欠である。一方、
図４（１）〜（３）の各（ｂ）に示すような特定角度方
向に延び、かつ特定の濃度傾斜方向性を有するエッジを
検出する、同図各（ａ）に示すエッジ検出マスクは、各
方向別の直線であって濃度の傾斜方向が特定方向の直線
（特に肺野Ｐａ，Ｐｂの内側輪郭ＰＣ，ＰＤおよび心臓
Ｐｃの左側輪郭ＰＥ）に反応しやすいように、マスクの
正（＋符号）の部分が直線方向に適合するように、細長
楕円形状をなしており、さらに、負の部分が正の部分の
一方の側に分布するように選択されている。これらのマ
スクに十分な方位選択性、エッジの濃度傾斜性を持たせ
るにはこのような負の部分が不可欠である。

【００２９】そしてこの細長楕円の長手方向が６つの特
定方向である輪郭検出マスクおよび細長楕円の長手方向
が特定方向であり、かつ濃度傾斜方向が特定方向である
エッジ検出マスクを用いて、画像Ｐ１をコンボリューシ
ョンするものである。ここで、このマスクは、大脳視覚
野の単純型細胞に相当するものであり、ガボール関数に
より作成されるものである。このガボール関数は以下の
式で表される。

【００３０】

【数１】 ここで、式（１）における実数部分である

【数２】 を用いて特定方向の輪郭検出マスクを作成するものであ
る。さらに、この式（２）におけるｋ_ｘ，ｋ_ｙの初期値
により、細長楕円の長手方向が０°，３０°，６０°，
９０°，１２０°，１５０°の各マスクを作成すること
ができるのである。

【００３１】一方、エッジ検出マスクは、ガボール関数
の虚数部分（一次微分を検出）を用いている。

【００３２】なお、特定の方向の輪郭検出マスクの受容
野サイズは、画像Ｐ１のうち、必要とされる輪郭成分以
外の細い輪郭成分には反応しにくいように定められてい
る。すなわち、マスクは画像Ｐ１のうち、胸郭の輪郭Ｐ
Ａや肋骨等と考えられる構造物には反応し易いのであ
る。このようにマスクの受容野サイズを定めることによ
り、背景の存在にかかわらず良好に上述した輪郭ＰＡ，
ＰＢ等を検出することができ、特定方向の輪郭検出マス
クで画像Ｐ１をコンボリューションすることにより、画
像Ｐ１から各マスクに適合した特定方向の輪郭成分（図
３（ｂ））が抽出される。

【００３３】同様に、エッジ検出マスクにより、上述し
た輪郭ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを良好に検出することができ、
特定方向のエッジ検出マスクで画像Ｐ１をコンボリュー
ションすることにより、画像Ｐ１から各マスクに適合し
た特定方向のエッジ成分（図４（ｂ））が抽出される。

【００３４】ここで、特定方向の輪郭検出マスクによ
る、画像Ｐ１各輪郭成分のコンボリューションおよび非
線形処理は以下の式（３）により行われている。

【００３５】

【数３】 以上の処理１（＃１）により、図５（１）に示すよう
に、概略輪郭画像Ｐ２が得られる。

【００３６】画像Ｐ１に対して施す平滑化処理（＃２）
は、例えばガウス関数で作成したマスクによる一般的な
平滑化処理であり、この平滑化処理により、図５（２）
に示すような、肋骨や鎖骨が目立たない平滑化画像Ｐ３
が得られる。なお、ガウスの係数やサイズは、上述した
ように、肋骨や鎖骨が目立たなくなる程度に設定する。

【００３７】このようにして得られた概略輪郭画像Ｐ２
および平滑化画像Ｐ３を、対応する画素ごとに乗じ合わ
せる（＃３）と、平滑化画像Ｐ３は胸郭の内部領域が胸
郭の外部領域よりも高濃度であるため、この乗じ合わせ
て得られた胸郭内部平滑化画像Ｐ４は、図６（１）に示
すように、胸郭内部が胸郭の外部よりも相対的に低画素
値（高濃度）となり、胸郭内部の肋骨が心胸郭の輪郭Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥよりも相対的に平滑化され
たものとなる。なお、以下、画像の表示を簡単にするた
め、同図（２）に示した簡略画像Ｐ４を用いて説明す
る。

