JP2007105264A - 医用画像判定装置、医用画像判定方法およびそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】適正範囲が撮影されていない医用画像の場合に注意を促す。
【解決手段】撮影装置２で撮影した医用画像Ｐから解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出して、抽出した構造物を基準にして、医用画像Ｐに撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する。さらに、判定を行って得られた判定結果に基づいて、コンソール４上に警告表示を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、医用画像が診断に最適な画像であるか否かを判定することが可能な医用画像判定装置、医用画像判定方法およびそのプログラムに関するものである。

従来から、ＣＲ装置（computed radiography）のような医用画像撮影装置で撮影して得られた医用画像は、図１７示すようなコンソール上もしくは図１８に示すような検査端末（ＱＡ端末）上で、診断に適した画像が撮影されたかどうかのチェックがされている。

チェックされる項目は、(1)診察されるべき箇所が撮影されているかどうか(2)濃度コントラストが適切であるか否か(3)比較読影が適切に行えるように適切な範囲で画像が撮影されているかどうかなどであるが、これらのチェックは目視によって行われていた。

そこで、このような目視によるチェックを自動的に判定するために、撮影された画像上の画素値を統計的に解析した結果より適正な濃度で撮影された画像でないと判定された場合や、検査オーダ時に指示された撮影部位と画像上で被写体が撮影されている領域の形状から認識した撮影部位とを比較した結果が一致しない場合には警告を表示するものが提案されている（特許文献１）。
特開２００４−２９０３２９公報

しかしながら、上述のように画素値を統計的に解析して適切な濃度で撮影されているかや、画像上に撮影されている部位が検査オーダと一致しているかを判断するようにしても、診断に必要な範囲を全て含んで撮影された画像であるとは限らない。例えば、マンモグラフィでは乳腺全体を含むように撮影されていることが診断を行う上で重要であるが、上述の手法では乳腺全体を含むように撮影されているか否かを判別することはできない。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、適正範囲が撮影されていない画像である場合に注意を促すようにすることができる医用画像表示装置、医用画像表示方法、およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の医用画像判定装置は、診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶する記憶手段と、
前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出手段と、
前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段により得られた判定結果を出力する判定結果出力手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の医用画像判定方法は、診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出ステップと、
前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定ステップと、
該判定ステップにより得られた判定結果を出力する判定結果出力ステップとを備えたことを特徴とするものである。

また、本願発明のプログラムは、コンピュータを、
診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶する記憶手段と、
前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出手段と、
前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段により得られた判定結果を出力する判定結果出力手段として機能させるものである。

「解剖学的な構造物」とは、大胸筋や乳房や肺野などの人体を構成する臓器などの構造物をいう。

また、「構造物抽出手段」により抽出される「構造物」は、「構造物」内に診断対象となる診断領域を含むものと、「構造物」には診断対象となる診断領域を含まないものがある。

「判定結果を出力する」とは、診断を行うのに適切な画像であるか否か認識できるように表示したり、音声で通知したり、印刷するなど種々の方法を用いて出力することをいう。

また、前記判定手段は、前記医用画像に撮影された診断領域が診断を行うのに適切な範囲を含んでいるか否かを判定するものであってもよい。

また、前記医用画像がマンモグラフィである場合には、
前記構造物抽出手段が、大胸筋と乳房とを抽出するものであり、
前記判定手段が、前記乳房の領域と前記大胸筋の領域の面積の割合に基づいて判定するものが望ましい。

さらに、前記構造物抽出手段が、前記乳房の領域より乳頭部をさらに抽出するものである場合には、
前記判定手段は、前記大胸筋の最下部の位置と前記乳頭部の位置とに基づいて判定するものであってもよい。

「大胸筋の位置」は、人体の頭部側を上とし足側を下として、「大胸筋の最下部の位置」は、医用画像上に撮影された大胸筋のうち最も足側に近い位置をいう。

本発明によれば、医用画像上に現れた構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを自動判定して警告をすることにより、目視だけでは見落としがちなケースも注意を促すことができる。また、コンソール上に即座に表示することにより、被検者が帰宅する前に再撮影を依頼することができるようになる。

