JP2006263282A - Image processing device and method for visualizing peristalsis of uterus, diagnostic imaging support system, computer program therefor and recording medium recorded therewith - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、時系列に従って子宮を撮影して得た複数枚の画像データに基づいて子宮の蠕動運動を解析して可視化するための画像処理装置、画像処理方法および画像診断支援システム、ならびにそのためのコンピュータプログラムおよびそれを記録した記録媒体に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method and an image diagnosis support system for analyzing and visualizing peristaltic motion of a uterus based on a plurality of image data obtained by photographing a uterus according to a time series, and for the same The present invention relates to a computer program and a recording medium on which the computer program is recorded.
婦人科領域の画像診断では、超音波画像、X線撮影画像およびMR(Magnetic Resonance; 磁気共鳴) 画像が用いられている。超音波画像には死角が存在し、分解能が低く、組織特異性が描画されないという欠点があり、また、X線撮影にはX線被曝の問題がある。これに対して、MR画像を用いた診断は、X線を使用しないため、妊娠中の患者に対しても安全に撮影が行え、かつ、優れた組織コントラストにより、機能的変化および形態的変化を顕著に描画することができる。 In diagnostic imaging of gynecological areas, an ultrasound image, an X-ray image, and an MR (Magnetic Resonance) image are used. Ultrasonic images have blind spots, low resolution, and lack of tissue specificity, and X-ray imaging has the problem of X-ray exposure. On the other hand, diagnosis using MR images does not use X-rays, so it can be safely taken for pregnant patients, and functional and morphological changes can be achieved with excellent tissue contrast. It can draw remarkably.
従来型のMRI(Magnetic Resonance Imaging)は、撮影時間が長く、子宮内膜が波打つような反復した収縮運動や子宮内膜の外側の筋層の反復運動のような子宮蠕動運動を捉えることは不可能であった。そのため、画像診断において、子宮の蠕動は全く考慮されず、子宮はあたかも静止した臓器であるかのように扱われてきた。
しかし、近年になって、HASTE(half-Fourier-acquisition single-shot turbo spin-echo)等の高速撮影法が開発されるに至り、MR画像の撮影に要する時間が短縮され、これに伴い、子宮蠕動運動を直接描画する動態撮像が可能となってきた(非特許文献1、2)。
Conventional MRI (Magnetic Resonance Imaging) does not capture uterine peristaltic movements such as repeated contraction movements such as the endometrium undulating and repeated movements of the muscle layer outside the endometrium, with a long imaging time. It was possible. Therefore, uterine peristalsis is not considered at all in diagnostic imaging, and the uterus has been treated as if it were a stationary organ.
However, in recent years, high-speed imaging methods such as HASTE (half-Fourier-acquisition single-shot turbo spin-echo) have been developed, and the time required to take MR images has been shortened. Dynamic imaging that directly draws peristaltic movement has become possible (Non-Patent Documents 1 and 2).
女性生殖器は、年齢、月経周期およびホルモン等の影響を受ける。そのため、子宮は、他の臓器とは異なり、正常時でもその形状は一定ではない。すなわち、子宮は、排卵期、月経期、黄体期に、それぞれ異なる性質を持った運動を行っていると考えられている。そこで、子宮の蠕動運動を解析することにより、月経、妊能に関する各患者の症状に適した治療法の発見につながることが期待されている。
しかし、現在のMR画像による子宮蠕動運動の分析は、生のMR画像の肉眼による目視観察に依存している。ところが、生のMR画像中に現れる子宮の蠕動は、子宮内膜に現れる微少な波状突起の移動や、子宮筋層部分内における微妙な陰影(低輝度部)の移動として観察されるに過ぎない。より具体的に説明すると、骨盤部を撮影したMR画像中では、周囲の臓器の活発な運動が現れており、このような周囲の臓器の運動の影響を受けて子宮の形状も絶えず変動している。このような状況の画像中では、子宮の蠕動は、ノイズに近い微弱な運動として観察されるに過ぎず、熟練した専門医師による極めて注意深い観察を必要とする。 However, the analysis of uterine peristalsis by current MR images relies on visual observation of raw MR images with the naked eye. However, the uterine peristalsis appearing in the raw MR image is only observed as a movement of a minute wavy projection appearing in the endometrium or a movement of a subtle shadow (low luminance part) in the myometrium. . More specifically, in the MR image obtained by photographing the pelvis, active movements of surrounding organs appear, and the shape of the uterus constantly changes under the influence of the movements of the surrounding organs. Yes. In an image of such a situation, the uterine peristalsis is only observed as a weak movement close to noise, and requires very careful observation by a skilled specialist.
そのため、MR画像に基づく子宮蠕動運動の評価は主観的にならざるをえず、適正な診断には、専門医師であっても、相当の熟練を要するという問題がある。
そこで、この発明の目的は、子宮の蠕動運動を分かりやすく可視化することができ、これにより、子宮の画像診断を支援することができる画像処理装置、画像処理方法および画像診断支援システム、ならびにそのためのコンピュータプログラムおよびそれを記録した媒体を提供することである。
Therefore, the evaluation of the uterine peristalsis movement based on the MR image must be subjective, and there is a problem that even a specialist doctor needs considerable skill for proper diagnosis.
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to visualize the peristaltic motion of the uterus in an easy-to-understand manner, and thereby to support an image diagnosis of the uterus, an image processing method, an image diagnosis support system, and the same. It is to provide a computer program and a medium on which it is recorded.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、子宮の蠕動運動を解析して可視化するための画像処理装置であって、子宮の蠕動の周期よりも短い周期(たとえば、2〜3秒間隔)で時系列に従って撮影した複数枚の子宮MR(磁気共鳴)画像に対応した複数枚の子宮MR画像データ(個々の画素の輝度データで構成されるもの。とくに、いわゆる矢状断面画像)を記憶するための画像データ記憶手段と、この画像データ記憶手段に記憶された複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分(輝度の時間変化の周波数成分)の位相データを生成するフーリエ変換手段と、このフーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配(当該所定方向に隣接する画素との位相データの差分。微分値)を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成手段と、この位相勾配データ生成手段によって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データ(蠕動の方向および/または速さを表すもの)として生成する位相勾配分布画像データ生成手段とを含むことを特徴とする子宮蠕動可視化のための画像処理装置である。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an image processing apparatus for analyzing and visualizing a peristaltic movement of a uterus, wherein the period is shorter than a peristaltic period (for example, 2 to 3). A plurality of uterine MR image data corresponding to a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images taken in time series at intervals of seconds) (particularly composed of luminance data of individual pixels. In particular, a so-called sagittal cross-sectional image) And a plurality of uterine MR image data stored in the image data storage means are subjected to Fourier transform in the time axis direction, and a plurality of frequencies for each pixel in the uterine MR image are stored. Fourier transform means for generating phase data of components (frequency components of luminance change over time) and phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means are used. Then, a phase gradient in each part of the uterine MR image with respect to a predetermined direction of the frequency component (difference value of phase data with a pixel adjacent to the predetermined direction, a differential value) is calculated, and phase gradient data representing the phase gradient is generated. Gradient data generation means and phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image in which each part of the image is colored in accordance with the phase gradient based on the phase gradient data generated by the phase gradient data generation means represents peristalsis of the uterus. An image processing apparatus for visualizing uterine peristalsis characterized by comprising phase gradient distribution image data generating means for generating image data (representing the direction and / or speed of peristalsis).
子宮の蠕動は、子宮内膜における波状の微少突起のほぼ一定速度での周期的な移動と、子宮筋層における局部的な状態変化部位のほぼ一定速度での周期的な移動とに大別される。一般に、排卵期には、子宮内膜および子宮筋層における蠕動方向は、精子の輸送のために、子宮の頚部から体部へと向かう方向である。月経期には、子宮内膜および子宮筋層における蠕動方向は、月経血の排出のために、子宮体部から子宮頚部へと向かう方向である。さらに、黄体期(分泌期)では、妊卵の着床や初期の妊卵の保持のため、内膜は蠕動を行っていないと考えられている。 Uterine peristalsis is roughly divided into cyclic movements of the wavy microprojections in the endometrium at an almost constant speed and periodic movements of local state change sites in the myometrium at an almost constant speed. The In general, during the ovulation phase, the peristaltic direction in the endometrium and myometrium is the direction from the cervix to the body for sperm transport. During menstruation, the direction of peristalsis in the endometrium and myometrium is the direction from the uterine body to the cervix for menstrual blood drainage. Furthermore, in the luteal phase (secretory phase), it is considered that the intima is not peristaltic because of the implantation of the pregnant egg and the retention of the initial pregnant egg.
この発明では、時系列に従う複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換が施される。これにより、子宮MR画像を構成する個々の画素について、画素値(通常は輝度値)の時間変化が複数の周波数成分に分解され、個々の周波数成分の位相データが生成される。前述のように、子宮の蠕動は、ほぼ一定速度での子宮内膜および子宮筋層の周期的な運動であるので、この蠕動に対応した周波数成分に着目することによって、子宮の蠕動を解析することができる。 In the present invention, time-series Fourier transform is performed on a plurality of time-series uterine MR image data. Thereby, for each pixel constituting the uterine MR image, the temporal change of the pixel value (usually the luminance value) is decomposed into a plurality of frequency components, and phase data of the individual frequency components is generated. As described above, since the uterine peristalsis is a periodic motion of the endometrium and myometrium at a substantially constant speed, the uterine peristalsis is analyzed by focusing on the frequency component corresponding to this peristalsis. be able to.
そこで、この発明では、フーリエ変換によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データが用いられ、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を表す位相勾配データが算出される。子宮の蠕動に対応した周波数成分の位相データに関して所定方向の勾配(位相勾配)を算出すると、この位相勾配は、子宮各部の運動速度(蠕動の速さおよび方向)を表す。このような位相勾配データに応じた色データを画素値とする位相勾配分布画像を形成すると、子宮各部の運動(方向および/または速さ)を一目で把握することができる。この発明では、このような位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データが生成される。 Therefore, in the present invention, phase data of at least one frequency component generated by Fourier transformation is used, and phase gradient data representing a phase gradient in a predetermined direction of the frequency component in each part of the uterine MR image is calculated. When a gradient (phase gradient) in a predetermined direction is calculated with respect to phase data of frequency components corresponding to the uterine peristalsis, the phase gradient represents the motion speed (speed and direction of peristalsis) of each part of the uterus. When a phase gradient distribution image is formed with color data corresponding to such phase gradient data as pixel values, the movement (direction and / or speed) of each part of the uterus can be grasped at a glance. In the present invention, phase gradient distribution image data representing such a phase gradient distribution image is generated.
したがって、子宮の蠕動に対応した周波数成分の位相データに対応した位相勾配分布画像データを用いて表示装置に位相勾配分布画像を表示することにより、子宮蠕動を明瞭に可視化した画像を提供することができる。これにより、子宮に関する画像診断を効果的に支援することができる。
位相勾配を求める方向は、操作者が指定することとしてもよいし、所定の一定方向に予め設定しておいてもよい。
Therefore, by displaying the phase gradient distribution image on the display device using the phase gradient distribution image data corresponding to the phase data of the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, it is possible to provide an image in which the uterine peristalsis is clearly visualized. it can. Thereby, the image diagnosis regarding the uterus can be effectively supported.
The direction for obtaining the phase gradient may be designated by the operator, or may be set in advance in a predetermined direction.
前記画像処理装置は、前記フーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部の当該周波数成分の位相分布を表す位相分布データ(位相画像データ)を生成する位相分布データ生成手段(位相画像データ生成手段)を含んでいてもよい。この場合、前記位相勾配データ生成手段は、前記位相分布データ生成手段によって生成された位相分布データ(各画素の位相データ)に基づいて、子宮MR画像の各部の位相勾配を算出するものであってもよい。 The image processing device uses the phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means to generate phase distribution data (phase image data) representing the phase distribution of the frequency component of each part of the uterine MR image. Phase distribution data generation means (phase image data generation means) may be included. In this case, the phase gradient data generation means calculates the phase gradient of each part of the uterine MR image based on the phase distribution data (phase data of each pixel) generated by the phase distribution data generation means. Also good.
請求項2記載の発明は、前記画像データ記憶手段に記憶された複数枚の子宮MR画像データに対して、子宮画像部分の位置および形状の変動を補償するための幾何学変換を施し、この幾何学変換処理後の子宮MR画像データを生成する幾何学変換手段をさらに含み、前記フーリエ変換手段は、前記幾何学変換手段による幾何学変換処理後の子宮MR画像データに対してフーリエ変換を実行するものであることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置である。 According to the second aspect of the present invention, a plurality of uterine MR image data stored in the image data storage means are subjected to geometric transformation for compensating for variations in the position and shape of the uterine image portion. Geometric transformation means for generating uterine MR image data after the geometric transformation processing is further included, and the Fourier transformation means performs Fourier transformation on the uterine MR image data after the geometric transformation processing by the geometric transformation means. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is an image processing apparatus.
MRIによって撮影される画像中で、子宮の位置および形状は時間経過とともに変動する。そこで、この発明では、複数枚の子宮MR画像データに対して、子宮画像部分の位置および形状を合わせるための幾何学変換を施し、その後に、フーリエ変換を行うようにしている。これにより、より確実に、子宮の蠕動に対応した画像の変化を抽出することができる。 In an image taken by MRI, the position and shape of the uterus vary with time. In view of this, in the present invention, geometric transformation for matching the position and shape of the uterine image portion is performed on a plurality of uterine MR image data, and then Fourier transformation is performed. Thereby, the change of the image corresponding to the uterine peristalsis can be extracted more reliably.
請求項3記載の発明は、前記フーリエ変換手段は、前記位相データのほかに、子宮MR画像の各画素についての複数の周波数成分の振幅データを生成するものであり、このフーリエ変換手段が生成する振幅データに基づいて、少なくとも1つの周波数成分を選択する周波数成分選択手段をさらに含み、前記位相勾配データ生成手段は、前記周波数成分選択手段によって選択された周波数成分に関して子宮MR画像各部の位相勾配データを生成するものであることを特徴とする請求項1または2記載の画像処理装置である。 According to a third aspect of the present invention, the Fourier transform unit generates amplitude data of a plurality of frequency components for each pixel of the uterine MR image in addition to the phase data, and the Fourier transform unit generates the Fourier transform unit. Further comprising frequency component selection means for selecting at least one frequency component based on the amplitude data, wherein the phase gradient data generation means relates to the phase gradient data of each part of the uterine MR image with respect to the frequency component selected by the frequency component selection means. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus generates an image.
この構成では、フーリエ変換によって、子宮MR画像の各画素について、複数の周波数成分に関する位相データおよび振幅データが生成される。子宮MR画像中に見られる運動は、子宮の蠕動ばかりではなく、周辺の臓器からの影響による移動および変形などのノイズ的な運動も含まれている。フーリエ変換によって分解される複数の周波数成分のなかには、このようなノイズ的な運動を反映したものもある。 In this configuration, phase data and amplitude data relating to a plurality of frequency components are generated for each pixel of the uterine MR image by Fourier transform. The movements found in the uterine MR image include not only uterine peristalsis but also noisy movements such as movement and deformation due to influences from surrounding organs. Some of the plurality of frequency components decomposed by the Fourier transform reflect such a noise-like motion.
子宮を含む画像領域に注目すると、子宮蠕動に対応した周波数成分は、ノイズ的な運動に対応した周波数成分に比較すると、大きな振幅を持つ。そこで、フーリエ変換によって得られる個々の周波数成分の振幅データに注目することによって、子宮蠕動を表す周波数成分を選択することができる。そして、このようにして選択された周波数成分に関して子宮MR画像の各部の位相勾配データを求め、その分布を表す位相勾配分布画像データを作成すれば、この位相勾配分布画像データに対応する疑似カラー画像を表示装置に表示して、子宮の蠕動を分かりやすく可視化することができる。 When attention is paid to the image region including the uterus, the frequency component corresponding to the uterine peristalsis has a larger amplitude than the frequency component corresponding to the noise-like motion. Thus, by paying attention to the amplitude data of individual frequency components obtained by Fourier transform, it is possible to select frequency components representing uterine peristalsis. Then, if the phase gradient data of each part of the uterine MR image is obtained with respect to the frequency component thus selected, and the phase gradient distribution image data representing the distribution is created, the pseudo color image corresponding to the phase gradient distribution image data is created. Can be displayed on the display device so that the uterine peristalsis can be easily visualized.
なお、前記位相分布データ生成手段(位相画像データ生成手段)が備えられる場合には、この位相分布データ生成手段は、前記周波数成分選択手段によって選択された周波数成分に関する位相分布データを生成するものであることが好ましい。
請求項4記載の発明は、前記周波数成分選択手段は、子宮MR画像の各画素について、最大の振幅データに対応した最大振幅周波数成分を抽出する最大振幅周波数抽出手段と、この最大振幅周波数抽出手段によって個々の画素について抽出された最大振幅周波数成分の子宮MR画像内での分布を表す最大振幅周波数分布画像データ(たとえば、最大周波数成分に対応した色データを画素値とする画像データ)を生成する最大振幅周波数分布画像データ生成手段とを含むことを特徴とする請求項3記載の画像処理装置である。
When the phase distribution data generation means (phase image data generation means) is provided, the phase distribution data generation means generates phase distribution data relating to the frequency component selected by the frequency component selection means. Preferably there is.
