JP2009153678A - Kinetic image processing system - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本発明は、動態画像処理システムに関する。 The present invention relates to a dynamic image processing system.
従来、X線画像等を画像解析し、病変部と推定される画像領域を検出する装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。医師がX線画像等を観察して異常か正常かの判断を行うにあたり参考となるように、情報提供を行うため、このような装置ではX線画像等において検出された病変部の候補領域を指し示す表示を行う。 Conventionally, an apparatus for analyzing an X-ray image or the like and detecting an image region estimated to be a lesion is disclosed (for example, see Patent Document 1). In order to provide information so that a doctor can observe an X-ray image or the like to determine whether it is abnormal or normal, in such an apparatus, a candidate area of a lesion part detected in an X-ray image or the like is provided. The indication which points is done.
また、濃度分布をグラフ化する等して濃度変化を定量化し、診断に必要な情報として表示する方法についても開示されている(例えば、特許文献2参照)。病変部は正常組織部分に比べて濃度変化があることが一般的であり、このような濃度変化に関する情報を医師に提供することにより、診断支援を行うものである。
しかしながら、肺の換気能については、機能低下の原因となる局所的な病変部分だけでなく、換気量等の所見も診断に重要となる場合がある。よって、従来のように病変部のみを検出して表示する方法では、換気能について十分な診断支援ができるとはいえない。 However, with regard to lung ventilation, not only local lesions that cause functional decline but also findings such as ventilation volume may be important for diagnosis. Therefore, it cannot be said that the conventional method of detecting and displaying only the lesioned part can provide sufficient diagnosis support for the ventilation ability.
本発明の課題は、肺の換気能の診断に有効な情報を提供することである。 An object of the present invention is to provide information effective for diagnosis of lung ventilation ability.
請求項1に記載の発明によれば、
被写体の胸部を動態撮影し、複数の時間位相における動態画像を少なくとも1つの呼吸位相について生成する撮影手段と、
前記呼吸位相のうち最大呼気位と最大吸気位間における絶対換気量の情報を取得し、当該絶対換気量と、前記生成された動態画像のうち最大呼気位及び最大吸気位の動態画像間の信号値の変化量とから単位信号変化量あたりの推定換気量を算出し、この単位信号値あたりの推定換気量の値を用いて各時間位相における推定換気量を算出する画像解析手段と、
表示手段と、
前記各時間位相について算出された推定換気量を前記表示手段に表示させる制御手段と、
を備える動態画像処理システムが提供される。
According to the invention of
Imaging means for dynamically imaging the chest of a subject and generating dynamic images at a plurality of time phases for at least one respiratory phase;
Information on the absolute ventilation volume between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position in the respiratory phase is obtained, and a signal between the absolute expiratory volume and the dynamic image of the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position among the generated dynamic images. An image analysis means for calculating an estimated ventilation volume per unit signal change amount from a change amount of the value, and calculating an estimated ventilation volume in each time phase using the estimated ventilation volume value per unit signal value;
Display means;
Control means for displaying the estimated ventilation volume calculated for each time phase on the display means;
A dynamic image processing system is provided.
請求項2に記載の発明によれば、
前記制御手段は、前記算出された推定換気量を示す数値を表示させる請求項1に記載の動態画像処理システムが提供される。
According to invention of Claim 2,
The dynamic image processing system according to
請求項3に記載の発明によれば、
前記制御手段は、各動態画像の肺野領域において前記算出された推定換気量を示すイメージ画像を生成し、時間位相に応じて当該イメージ画像を連続的に切り替えて表示させる請求項1又は2に記載の動態画像処理システムが提供される。
According to invention of Claim 3,
3. The control unit according to
請求項4に記載の発明によれば、
前記画像解析手段は、前記動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、この分割した領域毎に前記推定換気量を算出し、
前記制御手段は、前記動態画像において前記分割した領域毎に算出された推定換気量を表示させる請求項1〜3の何れか一項に記載の動態画像処理システムが提供される。
According to invention of Claim 4,
The image analysis means divides a lung field region included in the dynamic image into a plurality of regions, calculates the estimated ventilation for each of the divided regions,
The dynamic image processing system according to any one of
請求項1に記載の発明によれば、動態画像が撮影された各時間位相の推定換気量の情報提供を行うことができる。動態画像を観察して換気能を診断する際に、医師は推定換気量の情報を有効な参考情報として用いることができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide information on the estimated ventilation volume at each time phase when a dynamic image is taken. When observing a dynamic image and diagnosing ventilation capacity, a doctor can use information on the estimated ventilation volume as effective reference information.