また、マンモグラフィの場合には、大胸筋と乳房とを抽出して、その乳房の領域と大胸筋の領域の面積の比をから読影に適した画像であるか否かを判定することが可能になる。

さらに、乳頭部をさらに抽出して、大胸筋の最下部の位置と前記乳頭部の位置から、乳腺が全て撮影されているか否かを判定することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の画像判定装置を含む医用画像判定システムの概略構成を示す図である。

医用画像判定システム１はＸ線撮影装置などの撮影装置２と、撮影装置２で診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像Ｐが、診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する画像判定装置３と、画像判定装置３の判定結果を表示するコンソール４とが接続されている。

画像判定装置３は、ワークステーションなどのコンピュータであり、画像処理用のソフトウェアプログラムが搭載されている。

また、画像判定装置３は、医用画像Ｐを記憶する記憶手段３０と、医用画像Ｐより解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出手段３２と、抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定手段３４と、判定手段３４により得られた判定結果を出力する判定結果出力手段３６とを備える。

ここで、本発明の画像判定装置３を含む医用画像判定システムの動作について、医用画像ＰがＸ線撮影装置で撮影したマンモグラフィの場合を例に、図２のフローチャートに従って具体的に説明する。

まず、被検者（被写体）はオペレータの指示に従って乳房を撮影装置２で撮影し、撮影されたマンモグラフィＰがＸ線撮影装置２から画像判定装置３に転送され、記憶手段３０に記憶される。（Ｓ１００）。

マンモグラフィＰ上の画像では、乳腺後脂肪層が十分に抽出されていることが必要であり、そのためには、乳房が大胸筋上に撮影されていることが望ましい。また、マンモグラフィＰでは大胸筋が適切に写りこんでいることが読影を行う上で重要であり、乳腺が全て写っていることを確認するために大胸筋を適度に入れる必要があるが、過度に写りこむとコントラストが低下してしまい、診断に不適切な画像となる。

そこで、構造物抽出手段３２で大胸筋と乳房を抽出して判定する。

マンモグラフィＰがMLO（Medio-Lateral-Object）画像の場合には、以下のステップで大胸筋を抽出する。

まず、マンモグラフィＰのヒストグラムＨに基づいて乳房輪郭を検出する。マンモグラフィＰのヒストグラムＨを作成すると、図３に示すように乳房領域と背景領域で表れる画素値のピークは異なり、乳房領域のピークは真中あたりに現れ、背景領域のピークは右側に現れる。そこで、乳房領域と背景領域との境界となる画素値Ｔｈを閾値として二値化処理をして、図４に示すように二値価したマンモグラフィＰ_binaryを乳房領域（斜線部）と背景領域とに分離する。

そこで、図５に示すように、二値化したマンモグラフィＰ_binaryの胸壁が画像の下側にある場合には、画像の幅Ｗの中心（Ｗ／２）を通る線に沿って下から上に探索し（破線）、乳房領域から背景領域に変わった点をＡとし、Ａから左右の両方向に探索して乳房輪郭Ｒ（以下、スキンラインという）を検出する。具体的には、例えばＡを開始点として、左右両方向に進むようにＡに隣接する画素の中から境となる画素を順次探索し、探索した画素をつないでスキンラインＲを抽出する（Ｓ１０１）。

次に、図６に示すように、スキンラインＲから画像下端に向けて４本のライン（同図の縦の破線）上で、下式（１）に示すような微分オペレータを用いて走査を行い、画素値が急峻に変化する乳腺と胸筋の境界点Ｐ_１〜Ｐ_４を検出する。
ｄ(i,j)＝f(i,j-3)＋f(i,j-2)−f(i,j+2) −f(i,j+3) (1)
ｄ(i,j)：微分
ｆ(i,j)：原画像の画素値
求められた複数の境界点から、例えば、最小二乗法により下式の２次曲線を算出する。
ｙ＝ａｘ^２＋ｂ （ａ＞０，ｂ＞０） (2)
上式のａ，ｂを上記で求めた境界点Ｐ_１〜Ｐ_４を用いて決定して、大胸筋と乳房の境界を求める（Ｓ１０２）。