According to a fourth aspect of the present invention, the frequency component selecting unit extracts a maximum amplitude frequency component corresponding to the maximum amplitude data for each pixel of the uterine MR image, and the maximum amplitude frequency extracting unit. The maximum amplitude frequency distribution image data representing the distribution of the maximum amplitude frequency component extracted for each pixel in the uterine MR image (for example, image data having color data corresponding to the maximum frequency component as a pixel value) is generated. The image processing apparatus according to claim 3, further comprising a maximum amplitude frequency distribution image data generation unit.
この構成によれば、最大振幅周波数分布画像データに基づいて、表示装置に最大振幅周波数分布画像(たとえば、最大周波数成分の分布を表す疑似カラー画像)を表示すれば、子宮MR画像中での最大振幅周波数成分の分布を視覚的に把握することができる。この最大振幅周波数分布画像に基づいて、子宮の蠕動に対応した周波数成分を特定することができる。 According to this configuration, if the maximum amplitude frequency distribution image (for example, a pseudo color image representing the distribution of the maximum frequency component) is displayed on the display device based on the maximum amplitude frequency distribution image data, the maximum in the uterine MR image can be obtained. The distribution of amplitude frequency components can be visually grasped. Based on this maximum amplitude frequency distribution image, the frequency component corresponding to the uterine peristalsis can be specified.
より具体的には、請求項5に記載されているように、前記周波数成分選択手段は、さらに、操作者による周波数成分選択入力を受け付ける周波数成分選択入力受け付け手段を含むものであってもよい。
この画像処理装置を適用した画像診断支援システムでは、たとえば、操作者による入力操作が可能な入力装置と、前記最大振幅周波数分布画像データ生成手段が生成する最大振幅周波数分布画像データを画像表示する表示装置とが備えられる。操作者が、表示装置に表示された最大振幅周波数分布画像から判断して、入力装置からいずれかの特定の周波数成分の選択入力を行うことにより、この入力が前記周波数成分選択入力受け付け手段によって受け付けられ、その周波数成分が選択されることになる。
More specifically, as described in claim 5, the frequency component selection unit may further include a frequency component selection input reception unit that receives a frequency component selection input by an operator.
In the diagnostic imaging support system to which the image processing device is applied, for example, an input device that can be input by an operator, and a display that displays an image of the maximum amplitude frequency distribution image data generated by the maximum amplitude frequency distribution image data generation unit. And a device. The operator makes a judgment input from the maximum amplitude frequency distribution image displayed on the display device, and selects one of the specific frequency components from the input device. This input is received by the frequency component selection input receiving means. The frequency component is selected.
さらに具体的に説明すると、最大振幅周波数分布画像中において、子宮MR画像中の子宮の一部または全部に近似した形状を形成する周波数成分が存在すれば、このような周波数成分は、子宮蠕動に対応した周波数成分である可能性が高い。そこで、操作者は、このような周波数成分を選択して入力装置から入力することになる。
医療の現場における画像診断では、完全に自動化されたシステムよりも、操作者(一般的には専門医)による手動操作の余地を残すことが好まれる場合が多い。これは、診断の基礎となる画像は、個々の患者に依存する多様な画像であり、また、患者の状態によっても異なるため、画像の自動解析が必ずしも成功するとは限らず、必要に応じて専門医の判断に委ねるステップを設ける方が、信頼性の高い画像診断が可能であり、かつ、診断結果に対する安心感を得やすいからである。さらにまた、画像解析の一部のステップを操作者の判断に委ねることで、画像処理装置の演算負荷が著しく軽減されるという効果も得られる。
More specifically, if there is a frequency component in the maximum amplitude frequency distribution image that forms a shape that approximates part or all of the uterus in the uterine MR image, such frequency component is There is a high possibility that the corresponding frequency component. Therefore, the operator selects such frequency components and inputs them from the input device.
In medical imaging, it is often preferred to leave room for manual operation by an operator (typically a specialist) rather than a fully automated system. This is because the images used as the basis of diagnosis are a variety of images that depend on the individual patient, and also vary depending on the patient's condition, so automatic image analysis is not always successful. This is because it is possible to perform image diagnosis with high reliability and to obtain a sense of security with respect to the diagnosis result by providing a step for entrusting to this determination. Furthermore, by leaving some steps of the image analysis to the operator's judgment, there is an effect that the calculation load of the image processing apparatus is remarkably reduced.
ただし、子宮蠕動に対応した周波数成分の選択の自動化が不可能であるというわけではなく、必要に応じて、周波数成分選択処理の自動化も可能である。
具体的には、請求項6に記載されているように、前記周波数成分選択手段は、さらに、前記最大振幅周波数分布画像データ生成手段が生成する最大振幅周波数分布画像データに基づき、当該最大振幅周波数分布画像データに対応した画像中に占める個々の周波数成分の面積の順位に基づいて、少なくとも1つの周波数成分を選択する面積順位基準選択手段を含むものであってもよい。
However, it is not impossible to automatically select frequency components corresponding to uterine peristalsis, and it is possible to automate frequency component selection processing as necessary.
Specifically, as described in claim 6, the frequency component selecting unit further includes the maximum amplitude frequency distribution based on the maximum amplitude frequency distribution image data generated by the maximum amplitude frequency distribution image data generation unit. An area rank reference selection unit that selects at least one frequency component based on the rank of the area of each frequency component in the image corresponding to the distribution image data may be included.
最大振幅周波数分布画像中では、子宮蠕動に対応した周波数成分の領域が支配的になる可能性が高い。したがって、最大振幅周波数分布画像中に占める面積が上位(たとえば第1位のみ。第1位〜第3位など)の周波数成分は、子宮蠕動に対応した周波数成分である可能性が高い。したがって、最大振幅周波数分布画像中での占有面積が上位の周波数成分を自動選択する前記の構成によって、操作者による判断を要することなく、子宮蠕動に対応した周波数成分を適切に選択することができる。 In the maximum amplitude frequency distribution image, there is a high possibility that the frequency component region corresponding to uterine peristalsis becomes dominant. Therefore, it is highly possible that the frequency component having the highest area (for example, only the first place, first place to third place) occupied in the maximum amplitude frequency distribution image is a frequency component corresponding to uterine peristalsis. Therefore, with the above-described configuration that automatically selects the frequency component having the higher occupied area in the maximum amplitude frequency distribution image, it is possible to appropriately select the frequency component corresponding to the uterine peristalsis without requiring judgment by the operator. .
この構成は、フーリエ変換以降の処理対象となる子宮MR画像が、子宮近傍の領域を切り出した画像である場合にとくに効果的である。
また、請求項7に記載されているように、前記周波数成分選択手段が、所定のしきい値以上の最大振幅データに対応した周波数成分を選択するものである場合も、子宮蠕動に対応した周波数成分の自動選択が可能である。すなわち、子宮蠕動に対応した周波数成分はある程度の振幅を示すと考えられるので、所定のしきい値未満の最大振幅データに対応した周波数成分はノイズとみなせる。また、一定以上の振幅を持たない周波数成分については、その位相データに基づく解析自体があまり意味を持たなくなるから、無意味な画像解析処理を省くためにも、最大振幅データが前記しきい値に達しない周波数成分は、処理の対象外とすることが好ましい。
This configuration is particularly effective when the uterine MR image to be processed after Fourier transformation is an image obtained by cutting out a region near the uterus.
In addition, as described in claim 7, when the frequency component selection unit selects a frequency component corresponding to maximum amplitude data equal to or greater than a predetermined threshold value, the frequency corresponding to uterine peristalsis is used. Automatic selection of ingredients is possible. That is, since the frequency component corresponding to the uterine peristalsis is considered to exhibit a certain level of amplitude, the frequency component corresponding to the maximum amplitude data less than the predetermined threshold value can be regarded as noise. Also, for frequency components that do not have an amplitude above a certain level, the analysis itself based on the phase data is not very meaningful, so the maximum amplitude data is used as the threshold value in order to eliminate meaningless image analysis processing. The frequency component that does not reach is preferably excluded from processing.
請求項8記載の発明は、前記フーリエ変換手段は、前記位相データのほかに、子宮MR画像の各画素についての複数の周波数成分の振幅データを生成するものであり、前記フーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の振幅データを用いて、子宮MR画像各部の当該周波数成分の振幅分布を表す振幅画像を表す振幅画像データを生成する振幅画像データ生成手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の画像処理装置である。 In the invention according to claim 8, the Fourier transform means generates amplitude data of a plurality of frequency components for each pixel of the uterine MR image in addition to the phase data, and is generated by the Fourier transform means. And further comprising amplitude image data generating means for generating amplitude image data representing an amplitude image representing an amplitude distribution of the frequency component of each part of the uterine MR image using the amplitude data of at least one frequency component. Item 8. The image processing device according to any one of Items 1 to 7.
この構成によれば、振幅画像データ生成手段によって生成される振幅画像データに基づいて表示装置における画像表示を行うことで、操作者に対して、個々の周波数成分の振幅分布を表す振幅画像を提供できる。この振幅画像は、たとえば、当該周波数成分の振幅データに対応する輝度を各画素に与えたものであってもよい。子宮蠕動に対応した周波数成分の振幅画像では、振幅の大きな画素が子宮の一部または全部の形状を形成する可能性が高い。したがって、このような振幅画像を提供することによって、操作者は、子宮蠕動に対応した周波数成分を容易に特定して選択することができる。 According to this configuration, an amplitude image representing the amplitude distribution of individual frequency components is provided to the operator by performing image display on the display device based on the amplitude image data generated by the amplitude image data generation means. it can. For example, the amplitude image may be obtained by giving luminance corresponding to the amplitude data of the frequency component to each pixel. In the amplitude image of the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, it is highly possible that pixels having a large amplitude form part or all of the shape of the uterus. Therefore, by providing such an amplitude image, the operator can easily specify and select the frequency component corresponding to the uterine peristalsis.
請求項9記載の発明は、前記フーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部の当該周波数成分の位相分布を表す位相画像を表す位相画像データを生成する位相画像データ生成手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の画像処理装置である。
この構成によれば、位相画像データ生成手段によって生成される位相画像データに基づいて表示装置における画像表示を行うことで、操作者に対して、個々の周波数成分の位相分布を表す位相画像を提供することができる。たとえば、この位相画像は、子宮MR画像の当該周波数成分の位相に対応した輝度を個々の画素に与えたものであってもよい。
The invention according to claim 9 uses the phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means to generate phase image data representing a phase image representing the phase distribution of the frequency component of each part of the uterine MR image. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising phase image data generation means for performing the processing.
According to this configuration, by displaying an image on the display device based on the phase image data generated by the phase image data generation means, a phase image representing the phase distribution of each frequency component is provided to the operator. can do. For example, this phase image may be obtained by giving brightness corresponding to the phase of the frequency component of the uterine MR image to each pixel.
子宮蠕動に対応した周波数成分について前述のような位相画像を作成すると、この位相画像には、子宮の一部または全部の形状に従って位相変化を示す画像部分が現れる。したがって、位相画像を提供することによって、子宮蠕動に対応する周波数成分を特定して選択する過程で、操作者を支援することができる。
或る周波数成分の位相画像を作成するときには、当該周波数成分の振幅が所定のしきい値に満たない画素については、画素値を固定(たとえば「0」に固定)することが好ましい。これにより、子宮蠕動に全く関係のないと考えられる部分の画像を潰すことができるので、操作者による判断がより容易になる。
When a phase image as described above is created for the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, an image portion showing a phase change appears in this phase image according to a part or all of the shape of the uterus. Therefore, providing the phase image can assist the operator in the process of specifying and selecting the frequency component corresponding to the uterine peristalsis.
When creating a phase image of a certain frequency component, it is preferable that the pixel value is fixed (for example, fixed to “0”) for a pixel whose amplitude of the frequency component is less than a predetermined threshold value. As a result, the image of the part that is considered to be completely unrelated to the uterine peristalsis can be crushed, and the determination by the operator becomes easier.
請求項10記載の発明は、前記画像データ記憶手段に記憶された子宮MR画像データ(複数枚の子宮MR画像データのなかから選択した代表的な1枚であってもよいし、複数の子宮MR画像データの平均値等をとった画像データであってもよい。)に前記位相勾配分布画像データ生成手段によって生成される位相勾配分布画像データをオーバレイして、オーバレイ画像データを生成する画像オーバレイ処理手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の画像処理装置である。 According to the tenth aspect of the present invention, uterine MR image data (a representative one selected from a plurality of uterine MR image data or a plurality of uterine MR images stored in the image data storage means may be used. Image overlay processing for generating overlay image data by overlaying the phase gradient distribution image data generated by the phase gradient distribution image data generating means to image data obtained by taking an average value of image data, etc. 10. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising means.
この構成によれば、オーバレイ画像データに基づいて表示装置上に画像表示を行えば、子宮MR画像に位相勾配分布を表す着色画像がオーバレイ表示される。これにより、子宮の各部と、蠕動が生じている部位との対応関係を一目で把握できる画像を提供することができ、どの部位でどのような蠕動が生じているかを容易に判断できるようになる。
請求項11記載の発明は、前記フーリエ変換手段によって生成された1つの周波数成分の位相データのうち、少なくとも2つの離間した画素の位相データに基づいて、当該2つの画素間の位相差を演算する位相差演算手段と、この位相差演算手段によって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の画像処理装置である。
According to this configuration, when an image is displayed on the display device based on the overlay image data, a colored image representing the phase gradient distribution is displayed in an overlay manner on the uterine MR image. As a result, it is possible to provide an image that can grasp at a glance the correspondence between each part of the uterus and the site where the peristalsis occurs, and to easily determine what peristalsis occurs in which part. .
The invention according to claim 11 calculates the phase difference between the two pixels based on the phase data of at least two spaced apart pixels among the phase data of one frequency component generated by the Fourier transform means. The phase difference calculating means and the peristaltic speed calculating means for calculating the peristaltic speed of the uterus based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means. This is an image processing apparatus.
子宮蠕動に対応した周波数成分に関して2つの画素間の位相差を求めると、この位相差に基づいて子宮蠕動の速度を算出することができる。この算出された子宮蠕動の速度を、たとえば、表示装置に表示したりして提供することにより、子宮蠕動に関するより多くの情報を提供でき、より一層効果的に画像診断を支援できる。子宮蠕動の速度は、より具体的には、2つの画素間の位相差と、この2つの画素間の距離とに基づいて、算出することができる。2つの画素間の距離は、2つの画素の位置情報(座標)から算出できる。 When the phase difference between the two pixels is obtained for the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, the speed of the uterine peristalsis can be calculated based on this phase difference. By providing the calculated speed of uterine peristalsis, for example, by displaying it on a display device, it is possible to provide more information about uterine peristalsis and to support image diagnosis more effectively. More specifically, the speed of uterine peristalsis can be calculated based on the phase difference between two pixels and the distance between the two pixels. The distance between two pixels can be calculated from position information (coordinates) of the two pixels.
請求項12記載の発明は、操作者による画像中の2点の指示入力を受け付ける手段をさらに含み、前記位相差演算手段は、前記受け付けられた指示入力による2点の画素の位相データ(同じ周波数成分の位相データ)に基づいて、前記2点の画素間の位相差を演算するものであることを特徴とする請求項11記載の画像処理装置である。
この構成によれば、入力装置から、速度の計測を行いたい2点を指示することができるので、操作者の所望する任意の2点間の蠕動速度の情報を提供することができる。
The invention according to claim 12 further includes means for receiving an instruction input at two points in the image by an operator, wherein the phase difference calculation means is the phase data (same frequency) of the two points of the pixel by the received instruction input. 12. The image processing apparatus according to claim 11, wherein a phase difference between the two pixels is calculated based on component phase data.
According to this configuration, since it is possible to instruct the two points where the speed is to be measured from the input device, it is possible to provide information on the peristaltic speed between any two points desired by the operator.
請求項13記載の発明は、請求項1ないし12のいずれかに記載の画像処理装置と、この画像処理装置に接続され、前記位相勾配分布画像を表示する表示装置とを含むことを特徴とする画像診断支援システムである。
この構成により、位相勾配分布画像データに対応した位相勾配分布画像を表示装置に表示して、この画像情報を使用者に提供することができる。これにより、子宮の蠕動の様子を明瞭に可視化した画像を提供でき、画像診断を良好に支援できる。
A thirteenth aspect of the invention includes the image processing apparatus according to any one of the first to twelfth aspects, and a display device connected to the image processing apparatus and displaying the phase gradient distribution image. This is an image diagnosis support system.
With this configuration, the phase gradient distribution image corresponding to the phase gradient distribution image data can be displayed on the display device, and this image information can be provided to the user. As a result, it is possible to provide an image that clearly visualizes the state of peristalsis of the uterus and can favorably support image diagnosis.
前記表示装置には、前述の最大振幅周波数分布画像、振幅画像および位相画像の表示も可能とされていることが好ましい。
請求項14記載の発明は、操作者によって操作可能であり、前記画像処理装置に接続されて、この画像処理装置に対して操作者の指示入力を入力するための入力装置をさらに含むことを特徴とする請求項13記載の画像診断支援システムである。
It is preferable that the display device can display the maximum amplitude frequency distribution image, the amplitude image, and the phase image.