請求項2に記載の発明によれば、具体的な数値により推定換気量を把握することができる。 According to the second aspect of the present invention, the estimated ventilation volume can be grasped from specific numerical values.
請求項3に記載の発明によれば、時間の経過に伴う推定換気量の変化を、視覚的に把握することができる。 According to invention of Claim 3, the change of the estimated ventilation volume with progress of time can be grasped | ascertained visually.
請求項4に記載の発明によれば、領域毎に変化する推定換気量を把握することができる。測定器では肺全体の換気量の測定ができるのみであるため、換気能が低下している領域に注目して診断する際には領域毎の推定換気量の情報は特に有効である。 According to the invention described in claim 4, it is possible to grasp the estimated ventilation amount that changes for each region. Since the measuring device can only measure the ventilation volume of the entire lung, information on the estimated ventilation volume for each area is particularly effective when making a diagnosis by paying attention to the area where the ventilation capacity is reduced.
まず、構成を説明する。
図1に、本実施形態における動態画像処理システム1を示す。
図1に示すように、動態画像処理システム1は、撮影装置10、撮影用コンソール20、診断用コンソール30と、画像処理装置40と、サーバ50とを備えて構成されている。各構成装置10〜50はネットワークNを介して接続されている。
First, the configuration will be described.
FIG. 1 shows a dynamic
As illustrated in FIG. 1, the dynamic
図2を参照して、撮影装置10、撮影用コンソール20及び診断用コンソール30についてさらに説明する。撮影装置10はX線源11、検出器12、読取部13、サイクル検出部14を備えて構成されている。一方、撮影用コンソール20は、制御部21、記憶部22、操作部23、表示部24、通信部25を備えて構成されている。診断用コンソール30も同様に、制御部31、記憶部32、操作部33、表示部34,通信部35を備えて構成されている。
With reference to FIG. 2, the
まず、撮影装置10について説明する。
撮影装置10は、被写体Wに対しX線を照射し、検出器12からX線画像を読み取る。撮影装置10では動態撮影が可能である。動態画像とは撮影を連続的に行い、複数の時間位相における動態画像を得る撮影方法である。動態画像とは動態撮影により得られた撮影画像をいい、本実施形態では動態画像はX線画像である。
First, the
The
X線源11は、撮影用コンソール20の制御部21の制御に従って、X線を照射する。制御されるX線照射条件としては、例えば動態撮影における連続撮影時のパルスレート、パルス幅、パルス間隔、照射開始/終了タイミング、X線管電流、X線管電圧、フィルタ値等が挙げられる。パルスレートとは単位時間あたりの撮影回数をいい。パルス幅は撮影1回あたりのX線照射時間である。パルス間隔は、連続撮影においてあるX線照射開始から次の撮影でのX線照射を開始するまでの時間である。
The
検出器12は、被写体Wを挟んでX線源11と対向する位置に配置される。検出器12はX線の検出センサがマトリクス状に配置されたFPD(Flat Panel Detector)等である。すなわち、X線をその強度に応じた電気信号に変換して画素(検出センサ)毎に蓄積するので、検出器12にはX線画像が記録されることとなる。
The detector 12 is disposed at a position facing the
読取部13は、検出器12からX線画像を読み取る処理を行い、読み取られたX線画像を撮影用コンソール20に送信する。なお、読取動作は制御部21により制御される。制御される画像読取条件としては、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ等がある。フレームレート、フレーム間隔は上記パルスレート、パルス間隔と同意義である。