【００３８】次に基準中心点（ｘｃ，ｙｃ）を決定する
処理（＃４）は、図６（２）に示す胸郭内部平滑化画像
Ｐ４を極座標変換する際の極（中心点）を決定する処理
であり、この極として、胸郭輪郭のうち略円弧状の輪郭
部分ＰＡから略等距離にある点を採用する。具体的に
は、まず胸郭内部平滑化画像Ｐ４の物理的な中心点（ｘ
０，ｙ０）を仮の基準中心点（ｘｃ，ｙｃ）とする（同
図（２））。すなわち、ｘｃ＝ｘ０，ｙｃ＝ｙ０であ
る。

【００３９】ここでｙ座標を固定して、ｘ座標をｘｃか
らｊ画素ずつ左右方向に移動させつつ、各移動位置にお
いて、当該移動位置（ｘｃ＋ｊ，ｙｃ）を中心とする胸
郭内部平滑化画像Ｐ４の左右のプロファイル（（ｘｃ＋
ｊ＋ｉ，ｙｃ）の画素値と（ｘｃ＋ｊ−ｉ，ｙｃ）の画
素値）の相関が最大となる移動位置ｊを求める。すなわ
ち、相関値をｃｏｒ（ｊ）は、

【数４】 であり、相関値が最大となるときの移動位置ｊをｊmax
とすれば、（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ）を中心としたとき、
胸郭内部平滑化画像Ｐ４の左右のプロファイルは最も相
関が高いため、ｘ＝ｘｃ＋ｊmaxが画像Ｐ１の左右対称
軸になることがわかる。したがって、正規の基準中心点
は（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ）となる。なお基準中心点のｙ
座標の適格性については後述する処理（＃６）において
検討する。

【００４０】次に胸郭内部平滑化画像Ｐ４を、図７に示
すように、基準中心点（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ）に関し
て、極座標変換する（＃５）。すなわち実画像平面にお
いて図６（２）のように表わされた胸郭内部平滑化画像
Ｐ４を、基準中心点（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ）からの距離
ｒと、基準中心点（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ）を通る下向き
ベクトルとのなす角度θとで表わした極座標変換画像Ｐ
５に変換する。

【００４１】次に、この極座標変換画像Ｐ５を、基準と
なる胸郭の輪郭ＰＡ′およびＰＢ′を表わす固定テンプ
レートＴ１、基準となる胸郭の肺野内側輪郭ＰＣ′およ
びＰＤ′を表わす固定テンプレートＴ２、および基準と
なる胸郭の心臓左側輪郭ＰＥ′を表わす固定テンプレー
トＴ３をそれぞれ用いて第１のテンプレートマッチング
処理（＃６）により、固定的に心胸郭の各輪郭ＰＡ，Ｐ
Ｂ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥをそれぞれ検出する。ここで基準
となる心胸郭の輪郭ＰＡ′，ＰＢ′，ＰＣ′，ＰＤ′，
ＰＥ′は、臨床的に得られている多数の当該心胸郭の輪
郭の平均的なものであり、実画像平面上においては、心
胸郭の輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥと略相似形で
あるが、極座標平面上では、例えば図８に示すように、
心胸郭の輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥと略同一形
状であるが、主としてｒ方向に平行移動したものとして
表わされる。

【００４２】そして、基準となる胸郭の輪郭ＰＡ′およ
びＰＢ′を表わす固定テンプレートＴ１は、極座標平面
において１０°間隔の複数の画素（胸郭座標（ｒｉ，θ
ｉ）の集合として、図８（１）に示すように作成され、
基準となる肺野内側輪郭ＰＣ′，ＰＤ′を表わす固定テ
ンプレートＴ２は、極座標平面において１０°間隔の複
数の画素（胸郭座標（ｒｉ，θｉ）の集合として、図８
（２）に示すように作成され、基準となる心臓左側の輪
郭ＰＥ′を表わす固定テンプレートＴ３は、極座標平面
において１０°間隔の複数の画素（胸郭座標（ｒｉ，θ
ｉ）の集合として、図８（３）に示すように作成され
る。