The invention according to claim 14 further includes an input device operable by an operator, connected to the image processing device, and for inputting an instruction input from the operator to the image processing device. The image diagnosis support system according to claim 13.
この構成により、使用者による指示入力によって、画像処理装置による処理内容を指示することができる。
請求項15記載の発明は、子宮の蠕動運動を解析して可視化するための画像処理方法であって、子宮の蠕動の周期よりも短い周期で時系列に従って撮影した複数枚の子宮MR(磁気共鳴)画像に対応した複数枚の子宮MR画像データを準備するステップと、この複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分の位相データを生成するフーリエ変換ステップと、このフーリエ変換ステップによって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成ステップと、この位相勾配データ生成ステップによって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データとして生成する位相勾配分布画像データ生成ステップとを含むことを特徴とする子宮蠕動可視化のための画像処理方法である。この方法により、請求項1の発明に関して説明した効果と同様の効果が得られる。
With this configuration, it is possible to instruct the processing content of the image processing apparatus by an instruction input by the user.
The invention according to claim 15 is an image processing method for analyzing and visualizing peristaltic movement of the uterus, wherein a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images taken in time series with a period shorter than the period of peristaltic movement of the uterus. ) A step of preparing a plurality of uterine MR image data corresponding to an image, and performing a Fourier transform in the time axis direction on the plurality of uterine MR image data, and a plurality of frequency components for each pixel in the uterine MR image A phase transformation of the frequency component in each part of the uterine MR image with respect to a predetermined direction is calculated using a Fourier transform step for generating the phase data of the uterine MR image, and phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform step. A phase gradient data generation step for generating phase gradient data representing the phase gradient, and the phase gradient data generation step A phase gradient distribution image data generation step for generating phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image in which each part of the image is colored according to the phase gradient based on the generated phase gradient data as image data representing uterine peristalsis; and Is an image processing method for visualizing uterine peristalsis. By this method, the same effect as that described in relation to the invention of claim 1 can be obtained.
請求項16記載の発明は、前記フーリエ変換ステップによって生成された1つの周波数成分の位相データのうち、少なくとも2つの離間した画素の位相データに基づいて、当該2つの画素間の位相差を演算する位相差演算ステップと、この位相差演算ステップによって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項15記載の画像処理方法である。この方法により、請求項11の発明と同様な効果が得られる。 According to a sixteenth aspect of the present invention, the phase difference between the two pixels is calculated based on the phase data of at least two spaced apart pixels among the phase data of one frequency component generated by the Fourier transform step. 16. The image processing method according to claim 15, further comprising: a phase difference calculating step; and a peristaltic speed calculating step for calculating a peristaltic speed based on the phase difference calculated in the phase difference calculating step. is there. By this method, the same effect as that of the 11th invention can be obtained.
むろん、画像処理方法の発明に関しても、画像処理装置の発明と同様な変形および改良が可能である。
請求項17記載の発明は、子宮の蠕動の周期よりも短い周期で時系列に従って撮影した複数枚の子宮MR(磁気共鳴)画像に対応した複数枚の子宮MR画像データを処理し、子宮の蠕動運動を解析して可視化するための画像処理装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分の位相データを生成するフーリエ変換手段、このフーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成手段、およびこの位相勾配データ生成手段によって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データとして生成する位相勾配分布画像データ生成手段として機能させることを特徴とする子宮蠕動可視化のためのコンピュータプログラムである。このコンピュータプログラムをコンピュータによって実行させることにより、このコンピュータを請求項1記載の画像処理装置として機能させることができる。
Of course, the invention of the image processing method can be modified and improved similarly to the invention of the image processing apparatus.
According to the seventeenth aspect of the present invention, a plurality of uterine MR image data corresponding to a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images photographed in time series in a cycle shorter than the cycle of uterine peristalsis is processed, and uterine peristalsis is performed. A computer program for operating a computer as an image processing device for analyzing and visualizing motion, the computer performing time-direction Fourier transform on the plurality of uterine MR image data, Fourier transform means for generating phase data of a plurality of frequency components for each pixel in the MR image, and using phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means, the frequency component in each part of the uterine MR image Phase gradient data for calculating a phase gradient for a given direction and generating phase gradient data representing the phase gradient Generation means, and phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image obtained by coloring each part of the image according to the phase gradient based on the phase gradient data generated by the phase gradient data generation means, and image data representing uterine peristalsis It is a computer program for visualizing uterine peristalsis characterized by functioning as phase gradient distribution image data generating means for generating a By causing the computer program to be executed by a computer, the computer can function as the image processing apparatus according to claim 1.
請求項18記載の発明は、前記コンピュータを、さらに、前記フーリエ変換手段によって生成された1つの周波数成分の位相データのうち、少なくとも2つの離間した画素の位相データに基づいて、当該2つの画素間の位相差を演算する位相差演算手段、およびこの位相差演算手段によって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算手段として機能させることを特徴とする請求項17記載のコンピュータプログラムである。このコンピュータプログラムをコンピュータに実行させることにより、このコンピュータを請求項11の画像処理装置として機能させることができる。 According to an eighteenth aspect of the present invention, the computer is further configured based on the phase data of at least two separated pixels among the phase data of one frequency component generated by the Fourier transform unit. 18. A phase difference calculating means for calculating a phase difference between the uterus and a peristaltic speed calculating means for calculating a peristaltic speed based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means. It is a computer program. By causing the computer program to execute the computer program, the computer can be caused to function as the image processing apparatus according to claim 11.
むろん、コンピュータプログラムは、画像処理装置の発明に関連して説明した前述の種々の機能処理手段としてコンピュータを機能させるように変形または改良されてもよい。
請求項19記載の発明は、前述のようなコンピュータプログラムを記録しており、コンピュータによる読み取りが可能な記録媒体である。このような記録媒体としては、CD−ROMおよびDVD−ROMに代表される光ディスク、MOディスクに代表される磁気光ディスク、ならびにハードディスクドライブおよびフレキシブルディスクに代表される磁気ディスクを例示することができる。
Of course, the computer program may be modified or improved to cause the computer to function as the above-described various function processing means described in relation to the invention of the image processing apparatus.
The invention described in claim 19 is a recording medium that records the computer program as described above and is readable by a computer. Examples of such recording media include optical disks represented by CD-ROM and DVD-ROM, magnetic optical disks represented by MO disks, and magnetic disks represented by hard disk drives and flexible disks.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
[子宮蠕動の解析の基本原理]
まず、この発明の一実施形態に係る画像処理装置による子宮MR画像の解析の基本原理について説明する。
図1に、子宮MR画像(矢状断面)の一例を示す。子宮は、領域aに示す「体部」と、領域bに示す頚部とを有している。子宮の壁は、3層で構成されている。一番内側が内膜cであり、その内膜を覆うように存在するのが筋層dであり、内膜cと筋層dの境界がジャンクショナルゾーン(junctional zone)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[Basic principle of uterine peristalsis analysis]
First, the basic principle of uterine MR image analysis by the image processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an example of a uterine MR image (sagittal section). The uterus has a “body” shown in region a and a cervix shown in region b. The wall of the uterus is composed of three layers. The innermost layer is the intima c, and the muscle layer d exists so as to cover the intima, and the boundary between the intima c and the muscle layer d is a junctional zone.
図1に示す子宮MR画像は、高速スピンエコー法によって撮影された画像例である。スピンエコー法では、T1強調画像およびT2強調画像の撮影が可能であるが、T1強調画像では、子宮筋層と内膜が均一な低信号を持つため、これらを区別して撮影することができない。そのため、子宮のMRIでは、T2強調画像での撮影が主として行われ、図1に示す子宮MR画像もT2強調画像である。 The uterine MR image shown in FIG. 1 is an example of an image taken by the fast spin echo method. In the spin echo method, it is possible to capture a T1-weighted image and a T2-weighted image. However, in the T1-weighted image, the myometrium and the intima have a uniform low signal, so that they cannot be distinguished and photographed. Therefore, in MRI of the uterus, imaging with a T2-weighted image is mainly performed, and the uterine MR image shown in FIG. 1 is also a T2-weighted image.
子宮の蠕動の解析には、子宮の蠕動の周期よりも短い時間間隔(たとえば2秒間隔)で時系列に従って撮影された複数枚の子宮MR画像のデータが用いられる。画像サイズは、たとえば、横1.2mm、縦1.4mmである。撮影の性質上、1枚目の画像の輝度値は、他の画像に比べて高くなるので、1枚目は除き、2枚目からの画像を使用して解析を行うことが好ましい。後述する高速フーリエ変換のためには、2のべき乗枚(たとえば64枚)の子宮MR画像が必要となる。したがって、たとえば、60枚の子宮MR画像データが処理対象であり、2枚目以降の59枚の子宮MR画像データに対して画像解析を行う場合には、これを、補間処理によって、64枚の子宮MR画像データに変換して使用することになる。 In the analysis of uterine peristalsis, data of a plurality of uterine MR images taken in time series at a time interval (for example, every 2 seconds) shorter than the period of peristaltic uterus is used. The image size is, for example, 1.2 mm wide and 1.4 mm long. Since the luminance value of the first image is higher than that of the other images due to the nature of photographing, it is preferable to perform analysis using the images from the second image except for the first image. For the fast Fourier transform described later, a power of 2 (for example, 64) uterine MR images are required. Therefore, for example, when 60 uterine MR image data are to be processed and image analysis is performed on 59 uterine MR image data after the second, this is converted into 64 images by interpolation processing. It is converted into uterine MR image data for use.
複数枚の子宮MR画像をディスプレイ上に連続で表示して注意深く観察すると、子宮の内膜に内側に沿って微小な波状突起がほぼ一定の速さで移動し、子宮の内膜が波打つように運動をしていることが観察される。この微小波状突起の移動に伴い、内膜の画像部分を構成する各画素の輝度値が周期的な時間変化を示す。また、筋層では、黒い影のようなものが動いていることが観察できる。筋層は厚い筋肉から成り立っており、内膜と同様、周期的な運動をしていると考えられる。 When multiple uterine MR images are displayed continuously on a display and carefully observed, minute wavy projections move along the inner lining of the uterus along the inner side at a substantially constant speed so that the uterine intima undulates. Observed in motion. Along with the movement of the minute wavy projections, the luminance value of each pixel constituting the image portion of the intima shows a periodic time change. In the muscle layer, it can be observed that something like a black shadow is moving. The muscular layer is composed of thick muscles, and is thought to be in periodic motion, similar to the intima.
図2に示す子宮MR画像において、子宮内膜上の点「1」、「2」および「3」の3点について、時間軸方向の輝度値の変化をプロットした例を図3に示す。横軸は、時系列に従う複数枚の画像の番号によって表される時間軸である。この図3から、子宮内膜の蠕動運動は、定点に注目したときに、濃度(輝度)変化の周期的な波の組合せとして表現できると推測できる。子宮筋層の蠕動運動についても同様である。 In the uterine MR image shown in FIG. 2, FIG. 3 shows an example in which changes in luminance values in the time axis direction are plotted for three points “1”, “2”, and “3” on the endometrium. The horizontal axis is a time axis represented by the numbers of a plurality of images according to time series. From FIG. 3, it can be inferred that the peristaltic motion of the endometrium can be expressed as a combination of periodic waves of changes in density (luminance) when focusing on a fixed point. The same applies to the peristaltic movement of the myometrium.
そこで、子宮MR画像の各画素の時系列データ(時系列に従って撮影された複数枚の子宮MR画像における同一位置の画素の輝度データ列)に対して、フーリエ変換処理が行われる。実際には、図2に示すように子宮部分以外の画像部分を排除するように矩形領域にトリミングした子宮MR画像を対象画像としてフーリエ変換処理が行われる。
ただし、子宮の画像部分の位置やその形状は、周囲の臓器の運動等の影響を受けて変動する。そのため、処理領域を固定して解析を行うフーリエ変換では、子宮の位置が変化すると、運動解析の対象位置がずれてしまい、適切な解析を行うことができない。そこで、フーリエ変換に先だって、複数枚の子宮MR画像間の子宮の位置および形状の変動を補償するための幾何学変換処理が行われる。具体的には、画像間の変形を近似するアフィン変換パラメータを非線形最適化を用いて求め、そのパラメータを用いたアフィン変換によって、子宮の位置および形状が合わせ込まれる。より詳細には、まず並進移動成分を決定した後、その並進移動のパラメータを初期値としてアフィン変換パラメータが求められる。このアフィン変換パラメータを用いて原画像が変形され、対応する領域の切り出し(トリミング)を行った画像列を作成し、その画像列に対してフーリエ変換が行われる。
Therefore, Fourier transform processing is performed on the time-series data of each pixel of the uterine MR image (luminance data string of pixels at the same position in a plurality of uterine MR images taken according to the time series). Actually, as shown in FIG. 2, Fourier transform processing is performed using a uterine MR image trimmed into a rectangular region so as to exclude an image portion other than the uterine portion as a target image.
However, the position and shape of the image portion of the uterus fluctuate under the influence of the movement of surrounding organs. Therefore, in the Fourier transform in which the analysis is performed with the processing region fixed, if the position of the uterus changes, the target position of the motion analysis is shifted, and an appropriate analysis cannot be performed. Therefore, prior to Fourier transformation, geometric transformation processing is performed to compensate for uterine position and shape variations between a plurality of uterine MR images. Specifically, an affine transformation parameter that approximates deformation between images is obtained using nonlinear optimization, and the position and shape of the uterus are adjusted by affine transformation using the parameter. More specifically, after the translational movement component is first determined, an affine transformation parameter is obtained using the translational movement parameter as an initial value. The original image is deformed using the affine transformation parameters, an image sequence in which the corresponding region is cut out (trimmed) is created, and Fourier transformation is performed on the image sequence.
フーリエ変換には、離散フーリエ変換の一形態である高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)が適用される。これにより、各画素の輝度変化における主な周波数成分の振幅および位相が求められる。これに基づいて、子宮内膜および筋層の蠕動の方向および速度を解析することができる。
より具体的に説明すると、N枚の子宮MR画像中の同じ位置にある1つの画素についてのN個の時系列データ(輝度値を表す画像データ)をx0,x1,x2,…,xn,…,xN-1と表すと、周波数ωk=2πk/N(k=0,1,2,3,……,N−1)についての離散フーリエ変換Xkは、次の式(1)で与えられる。ただし、jは虚数単位である。
Fast Fourier transform (FFT), which is a form of discrete Fourier transform, is applied to the Fourier transform. Thereby, the amplitude and phase of main frequency components in the luminance change of each pixel are obtained. Based on this, the direction and speed of peristalsis and endometrial peristalsis can be analyzed.
More specifically, N time-series data (image data representing luminance values) for one pixel at the same position in N uterine MR images are represented by x 0 , x 1 , x 2 ,. When expressed as x n ,..., x N−1 , the discrete Fourier transform X k for the frequency ω k = 2πk / N (k = 0, 1, 2, 3,..., N−1) is given by Given in (1). However, j is an imaginary unit.
そして、周波数ωkの周波数成分の振幅データ|Ck|および位相データφkは、それぞれ、次の式(2)および式(3)で与えられる。
|Ck|={XkRe 2+XkIm 2}1/2 ……(2)
φk =tan-1(−XkIm/XkRe) ……(3)
ただし、XkReおよびXkImは、それぞれ、Xkの実数部および虚数部である。
The amplitude data | C k | and the phase data φ k of the frequency component of the frequency ω k are given by the following equations (2) and (3), respectively.
| C k | = {X kRe 2 + X kIm 2 } 1/2 (2)
φ k = tan −1 (−X kIm / X kRe ) (3)
However, X kRe and X kIm are the real part and the imaginary part of X k , respectively.
これらの振幅データ|Ck|および位相データφkが、子宮MR画像の個々の画素について、計算可能なすべての周波数ωkの周波数成分に関して求められる。
高速フーリエ変換を行うためには、前述のように、2のべき乗個の時系列データが必要となる。したがって、有効な子宮MR画像が59枚であるときは、この59枚の子宮MR画像(アフィン変換後に切り出した画像)の個々の画素の輝度値を59個から64個に補間したデータを予め作成し、この64個のデータに対して高速フーリエ変換が行われる。
These amplitude data | C k | and phase data φ k are determined for the frequency components of all frequencies ω k that can be calculated for individual pixels of the uterine MR image.
In order to perform the fast Fourier transform, as described above, power-of-two time series data is required. Therefore, when there are 59 effective uterine MR images, data obtained by interpolating luminance values of individual pixels of 59 uterine MR images (images cut out after affine transformation) from 59 to 64 is created in advance. Then, a fast Fourier transform is performed on the 64 pieces of data.