The reading unit 13 performs processing for reading an X-ray image from the detector 12, and transmits the read X-ray image to the
サイクル検出部14は、被写体Wの撮影部位について生体反応のサイクルを検出する。例えば、撮影部位が肺を含む胸部である場合には、呼吸モニタベルト、CCDカメラ、光学カメラ、スパイロメータ等を適用して呼吸サイクルを検出する。また、撮影部位が心臓部である場合、心拍計や心電計等を用いて心拍サイクルを検出する。
サイクル検出部14は、検出したサイクルの情報を、撮影用コンソール20の制御部21に出力する。
The
The
次に、撮影用コンソール20及び診断用コンソール30について説明する。
撮影用コンソール20は技師の撮影操作用として用いられ、撮影条件等の入力を受け付けたり、撮影装置10のX線画像を技師の確認用に表示したりする。診断用コンソール30は、医師の操作用として用いられ、撮影用コンソール20から送信されるX線画像を医師の確認用に表示したりする。
Next, the
The
診断用コンソール30の各部(制御部31、記憶部32、操作部33、表示部34、通信部35)の機能は、撮影用コンソール20の各部(制御部21、記憶部22、操作部23、表示部24、通信部25)と基本的に同一である。よって、ここでは撮影用コンソール20の各部を代表として説明し、診断用コンソール30の各部の説明を省略する。
The functions of each part of the diagnostic console 30 (the
制御部21は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等により構成されている。制御部21は記憶部22に記憶されている各種プログラムをCPUにより読み出してRAM内に展開し、展開されたプログラムとの協働により各種演算を行ったり、各部の動作を集中制御したりして処理を実行する。
なお、制御部21はCPUクロックを利用して時間を計時するタイマ機能を有する。
The
The
記憶部22は、ハードディスク等のメモリであり、制御部21により用いられる各種プログラムやプログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶している。例えば、撮影部位毎に最適化された撮影条件(X線照射条件やX線画像の画像読取条件等)を記憶している。
The
操作部23は、キーボードやマウス等を備えて構成され、これらの操作に応じて操作信号を生成して制御部21に出力する。
表示部24はディスプレイを備え、制御部21の表示制御に従って各種操作画面や撮影により得られたX線画像等を表示する。
通信部25は、通信用のインターフェイスを備え、ネットワークNに接続された外部装置と通信を行う。
The
The
The
次に、画像処理装置40及びサーバ50について説明する。
画像処理装置40及びサーバ50は、撮影により得られたX線画像を提供するために用いられる。
図3を参照して、画像処理装置40について説明する。
画像処理装置40は、X線画像に対し、医師が観察しやすい画質となるように画像処理を施すものである。図3に示すように、画像処理装置40は、制御部41、操作部42、表示部43、記憶部44、通信部45、画像処理部46、画像解析部47を備えて構成されている。
Next, the
The
The
The
制御部41〜通信部45については、上記説明した撮影用コンソール20の制御部21〜通信部25と基本的な機能は同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。
Since the basic functions of the
画像処理部46は、X線画像に対し、階調変換処理、周波数調整処理等の各種画像処理を施す。画像処理は撮影部位に応じた種類のものを、撮影部位に応じた画像処理条件により施す。
The
画像解析部47は、胸部を動態撮影して得られた複数の時間位相における動態画像を解析し、各時間位相における推定換気量を算出する。具体的な算出方法については後述する。
The
サーバ50は、大容量メモリを備えてこのメモリに画像処理装置40によって画像処理されたX線画像を保存し、管理する。サーバ50に保存されたX線画像は診断用コンソール30からの要求に応じて配信され、診察に供される。
The
次に、動作について説明する。
本実施形態に係る動態画像処理システム1は、胸部の動態撮影を行い、得られた複数の時間位相における動態画像を用いて画像解析し、各時間位相における推定換気量を算出、表示する。
図4は、その際に主に機能する撮影装置10、診断用コンソール30、画像処理装置40における処理の流れを示すフローチャートである。
Next, the operation will be described.