【００４３】そして、この基準となる胸郭の輪郭ＰＡ′
およびＰＢ′によるテンプレートＴ１を、極座標画像Ｐ
５上で上下左右に移動させて、テンプレートＴ１を構成
する各画素の値の総和値ｄ（ｒ，θ）（下記式（５））
が最大となるテンプレートＴ１の位置を求める。同様
に、基準となる肺野内側輪郭ＰＣ′およびＰＤ′による
テンプレートＴ２を、極座標画像Ｐ５上で上下左右に移
動させて、テンプレートＴ２を構成する各画素の値の総
和値ｄ（ｒ，θ）が最大となるテンプレートＴ２の位置
を求め、心臓左側の輪郭ＰＥ′による固定テンプレート
Ｔ３を、極座標画像Ｐ５上で上下左右に移動させて、テ
ンプレートＴ３を構成する各画素の値の総和値ｄ（ｒ，
θ）が最大となるテンプレートＴ３の位置を求める。

【００４４】

【数５】 なお、テンプレートＴ１〜Ｔ３の各移動範囲は、ｒ方向
について±３０画素程度、θ方向について±１０°程度
であるがこれに限定されるものではない。また、上述し
た画素値総和値の計算に際しては、テンプレートＴを構
成する画素ごとに、検出濃度値に重み付けをして算出し
てもよい。これは本実施形態の対象画像のように、実画
像平面における肺野下端部分ＰＢ′（図８の極座標平面
において、θが略０°〜略３０°の範囲および略３３０
°〜略３６０°の範囲）の形状は大きな個人差があるた
め、テンプレートＴ１中の肺野下端部分ＰＢ′に相当す
る画素の値の重みを小さくするなど、肺野上部ＰＡ′で
の一致度を優先したマッチングを行なうことを可能にす
るためである。さらに、テンプレートＴ１〜Ｔ３をそれ
ぞれ構成する各画素に隣接する数画素の範囲Ａでの最大
画素値をmax｛ｇ（ｒｉ＋ｒ，θｉ＋θ）｝として適用
して、下記式（６）による画素値総和値ｄ（ｒ，θ）が
最大となるテンプレートＴの位置を求めるのが、より好
ましい。極座標画像Ｐ５における各輪郭ＰＡ，ＰＢ，Ｐ
Ｃ，ＰＤ，ＰＥがテンプレートＴ１〜Ｔ３の形状と多少
異なっていても、正確に輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，
ＰＥを検出することができるからである。

【００４５】

【数６】 なお、式（６）で表わされる画素値総和値ｄ（ｒ，θ）
の最大値ｄmaxについて、基準中心点（ｘｃ＋ｊmax，ｙ
ｃ）のｙ座標をｋ画素ずつ移動させて新たな基準中心点
（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ±ｋ）をそれぞれ設定し、この新
たな基準中心点（ｘｃ＋ｊmax，ｙｃ±ｋ）をそれぞれ
中心とする極座標変換により、胸郭内部平滑化画像Ｐ４
をそれぞれ極座標変換して、新たな極座標変換画像Ｐ
５′を得、得られた新たな極座標変換画像Ｐ５′につい
ての上記画素値総和値の最大値ｄmaxが、最も大きくな
るときのｙ座標をｎｙｃとし、最終的に、基準中心点を
（ｎｘｃ（＝ｘｃ＋ｊmax），ｎｙｃ）として確定す
る。これにより最初に求めた基準中心点のｙ座標の適格
性が判定されたことになる。そして、基準中心点（ｎｘ
ｃ，ｎｙｃ）を中心として胸郭内部平滑化画像Ｐ４を極
座標変換して得られた極座標変換画像Ｐ５′を極座標表
示すれば、（ｎｒｉ（＝ｒｉ＋ｒmax），ｎθｉ（＝θ
ｉ＋θmax））となる。ただし、ｒmaxおよびθmaxは、
上記画素値総和値の最大値ｄmaxが最も大きくなるとき
のテンプレートマッチングにより得られたｒ方向および
θ方向への各移動量を示す。