この曲線より画像下端側を大胸筋として抽出し、検出したスキンラインＲと式（２）の曲線の間にある乳房として抽出する（Ｓ１０３）。

次に乳頭の検出方法の一例について説明する。まず、乳房輪郭であるスキンラインＲを平滑化した平滑化乳房輪郭を取得して、平滑化乳房輪郭と乳房輪郭の離間量に基づいて乳頭部を検出する。具体的には、図７に示すように、検出したスキンラインＲに沿って長さＬの曲線（輪郭部分）を設定し、この曲線の両端を結ぶ直線を平滑化乳房輪郭とし、この直線と曲線の中心点との距離Ｈを求める。長さＬの曲線は、スキンラインＲ上の位置を徐々にずらしながら複数設定し、各曲線の中心点Ｐから直線までの距離Ｈを求め、Ｈ／Ｌの値が最も大きい中心点Ｑの近傍に乳頭部Ｄが存在するものとして抽出する（Ｓ１０４）。このとき、長さＬの曲線をずらす幅は、乳頭の統計的な大きさから乳頭部のスキンラインＲ上に曲線の中心点が少なくとも１箇所は設定されるような間隔で設定する。

そこで、判定手段３４で、マンモグラフィ上に撮影された乳房が診断を行うのに適切な範囲を含んでいるか否かを判定する。

式（３）で表わされる曲線より画像の下側に現れる大胸筋の領域の面積と、検出したスキンラインＲと式（３）の曲線の間にある乳房の領域の面積とを算出し、乳房の領域の面積に対する大胸筋の領域の面積の割合Ｅを下式で求める（Ｓ１０５）。
Ｅ＝（大胸筋の領域の面積）／（乳房の領域の面積）×１００
このとき、読影に適するのは１０％＜Ｅ＜５０％の範囲にある場合であるが、Ｅがこの範囲以外の場合で、かつＬ値が低い場合には不適切な画像であると判定する（Ｓ１０６）。

さらに、上記条件が満たされていても、図６に示すように乳頭部の位置と大胸筋の下端部Ｐ_endの位置が、
乳頭のＸ座標の位置＞大胸筋の下端部のＸ座標の位置
となる場合は、乳房領域が十分に入っていることが保障されず不適切な画像であると判定する（Ｓ１０７）。

上述のように、不適切な画像であると判定された場合には、判定結果出力手段３６はコンソールやＱＡ端末上に警告表示を行う（Ｓ１０８）。撮影を行う技師は、警告表示された画像をコンソール４上で確認して、再撮影が必要であれば被検者に再撮影の申し出をする。

次に、医用画像ＰがＸ線撮影装置で撮影した胸部画像の場合を例に説明する。図８のフローチャートに従って説明する。

まず、被検者（被写体）はオペレータの指示に従って胸部をＸ線撮影装置２で撮影し、撮影された胸部画像ＰがＸ線撮影装置２から画像判定装置３に転送され、記憶手段３０に記憶される。（Ｓ２００）。

構造物抽出手段３２は、胸部画像Ｐ（図９に示めすような原画像）から肺野の形状（心胸郭の輪郭形状）を自動的に抽出する（Ｓ２０１）。具体的には、例えば、胸部画像Ｐの心胸郭の略中心となる点を規準にして極座標変換し、平均的な心胸郭の輪郭と略相似形となるテンプレートを用いて、極座標平面上でテンプレートマッチング処理を行なうことにより心胸郭の輪郭を自動抽出する手法（例えば、本出願人により提案されている特開2003-6661などを参照）を用いることができる。