The dynamic
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing in the
図4に示すように、まず撮影装置10において動態撮影を行い、複数の時間位相における動態画像を生成する(ステップS1)。動態撮影は少なくとも1つの呼吸位相について複数の時間位相の動態画像を生成するように行う。
撮影にあたっては、撮影技師が撮影用コンソール20の操作部23を介して、被写体Wに関する患者情報の入力、撮影部位の指定操作等を行う。患者情報には被写体Wつまり患者の氏名の他、年齢、性別、体重、身長等の患者の属性を示す情報が含まれる。
As shown in FIG. 4, first, dynamic imaging is performed by the
At the time of imaging, the imaging engineer inputs patient information regarding the subject W, specifies an imaging region, and the like via the
撮影用コンソール20では、制御部21が指定された撮影部位に応じた撮影条件を記憶部22から読み出し、撮影装置10のX線源11におけるX線照射条件、読取部13における画像読取条件として設定する。以下、撮影技師により「肺(換気)」の撮影部位が指定されたとして説明する。換気能を見るために肺を撮影する場合、呼吸サイクルは平均0.3回/秒程度であることから、これを考慮して複数の時間位相の動態画像を少なくとも1つの呼吸位相について撮影できるように、例えば下記の撮影条件が設定される。
フレームレート(パルスレート):2フレーム/秒(つまり1秒あたり3回の撮影)
画素サイズ:400μm
画像サイズ:40cm×30cm
管電圧:120kV
管電流:50mA
撮影タイミング:吸気から呼気への変換点のタイミング(撮影開始タイミング)からフレーム間隔時間毎
In the
Frame rate (pulse rate): 2 frames / second (that is, 3 shots per second)
Pixel size: 400μm
Image size: 40cm x 30cm
Tube voltage: 120 kV
Tube current: 50 mA
Shooting timing: Every frame interval from the timing of the conversion point from inspiration to expiration (shooting start timing)
なお、制御部21はサイクル検出部14により検出された呼吸サイクルの情報に基づいて、フレームレート等の条件を修正する。例えば、検出された呼吸サイクルに基づいて、1つの呼吸位相が所定のフレーム数(例えば、10フレーム)で撮影されるように制御部21がフレームレートを算出し、設定し直す。上記のフレームレートの条件例でいえば、サイクル検出部14により検出された呼吸サイクル数が0.25回/秒であった場合、フレームレートは2.5フレーム/秒に修正される。
The
撮影条件を設定後、制御部21はサイクル検出部14により検出される呼吸サイクルの情報に基づいて、撮影開始タイミングかどうか、つまり1つの呼吸位相が始まるタイミング(例えば、吸気→呼気の変換点)かどうかを判断する。撮影開始タイミングであれば、制御部21はX線源11及び読取部13を制御して動態撮影を開始させる。また、制御部21は動態撮影開始に合わせて撮影の開始から終了までに要した撮影時間を経時する。
After setting the imaging conditions, the
撮影装置10では、設定されたX線照射条件に従って所定のパルスレートでX線を照射する。同様に、読取部13は設定された画像読取条件に従って、所定フレームレートで検出器12からX線画像の読取処理を行う。このX線照射動作と画像読取動作は制御部21が同期させる。これにより、複数の時間位相における動態画像が生成され、撮影用コンソール20に出力される。
The
撮影用コンソール20では、制御部21の表示制御により動態撮影により得られた各時間位相の動態画像を表示部24に表示する。撮影技師が画質等を確認するためである。撮影技師により操作部23を介して承認操作がなされると、制御部21は各時間位相の動態画像に一連の撮影を識別するためのIDや、患者情報、撮影時間の情報を付帯して診断用コンソール30に送信する。診断用コンソール30でも同様に確認用の表示を行う(ステップS2)。そして、承認操作がなされると、各時間位相の動態画像を画像処理装置40に送信する。
In the
画像処理装置40では、各時間位相の動態画像に対し、画像処理部46により肺(換気)の撮影部位に応じた画像処理を施した後、画像解析部47により各動態画像について推定換気量を算出する処理を行う(ステップS3)。
In the
換気量とは1つの呼吸位相において、図5に示す最大呼気位(最大限に排気したときの位相)と最大吸気位(最大限に吸気したときの位相)間で変化した空気量をいい、特に呼気位相では最大呼気位から最大吸気位までの間に排気された呼気量、吸気位相では最大呼気位から最大吸気位までの間に吸気された吸気量をいう。
呼吸時には肺下部の伸縮運動により、呼吸位相が変化するにつれて肺容量は変化する。換気量は、伸縮部分の肺容量、つまり最大呼気位と最大吸気位間で伸縮する肺部分の体積に略等しいといえる。
Ventilation volume refers to the amount of air that changes between the maximum expiratory position (phase when fully exhausted) and the maximum inspiratory position (phase when fully inhaled) shown in FIG. In particular, in the expiration phase, the amount of exhalation exhausted from the maximum expiration position to the maximum inspiration position, and in the inspiration phase, the intake amount inhaled between the maximum expiration position and the maximum inspiration position.