この高速フーリエ変換によって得られた振幅データに基づき、周波数「0」(直流成分)以外で最大振幅をとる周波数が、各画素について求められる。そして、各画素の最大振幅の周波数成分を表す最大振幅周波数分布画像がディプレイ上に表示される。
具体的には、図4(a)に示すように、複数の周波数成分に対して予め異なる色が割り当てられ、個々の画素が、当該画素の最大振幅の周波数成分に応じて着色される。こうして、最大振幅の周波数成分分布が、ディプレイ上に疑似カラー表示されることになる。
Based on the amplitude data obtained by the fast Fourier transform, a frequency having a maximum amplitude other than the frequency “0” (DC component) is obtained for each pixel. Then, a maximum amplitude frequency distribution image representing the frequency component of the maximum amplitude of each pixel is displayed on the display.
Specifically, as shown in FIG. 4A, different colors are assigned to a plurality of frequency components in advance, and each pixel is colored according to the frequency component having the maximum amplitude of the pixel. Thus, the frequency component distribution with the maximum amplitude is displayed in pseudo color on the display.
子宮の蠕動運動は低周波成分に現れるため、図4(a)の例では、第1周波数〜第10周波数(k=1〜10)の周波数成分についての分布画像を求めた例が示されている。第1周波数とは、64枚で1周期となる周波数成分であり、第2周波数とは、32(=64/2)枚で1周期となる周波数成分である。以下、第3周波数成分以上の周波数成分についても同様である。 Since the peristaltic motion of the uterus appears in the low frequency component, the example of FIG. 4A shows an example in which a distribution image for the frequency component of the first frequency to the tenth frequency (k = 1 to 10) is obtained. Yes. The first frequency is a frequency component having one cycle with 64 sheets, and the second frequency is a frequency component having one cycle with 32 (= 64/2) sheets. The same applies to frequency components equal to or higher than the third frequency component.
参考のため、図4(b)には図4(a)のカラー画像中の第1周波数の色部分を強調した画像を示し、図4(c)には図4(a)のカラー画像中の第2周波数の色部分を強調した画像を示し、図4(d)には図4(a)のカラー画像中の第6周波数の色部分を強調した画像を示す。
内膜部分または筋層部分の蠕動は、規則的な周期運動であるので、内膜部分または筋層部分の画素値(最大振幅の周波数成分)は同じであることが期待される。実際、図4の例では、第6周波数成分を最大振幅周波数成分とする複数の画素が、子宮内膜に近似した形状の画像部分を形成している。
For reference, FIG. 4 (b) shows an image in which the color portion of the first frequency in the color image of FIG. 4 (a) is emphasized, and FIG. 4 (c) shows the color image of FIG. 4 (a). 4D shows an image in which the color portion of the second frequency is emphasized, and FIG. 4D shows an image in which the color portion of the sixth frequency in the color image in FIG. 4A is emphasized.
Since the peristalsis of the intima part or the muscle layer part is a regular periodic motion, it is expected that the pixel values (frequency components having the maximum amplitude) of the intima part or the muscle layer part are the same. Actually, in the example of FIG. 4, a plurality of pixels having the sixth frequency component as the maximum amplitude frequency component form an image portion having a shape approximating the endometrium.
したがって、最大振幅周波数分布画像を見ることによって、使用者(操作者。一般的には専門医)は、子宮の蠕動に対応した周波数成分を容易に特定することができる。
子宮蠕動に対応した周波数成分の特定を補助する目的で、必要に応じて、振幅画像データおよび位相画像データが作成され、それらに対応する振幅画像および位相画像がそれぞれディスプレイ上に表示される。
Accordingly, by viewing the maximum amplitude frequency distribution image, the user (operator, generally a specialist) can easily specify the frequency component corresponding to the uterine peristalsis.
Amplitude image data and phase image data are created as necessary for the purpose of assisting in identifying frequency components corresponding to uterine peristalsis, and the corresponding amplitude image and phase image are respectively displayed on the display.
振幅画像データは、一つの周波数成分について、各画素の振幅データを画素値(輝度値)とした振幅分布データである。このような振幅画像データに対応する振幅画像は、当該周波数成分の振幅が大きい画素ほど明るく表示される。子宮の蠕動は、前述のとおり、規則的な周期運動であるから、子宮の蠕動に対応した周波数成分についての振幅画像は、子宮の内膜部分または筋層部分に近似した形状の画像部分を形成すると期待される。したがって、振幅画像中に子宮の形状に近似した画像部分が形成される周波数成分を、子宮蠕動に対応するものと特定することができる。振幅画像の一例は、図16に示されている。 The amplitude image data is amplitude distribution data in which the amplitude data of each pixel is a pixel value (luminance value) for one frequency component. An amplitude image corresponding to such amplitude image data is displayed brighter as a pixel has a larger amplitude of the frequency component. As described above, the uterine peristalsis is a regular periodic motion, so the amplitude image of the frequency component corresponding to the uterine peristalsis forms an image part with a shape that approximates the intima or muscle layer part of the uterus. It is expected. Therefore, it is possible to specify a frequency component that forms an image portion that approximates the shape of the uterus in the amplitude image as corresponding to uterine peristalsis. An example of an amplitude image is shown in FIG.
位相画像データは、一つの周波数成分について、各画素の位相データを画素値(輝度)とした位相分布データである。ただし、当該周波数成分についての振幅データが所定のしきい値未満の画素については、画素値を「0」に固定する。このような位相画像データは、位相が大きい画素ほど明るく表示される。しきい値未満の画素の画素値を「0」とするので、子宮蠕動に対応した周波数成分の位相画像中には、やはり、子宮の形状に対応した画像部分が形成されることが期待でき、さらに、この画像部分は、子宮の蠕動方向および速度に対応した輝度変化を示すと期待される。したがって、このような特徴の画像部分が位相画像中に見られる周波数成分を、子宮蠕動に対応するものと特定することができる。位相画像の一例は、図17に示されている。 The phase image data is phase distribution data in which the phase data of each pixel is a pixel value (luminance) for one frequency component. However, the pixel value is fixed to “0” for a pixel whose amplitude data for the frequency component is less than a predetermined threshold value. Such phase image data is displayed brighter as the pixel has a larger phase. Since the pixel value of the pixel below the threshold value is set to “0”, it can be expected that an image portion corresponding to the shape of the uterus is formed in the phase image of the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, Furthermore, this image portion is expected to show a luminance change corresponding to the uterine peristaltic direction and speed. Therefore, the frequency component in which the image portion having such a characteristic is seen in the phase image can be specified as corresponding to uterine peristalsis. An example of a phase image is shown in FIG.
こうして子宮蠕動に対応した周波数成分が特定されると、位相画像の濃度勾配(輝度勾配)が算出される。すなわち、個々の画素について、所定方向に関して、隣接画素との画素値の差分(濃度勾配)が求められる。この差分は、結局、位相勾配を表す位相勾配データにほかならない。位相勾配を求める方向は、たとえば、操作者がディスプレイに表示された位相画像上で指定する。 When the frequency component corresponding to uterine peristalsis is specified in this way, the density gradient (luminance gradient) of the phase image is calculated. That is, for each pixel, the difference (density gradient) of the pixel value from the adjacent pixel is obtained in a predetermined direction. This difference is nothing but phase gradient data representing the phase gradient. The direction for obtaining the phase gradient is specified on the phase image displayed on the display by the operator, for example.
さらに、位相勾配データの値に応じて色情報が割り当てられる。たとえば、位相勾配データが正であれば、第1の色(たとえば青色)が当該画素に割り当てられ、位相勾配データが負であれば、第1の色とは異なる第2の色(たとえば赤色)が当該画素に割り当てられる。これにより、子宮蠕動の方向を色情報で表した位相勾配分布画像が形成される。位相勾配分布画像の例は、図22、図28および図36に示されている。 Furthermore, color information is assigned according to the value of the phase gradient data. For example, if the phase gradient data is positive, a first color (for example, blue) is assigned to the pixel, and if the phase gradient data is negative, a second color (for example, red) that is different from the first color. Is assigned to the pixel. Thereby, a phase gradient distribution image in which the direction of uterine peristalsis is represented by color information is formed. Examples of phase gradient distribution images are shown in FIG. 22, FIG. 28 and FIG.
むろん、位相勾配の値に応じて画素値(輝度)を異ならせてもよい。これにより、子宮蠕動の速さを併せて表示することができる。
子宮蠕動の速度は、画像中の任意の2点を指定することによって行える。速度=距離÷時間であり、時間=周期×位相差÷2πである。「周期」は1周期の時間であり、周期=画像枚数×2(秒)÷周波数で表される。周波数とは、子宮蠕動に対応すると特定された周波数成分の周波数である。
Of course, the pixel value (luminance) may be varied according to the value of the phase gradient. Thereby, the speed of uterine peristalsis can be displayed together.
The speed of uterine peristalsis can be determined by specifying any two points in the image. Speed = distance ÷ time, time = period × phase difference ÷ 2π. “Period” is a period of one cycle, and is represented by a period = number of images × 2 (seconds) ÷ frequency. The frequency is the frequency of the frequency component specified to correspond to uterine peristalsis.
したがって、子宮蠕動に対応すると特定された周波数成分について、指定された2点の位相データを用いて位相差を演算すれば、この位相差に基づいて、子宮蠕動の速度を求めることができる。
[画像診断支援システムの構成]
図5は、この発明の一実施形態に係る画像診断支援システムの基本的なハードウェア構成を説明するためのブロック図である。この画像診断支援システムは、コンピュータシステムとしての基本構成を有している。すなわち、この画像診断支援システムは、コンピュータ本体10と、このコンピュータ本体10に接続された入力装置11としてのキーボード11Aおよびマウス(ポインティングデバイスの一例)11Bと、コンピュータ本体10に接続されたディプレイ(表示装置)13と、コンピュータ本体10に接続されたプリンタ14とを備えている。
Therefore, if the phase difference is calculated using the two specified phase data for the frequency component specified to correspond to the uterine peristalsis, the speed of the uterine peristalsis can be obtained based on this phase difference.
[Configuration of diagnostic imaging support system]
FIG. 5 is a block diagram for explaining a basic hardware configuration of the diagnostic imaging support system according to the embodiment of the present invention. This diagnostic imaging support system has a basic configuration as a computer system. That is, the diagnostic imaging support system includes a computer main body 10, a keyboard 11A and a mouse (an example of a pointing device) 11B as an input device 11 connected to the computer main body 10, and a display ( Display device) 13 and a printer 14 connected to the computer main body 10.
コンピュータ本体10は、演算処理部としてのCPU15と、主記憶装置としてのROM16およびRAM17と、補助記憶装置してのハードディスクドライブ(HDD)18およびCD−ROMドライブ19と、入力制御部20と、ディスプレイインタフェース21と、プリンタインタフェース22とを備えており、これらはバス23によって互いに接続されている。入力制御部20は、入力装置11からの入力信号を処理してCPU15に入力する。ディスプレイインタフェース21は、画像データの入力を受けて、その画像データに対応する画像をディスプレイ13に表示させる働きを担う。プリンタインタフェース22は、プリンタ14との接続のためのものである。 The computer main body 10 includes a CPU 15 as an arithmetic processing unit, a ROM 16 and a RAM 17 as main storage devices, a hard disk drive (HDD) 18 and a CD-ROM drive 19 as auxiliary storage devices, an input control unit 20, and a display. An interface 21 and a printer interface 22 are provided, and these are connected to each other by a bus 23. The input control unit 20 processes an input signal from the input device 11 and inputs it to the CPU 15. The display interface 21 has a function of receiving input of image data and displaying an image corresponding to the image data on the display 13. The printer interface 22 is for connection with the printer 14.
CD−ROMドライブ19には、コンピュータプログラムを記録した記録媒体としてのCD−ROM(ディスク)25を装填することができる。画像処理プログラムを記録したCD−ROM25をCD−ROMドライブ19に装填し、必要なインストール操作を行ったうえで、当該画像処理プログラムをコンピュータ本体10によって実行させることにより、このコンピュータ本体10は画像処理装置として機能し、当該コンピュータシステムは画像診断支援システムとして機能することができる。 The CD-ROM drive 19 can be loaded with a CD-ROM (disc) 25 as a recording medium on which a computer program is recorded. The computer main body 10 is loaded with the CD-ROM 25 on which the image processing program is recorded and the computer main body 10 executes the image processing program after performing a necessary installation operation. The computer system can function as an image diagnosis support system.
むろん、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録された形態で提供される必要はなく、ネットワークを介して提供されてもよい。すなわち、コンピュータ本体10にネットワークインタフェースを備え、このネットワークインタフェースを介してコンピュータプログラムをコンピュータ本体10にダウンロードすることによっても、コンピュータ本体10を画像処理装置として機能させることができる。 Of course, the computer program need not be provided in a form recorded on a recording medium, and may be provided via a network. That is, the computer main body 10 is provided with a network interface, and the computer main body 10 can also function as an image processing apparatus by downloading a computer program to the computer main body 10 via the network interface.
一方、処理対象の子宮MR画像データは、たとえば、ハードディスクドライブ18に格納される。この子宮MR画像データも、CD−ROMドライブ19を経由してハードディスクドライブ18に格納されてもよいし、ネットワークを介して取得してハードディスクドライブ18に格納するようにしてもよい。子宮MR画像データは、子宮の蠕動運動の周期よりも短い時間間隔(たとえば2秒)で時系列に従って撮影された複数枚の子宮MR画像を表すデータである。 On the other hand, the uterine MR image data to be processed is stored in the hard disk drive 18, for example. This uterine MR image data may also be stored in the hard disk drive 18 via the CD-ROM drive 19, or may be acquired via a network and stored in the hard disk drive 18. The uterine MR image data is data representing a plurality of uterine MR images taken in time series at a time interval (for example, 2 seconds) shorter than the cycle of the uterine peristalsis.
図6は、前記画像処理装置として機能するコンピュータ本体10の機能的な構成を説明するためのブロック図である。コンピュータ本体10は、CPU15によって画像処理プログラムを実行させることによって、図6に示す機能処理部を実質的に有することになる。すなわち、コンピュータ本体10は、画像処理演算部30と、データ記憶部50と、画像表示制御部70とを有している。画像処理演算部30および画像表示制御部70は、主として、CPU15による演算処理によって実現される機能処理部である。また、データ記憶部50は、RAM17およびハードディスクドライブ18の記憶領域で構成される。 FIG. 6 is a block diagram for explaining a functional configuration of the computer main body 10 functioning as the image processing apparatus. The computer main body 10 substantially has the function processing unit shown in FIG. 6 by causing the CPU 15 to execute the image processing program. That is, the computer main body 10 includes an image processing calculation unit 30, a data storage unit 50, and an image display control unit 70. The image processing calculation unit 30 and the image display control unit 70 are function processing units realized mainly by calculation processing by the CPU 15. The data storage unit 50 is composed of storage areas of the RAM 17 and the hard disk drive 18.
画像処理演算部30は、アフィン変換処理部31と、トリミング処理部32と、フーリエ変換処理部33と、最大振幅周波数成分抽出処理部34と、最大振幅周波数分布画像データ生成処理部35と、周波数成分選択入力受付け部36と、振幅画像データ生成処理部37と、位相画像データ生成処理部38と、位相勾配算出方向入力受付け部39と、位相勾配データ生成処理部40と、位相勾配分布画像データ生成処理部41と、画像オーバレイ処理部42と、速度測定点入力受付け部43と、位相差演算部44と、蠕動速度演算部45とを備えている。 The image processing calculation unit 30 includes an affine transformation processing unit 31, a trimming processing unit 32, a Fourier transformation processing unit 33, a maximum amplitude frequency component extraction processing unit 34, a maximum amplitude frequency distribution image data generation processing unit 35, and a frequency. Component selection input reception unit 36, amplitude image data generation processing unit 37, phase image data generation processing unit 38, phase gradient calculation direction input reception unit 39, phase gradient data generation processing unit 40, and phase gradient distribution image data A generation processing unit 41, an image overlay processing unit 42, a speed measurement point input receiving unit 43, a phase difference calculation unit 44, and a peristaltic speed calculation unit 45 are provided.
また、データ記憶部50は、原子宮MR画像データ記憶部51と、アフィン変換後子宮MR画像データ記憶部52と、対象子宮MR画像データ記憶部53と、フーリエ変換データ記憶部54と、最大振幅周波数成分データ記憶部55と、最大振幅周波数分布画像データ記憶部56と、振幅画像データ記憶部57と、位相画像データ記憶部58と、位相勾配データ記憶部59と、位相勾配分布画像データ記憶部60と、オーバレイ画像データ記憶部61と、位相差データ記憶部62と、蠕動速度データ記憶部63とを備えている。 Further, the data storage unit 50 includes an atomic-miya MR image data storage unit 51, a post-affine transformation uterine MR image data storage unit 52, a target uterine MR image data storage unit 53, a Fourier transform data storage unit 54, and a maximum amplitude. Frequency component data storage unit 55, maximum amplitude frequency distribution image data storage unit 56, amplitude image data storage unit 57, phase image data storage unit 58, phase gradient data storage unit 59, and phase gradient distribution image data storage unit 60, an overlay image data storage unit 61, a phase difference data storage unit 62, and a peristaltic speed data storage unit 63.