【００４６】次に、固定テンプレートＴにより求められ
た胸郭の輪郭を初期値として、詳細な輪郭の探索を行な
うために、所定の弾性テンプレートＴ１′〜Ｔ３′を用
いた第２のテンプレートマッチング処理（＃７）を行な
う。この弾性テンプレートＴ１′〜Ｔ３′は、固定テン
プレートＴ１〜Ｔ３のようにその構成画素の全てが一体
的に移動するものではなく、個々の画素が隣接する画素
との間で、各画素の移動量ｒに応じた拘束力で拘束され
つつ独立してｒ方向に移動可能に設定された、仮想的な
バネ拘束を受けるテンプレートであり、テンプレート全
体があたかも弾性変形するように構成されている。

【００４７】ここで弾性テンプレートＴ１′は極座標平
面においては、肺野下端の輪郭部分ＰＢ′（図８の極座
標平面において、θが略０°〜略３０°の範囲および略
３３０°〜略３６０°の範囲）を除いた範囲で設定され
る（図１０）。これは、肺野下端の輪郭部分ＰＢについ
ては実画像平面で探索を行なう方が、探索が容易だから
である。

【００４８】固定テンプレートＴ１により得られた胸郭
の輪郭をその初期値（弾性変形のない状態）として、弾
性テンプレートＴ１′を胸郭の極画像平面上に配置し
（図１１（１））、この弾性テンプレートＴ１′を構成
する画素をそれぞれ独立して、ｒ方向（図１０において
上下方向）に移動させる。このとき弾性テンプレート
Ｔ′の各画素の移動量は以下のようにして求められる。
まず、各画素の周辺範囲（初期位置±ｒ）において、各
画素値ｇ（ｎｒｉ±ｒ，ｎθｉ）と初期位置での画素値
ｇ（ｎｒｉ，ｎθｉ）との差分を求める。このときｒが
大きい位置における画素値からｒが小さい位置における
画素値を差し引く。そして、この差分の総和を下記式
（７）により求める。

【００４９】

【数７】 この画素値差分総和は、初期位置よりもｒが大きい方向
に明るい（高画素値（低濃度））画素があれば正の値を
採り、初期位置よりもｒが小さい方向に明るい（高画素
値（低濃度））画素があれば負の値を採ることを示して
いる。また、差分をｒで除することにより、初期値に近
い画素の差分に重み付けを行うようにしている。すなわ
ち輪郭ＰＡは周辺よりも明るいため、輪郭ＰＡが初期位
置よりもｒが大きい方向にあれば画素値総和は正の値を
採り、初期位置よりもｒが小さい方向にあれば画素値総
和は負の値を採ることになり、この正または負の符号
が、初期位置から移動させる向きの指針を与え、その絶
対値により移動量の指針が与えられる。

【００５０】そこで、テンプレートＴ′を構成する各画
素の移動量（向きを含む）ｒを、所定の係数ｂを用いて
下記式（８）のように定義する。

【００５１】

【数８】 このようにして得られた各画素ｎの移動量ｒnは、各画
素を独立して移動させる移動量であるが、上述したよう
に、この弾性テンプレートＴ１′は、構成する各画素
が、周囲のテンプレートＴ１′の画素と拘束されている
ため、上述した移動量ｒでそのまま移動するのではな
く、隣接する画素（例えば、両隣りの画素（画素（ｎ−
１）および画素（ｎ＋１））や、さらにその隣の画素ま
で含めた画素（画素（ｎ−２）、画素（ｎ−１）、画素
（ｎ＋１）および画素（ｎ＋２））等）の各移動量ｒk
（k＝ｎ，ｎ±１，…）に応じて、下記式（９）により
決定される。