During breathing, the lung volume changes as the respiratory phase changes due to the stretching motion of the lower lung. It can be said that the ventilation volume is substantially equal to the lung volume of the expansion / contraction part, that is, the volume of the lung part expanding and contracting between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position.
肺容量は主に肺下部が上下に伸縮することにより変化するので、伸縮した肺部分を、肺底を底面とする立方体であるとみなし、伸縮した肺部分の面積と肺の厚みを乗じることで肺部分の体積を求めることができる。つまり、図5に示すように正面方向から撮影した肺の肺底の長さをa、同じく正面方向から撮影した肺の肺底の位置を基準に伸縮した肺部分の長さをΔh、側面から撮影した肺の厚みをbとすると、最大呼気位と最大吸気位間で伸縮した肺部分の体積Vは下記式1により求めることができる。なお、長さa、Δh、厚みbは画素を計数して求める。
V=a×b×Δh・・・(1)
Lung volume changes mainly when the lower part of the lung expands and contracts up and down, so it is assumed that the stretched lung part is a cube with the bottom of the lung as the bottom, and multiplying the area of the stretched lung part and the lung thickness The volume of the lung portion can be determined. That is, as shown in FIG. 5, the length of the lung bottom of the lung imaged from the front direction is a, the length of the lung portion expanded and contracted with reference to the position of the lung bottom imaged from the front direction is Δh, and from the side surface When the photographed lung thickness is b, the volume V of the lung portion that expands and contracts between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position can be obtained by the
V = a × b × Δh (1)
なお、体積Vは次の方法により求めることもできる。
正面から撮影したX線画像を用いて信号値のヒストグラムを求める。ヒストグラムには肺野領域を示すピーク領域が現れるので、この肺野領域のピーク領域に相当する信号値を有する画素を計数する。これを最大呼気位と最大吸気位のそれぞれについて行い、両者の差分を求める。この差分は正面から撮影したX線画像において最大呼気位と最大吸気位間で伸縮した肺部分の面積にあたるので、当該差分に側面から撮影した肺の厚みbを乗算することにより、体積Vを求めることができる。
The volume V can also be obtained by the following method.
A histogram of signal values is obtained using an X-ray image taken from the front. Since a peak region indicating a lung field region appears in the histogram, pixels having a signal value corresponding to the peak region of the lung field region are counted. This is performed for each of the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position, and the difference between them is obtained. Since this difference corresponds to the area of the lung portion expanded and contracted between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position in the X-ray image captured from the front, the volume V is obtained by multiplying the difference by the lung thickness b captured from the side. be able to.