原子宮MR画像データ記憶部51は、MRIによって子宮の蠕動運動の周期よりも短い時間間隔(たとえば2秒)で時系列に従って撮影された複数枚の子宮MR画像(原データ。ただし、必要に応じて補間処理をしたもの)を記憶する。
アフィン変換処理部31は、原子宮MR画像データ記憶部51から子宮MR画像データを読み出し、この子宮MR画像データにアフィン変換処理を行い、アフィン変換後の子宮MR画像データをアフィン変換後子宮MR画像データ記憶部52に格納する。
The atomic-miya MR image data storage unit 51 stores a plurality of uterine MR images (original data. However, if necessary, the images are taken in time series by MRI at a time interval (for example, 2 seconds) shorter than the cycle of the uterine peristalsis. The result of interpolation processing is stored.
The affine transformation processing unit 31 reads the uterine MR image data from the atomic-miya MR image data storage unit 51, performs affine transformation processing on the uterine MR image data, and converts the uterine MR image data after affine transformation into the uterine MR image after affine transformation. The data is stored in the data storage unit 52.
トリミング処理部32は、アフィン変換処理後の子宮MR画像データをアフィン変換後子宮MR画像データ記憶部52から読み出し、この子宮MR画像データから子宮部分以外の画像を排除するトリミング処理を行い、この処理後のトリミングされた子宮MR画像データを対象子宮MR画像データ記憶部53に格納する。
フーリエ変換処理部33は、このトリミング処理部32による処理後の子宮MR画像データを対象子宮MR画像データ記憶部53から読み出し、この子宮MR画像データに対してフーリエ変換(高速フーリエ変換)を行う。より具体的には、フーリエ変換処理部33は、アフィン変換を経てトリミングされた複数枚の子宮MR画像データに対して、時間軸方向のフーリエ変換を行う。これにより、子宮MR画像の個々の画素について、複数の周波数成分に関して、振幅データおよび位相データが求められる。すなわち、子宮MR画像の各画素の輝度値の時間変化が複数の周波数成分に分解され、各周波数成分について、その振幅を表す振幅データおよびその位相を表す位相データが求められる。これらのデータは、フーリエ変換データ記憶部54に格納される。
The trimming processing unit 32 reads the uterine MR image data after the affine transformation processing from the uterine MR image data storage unit 52 after the affine transformation, performs a trimming processing for excluding images other than the uterine portion from the uterine MR image data, and performs this processing. The later trimmed uterine MR image data is stored in the target uterine MR image data storage unit 53.
The Fourier transform processing unit 33 reads the uterine MR image data processed by the trimming processing unit 32 from the target uterine MR image data storage unit 53, and performs Fourier transform (fast Fourier transform) on the uterine MR image data. More specifically, the Fourier transform processing unit 33 performs Fourier transform in the time axis direction on a plurality of uterine MR image data trimmed through affine transformation. Thereby, amplitude data and phase data are obtained for a plurality of frequency components for each pixel of the uterine MR image. That is, the temporal change of the luminance value of each pixel of the uterine MR image is decomposed into a plurality of frequency components, and amplitude data representing the amplitude and phase data representing the phase are obtained for each frequency component. These data are stored in the Fourier transform data storage unit 54.
最大振幅周波数成分抽出処理部34は、フーリエ変換データ記憶部54に格納された各画素の複数の周波数成分についての振幅データに基づき、子宮MR画像の個々の画素について、最大の振幅データを有する周波数成分を抽出する。こうして、画素ごとに抽出された周波数成分を表すデータは、最大振幅周波数成分データ記憶部55に記憶される。
最大振幅周波数分布画像データ生成処理部35は、最大振幅周波数成分データ記憶部55に記憶されたデータに基づき、前記抽出された最大振幅周波数成分の分布を表す画像(最大振幅周波数分布画像)を表す最大振幅周波数分布画像データを生成し、最大振幅周波数分布画像データ記憶部56に格納する。具体的には、最大振幅周波数分布画像データ生成処理部35は、複数の周波数成分に対して異なる色データを割り当て、当該色データを画素値とする最大振幅周波数分布画像データを生成する。画像表示制御部70は、この最大振幅周波数分布画像データを読み出して、ディスプレイ13(図5参照)に最大振幅周波数分布画像を表示させる。これにより、子宮MR画像中における最大振幅周波数成分の分布を表す疑似カラー表示画像がディスプレイ13上に表示される。
The maximum amplitude frequency component extraction processing unit 34, based on the amplitude data for a plurality of frequency components of each pixel stored in the Fourier transform data storage unit 54, the frequency having the maximum amplitude data for each pixel of the uterine MR image. Extract ingredients. Thus, the data representing the frequency component extracted for each pixel is stored in the maximum amplitude frequency component data storage unit 55.
The maximum amplitude frequency distribution image data generation processing unit 35 represents an image (maximum amplitude frequency distribution image) representing the distribution of the extracted maximum amplitude frequency component based on the data stored in the maximum amplitude frequency component data storage unit 55. Maximum amplitude frequency distribution image data is generated and stored in the maximum amplitude frequency distribution image data storage unit 56. Specifically, the maximum amplitude frequency distribution image data generation processing unit 35 assigns different color data to a plurality of frequency components, and generates maximum amplitude frequency distribution image data using the color data as pixel values. The image display control unit 70 reads the maximum amplitude frequency distribution image data and displays the maximum amplitude frequency distribution image on the display 13 (see FIG. 5). As a result, a pseudo color display image representing the distribution of the maximum amplitude frequency component in the uterine MR image is displayed on the display 13.
周波数成分選択入力受付け部36は、入力装置11からの周波数成分選択入力を受け付ける。操作者は、ディスプレイ13に表示された最大振幅周波数分布画像から判断して、子宮蠕動に対応した周波数成分を特定し、この周波数成分の選択指示を入力装置11を介して入力する。この選択指示が、周波数成分選択入力受付け部36によって受け付けられる。 The frequency component selection input receiving unit 36 receives a frequency component selection input from the input device 11. The operator determines from the maximum amplitude frequency distribution image displayed on the display 13, specifies the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, and inputs an instruction to select this frequency component via the input device 11. This selection instruction is received by the frequency component selection input receiving unit 36.
振幅画像データ生成処理部37は、周波数成分選択入力受付け部36によって受け付けられた選択指示に対応する周波数成分についての振幅画像の表示のための振幅画像データを生成する。具体的には、振幅画像データ生成処理部37は、フーリエ変換データ記憶部54から、前記選択された周波数成分についての各画素の振幅データを読み出し、この振幅データを画素値とする振幅画像データ(振幅分布データ)を作成し、この振幅画像データを振幅画像データ記憶部57に格納する。画像表示制御部70は、この振幅画像データを読み出して、ディスプレイ13の表示制御を行う。これにより、前記選択された周波数成分についての振幅データを各画素の輝度値とする振幅画像がディスプレイ13上に表示される。 The amplitude image data generation processing unit 37 generates amplitude image data for displaying the amplitude image for the frequency component corresponding to the selection instruction received by the frequency component selection input receiving unit 36. Specifically, the amplitude image data generation processing unit 37 reads out amplitude data of each pixel for the selected frequency component from the Fourier transform data storage unit 54, and uses the amplitude data as a pixel value. Amplitude distribution data) is created, and this amplitude image data is stored in the amplitude image data storage unit 57. The image display control unit 70 reads out the amplitude image data and performs display control of the display 13. Thereby, an amplitude image using the amplitude data for the selected frequency component as the luminance value of each pixel is displayed on the display 13.
一方、位相画像データ生成処理部38は、周波数成分選択入力受付け部36によって受け付けられた選択指示に対応する周波数成分についての位相画像の表示のための位相画像データを生成する。具体的には、位相画像データ生成処理部38は、フーリエ変換データ記憶部54から、前記選択された周波数成分についての各画素の位相データを読み出し、この位相データを画素値とする位相画像データ(位相分布データ)を作成し、この位相画像データを位相画像データ記憶部58に格納する。ただし、位相画像データ生成処理部38は、振幅画像データ記憶部57に記憶された振幅画像データを参照し、その値(すなわち振幅データの値)が、所定のしきい値に達していない画素については、位相画像データを「0」に固定する。画像表示制御部70は、位相画像データ記憶部58から位相画像データを読み出して、ディスプレイ13の表示制御を行う。これにより、位相画像データが「0」に固定された画素以外の画素について、前記選択された周波数成分についての位相データを各画素の輝度値とする位相画像がディスプレイ13上に表示されることになる。 On the other hand, the phase image data generation processing unit 38 generates phase image data for displaying the phase image for the frequency component corresponding to the selection instruction received by the frequency component selection input receiving unit 36. Specifically, the phase image data generation processing unit 38 reads out the phase data of each pixel for the selected frequency component from the Fourier transform data storage unit 54, and uses the phase data as a pixel value. Phase distribution data) is created, and this phase image data is stored in the phase image data storage unit 58. However, the phase image data generation processing unit 38 refers to the amplitude image data stored in the amplitude image data storage unit 57, and the value thereof (that is, the value of the amplitude data) does not reach a predetermined threshold value. The phase image data is fixed to “0”. The image display control unit 70 reads the phase image data from the phase image data storage unit 58 and performs display control of the display 13. As a result, for the pixels other than the pixels whose phase image data is fixed to “0”, a phase image having the phase data for the selected frequency component as the luminance value of each pixel is displayed on the display 13. Become.
位相勾配算出方向入力受付け部39は、入力装置11からの位相勾配算出方向指示入力を受け付ける。操作者は、ディスプレイ13に表示される振幅画像および/または位相画像から、子宮蠕動の方向を判断し、その方向を入力装置11から指示する。この指示入力が位相勾配算出方向入力受付け部39によって受け付けられることになる。
位相勾配データ生成処理部40は、位相画像データ記憶部58に記憶された位相画像データを読み出し、個々の画素について、前記位相勾配算出方向入力受付け部39によって受け付けられた位相勾配算出方向に隣接する画素との間での差分値(微分値)を求め、この差分値を位相勾配データとして生成し、位相勾配データ記憶部59に格納する。位相勾配データは、したがって、子宮MR画像の各部における運動の速度(方向および速さ)を表す。位相画像データ記憶部58に、子宮蠕動に対応した周波数成分の位相画像データが格納されていると、位相勾配データは、子宮の各部の蠕動の速度(方向および速さ)を表すことになる。
The phase gradient calculation direction input receiving unit 39 receives a phase gradient calculation direction instruction input from the input device 11. The operator determines the direction of uterine peristalsis from the amplitude image and / or phase image displayed on the display 13 and instructs the direction from the input device 11. This instruction input is received by the phase gradient calculation direction input receiving unit 39.
The phase gradient data generation processing unit 40 reads the phase image data stored in the phase image data storage unit 58 and is adjacent to the phase gradient calculation direction received by the phase gradient calculation direction input receiving unit 39 for each pixel. A difference value (differential value) from the pixel is obtained, and the difference value is generated as phase gradient data and stored in the phase gradient data storage unit 59. The phase gradient data thus represents the speed (direction and speed) of movement in each part of the uterine MR image. When phase image data of frequency components corresponding to uterine peristalsis is stored in the phase image data storage unit 58, the phase gradient data represents the peristaltic speed (direction and speed) of each part of the uterus.
位相勾配分布画像データ生成処理部41は、位相勾配データ記憶部59から位相勾配データを読み出し、位相勾配分布をカラー表示するための位相勾配分布画像データを生成する。具体的には、位相勾配分布画像データ生成処理部41は、位相勾配データの値ごとに予め異なる色データを割り当てており、このような色データを画素値とする画像データを位相勾配分布画像データとして生成し、位相勾配分布画像データ記憶部60に格納する。画像表示制御部70は、位相勾配分布画像データ記憶部60から位相勾配分布画像データを読み出し、ディスプレイ13の表示制御処理を実行する。これにより、位相勾配分布を疑似カラー表示した位相勾配分布画像がディスプレイ13上に表示されることになる。 The phase gradient distribution image data generation processing unit 41 reads the phase gradient data from the phase gradient data storage unit 59 and generates phase gradient distribution image data for displaying the phase gradient distribution in color. Specifically, the phase gradient distribution image data generation processing unit 41 assigns different color data in advance for each value of the phase gradient data, and sets the image data having such color data as the pixel value as the phase gradient distribution image data. And stored in the phase gradient distribution image data storage unit 60. The image display control unit 70 reads the phase gradient distribution image data from the phase gradient distribution image data storage unit 60 and executes display control processing of the display 13. As a result, a phase gradient distribution image in which the phase gradient distribution is displayed in a pseudo color is displayed on the display 13.
たとえば、位相勾配分布画像データ生成処理部41は、位相勾配データの値が正であれば第1の色データ(たとえば青色データ)を位相勾配分布画像データとし、位相勾配データの値が負であれば第1の色データとは異なる第2の色データ(たとえば赤色データ)を位相勾配分布画像データとするものであってもよい。この場合、入力装置11から、子宮頚部から子宮体部に向かう方向(またはその正反対方向)を位相勾配算出方向として指示しておけば、頚部から体部に向かう蠕動と、体部から頚部に向かう蠕動とを、色分けして表示することができる。 For example, if the value of the phase gradient data is positive, the phase gradient distribution image data generation processing unit 41 sets the first color data (for example, blue data) as the phase gradient distribution image data, and the value of the phase gradient data is negative. For example, second color data (for example, red data) different from the first color data may be used as the phase gradient distribution image data. In this case, if the direction from the cervix to the uterine body (or the opposite direction) is designated as the phase gradient calculation direction from the input device 11, the peristalsis from the cervix to the body and the body to the neck Percussion can be displayed in different colors.
また、位相勾配分布画像データ生成処理部41は、位相勾配データの値が正であれば第1の色データ(たとえば青色データ)を割り当て、位相勾配データの値が負であれば第1の色データとは異なる第2の色データ(たとえば赤色データ)を割り当てるとともに、さらに、位相勾配データの絶対値を輝度値(画素値)とする位相勾配分布画像データを生成するものであってもよい。このようにすれば、各部の蠕動の方向を色分けして表すとともに、各部の蠕動の速さを輝度によって表すことができる。 The phase gradient distribution image data generation processing unit 41 assigns the first color data (for example, blue data) if the value of the phase gradient data is positive, and the first color if the value of the phase gradient data is negative. While assigning second color data (for example, red data) different from the data, phase gradient distribution image data may be generated in which the absolute value of the phase gradient data is a luminance value (pixel value). If it does in this way, while the direction of the peristaltic of each part can be expressed in different colors, the speed of peristaltic movement of each part can be expressed by luminance.
画像オーバレイ処理部42は、原子宮MR画像データ記憶部51から子宮MR画像データ(たとえば、アフィン変換処理の際の基準とした1枚の画像)を読み出し、位相勾配分布画像データ記憶部60から位相勾配分布画像データを読み出し、これらをオーバレイしたオーバレイ画像データを生成して、オーバレイ画像データ記憶部61に格納する。すなわち、画像オーバレイ処理部42は、子宮MR画像データにおいて、トリミング処理部32によって切り出された矩形領域に対応する領域に、位相勾配分布画像データを重ね合わせる。画像表示制御部70は、オーバレイ画像データ記憶部61からオーバレイ画像データを読み出し、これをディスプレイ13に画像表示する。これによって、子宮MR画像(原画像)に位相勾配分布画像が重ね合わせられて表示されるので、子宮の蠕動の様子を、その位置とともに一目で把握できるようになる。 The image overlay processing unit 42 reads the uterine MR image data (for example, one image used as a reference in the affine transformation process) from the atomic-miya MR image data storage unit 51, and the phase gradient distribution image data storage unit 60 reads the phase. The gradient distribution image data is read out, overlay image data obtained by overlaying these is generated, and stored in the overlay image data storage unit 61. That is, the image overlay processing unit 42 superimposes the phase gradient distribution image data on the region corresponding to the rectangular region cut out by the trimming processing unit 32 in the uterine MR image data. The image display control unit 70 reads the overlay image data from the overlay image data storage unit 61 and displays the image on the display 13. As a result, the phase gradient distribution image is superimposed and displayed on the uterine MR image (original image), so that the state of the uterine peristalsis can be grasped at a glance together with the position thereof.
むろん、画像表示制御部70により、位相勾配分布画像データ記憶部60に記憶された画像データをディスプレイ13に画像表示させることもできる。このときには、位相勾配分布画像のみがディスプレイ13に表示される。
速度測定点入力受付け部43は、位相画像、位相勾配分布画像またはオーバレイ画像がディスプレイ13に表示されている状態で、入力装置11からの画像中の2点の入力を受け付ける。この入力は、当該2点間の速度を計測すべき速度測定点として受け付けられる。
Of course, the image display control unit 70 can also cause the display 13 to display an image of the image data stored in the phase gradient distribution image data storage unit 60. At this time, only the phase gradient distribution image is displayed on the display 13.
The speed measurement point input receiving unit 43 receives input of two points in the image from the input device 11 in a state where the phase image, the phase gradient distribution image, or the overlay image is displayed on the display 13. This input is accepted as a speed measurement point at which the speed between the two points is to be measured.
位相差演算部44は、速度測定点入力受付け部43によって受け付けられた2点の画素の位相データを位相画像データ記憶部58から読み出し、それらの差を位相差データとして演算して、位相差データ記憶部62に格納する。
蠕動速度演算部45は、速度測定点入力受付け部43によって受け付けられた2つの速度測定点間の距離と、位相差データ記憶部62に記憶された位相差データとに基づき、前記2点間の速度を蠕動速度として求め、この蠕動速度を表す蠕動速度データを蠕動速度データ記憶部63に格納する。
The phase difference calculation unit 44 reads the phase data of the two pixels received by the velocity measurement point input reception unit 43 from the phase image data storage unit 58, calculates the difference between them as phase difference data, and outputs the phase difference data. Store in the storage unit 62.