【００５２】

【数９】 ここで、バネ定数ａkは、注目画素ｎ自身については大
きく、周辺領域の画素ｎ±１，…については順次小さく
設定するのが好ましい。つまり、式（９）において、

【数１０】 であるから、注目画素ｎの移動量ｒｎは、自身の移動量
ｒｎと隣接画素の移動量ｒkとの差に応じた移動量とい
うことになり、仮想的な弾性力で拘束されていることに
なる。

【００５３】以上のようにして、弾性テンプレートＴ′
の各画素を少しずつ移動させる動作を繰り返すことによ
り、胸郭ｐａの輪郭ＰＡのうち肺野下端部分を除いた輪
郭部分を、正確に検出することができる。なお、繰り返
しの終了は、移動量の総和値が所定のしきい値以下とな
るか、または所定の繰り返し回数に到達したかにより判
定する。

【００５４】以上と同様に、固定テンプレートＴ２によ
り検出された肺野内側輪郭を初期位置として、固定テン
プレートＴ２を弾性テンプレートＴ２′に代え、固定テ
ンプレートＴ３により検出された心臓左側輪郭を初期位
置として、固定テンプレートＴ３を弾性テンプレートＴ
３′に代えて、肺野内側輪郭ＰＣ，ＰＤおよび心臓左側
輪郭ＰＥを、それぞれ正確に検出することができる。

【００５５】一方、肺野下端の輪郭ＰＢについては、図
１２に示すように、実画像平面において、基準となる肺
野下端の輪郭ＰＢ′に対応する弾性テンプレートＴ１″
を用いて、胸郭内部平滑化画像Ｐ４を対象画像とした第
２のテンプレートマッチング処理を行なって、胸郭の肺
野下端に相当する輪郭部分ＰＢを検出すればよい。な
お、肺野下端の輪郭ＰＢの形状は前述したように個人差
が激しいだけでなく、信号値差の変動も激しいため、胸
郭内部平滑化画像Ｐ４を対象画像とするのに代えて、同
図に示すように平滑化画像Ｐ３を対象画像として、上記
第２のテンプレートマッチング処理を施すのが好まし
い。信号値差の変動程度を緩和することができ、弾性テ
ンプレートＴ１″による追従が比較的容易になるからで
ある。なお、この場合の移動量は、下記の式（１０）、
（１１）に示すように、図１２の上下方向（ｙ方向）に
おいて隣接する画素値の変化が最大となる画素に移動す
るように設定される。具体的には、高濃度の肺野から低
濃度の肺野の下の部分へ変化するエッジに向かって移動
するように設定される。

【００５６】

【数１１】 以上の処理により、各弾性テンプレートＴ１′〜Ｔ３′
およびＴ１″をそれぞれ構成する画素により、心胸郭の
輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥがそれぞれ精度よく
検出されるが、最終的に、各弾性テンプレートＴ１′〜
Ｔ３′およびＴ１″をそれぞれ構成する各画素を、実画
像Ｐ１上に戻し、隣接する画素間を補間処理（線形補間
またはスプライン補間等）して、図１３に示すように閉
曲線で接続する（＃８）ことにより、心胸郭の輪郭Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを輪郭曲線として抽出する
ことができる。

【００５７】そして、得られた輪郭曲線ＰＡ，ＰＢで囲
まれた領域を胸郭領域とし、輪郭曲線ＰＣ，ＰＤおよび
ＰＥで囲まれた領域を心臓領域とすればよい。

【００５８】このように本実施形態の心胸郭の輪郭検出
方法によれば、検出対象である胸郭の輪郭ＰＡ，ＰＢ，
ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを極座標平面上で、基準となる胸郭の
輪郭ＰＡ′，ＰＢ′，ＰＣ′，ＰＤ′，ＰＥ′に基づい
た固定テンプレートＴ１〜Ｔ３を用いて、平行移動とい
う簡単な探索によるテンプレートマッチング処理で、容
易に検出することができ、さらに弾性テンプレートＴ
１′〜Ｔ３′およびＴ１″を用いたテンプレートマッチ
ング処理により、基準となる心胸郭の各輪郭ＰＡ′，Ｐ
Ｂ′，ＰＣ′，ＰＤ′，ＰＥ′と異なる形状部分があっ
ても、正確に追従して輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，Ｐ
Ｅを検出することができる。