一方、X線画像の信号値は被写体WのX線の透過量によって定まり、X線の透過量は被写体Wの厚みによって変わる。被写体Wの厚みが大きいほどX線は透過しづらいからである。そのため、X線画像の信号値は被写体Wの肺底の厚みを表す1つの指標であり、信号値が変化していれば厚みが変化している、つまり肺部分の体積V(換気量)が変化していると考えることができる。本実施形態では、このような動態画像の信号値と換気量との関係を定量化し、定量化した値を用いて各動態画像の時間位相における推定換気量を求める。 On the other hand, the signal value of the X-ray image is determined by the X-ray transmission amount of the subject W, and the X-ray transmission amount changes depending on the thickness of the subject W. This is because the greater the thickness of the subject W, the more difficult it is to transmit X-rays. Therefore, the signal value of the X-ray image is one index representing the lung bottom thickness of the subject W. If the signal value changes, the thickness changes, that is, the volume V (ventilation volume) of the lung portion. You can think that it is changing. In the present embodiment, the relationship between the signal value of the dynamic image and the ventilation amount is quantified, and the estimated ventilation amount in the time phase of each dynamic image is obtained using the quantified value.
推定換気量を算出する処理については、図6を参照して説明する。
図6に示すように、画像解析部47は複数の時間位相における各動態画像について呼吸位相を判別する(ステップS11)。呼気時には肺下部が収縮し、吸気時には肺下部が伸張するので、画像解析部47は各時間位相に係る動態画像の肺野領域の面積(画素数)を算出し、この面積が最大となる時間位相から最小となる時間位相までの動態画像を呼気位相、面積が最小の時間位相から最大の時間位相までの動態画像を吸気位相のものと判別する。図7に、各時間位相T(T=t0〜t6)の動態画像について呼吸位相を判別した結果を示す。
The process for calculating the estimated ventilation volume will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the
なお、肺野領域の認識はどのような方法を適用してもよいが、例えば、基準画像の信号値のヒストグラムから判別分析によって閾値を求め、この閾値より高信号の領域を肺野領域として1次検出する。次いで、1次検出された領域の境界付近でエッジ検出を行い、境界付近の小領域でエッジが最大となる点を境界に沿って抽出すれば肺野領域の境界を検出することができる。 Note that any method may be applied to recognize the lung field region. For example, a threshold value is obtained by discriminant analysis from the histogram of the signal value of the reference image, and a region having a higher signal than the threshold value is defined as 1 Next detect. Next, edge detection is performed in the vicinity of the boundary of the first detected region, and a point in the edge in the small region near the boundary is extracted along the boundary, so that the boundary of the lung field region can be detected.
次に、画像解析部47は、肺野領域の面積が最大となる動態画像を最大吸気位の動態画像、最小となる動態画像を最大呼気位の動態画像と判別する。そして、それぞれの動態画像の信号分布の差から最大吸気位と最大呼気位間で変化する信号量(以下、総信号変化量という)を算出する(ステップS12)。
Next, the
信号量は動態画像のヒストグラムを作成することにより求めることができる。
図8Aは、最大呼気位の動態画像gaと、その信号値のヒストグラムhaを示す図である。図8Bは、最大吸気位の動態画像giと、その信号値のヒストグラムhiを示す図である。ヒストグラムha、hiには大きく分けて3つのピークが現れる。高信号域に現れるのは被写体Wを透過せずに直接X線が検出された直接X線領域であり、低信号側に現れるのはX線の透過率が低い心臓、骨等の体幹部領域である。それらの間に現れるのが肺を透過した肺野領域である。
The signal amount can be obtained by creating a histogram of the dynamic image.
FIG. 8A is a diagram showing a dynamic image ga at the maximum expiratory position and a histogram ha of the signal values. FIG. 8B is a diagram showing a dynamic image gi at the maximum inspiratory position and a histogram hi of the signal values. Three peaks appear roughly in the histograms ha and hi. Appearing in the high signal region is a direct X-ray region in which X-rays are directly detected without passing through the subject W, and appearing on the low signal side is a trunk region such as a heart or bone having low X-ray transmittance. It is. Appearing between them is a lung field region that penetrates the lungs.