The peristaltic speed calculation unit 45 is based on the distance between the two speed measurement points received by the speed measurement point input receiving unit 43 and the phase difference data stored in the phase difference data storage unit 62. The speed is obtained as a peristaltic speed, and peristaltic speed data representing this peristaltic speed is stored in the peristaltic speed data storage unit 63.
画像表示制御部70は、蠕動速度データ記憶部63に格納された蠕動速度データをディスプレイ13上に表示(たとえば数値表示)する。
図7は、子宮MR画像データを処理して子宮の蠕動を可視化するための処理の流れをまとめて示すフローチャートである。MRIによって得られた複数枚の子宮MR画像データに対して、画像間の子宮の位置および形状の変動を補償するための幾何学変換であるアフィン変換処理が行われ(ステップS1)、さらに、子宮部分の画像を切り出すためのトリミングが行われる(ステップS2)。次に、トリミングされた複数枚の子宮MR画像データを対象画像データとして以下の処理が行われる。
The image display control unit 70 displays the peristaltic speed data stored in the peristaltic speed data storage unit 63 on the display 13 (for example, numerical display).
FIG. 7 is a flowchart collectively showing a processing flow for processing uterine MR image data to visualize uterine peristalsis. A plurality of uterine MR image data obtained by MRI is subjected to an affine transformation process, which is a geometric transformation for compensating for variations in the position and shape of the uterus between images (step S1). Trimming is performed to cut out the partial image (step S2). Next, the following processing is performed by using a plurality of trimmed uterine MR image data as target image data.
すなわち、複数枚の子宮MR画像データに対して、時間軸方向のフーリエ変換処理(FFT)が実行され、個々の画素について、複数の周波数成分に関する振幅データおよび位相データが生成される(ステップS3)。次いで、個々の画素に関して、最大の振幅データを有する周波数成分(最大振幅周波数成分)が抽出され(ステップS4)、この最大振幅周波数成分に対応した色データを画素値とした疑似カラー画像である最大振幅周波数分布画像データが作成され、これに対応する画像(最大振幅周波数分布画像)がディスプレイ13に表示される(ステップS5)。 That is, Fourier transform processing (FFT) in the time axis direction is performed on a plurality of uterine MR image data, and amplitude data and phase data relating to a plurality of frequency components are generated for each pixel (step S3). . Next, for each pixel, a frequency component having the maximum amplitude data (maximum amplitude frequency component) is extracted (step S4), and the maximum color image that is a pseudo color image with color data corresponding to the maximum amplitude frequency component as a pixel value. Amplitude frequency distribution image data is created, and an image corresponding to this (maximum amplitude frequency distribution image) is displayed on the display 13 (step S5).
操作者(典型的には、画像診断を行う専門医)は、ディスプレイ13に表示された最大振幅周波数分布画像に基づき、子宮の蠕動に対応すると考えられる周波数成分を選択して、選択指示を入力装置11から入力する(ステップS6)。
これにより、選択された周波数成分の振幅画像データおよび位相画像データが作成され、これらにそれぞれ対応する振幅画像および位相画像がディスプレイ13に表示される(ステップS7,S8)。操作者は、表示された振幅画像および位相画像から、選択した周波数成分が子宮蠕動に対応しているかどうかを判断する(ステップS9)。当該選択した周波数が子宮蠕動を反映していると考えられる場合には、操作者は、以降の処理の実行を、入力装置11から指示する(ステップS10)。これにより、ステップS11以降の処理が実行される。一方、前記選択された周波数成分が、子宮蠕動を反映していないと考えられる場合には、操作者は、別の周波数成分の選択指示を入力装置11から入力する(ステップS6)。これにより、新たに選択された当該別の周波数成分に関して、振幅画像データおよび位相画像データが作成され、対応する振幅画像および位相画像がディスプレイ13にそれぞれ表示される(ステップS7,S8)。
An operator (typically a specialist who performs image diagnosis) selects a frequency component that is considered to correspond to uterine peristalsis based on the maximum amplitude frequency distribution image displayed on the display 13, and inputs a selection instruction to the input device. 11 (step S6).
Thereby, amplitude image data and phase image data of the selected frequency component are created, and amplitude images and phase images corresponding to these are displayed on the display 13 (steps S7 and S8). The operator determines whether or not the selected frequency component corresponds to uterine peristalsis from the displayed amplitude image and phase image (step S9). When it is considered that the selected frequency reflects uterine peristalsis, the operator instructs the execution of the subsequent processing from the input device 11 (step S10). Thereby, the process after step S11 is performed. On the other hand, when it is considered that the selected frequency component does not reflect uterine peristalsis, the operator inputs an instruction to select another frequency component from the input device 11 (step S6). Thereby, amplitude image data and phase image data are created for the newly selected other frequency component, and the corresponding amplitude image and phase image are respectively displayed on the display 13 (steps S7 and S8).
ステップS11では、操作者は、子宮蠕動を反映していると判断された周波数成分の位相画像上の2点を入力装置11から指定することにより、位相勾配の算出方向を指定する。これにより、当該方向に沿って、位相画像中の画素間の輝度勾配が位相勾配データとして求められる(ステップS12)。さらに、この位相勾配データの符号に対応した2色の色データを画素値とする位相勾配分布画像データが作成され、対応する位相勾配分布画像がディスプレイ13に表示される(ステップS13)。さらに、必要に応じて、使用者は、子宮MR画像データと位相画像分布画像とのオーバレイ画像の表示を、入力装置11から指示する(ステップS14)。これに応答して、両画像をオーバレイしたオーバレイ画像データが作成されて、対応するオーバレイ画像がディスプレイ13上に表示される(ステップS15)。 In step S11, the operator designates the calculation direction of the phase gradient by designating, from the input device 11, two points on the phase image of the frequency component determined to reflect the uterine peristalsis. Thereby, the brightness | luminance gradient between the pixels in a phase image is calculated | required as phase gradient data along the said direction (step S12). Further, phase gradient distribution image data having two color data corresponding to the sign of the phase gradient data as pixel values is created, and the corresponding phase gradient distribution image is displayed on the display 13 (step S13). Further, as necessary, the user instructs the input device 11 to display an overlay image of the uterine MR image data and the phase image distribution image (step S14). In response to this, overlay image data is created by overlaying both images, and the corresponding overlay image is displayed on the display 13 (step S15).
子宮蠕動の速度を求める場合には、位相画像(ステップS8)、位相勾配分布画像(ステップS13)およびオーバレイ画像(ステップS15)のいずれかにおいて、操作者は、入力装置11から画像中の2点を速度測定点として入力する(ステップS16)。これに応答して、入力された2つの速度測定点間の位相データの差(位相差)が求められ(ステップS17)、この位相差を用いて、蠕動運動の速度が求められ(ステップS18)、そして、求められた蠕動運動の速度がディスプレイ13上に表示される(ステップS19)。
[シミュレーション実験]
子宮MR画像に人工的に内膜運動を付け加えた画像を作成し、その画像に対して前述の画像処理を行った。
When obtaining the speed of uterine peristalsis, the operator selects two points in the image from the input device 11 in any of the phase image (step S8), the phase gradient distribution image (step S13), and the overlay image (step S15). Is input as a speed measurement point (step S16). In response to this, a difference (phase difference) in phase data between the two input velocity measurement points is obtained (step S17), and the velocity of the peristaltic motion is obtained using this phase difference (step S18). Then, the calculated speed of the peristaltic movement is displayed on the display 13 (step S19).
[Simulation experiment]
An image in which intimal motion was artificially added to the uterine MR image was created, and the above-described image processing was performed on the image.
図8は、シミュレーション実験のために作成した64枚の時系列子宮MR画像を説明するための画像例である。1枚の対象画像(子宮MR画像)上の位置Aに黒い点を付け加えて1枚目の子宮MR画像とし、2枚目以降の画像には同じ対象画像上に、順次、位置Bに向かって位置をずらせながら同じく黒い点を付け加え、8枚目で黒い点が位置Bに到達するようにした。9枚目以降の画像についても同様に、同じ対象画像を用い、8枚で位置Aから位置Bまで移動するように黒い点を画像中に付け加えた。こうして、8枚で1周期となる模擬蠕動運動を付け加えた64枚の子宮MR画像データを作成した。 FIG. 8 is an image example for explaining 64 time-series uterine MR images created for a simulation experiment. A black dot is added to the position A on one target image (uterine MR image) to form the first uterine MR image, and the second and subsequent images are sequentially directed to the position B on the same target image. A black dot was also added while shifting the position, and the black dot reached position B on the eighth sheet. Similarly, for the ninth and subsequent images, the same target image was used, and black dots were added to the image so that eight images moved from position A to position B. In this way, 64 uterine MR image data were created by adding simulated peristaltic motion, which is one cycle of 8 images.
位置AおよびBの画素の輝度値の時間変化を図9に示す。横軸は、時間であるが、1枚目から64枚目までの画像の番号で表されている。この図より、黒い点が移動することによって、位置A,Bの画素の輝度値が変化している様子が観測できる。黒い点が位置A,Bに位置する時間が異なるので、位置A,Bの画素にそれぞれ対応した2つの曲線(折れ線)が、時間軸方向にずれている。 FIG. 9 shows the temporal change in the luminance values of the pixels at positions A and B. The horizontal axis represents time, but is represented by the image numbers from the first image to the 64th image. From this figure, it can be observed that the luminance values of the pixels at positions A and B change as the black dots move. Since the black dots are located at the positions A and B at different times, the two curves (broken lines) corresponding to the pixels at the positions A and B are shifted in the time axis direction.
図8の例において、位置Aの座標は(119,87)、位置Bの座標は(91,111)であった。この場合、2点間の距離は44.65(mm)となる。つまり、(8−1)×2(sec)で44.65(mm)を移動するため、ここでシュミレーションデータとして作成した運動の速度は、44.65(mm)/14(sec)=3.19(mm/sec)となる。 In the example of FIG. 8, the coordinates of the position A are (119, 87), and the coordinates of the position B are (91, 111). In this case, the distance between the two points is 44.65 (mm). That is, since 44.65 (mm) is moved at (8-1) × 2 (sec), the speed of the motion created as simulation data here is 44.65 (mm) / 14 (sec) = 3. 19 (mm / sec).
前述のような64枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向にフーリエ変換を施し、各画素の最大振幅の周波数成分を求め、最大振幅周波数分布画像を作成した。これを図10((a)はカラー画像、(b)は(a)のカラー画像の第8周波数の色部分を強調した画像)に示す。この最大周波数分布画像から、第8周波数成分(=64/8)が運動を表現していることが分かる。この第8周波数成分に対する振幅画像および位相画像を図11および図12にそれぞれ示す。 The 64 uterine MR image data as described above were subjected to Fourier transform in the time axis direction to obtain the maximum amplitude frequency component of each pixel, and a maximum amplitude frequency distribution image was created. This is shown in FIG. 10 ((a) is a color image, (b) is an image in which the color portion of the eighth frequency of the color image of (a) is emphasized). From this maximum frequency distribution image, it can be seen that the eighth frequency component (= 64/8) represents motion. An amplitude image and a phase image for the eighth frequency component are shown in FIGS. 11 and 12, respectively.
振幅画像(図11)において、高輝度となっている場所が、人工画像(黒い点を付加した64枚の子宮MR画像)で黒い点が移動した場所である。位相画像(図12)では、所定のしきい値未満の振幅の画素の画素値は「0」に固定されるので、図11の振幅画像において高輝度となっている領域と同じ領域に有意な画素値を持つ画素が現れている。この位相画像の画素値(位相の値)を用いることで、2点間の運動の速度(向きと速さ)を解析できる。つまり、この場合、高輝度な位置Aの方から低輝度な位置Bに向かう運動として検出することができる。 In the amplitude image (FIG. 11), the place where the brightness is high is the place where the black point has moved in the artificial image (64 uterine MR images with black points added). In the phase image (FIG. 12), the pixel value of the pixel having an amplitude less than the predetermined threshold is fixed to “0”, so that it is significant in the same region as the region having high brightness in the amplitude image of FIG. A pixel having a pixel value appears. By using the pixel value (phase value) of this phase image, the motion speed (direction and speed) between the two points can be analyzed. That is, in this case, it can be detected as a movement from the high-luminance position A toward the low-luminance position B.
位相画像中の位置Aと位置Bは、人工画像を作成した際の運動の始点と終点である。この2点の距離と位相差より、運動の速度を求める。位置(119,87)と位置B(91,108)の間の距離は44.65(mm)であり、位相はそれぞれ3.14(rad),−2.36(rad)であった。したがって、位置A,Bの画素間の位相差は5.50(rad)である。よって、運動の速度は、3.19(mm/sec)となり、設定した速度に等しい結果が得られた。 Position A and position B in the phase image are the start and end points of the motion when the artificial image is created. The speed of movement is obtained from the distance between these two points and the phase difference. The distance between the position (119, 87) and the position B (91, 108) was 44.65 (mm), and the phases were 3.14 (rad) and -2.36 (rad), respectively. Therefore, the phase difference between the pixels at positions A and B is 5.50 (rad). Therefore, the speed of movement was 3.19 (mm / sec), and a result equal to the set speed was obtained.
位相勾配を求める方向を、位置Aから位置Bに向かう方向に指定して、各画素ごとに隣接画素との輝度値の差(位相勾配)を求め、正の位相勾配(位置Aから位置Bに向かって位相が増加する場合に対応)に対して青色の色データを対応付け、負の位相勾配(位置Bから位置Aに向かって位相が増加する場合に対応)に対して赤色の色データを対応付け、これらの色データを画素値とする位相勾配分布画像を作成すると、図13に示す画像が得られる。すなわち、位置A,B間の領域が青色に着色された画像が得られる。
[実験1(排卵期の画像)]
図14に示す対象画像(64枚の子宮MR画像。図14にはその中の代表的な1枚を示す。)は或る被験者の排卵期の子宮をMRIによって撮影したものである。この対象画像に本実施形態の画像処理を適用した。
The direction in which the phase gradient is obtained is designated as the direction from position A to position B, and the luminance value difference (phase gradient) with the adjacent pixel is obtained for each pixel, and the positive phase gradient (from position A to position B is obtained). Corresponding to the case where the phase increases toward blue), the blue color data is related to the negative phase gradient (corresponding to the case where the phase increases from position B toward position A). When a phase gradient distribution image is created that associates and uses these color data as pixel values, the image shown in FIG. 13 is obtained. That is, an image in which the region between the positions A and B is colored blue is obtained.
[Experiment 1 (image during ovulation)]
The target image shown in FIG. 14 (64 uterine MR images. FIG. 14 shows a representative one of them) is a ovulation-phase uterus of a subject taken by MRI. The image processing of this embodiment is applied to this target image.
図15(a)に最大振幅周波数分布画像(カラー画像)を示す。図15(b)には図15(a)のカラー画像中の第3周波数の色部分を強調した画像を示し、図15(c)には図15(a)のカラー画像中の第6周波数の色部分を強調した画像を示し、図15(d)には図15(a)のカラー画像中の第7周波数の色部分を強調した画像を示す。
図15(a)の画像から、子宮内膜の運動の周波数が一定でないこと、すなわち、内膜の運動にはいくつかの異なる周波数の運動があることが分かる。この例では、最大振幅周波数分布画像から一意に適切な周波数成分(内膜の蠕動に対応する周波数成分)を特定できない。そこで、振幅画像と位相画像をいくつかの周波数成分について作成した。その結果、第7周波数成分の振幅画像および位相画像がそれぞれ図16および図17に示すとおりとなり、子宮内膜の形状の画像部分が形成された。したがって、第7周波数成分が子宮蠕動に対応するものであると判断した。
FIG. 15A shows a maximum amplitude frequency distribution image (color image). FIG. 15B shows an image in which the color part of the third frequency in the color image of FIG. 15A is emphasized, and FIG. 15C shows the sixth frequency in the color image of FIG. 15A. FIG. 15D shows an image in which the color portion of the seventh frequency in the color image in FIG. 15A is emphasized.
From the image of FIG. 15 (a), it can be seen that the frequency of endometrial motion is not constant, ie, there are several different frequencies of motion in the intima. In this example, an appropriate frequency component (frequency component corresponding to peristalsis of the intima) cannot be specified from the maximum amplitude frequency distribution image. Therefore, amplitude images and phase images were created for several frequency components. As a result, the amplitude image and the phase image of the seventh frequency component were as shown in FIGS. 16 and 17, respectively, and an endometrial image portion was formed. Therefore, it was determined that the seventh frequency component corresponds to uterine peristalsis.