そこで、撮影された肺野が丁度よい大きさで撮影されたかをオペレータが判定できるように、判定手段３４では、肺野面積の上限値や下限値を予め設定しておき、算出した肺野面積が上限値から下限値の範囲内にあるかを判定する（Ｓ２０２）。具体的に、肺野面積Ａinner（ｃｍ^２）は、画像体の面積をＡall（ｃｍ^２）とし、画像全体の画素数Ｐallとし、肺野領域内の画素数Ｐinnerとした場合に、下式（３）で求めることができる。肺野領域内の画素数Ｐinnerは、図１０に示すように線で囲まれた肺野領域内の画素数をカウントすることによって得られる。

求めたＡinnerが範囲外にあるものは（Ｓ２０３）、判定結果出力手段３６でコンソール４上に警告を促すような表示を行うようにする（Ｓ２０４）。

あるいは、図１１に示すように、得られた肺野面積（同図では、389.1cm^２と表示）を判定結果として、判定結果出力手段３６でコンソール４上に表示して、オペレータが表示された面積を確認できるようにしてもよい。

あるいは、判定手段３４で、肺野領域全体の大きさではなく、右の肺野領域と左の肺野領域とを別々に大きさ（面積）を求めて、それぞれの面積の上限値や下限値と比較して（Ｓ２０２）、範囲外であれば（Ｓ２０３）、判定結果出力手段３６でコンソール４上に警告表示するようにしてもよい（Ｓ２０４）。このように左右の肺野領域の大きさを別々に表示するようにすれば、姿勢が傾いていたり、呼気が十分でなかったために片方の肺野が十分に膨らまない状態で撮影されたことをオペレータが確認することができる。

また、判定手段３４で被写体の姿勢がまっすぐな状態で撮影されたかや両肺が膨らんだ状態で撮影されたかを判定するように肺野領域の傾きを求めるようにしてもよい。左右の肺野領域各々の傾きは、以下のように算出することができる。まず、各肺野領域ごとに、図１２に示すように、肺野領域の重心点（黒丸の点）と、主成分分析して（肺野領域内に含まれる画素の位置に対して主成分分析する）得た肺野領域の主軸の方向（白い線）を求める。次に、重心点から垂線（破線）を引き、主成分の方向と垂線のなす角を傾きθr、θlを求める。左右肺野領域の傾きの平均θaveを肺野領域全体の傾きとして下式（４）のように求める。

肺野領域全体の傾き平均θaveを上限値や下限値と比較して（Ｓ２０２）、範囲外であれば（Ｓ２０３）、判定結果出力手段３６でコンソール４上に警告表示するようにしてもよい（Ｓ２０４）。

また、撮影時に肺野の傾きが略０となるような場合であっても、左右肺野領域の片方の肺野領域の主軸の傾きは０にならず、おおよそ５．０度程度（個人差やポジショニングによって多少異なる）のずれが生じる。そこで、片肺しか抽出できなかった場合には、反対側の肺野領域の主軸の傾きを、例えば、５．０度に固定して算出するようにしてもよい。

肺野領域の傾きは、判定結果出力手段３６でコンソール４上に数値のみ表示するようにしてもよいが、図１３に示すように、肺野領域の傾きと同じ傾きをもつ、画像中心を通る直線を表示するようにしてもよい。

また、判定手段３４で、肺野領域が画像（ＩＰ）の外にはみ出していないかを、肺野領域の画像端からの距離を指標となる情報として求めて判定するようにしてもよい。肺野領域の画像端からの距離は、画像端から肺野領域の輪郭までを直線で結んだ線上にある画素数Ｌiと画像中の１画素に相当する長さＤpix（ｃｍ）から画像端の各画素から肺野領域の輪郭までの距離を求め、その最小値を画像端からの肺野領域までの距離として下式(5)のように求める。

画像端から肺野領域の輪郭までを直線で結んだ線の長さを上限値や下限値と比較して（Ｓ２０２）、範囲外であれば（Ｓ２０３）、判定結果出力手段３６でコンソール４上に警告表示するようにしてもよい（Ｓ２０４）。