各動態画像ga、giの肺野領域の信号量は、肺野領域の信号分布の面積に相当する。つまり、肺野領域の信号分布を構成する信号値にその頻度を乗算することにより求めることができる。最大吸気位の方が肺野領域の面積が大きくなるため、図8Aに示すヒストグラムhaにおける肺野領域と比べて図8Bに示すヒストグラムhiの方が肺野領域の信号分布の面積が大きく、その信号量が多いことが分かる。 The amount of signal in the lung field area of each dynamic image ga, gi corresponds to the area of the signal distribution in the lung field area. That is, it can be obtained by multiplying the signal value constituting the signal distribution of the lung field region by the frequency. Since the area of the lung field area is larger at the maximum inspiratory position, the area of the signal distribution of the lung field area is larger in the histogram hi shown in FIG. 8B than in the lung field area in the histogram ha shown in FIG. It turns out that there is much signal amount.
画像解析部47は、ヒストグラムha、hiにおいて肺野領域の信号分布を検出し、図9に示すようにそれぞれの肺野領域の信号分布の差を算出する。算出した差である信号分布について、分布する信号値にその頻度を乗算して得た信号量が、最大呼気位と最大吸気位間で変化した信号量、つまり総信号変化量である。
The
次いで、画像解析部47は総信号変化量に対応する絶対換気量の情報を取得する(ステップS13)。絶対換気量とは、換気量の実測値又は実測値と実質同一といえる値をいい、後述の演算により推定される推定換気量と区別されるものである。絶対換気量の情報は、スパイロメータを接続して又は技師の入力操作によって、スパイロメータにより測定した換気量(1回換気量や努力肺活量等)の実測値を取得することとしてもよい。或いは、図6に示すように正面と側面から被写体Wを動態撮影し、最大呼気位及び最大吸気位の動態画像から肺底を検出し、この肺底の位置の差からΔhを求めるとともに、肺底の長さaと厚みbを求めて体積Vを算出し、絶対換気量として取得することとしてもよい。体積Vは実測値ではないが、実測値と実質同一の値として用いることができる。
Next, the
次いで、画像解析部47は、絶対換気量分だけ換気(吸気又は呼気)が行われたことにより、総信号変化量分だけ信号変化が生じたものとして、総信号変化量と取得した換気量とを対応付ける。そして、総信号変化量と絶対換気量とから、信号値が1変化することにより変化すると推定される換気量、つまり単位信号変化量あたりの推定換気量を算出する(ステップS14)。
Next, the
単位信号変化量あたりの推定換気量は、絶対換気量を総信号変化量で除算することにより得られる。例えば、取得した絶対換気量が5000ccであり、総信号変化量が10000であった場合、単位信号変化量あたりの推定換気量は5000/10000=0.5である。つまり、信号値が1変化すると、換気量は0.5cc変化したと推定できる。 The estimated ventilation volume per unit signal variation is obtained by dividing the absolute ventilation volume by the total signal variation. For example, when the acquired absolute ventilation amount is 5000 cc and the total signal change amount is 10,000, the estimated ventilation amount per unit signal change amount is 5000/10000 = 0.5. That is, when the signal value changes by 1, it can be estimated that the ventilation amount has changed by 0.5 cc.