図17において、内膜部分が、子宮の頚部から体部に向かって徐々に暗くなっているため、対象画像子宮の内膜の運動方向は、頚部から体部に向かう方向であることが分かる。
図17の4つの点a,b,c,dの輝度値の時間軸方向の変化を図18および図19に示す。図18は原データ(フーリエ変換前のデータ)、図19は直流成分と第7周波数成分に逆フーリエ変換を適用したものである。図19を見ると、4つの点a,b,c,dの輝度値変化が時間軸方向にずれていることが分かる。この時間軸方向のずれが、図17の位相画像に輝度値の変化として現れている。
In FIG. 17, since the intima portion is gradually darkened from the cervix of the uterus toward the body, it can be seen that the intima movement direction of the target image uterus is the direction from the cervix toward the body.
Changes in the luminance values of the four points a, b, c, and d in FIG. 17 in the time axis direction are shown in FIGS. FIG. 18 shows the original data (data before Fourier transformation), and FIG. 19 shows the inverse Fourier transformation applied to the DC component and the seventh frequency component. As can be seen from FIG. 19, the luminance value changes at the four points a, b, c, and d are shifted in the time axis direction. This shift in the time axis direction appears as a change in luminance value in the phase image of FIG.
排卵期には、精子の輸送のため、子宮の内膜が頚部から体部へ運動していると考えられており、排卵期の子宮の画像を扱った本実験では、そのことが確かめられた。
内膜上部の速度は図17中の点aと点dの位相から求めた。点aの座標は(114,78)で、点dの座標は(75,91)であったので、2点間の距離は50.21(mm)となる。位相はそれぞれ1.89(rad)、−1.57(rad)であったので、位相差は3.46(rad)である、よって、速度は5.32(mm/sec)となる。内膜下部の速度は、図17の画像中の点6と点7から求めた。点6の座標は(109,94)で、点7の座標は(89,109)であったので、2点間の距離は31.89(mm)となる。位相はそれぞれ1.09(rad),−1.71(rad)だったので、位相差は2.80(rad)である。よって、速度は4.17(mm/sec)となる。
During the ovulation period, it is thought that the intima of the uterus is moving from the cervix to the body due to the transport of sperm, and this was confirmed in this experiment using images of the uterus during the ovulation period. .
The velocity of the upper part of the intima was obtained from the phase of points a and d in FIG. Since the coordinates of the point a are (114, 78) and the coordinates of the point d are (75, 91), the distance between the two points is 50.21 (mm). Since the phases were 1.89 (rad) and -1.57 (rad), respectively, the phase difference was 3.46 (rad), and thus the speed was 5.32 (mm / sec). The velocity of the lower intima was determined from points 6 and 7 in the image of FIG. Since the coordinates of the point 6 are (109, 94) and the coordinates of the point 7 are (89, 109), the distance between the two points is 31.89 (mm). Since the phases were 1.09 (rad) and -1.71 (rad), respectively, the phase difference was 2.80 (rad). Therefore, the speed is 4.17 (mm / sec).
本手法により解析された運動が、画像列を連続で表示したときに視覚で捉えられる運動と同じ運動を捉えているかどうかを評価するために、画像中で観察できる運動の速度および位相から運動の速度を求めた。
図20は、前記の実験の対象画像の画像列の28枚目の子宮MR画像を示し、図21は当該画像列の37枚目の子宮MR画像を示す。この実験の対象画像では、図20に示す28枚目から図21に示す37枚目の画像の間で、黒い影(図中の矢印で示す部分)が、内
膜上部では点C(123,73)から点D(57,103)まで89.65(mm)移動し、内膜下部では点E(119,87)から点F(71,115)まで69.67mm移動していた。経過時間は18(sec)(=2sec×9)であるため、内膜上部と下部の運動の速度は、それぞれ4.98(mm/sec)、3.87(mm/sec)であった。 下記表1に示すように、本手法により求めた速度と、画像中で捉えられる運動の速度がそれぞれほぼ近い値となっており、本手法で解析した結果と、目視で検出した結果とが、同等な運動を捉えていると考えられる。
In order to evaluate whether the motion analyzed by this method captures the same motion that can be captured visually when the image sequence is displayed continuously, the motion speed and phase that can be observed in the image are used. The speed was determined.
FIG. 20 shows the 28th uterine MR image of the image sequence of the target image of the experiment, and FIG. 21 shows the 37th uterine MR image of the image sequence. In the target image of this experiment, a black shadow (portion indicated by an arrow in the drawing) between the 28th image shown in FIG. 20 and the 37th image shown in FIG. 73) to point D (57,103), 89.65 (mm), and in the lower part of the intima, it moved 69.67 mm from point E (119,87) to point F (71,115). Since the elapsed time is 18 (sec) (= 2 sec × 9), the motion speed of the upper and lower intima was 4.98 (mm / sec) and 3.87 (mm / sec), respectively. As shown in Table 1 below, the speed obtained by this method and the speed of movement captured in the image are almost close to each other, and the result analyzed by this method and the result detected visually are as follows: It is thought that it captures an equivalent movement.
よって、本手法が、一般には手作業で計測することが困難な子宮の蠕動運動を、画像解析によって求めることができる有効な手法であることが確認された。
位相勾配を求める方向を、図17の点aから点d向かう方向に指定して、各画素ごとに隣接画素との輝度値の差(位相勾配)を求め、正の位相勾配(点aから点dに向かって位相が増加する場合に対応)に対して青色の色データを対応付け、負の位相勾配(点dから点aに向かって位相が増加する場合に対応)に対して赤色の色データを対応付け、これらの色データを画素値とする位相勾配分布画像を作成すると、図22((a)はカラー画像、(b)は(a)のカラー画像の青色部分を強調した図。右下部の矢印は、左下に向かうものが青色矢印であり、右上に向かうものが赤色矢印である。)に示す画像が得られる。すなわち、子宮内膜に対応する部分が青色に着色された画像が得られ、子宮頚部から体部に向かう蠕動運動が明瞭に可視化されている。
Therefore, it was confirmed that this technique is an effective technique that can obtain the peristaltic movement of the uterus, which is generally difficult to measure manually, by image analysis.
The direction in which the phase gradient is obtained is designated as the direction from point a to point d in FIG. 17, and a difference in luminance value (phase gradient) from adjacent pixels is obtained for each pixel, and a positive phase gradient (from point a to point d) is obtained. Corresponding to the case where the phase increases toward d), the blue color data is associated, and the red color corresponding to the negative phase gradient (corresponding to the case where the phase increases from point d to point a). FIG. 22 (a) is a color image, and (b) is a diagram in which the blue portion of the color image in (a) is emphasized when data is associated and a phase gradient distribution image having these color data as pixel values is created. In the lower right arrow, an image shown in the lower left is a blue arrow, and an upper right arrow is a red arrow. That is, an image in which the portion corresponding to the endometrium is colored in blue is obtained, and the peristaltic motion from the cervix to the body is clearly visualized.
このカラー画像を原データに重ね合わせることにより、図23に示すオーバレイ画像が得られる((a)はカラー画像、(b)は(a)のカラー画像の青色領域を白抜きで強調表示した画像)。
[実験2(月経期の画像]
図24に示す対象画像(64枚の子宮MR画像。図24にはそのなかの代表的な1枚を示す。)は、実験1の場合と同じ被験者の月経期の画像である。この画像に前記実施形態の手法を適用し、排卵期と月経期の運動の違いを検証した。
By overlaying this color image on the original data, the overlay image shown in FIG. 23 is obtained ((a) is a color image, (b) is an image in which the blue area of the color image of (a) is highlighted in white) ).
[Experiment 2 (Menstrual period images)
The target images shown in FIG. 24 (64 uterine MR images. FIG. 24 shows a representative one of them) are images of the same menstrual period as in Experiment 1. The method of the above embodiment was applied to this image, and the difference in movement between the ovulation period and the menstrual period was verified.
図25(a)に最大振幅周波数分布画像を示す。参考のため、図25(b)には図25(a)のカラー画像中の第2周波数の色部分を強調した画像を示し、図25(c)には図25(a)のカラー画像中の第3周波数の色部分を強調した画像を示す。
図25(a)の画像から、主な運動の周波数は第2周波数成分であると判断した。この第2周波数成分の振幅データおよび位相データを用いて作成した振幅画像および位相画像を図26および図27にそれぞれ示す。
FIG. 25 (a) shows a maximum amplitude frequency distribution image. For reference, FIG. 25 (b) shows an image in which the color portion of the second frequency in the color image of FIG. 25 (a) is emphasized, and FIG. 25 (c) shows the image in the color image of FIG. 25 (a). The image which emphasized the color part of the 3rd frequency of is shown.
From the image of FIG. 25 (a), it was determined that the frequency of the main motion was the second frequency component. An amplitude image and a phase image created using the amplitude data and phase data of the second frequency component are shown in FIGS. 26 and 27, respectively.
図27において、内膜部分が、子宮の体部から頚部に向かって徐々に暗くなっていることが観察できる。したがって、運動方向は、排卵期とは逆で、体部から頚部に向かう方向であると判断できる。月経期の子宮は、月経血の排出のため、体部から頚部に向かって運動していると考えられており、この実験では、そのことが確かめられた。
内膜上部の運動の速度を図27中の点9と点8の画素の位相から求め、内膜下部の運動の速度を図27中の点hと点eの位相から求めた。求めた速度を表2に示す。
In FIG. 27, it can be observed that the intima portion is gradually darkening from the body part of the uterus toward the neck part. Therefore, it can be determined that the direction of movement is the direction from the body part to the neck part, opposite to the ovulation period. The menstrual uterus is thought to move from the body to the cervix due to the discharge of menstrual blood, which was confirmed in this experiment.
The speed of motion of the upper intima was determined from the phase of the pixels at points 9 and 8 in FIG. 27, and the speed of motion of the lower intima was determined from the phase of points h and e in FIG. Table 2 shows the obtained speed.
位相勾配を求める方向を、図27の点8から点9向かう方向に指定して、各画素ごとに隣接画素との輝度値の差(位相勾配)を求め、正の位相勾配(点8から点9に向かって位相が増加する場合に対応)に対して青色の色データを対応付け、負の位相勾配(点9から点8に向かって位相が増加する場合に対応)に対して赤色の色データを対応付け、これらの色データを画素値とする位相勾配分布画像を作成すると、図28(a)に示すカラー画像が得られる((b)は(a)のカラー画像中の赤色部分を強調表示した画像。右下部の矢印は、左下に向かうものが青色矢印であり、右上に向かうものが赤色矢印である。)。すなわち、子宮内膜に対応する部分が赤色に着色された画像が得られ、子宮体部から頚部に向かう蠕動運動が明瞭に可視化されている。 The direction in which the phase gradient is obtained is designated as the direction from point 8 to point 9 in FIG. 27, and the difference in luminance value (phase gradient) from adjacent pixels is obtained for each pixel, and a positive phase gradient (from point 8 to point 9) is obtained. (Corresponding to the case where the phase increases toward 9) and the blue color data are associated with each other, and the red color is associated with the negative phase gradient (corresponding to the case where the phase increases from point 9 to point 8). When a phase gradient distribution image is created by associating data and using these color data as pixel values, a color image shown in FIG. 28 (a) is obtained ((b) represents a red portion in the color image of (a)). (Highlighted image: The arrow at the lower right is the blue arrow toward the lower left and the red arrow toward the upper right.) That is, an image in which a portion corresponding to the endometrium is colored in red is obtained, and the peristaltic motion from the uterine body part to the neck part is clearly visualized.
このカラー画像を原データに重ね合わせることにより、図29に示すオーバレイ画像が得られる( (a)はカラー画像、(b)は(a)のカラー画像の赤色領域を白抜きで強調表示した画像)。
[実験3(黄体期の画像]
図30に示す対象画像(64枚の子宮MR画像。図30には代表的な1枚のみを示す。)は、或る被験者の黄体期の子宮の画像である。この画像の内膜の運動を解析し、黄体期の子宮内膜が、排卵期、月経期とはどのように異なるかを考察した。
By overlaying this color image on the original data, the overlay image shown in FIG. 29 is obtained ((a) is a color image, (b) is an image in which the red area of the color image of (a) is highlighted in white. ).
[Experiment 3 (Luteal phase image)
The target image (64 uterine MR images. FIG. 30 shows only one representative image) shown in FIG. 30 is an image of a luteal phase uterus of a subject. The motion of the intima in this image was analyzed to examine how the endometrium in the luteal phase differs from the ovulatory and menstrual phases.
図31(a)に、当該対象画像の最大振幅周波数分布画像を示す。参考のため、図31(b)には図31(a)のカラー画像中の第1周波数の色部分を強調した画像を示し、図31(c)には図31(a)のカラー画像中の第2周波数の色部分を強調した画像を示す。
図31(a)の画像から、主要な運動の周波数成分(各部で最大振幅をとる周波数成分)は、第1周波数成分であると判断し、その振幅データおよび位相データに基づいて、振幅画像(図32)および位相画像(図33)をそれぞれ作成した。
FIG. 31A shows a maximum amplitude frequency distribution image of the target image. For reference, FIG. 31 (b) shows an image in which the color portion of the first frequency in the color image of FIG. 31 (a) is emphasized, and FIG. 31 (c) shows the color image of FIG. 31 (a). The image which emphasized the color part of the 2nd frequency of is shown.
From the image of FIG. 31A, it is determined that the frequency component of the main motion (the frequency component having the maximum amplitude in each part) is the first frequency component, and based on the amplitude data and the phase data, the amplitude image ( 32) and a phase image (FIG. 33) were created.
図32の振幅画像には、内膜部分に高輝度な場所が明確には存在していない。また、図33から、内膜部分の輝度値が一定であるため、運動による位相の変化は存在していないことが分かる。
図34は、図30中の4点q,r,s,tの原データ(輝度値の時間変化)であり、図35は、フーリエ変換によって得られた点q,r,s,tの周波数スペクトル(各周波数成分の振幅データ)である。図34から、時間軸方向の周期的な輝度値の変化がないことがわかる。また、図35の振幅データから、最大振幅をとる周波数成分が明確ではなく、どの周波数成分の振幅の値も小さいことが分かる。
In the amplitude image of FIG. 32, a place with high brightness is not clearly present in the intima. FIG. 33 also shows that there is no phase change due to motion because the luminance value of the intima portion is constant.
FIG. 34 is the original data (change in luminance value with time) of the four points q, r, s, and t in FIG. 30, and FIG. 35 is the frequency of the points q, r, s, and t obtained by Fourier transform. It is a spectrum (amplitude data of each frequency component). From FIG. 34, it can be seen that there is no periodic luminance value change in the time axis direction. Further, it can be seen from the amplitude data in FIG. 35 that the frequency component having the maximum amplitude is not clear and the amplitude value of any frequency component is small.
これらの結果より、黄体期では、排卵期や月経期のような内膜運動は行われていないと判断できる。黄体期(分泌期) には、妊卵の着床や初期の妊卵の保持のため、内膜は蠕動運動を行っていないと考えられており、本実験による解析結果と一致する。
位相勾配を求める方向を、対称画像の右上角から左下角に向かう方向に指定して、各画素ごとに隣接画素との輝度値の差(位相勾配)を求め、正の位相勾配(右上角から左下角に向かって位相が増加する場合に対応)に対して青色の色データを対応付け、負の位相勾配(左下角から右上角に向かって位相が増加する場合に対応)に対して赤色の色データを対応付け、これらの色データを画素値とする位相勾配分布画像を作成すると、図36に示す画像が得られる。この画像には、蠕動運動が現れていない。
[実験4(筋層の運動の解析)]
この実験では、子宮の内膜の外側を覆うように存在する子宮の筋層の運動に注目した。筋層は厚い筋肉から成り立っており、内膜と同様に周期的な運動をしていると考えられている。
From these results, it can be determined that intimal movements such as ovulation and menstrual periods are not performed in the luteal phase. In the luteal phase (secretory phase), it is thought that the intima does not perform peristaltic movement because of the implantation of the pregnant eggs and the retention of the early pregnancy eggs, which is consistent with the analysis results of this experiment.
Specify the direction for obtaining the phase gradient as the direction from the upper right corner to the lower left corner of the symmetric image, obtain the luminance value difference (phase gradient) with the adjacent pixel for each pixel, and obtain the positive phase gradient (from the upper right corner) Corresponds to the blue color data for the case where the phase increases toward the lower left corner), and the red color for the negative phase gradient (corresponds to the phase increases from the lower left corner toward the upper right corner) When color data is associated and a phase gradient distribution image having these color data as pixel values is created, an image shown in FIG. 36 is obtained. There is no peristaltic motion in this image.
[Experiment 4 (Analysis of muscle layer motion)]
In this experiment, we focused on the movement of the uterine muscle layer that lies outside the uterine intima. The muscular layer is composed of thick muscles and is thought to be periodically exercising like the intima.
対象画像は図14の場合(実験1)と同じである。したがって、最大振幅周波数分布画像は図15(a)のとおりである。
この図15(a)の最大振幅周波数分布画像からは、運動の周波が一定ではないと認められるため、筋層の運動を表す周波数成分を一意に決定することができない。そこで、いくつか周波数成分について、振幅画像と位相画像を作成し、図37および図38に振幅画像および位相画像をそれぞれ示す第6周波数成分が筋層に対応しているものと判断した(前述のとおり、第7周波数成分は内膜の蠕動に対応している)。
The target image is the same as in the case of FIG. 14 (Experiment 1). Therefore, the maximum amplitude frequency distribution image is as shown in FIG.