【００５９】なお上述した本実施形態の心胸郭の輪郭検
出方法における各処理ステップ＃１〜＃８の全ての処理
または少なくとも一部の処理については、元の画像Ｐ１
に対して直接に処理を施すのではなく、元の画像Ｐ１を
縮小して得られた縮小画像Ｐ１′（図示せず）に対して
処理を施してもよい。各処理を迅速化することができる
からである。例えば元の画像Ｐ１として、縦1760画素×
横1760画素の大角画像を用いた場合、処理１，２（＃
１，２）に先立って、この画像Ｐ１を、縦176画素×横1
76画素に縮小し、得られた縮小画像Ｐ１′に対して以下
の処理（＃１〜＃８）を行えばよい。

【００６０】また、本実施形態の心胸郭の輪郭検出方法
においては、検出された心胸郭の輪郭ＰＡ，ＰＢ，Ｐ
Ｃ，ＰＤ，ＰＥを単独で、または原画像Ｐ１にオーバー
レイとして重ねて、画像表示手段に表示したり、プリン
ターによりフイルムなどにプリントするようにしてもよ
い。

【００６１】図１４は、本発明の心胸郭比算出方法の一
実施形態の処理を示すフローチャートである。図示の心
胸郭比算出方法は、図１に示した実施形態の心胸郭の輪
郭検出方法を利用したものであり、処理１（＃１）〜処
理８（＃８）は、図１に示した処理と同一である。

【００６２】すなわち、本実施形態の心胸郭比算出方法
は、前述した処理１（＃１）〜処理８（＃８）により検
出された心胸郭の輪郭ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥ
（図１３）に基づいて、図１５に示すように、心臓Ｐｃ
の幅Ｌ１と胸郭（右肺野Ｐａおよび左肺野Ｐｂ）の幅Ｌ
２とをそれぞれ検出し（＃９）、得られた心臓の幅Ｌ１
と胸郭の幅Ｌ２との比Ｌ１／Ｌ２を算出して（＃１０）
心胸郭比とする。なお、図１５に示すように画像を中心
線Ｃを基準として左右の領域に分割し、各領域において
最大心臓幅ａ，ｂおよび最大胸郭幅Ｌａ，Ｌｂを検出
し、最大心臓幅ａ，ｂを加算して心臓の幅Ｌ１、最大胸
郭幅Ｌａ，Ｌｂを加算して胸郭の幅Ｌ２としてもよい。

【００６３】なお、検出された心胸郭の輪郭ＰＡ，Ｐ
Ｂ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥに基づいて、心臓Ｐｃの幅Ｌ１お
よび胸郭の幅Ｌ２を求める処理（＃９）は、検出された
心胸郭の輪郭を表わす画像の水平方向で最大となる心臓
の幅Ｌ１および胸郭の幅Ｌ２をそれぞれ求めることによ
って行われる。

【００６４】本実施形態の心胸郭比算出方法によれば、
検出精度の高い心胸郭の輪郭検出処理（＃１〜＃８）に
より検出された心胸郭の輪郭に基づいて、心胸郭比を算
出するものであるため、正確な心胸郭比を自動的に算出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の心胸郭の輪郭検出方法の一実施形態の
処理を示すフローチャート