判定結果出力手段３６では、コンソール４上に図１４に示すような画像端から肺野領域までの距離を直線で表示してもよい。さらに、図１５に示すように、画像の下端から距離を直線で表すとともに、画面上に画像端からの距離を数値で表示するようにしてもよい。

撮影された画像が不鮮明であるために心胸郭の輪郭などを自動抽出することが困難な場合には、図１６に示すように心胸郭が見つからない旨の表示を行う。この場合も再撮影の対象となり、オペレータは被検者に再撮影の申し出をする。

上述の各手法で肺野領域が表示された警告表示や数値や画像をコンソール４上で確認して、再撮影が必要と判定した場合には、被検者にその依頼をして再撮影を行う。

以上、詳細に説明したように、本発明の医用画像判定装置を用いるようにすれば、撮影した画像をその場で確認して、撮影後、即座に被検者に再撮影の申し出をすることが可能になる。

上述では、マンモグラフィや胸部画像について詳細に説明したが、他の部位を撮影した場合においても、解剖学的な構造物を抽出して、構造物を基準にして最適な撮影であるか否かを判定することができる。

医用画像判定システムの概略構成図 医用画像判定システムの動作を説明するためのフローチャート（その１） 乳房画像に表れる画素値のヒストグラム 乳房画像を２値化した結果を表す図 スキンラインの抽出方法を説明するための図 大胸筋を抽出する方法を説明するための図 スキンライン上の輪郭部分とその両端を結んだ直線とによる乳頭部の検出を説明するための図 医用画像判定システムの動作を説明するためのフローチャート（その２） 胸部画像の原画像の一例 胸部画像上の肺野領域を線で囲んだ図 肺野領域の面積を表示した一例 肺野領域の傾きの算出方法を説明するための図 肺野領域の傾きを表示した一例 胸部画像の下端から肺野領域までの距離を直線で表示した一例 胸部画像の下端から肺野領域までの距離を直線と数値で表示した一例 肺野領域が検出できなかったことを警告する警告表示の一例 コンソールの画面の一例 検査端末の画面の一例

符号の説明

１ 医用画像判定システム
２ 撮影装置
３ 画像判定装置
４ コンソール
３０ 記憶手段
３２ 構造物抽出手段
３４ 判定手段
３６ 判定結果出力手段
Ｐ 医用画像

Claims (6)

1. 診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶する記憶手段と、
   前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出手段と、
   前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段により得られた判定結果を出力する判定結果出力手段とを備えたことを特徴とする医用画像判定装置。
2. 前記判定手段が、前記医用画像に撮影された診断領域が診断を行うのに適切な範囲を含んでいるか否かを判定するものであることを特徴とする医用画像判定装置。
3. 前記医用画像がマンモグラフィであり、
   前記構造物抽出手段が、大胸筋と乳房とを抽出するものであり、
   前記判定手段が、前記乳房の領域と前記大胸筋の領域の面積の割合に基づいて判定することを特徴とする請求項１または２記載の医用画像判定装置。
4. 前記構造物抽出手段が、前記乳房の領域より乳頭部をさらに抽出するものであり、
   前記判定手段が、前記大胸筋の最下部の位置と前記乳頭部の位置とに基づいて判定することを特徴とする請求項３記載の医用画像判定装置。
5. 診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出ステップと、
   前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定ステップと、
   該判定ステップにより得られた判定結果を出力する判定結果出力ステップとを備えたことを特徴とする医用画像判定方法。
6. コンピュータを、
   診断対象となる所定の診断領域を含む部位を撮影した医用画像を記憶する記憶手段と、
   前記医用画像より解剖学的な構造物を少なくとも１つ抽出する構造物抽出手段と、
   前記抽出した構造物を基準にして、前記医用画像に撮影された診断領域の診断を行うのに適切な画像であるか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段により得られた判定結果を出力する判定結果出力手段として機能させるプログラム。