From the maximum amplitude frequency distribution image of FIG. 15 (a), it is recognized that the frequency of motion is not constant, and therefore the frequency component representing the motion of the muscle layer cannot be uniquely determined. Therefore, amplitude images and phase images were created for several frequency components, and it was determined that the sixth frequency component, which shows the amplitude image and the phase image in FIGS. 37 and 38, corresponds to the muscle layer (described above). As shown, the seventh frequency component corresponds to the peristalsis of the intima).
図38の位相画像より、運動方向は頚部から体部に向かう方向であると判断できる。筋層の運動は、内膜の運動よりも、画像中から手作業で捉えるのは一層困難であるが、本手法により解析が可能であることが確認できた。
排卵期の内膜の運動は頚部から体部に向かう方向の運動であったが、この実験により、筋層の運動方向もから体部に向かう方向であるという結果が得られた。つまり、内膜と筋層の運動方向は同じであるという結果が得られた。
From the phase image in FIG. 38, it can be determined that the direction of motion is the direction from the neck to the body. It was confirmed that the muscle layer movement is more difficult to capture manually from the image than the intima movement, but can be analyzed by this method.
The movement of the intima during the ovulation period was in the direction from the neck to the body, but this experiment showed that the direction of movement of the muscle layer was from the direction toward the body. That is, the result that the motion direction of the intima and the muscle layer was the same was obtained.
運動の速度を、図38中の点uと点xから求めた。結果を表3に示す。 The speed of movement was determined from point u and point x in FIG. The results are shown in Table 3.
次に、画像中で捉えられる筋層の運動から、運動の速度を手作業で求めた。画像列の18枚目(図39)から24枚目(図40)の間で、黒い影が、筋層を中の点Sから点Tまで移動するのが認められた。この運動から目視で求めた速度を表4に示す。 Next, the speed of the motion was obtained manually from the muscle layer motion captured in the image. From the 18th image (FIG. 39) to the 24th image (FIG. 40) in the image sequence, a black shadow was observed to move from the middle point S to the point T in the muscle layer. Table 4 shows the speed obtained by visual observation from this motion.
画像中から目視で捉えられる運動の速度と、本手法により捉えた運動の速度がほぼ同じ値となっているため、筋層の蠕動の解析にも本手法が有効であると言える.
[他の実施形態]
前述の実施形態では、子宮の蠕動に対応した周波数成分の選択のために、最大振幅周波数分布画像がディスプレイ13に表示され、操作者の判断によって、振幅画像および位相画像を作成すべき周波数成分が選択されているが、このような周波数成分の選択を自動化してもよい。具体的には、たとえば、最大振幅周波数分布画像中における個々の周波数成分の画素の数(すなわち、面積)を計算し、この画素数(面積)が上位の(たとえば最大の)周波数成分を自動で選択する周波数成分選択処理部46(図6参照)を設けるようにしてもよい(面積順位基準選択手段)。また、周波数成分選択処理部46は、所定のしきい値以上の最大振幅データに対応した1つまたは複数個の周波数成分を、子宮の蠕動に対応する蓋然性が高い周波数成分として自動選択する処理を行うものであってもよい。
Since the speed of motion captured visually from the image and the speed of motion captured by this method are almost the same value, it can be said that this method is also effective for the analysis of muscle peristalsis.
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, in order to select the frequency component corresponding to the uterine peristalsis, the maximum amplitude frequency distribution image is displayed on the display 13, and the frequency component for which the amplitude image and the phase image are to be created is determined by the operator. Although selected, such selection of frequency components may be automated. Specifically, for example, the number of pixels (that is, the area) of individual frequency components in the maximum amplitude frequency distribution image is calculated, and the frequency component having the highest (for example, the largest) number of pixels (area) is automatically calculated. You may make it provide the frequency component selection process part 46 (refer FIG. 6) to select (area rank reference | standard selection means). In addition, the frequency component selection processing unit 46 automatically selects one or a plurality of frequency components corresponding to maximum amplitude data equal to or greater than a predetermined threshold as frequency components having a high probability of corresponding to uterine peristalsis. You may do it.
また、前述の実施形態では、算出すべき位相勾配の方向を入力装置11から操作者が指定する構成としているが、位相勾配の方向は、予め定めた一定の方向(右上角から左下角に向かう方向、右から左に向かう方向など)であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In the above-described embodiment, the operator specifies the direction of the phase gradient to be calculated from the input device 11, but the direction of the phase gradient is a predetermined direction (from the upper right corner to the lower left corner). Direction, direction from right to left, etc.).
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
10 コンピュータ本体
11 入力装置
11A キーボード
11B マウス
13 ディスプレイ
14 プリンタ
15 CPU
16 ROM
17 RAM
18 ハードディスクドライブ
19 CD−ROMドライブ
20 入力制御部
21 ディスプレイインタフェース
22 プリンタインタフェース
23 バス
30 画像処理演算部
31 アフィン変換処理部
32 トリミング処理部
33 フーリエ変換処理部
34 最大振幅周波数成分抽出処理部
35 最大振幅周波数分布画像データ生成処理部
36 周波数成分選択入力受付け部
37 振幅画像データ生成処理部
38 位相画像データ生成処理部
39 位相勾配算出方向入力受付け部
40 位相勾配データ生成処理部
41 位相勾配分布画像データ生成処理部
42 画像オーバレイ処理部
43 速度測定点入力受付け部
44 位相差演算部
45 蠕動速度演算部
46 周波数成分選択処理部
50 データ記憶部
51 原子宮MR画像データ記憶部
52 アフィン変換後子宮MR画像データ記憶部
53 対象子宮MR画像データ記憶部
54 フーリエ変換データ記憶部
55 最大振幅周波数成分データ記憶部
56 最大振幅周波数分布画像データ記憶部
57 振幅画像データ記憶部
58 位相画像データ記憶部
59 位相勾配データ記憶部
60 位相勾配分布画像データ記憶部
61 オーバレイ画像データ記憶部
62 位相差データ記憶部
63 蠕動速度データ記憶部
70 画像表示制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Computer main body 11 Input device 11A Keyboard 11B Mouse 13 Display 14 Printer 15 CPU
16 ROM
17 RAM
Reference Signs List 18 hard disk drive 19 CD-ROM drive 20 input control unit 21 display interface 22 printer interface 23 bus 30 image processing operation unit 31 affine transformation processing unit 32 trimming processing unit 33 Fourier transform processing unit 34 maximum amplitude frequency component extraction processing unit 35 maximum amplitude Frequency distribution image data generation processing unit 36 Frequency component selection input reception unit 37 Amplitude image data generation processing unit 38 Phase image data generation processing unit 39 Phase gradient calculation direction input reception unit 40 Phase gradient data generation processing unit 41 Phase gradient distribution image data generation Processing unit 42 Image overlay processing unit 43 Speed measurement point input receiving unit 44 Phase difference calculation unit 45 Peristaltic speed calculation unit 46 Frequency component selection processing unit 50 Data storage unit 51 Atomic-miya MR image data storage unit 52 Affine Replacement uterine MR image data storage unit 53 Target uterine MR image data storage unit 54 Fourier transform data storage unit 55 Maximum amplitude frequency component data storage unit 56 Maximum amplitude frequency distribution image data storage unit 57 Amplitude image data storage unit 58 Phase image data storage Unit 59 phase gradient data storage unit 60 phase gradient distribution image data storage unit 61 overlay image data storage unit 62 phase difference data storage unit 63 peristaltic velocity data storage unit 70 image display control unit
Claims (19)
子宮の蠕動の周期よりも短い周期で時系列に従って撮影した複数枚の子宮MR(磁気共鳴)画像に対応した複数枚の子宮MR画像データを記憶するための画像データ記憶手段と、
この画像データ記憶手段に記憶された複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分の位相データを生成するフーリエ変換手段と、
このフーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成手段と、
この位相勾配データ生成手段によって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データとして生成する位相勾配分布画像データ生成手段とを含むことを特徴とする子宮蠕動可視化のための画像処理装置。 An image processing device for analyzing and visualizing peristaltic motion of the uterus,
Image data storage means for storing a plurality of uterine MR image data corresponding to a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images taken in time series with a cycle shorter than the cycle of uterine peristalsis;
Fourier transform means for performing Fourier transform in the time axis direction on a plurality of uterine MR image data stored in the image data storage means, and generating phase data of a plurality of frequency components for each pixel in the uterine MR image; ,
Using the phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means, a phase gradient in a predetermined direction of the frequency component in each part of the uterine MR image is calculated, and phase gradient data representing the phase gradient is generated. Gradient data generating means;
Phase that generates phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image in which each part of the image is colored in accordance with the phase gradient based on the phase gradient data generated by the phase gradient data generation means as image data representing uterine peristalsis An image processing apparatus for visualizing uterine peristalsis, comprising gradient distribution image data generation means.
前記フーリエ変換手段は、前記幾何学変換手段による幾何学変換処理後の子宮MR画像データに対してフーリエ変換を実行するものであることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 The plurality of uterine MR image data stored in the image data storage means is subjected to geometric transformation for compensating for the variation of the position and shape of the uterine image portion, and the uterine MR image after the geometric transformation processing Further comprising a geometric transformation means for generating data,
2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the Fourier transform means performs Fourier transform on the uterine MR image data after the geometric transformation processing by the geometric transformation means.
このフーリエ変換手段が生成する振幅データに基づいて、少なくとも1つの周波数成分を選択する周波数成分選択手段をさらに含み、
前記位相勾配データ生成手段は、前記周波数成分選択手段によって選択された周波数成分に関して子宮MR画像各部の位相勾配データを生成するものであることを特徴とする請求項1または2記載の画像処理装置。 The Fourier transform means generates amplitude data of a plurality of frequency components for each pixel of the uterine MR image in addition to the phase data,
Frequency component selection means for selecting at least one frequency component based on the amplitude data generated by the Fourier transform means;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the phase gradient data generation unit generates phase gradient data of each part of the uterine MR image with respect to the frequency component selected by the frequency component selection unit.
子宮MR画像の各画素について、最大の振幅データに対応した最大振幅周波数成分を抽出する最大振幅周波数抽出手段と、
この最大振幅周波数抽出手段によって個々の画素について抽出された最大振幅周波数成分の子宮MR画像内での分布を表す最大振幅周波数分布画像データを生成する最大振幅周波数分布画像データ生成手段とを含むことを特徴とする請求項3記載の画像処理装置。 The frequency component selection means includes
Maximum amplitude frequency extracting means for extracting a maximum amplitude frequency component corresponding to maximum amplitude data for each pixel of the uterine MR image;
Maximum amplitude frequency distribution image data generating means for generating maximum amplitude frequency distribution image data representing the distribution in the uterine MR image of the maximum amplitude frequency component extracted for each pixel by the maximum amplitude frequency extracting means. The image processing apparatus according to claim 3, wherein:
操作者による周波数成分選択入力を受け付ける周波数成分選択入力受け付け手段を含むことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。 The frequency component selection means further includes:
5. The image processing apparatus according to claim 4, further comprising frequency component selection input receiving means for receiving a frequency component selection input by an operator.
前記最大振幅周波数分布画像データ生成手段が生成する最大振幅周波数分布画像データに基づき、当該最大振幅周波数分布画像データに対応した画像中に占める個々の周波数成分の面積の順位に基づいて、少なくとも1つの周波数成分を選択する面積順位基準選択手段を含むことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。 The frequency component selection means further includes:
Based on the maximum amplitude frequency distribution image data generated by the maximum amplitude frequency distribution image data generation means, based on the rank order of the areas of individual frequency components in the image corresponding to the maximum amplitude frequency distribution image data, at least one The image processing apparatus according to claim 4, further comprising an area rank reference selection unit that selects a frequency component.
前記フーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の振幅データを用いて、子宮MR画像各部の当該周波数成分の振幅分布を表す振幅画像を表す振幅画像データを生成する振幅画像データ生成手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の画像処理装置。 The Fourier transform means generates amplitude data of a plurality of frequency components for each pixel of the uterine MR image in addition to the phase data,
Amplitude image data generating means for generating amplitude image data representing an amplitude image representing an amplitude distribution of the frequency component of each part of the uterine MR image using amplitude data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising:
この位相差演算手段によって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算手段をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の画像処理装置。 A phase difference calculating means for calculating a phase difference between the two pixels based on phase data of at least two spaced apart pixels among phase data of one frequency component generated by the Fourier transform means;
11. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising a peristaltic speed calculating means for calculating a peristaltic speed based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means.
前記位相差演算手段は、前記受け付けられた指示入力による2点の画素の位相データに基づいて、前記2点の画素間の位相差を演算するものであることを特徴とする請求項11記載の画像処理装置。 Means for receiving an instruction input of two points in the image by the operator;
12. The phase difference calculating means is configured to calculate a phase difference between the two pixels based on the phase data of the two pixels based on the received instruction input. Image processing device.
この画像処理装置に接続され、前記位相勾配分布画像を表示する表示装置とを含むことを特徴とする画像診断支援システム。 An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 12,
An image diagnosis support system comprising: a display device connected to the image processing device and displaying the phase gradient distribution image.
子宮の蠕動の周期よりも短い周期で時系列に従って撮影した複数枚の子宮MR(磁気共鳴)画像に対応した複数枚の子宮MR画像データを準備するステップと、
この複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分の位相データを生成するフーリエ変換ステップと、
このフーリエ変換ステップによって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成ステップと、
この位相勾配データ生成ステップによって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データとして生成する位相勾配分布画像データ生成ステップとを含むことを特徴とする子宮蠕動可視化のための画像処理方法。 An image processing method for analyzing and visualizing peristaltic movement of the uterus,
Preparing a plurality of uterine MR image data corresponding to a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images taken in time series in a cycle shorter than the cycle of uterine peristalsis;
Fourier transform step of performing Fourier transform in the time axis direction on the plurality of uterine MR image data and generating phase data of a plurality of frequency components for each pixel in the uterine MR image,
Using the phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform step, the phase gradient for calculating the phase gradient in the predetermined direction of the frequency component in each part of the uterine MR image is generated, and the phase gradient data representing the phase gradient is generated. A gradient data generation step;
Phase that generates phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image in which each part of the image is colored in accordance with the phase gradient based on the phase gradient data generated by the phase gradient data generation step as image data representing uterine peristalsis An image processing method for visualizing uterine peristalsis comprising a gradient distribution image data generation step.
この位相差演算ステップによって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項15記載の画像処理方法。 A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the two pixels based on phase data of at least two pixels separated from the phase data of one frequency component generated by the Fourier transform step;
16. The image processing method according to claim 15, further comprising a peristaltic speed calculating step for calculating a peristaltic speed based on the phase difference calculated in the phase difference calculating step.
前記コンピュータを、
前記複数枚の子宮MR画像データに対して時間軸方向のフーリエ変換を行い、子宮MR画像中の各画素について複数の周波数成分の位相データを生成するフーリエ変換手段、
このフーリエ変換手段によって生成された少なくとも1つの周波数成分の位相データを用いて、子宮MR画像各部における当該周波数成分の所定方向に関する位相勾配を算出し、その位相勾配を表す位相勾配データを生成する位相勾配データ生成手段、および
この位相勾配データ生成手段によって生成された位相勾配データに基づき、画像各部を位相勾配に応じて着色した位相勾配分布画像を表す位相勾配分布画像データを、子宮の蠕動を表す画像データとして生成する位相勾配分布画像データ生成手段
として機能させることを特徴とする子宮蠕動可視化のためのコンピュータプログラム。 To process a plurality of uterine MR image data corresponding to a plurality of uterine MR (magnetic resonance) images taken according to time series in a cycle shorter than the cycle of uterine peristalsis, and to analyze and visualize the peristaltic motion of the uterus A computer program for operating a computer as the image processing apparatus of
The computer,
Fourier transform means for performing Fourier transform in the time axis direction on the plurality of uterine MR image data, and generating phase data of a plurality of frequency components for each pixel in the uterine MR image,
Using the phase data of at least one frequency component generated by the Fourier transform means, a phase gradient in a predetermined direction of the frequency component in each part of the uterine MR image is calculated, and phase gradient data representing the phase gradient is generated. Gradient data generation means, and phase gradient distribution image data representing a phase gradient distribution image in which each part of the image is colored in accordance with the phase gradient based on the phase gradient data generated by the phase gradient data generation means represents uterine peristalsis A computer program for visualizing uterine peristalsis characterized by functioning as phase gradient distribution image data generating means for generating image data.
前記フーリエ変換手段によって生成された1つの周波数成分の位相データのうち、少なくとも2つの離間した画素の位相データに基づいて、当該2つの画素間の位相差を演算する位相差演算手段、および
この位相差演算手段によって演算された位相差に基づいて、子宮の蠕動速度を計算する蠕動速度演算手段
として機能させることを特徴とする請求項17記載のコンピュータプログラム。 Said computer further
Phase difference calculation means for calculating a phase difference between the two pixels based on phase data of at least two separated pixels among phase data of one frequency component generated by the Fourier transform means; and 18. The computer program according to claim 17, wherein the computer program functions as a peristaltic speed calculating means for calculating a peristaltic speed based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means.
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