【図２】図１に示した実施形態の心胸郭の輪郭検出方法
の処理対象となる胸部放射線画像を示す図

【図３】延在方向別輪郭検出マスク（ａ）と検出しうる
輪郭の延在方向（ｂ）との一例を示す図

【図４】延在方向別エッジ検出マスク（ａ）と検出しう
るエッジの延在方向および濃度傾斜方向（ｂ）との一例
を示す図

【図５】処理１（＃１）により得られる概略輪郭画像Ｐ
２および処理２（＃２）により得られる平滑化画像Ｐ３
を示す図

【図６】処理３（＃３）により得られる胸郭内部平滑化
画像Ｐ４を示す図

【図７】処理５（＃５）により得られる極座標変換画像
Ｐ５を示す図

【図８】極座標平面上における、基準となる胸郭の輪郭
ＰＢを示す図

【図９】基準となる胸郭の輪郭ＰＡ′，ＰＢ′，Ｐ
Ｃ′，ＰＤ′，ＰＥ′に基づいた固定テンプレートＴ
１，Ｔ２，Ｔ３をそれぞれ示す図

【図１０】極座標平面上における弾性テンプレートＴ
１′を示す図

【図１１】弾性テンプレートＴ１′が輪郭ＰＡの詳細な
形状に追従する処理を説明する図

【図１２】実画像平面上における弾性テンプレートＴ
１″を示す図

【図１３】実画像平面上における補間処理後の輪郭Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを表す図

【図１４】本発明の心胸郭比算出方法の一実施形態の処
理を示すフローチャート

【図１５】心臓の幅Ｌ１および胸郭の幅Ｌ２を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C093 AA26 CA18 DA02 DA10 FF16 FF20 5B057 AA08 BA03 CA12 CA16 CB12 CB16 CD18 CE05 DA08 DA16 DB02 DC16 DC33 5L096 BA13 EA06 FA06 FA22 FA62 FA69 HA08 JA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胸部画像中における心胸郭の輪郭検出方
   法であって、 前記胸部画像中に基準中心点を決定し、 前記胸部画像を前記基準中心点に関して極座標変換し、 前記極座標変換して得られた極座標平面において、基準
   となる心胸郭の輪郭を極座標変換して得られたテンプレ
   ートを用いたテンプレートマッチング処理することによ
   り、前記心胸郭の輪郭を検出することを特徴とする心胸
   郭の輪郭検出方法。
2. 【請求項２】 前記心胸郭の輪郭のうち、心臓と肺野と
   の境界をなす輪郭と、残りの輪郭とを、別個のテンプレ
   ートを用いて各別に前記テンプレートマッチング処理す
   ることを特徴とする請求項１記載の心胸郭の輪郭検出方
   法。
3. 【請求項３】 前記極座標変換に先立って、前記胸部画
   像中の肺野内部を予め平滑化することを特徴とする請求
   項１または２記載の閉領域の輪郭検出方法。
4. 【請求項４】 前記胸部画像に対して、それぞれ延びる
   方向が異なる直線輪郭のみを各別に検出する複数の輪郭
   検出マスクを用いた概略輪郭検出処理を施して概略輪郭
   画像を得、前記胸部画像に対して平滑化処理を施して平
   滑化画像を得、前記概略輪郭画像と前記平滑化画像とを
   乗じることにより、前記肺野内部の平滑化を行なうこと
   を特徴とする請求項３記載の閉領域の輪郭検出方法。
5. 【請求項５】 前記テンプレートを用いたテンプレート
   マッチング処理の後に、前記テンプレートの各部分がそ
   れぞれ少なくとも隣接する部分との移動量に応じた拘束
   力で拘束されつつ移動可能に設定された、前記テンプレ
   ートを初期形状とする弾性テンプレートを用いて、さら
   にテンプレートマッチング処理することにより、前記輪
   郭を検出することを特徴とする請求項１から４のうちい
   ずれか１項に記載の閉領域の輪郭検出方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のうちいずれか１項に記
   載の心胸郭の輪郭検出方法により検出された心胸郭の輪
   郭に基づいて、心臓の幅と胸郭の幅とをそれぞれ求め、
   得られた前記心臓の幅と前記胸郭の幅との比を算出する
   ことを特徴とする心胸郭比の算出方法。