次いで、画像解析部47は最大呼気位の動態画像を基準として、吸気位相に属する動態画像の肺野領域の信号分布の差を算出する。同様に、最大吸気位の動態画像を基準として、呼気位相に属する動態画像の肺野領域の信号分布の差を算出する。そして、算出した差にあたる信号分布の面積(信号値×頻度)を求めることにより、吸気位相、呼気位相のそれぞれの時間位相において最大呼気位、最大吸気位からの肺野領域の信号値の変化量を求める(ステップS15)。
Next, the
各時間位相における信号値の変化量を求めると、画像解析部47は単位信号変化量あたりの推定換気量の値を用いて、最大吸気位又は最大呼気位から変化したと推定される推定換気量を算出する(ステップS16)。単位信号変化量あたりの推定換気量が0.5ccである例を説明すると、例えば図7に示すように時間位相T=t2の動態画像は呼気位相に属するが、当該動態画像の肺野領域の信号値が基準となる最大吸気位の動態画像(時間位相T=t0)に対して3000だけ変化していたとする。この場合、時間位相t2での推定換気量は、信号値の変化量に単位信号変化量あたりの推定換気量を乗じた値、3000×0.5=1500ccである。
When the change amount of the signal value in each time phase is obtained, the
なお、上述のように肺野領域全体の信号量の変化から肺全体における推定換気量を算出するだけでなく、肺野領域を複数の領域に分割し、この領域毎に推定換気量を算出することも可能である。
例えば、図10Aに示すように肺野領域を上下に3つに分け、上から領域A、B、Cとして領域A、B、C毎に信号値の信号分布を求めて上述した方法により領域A、B、C毎の推定換気量を算出する。肺は下部ほど呼吸時の伸縮の動きが大きく、上部は下部に比べて伸縮の程度が小さい。そのため、図11に示すように領域A、B、Cによって信号変化量は上部の領域Aが最も小さく、下部の領域Cは最も大きいものとなる。このように、領域A〜C毎に推定換気量を算出することにより、伸縮に伴う換気量の変化をとらえることが可能となる。
As described above, not only the estimated ventilation volume in the entire lung is calculated from the change in the signal amount of the entire lung field area, but also the lung field area is divided into a plurality of areas, and the estimated ventilation volume is calculated for each area. It is also possible.
For example, as shown in FIG. 10A, the lung field area is divided into three areas, and the signal distribution of the signal value is obtained for each of the areas A, B, and C as areas A, B, and C from above, and the area A is obtained by the method described above. , B, and C are calculated for the estimated ventilation volume. The lower the lungs, the greater the movement of expansion and contraction during breathing, and the lower the upper and lower the expansion and contraction. Therefore, as shown in FIG. 11, the signal change amount is the smallest in the upper region A and the lower region C is the largest in the regions A, B, and C. Thus, by calculating the estimated ventilation volume for each of the areas A to C, it is possible to capture changes in ventilation volume due to expansion and contraction.
上記推定換気量の算出にあたり、各動態画像について領域A〜Cを対応付ける必要があるが、これはローカルマッチングにより行うことができる。ローカルマッチングはある動態画像を基準とし、この基準画像を分割した各分割領域と他の動態画像とのマッチング度が高い領域を対応付ける方法である。マッチング度とは画像の一致性を示す度合いをいい、最小二乗法や相互相関によって求めることができる。 In calculating the estimated ventilation volume, the regions A to C need to be associated with each dynamic image, but this can be performed by local matching. Local matching is a method in which a certain dynamic image is used as a reference, and each divided region obtained by dividing the reference image is associated with a region having a high matching degree with another dynamic image. The degree of matching refers to the degree of image matching, and can be obtained by the least square method or cross-correlation.
また、図10Bに示すように、肺野領域を右上葉、左上葉等の肺の解剖学的構造毎に分割し、分割した領域毎に推定換気量を算出することとしてもよい。この場合は、解剖学的構造毎に換気量の変化をとらえることが可能となる。分割時には、解剖学的構造の位置及び名称が予め定められた参照画像を用いて、当該参照画像の肺野領域と各動態画像の肺野領域とが略一致するように非線形ワーピング処理等により画像変換することにより各解剖学的構造の領域を認識し、分割すればよい。 Further, as shown in FIG. 10B, the lung field region may be divided for each anatomical structure of the lung such as the upper right lobe and the upper left lobe, and the estimated ventilation volume may be calculated for each divided region. In this case, it is possible to capture a change in ventilation volume for each anatomical structure. At the time of division, a reference image in which the position and name of the anatomical structure are determined in advance is used to perform image processing such as nonlinear warping so that the lung field region of the reference image and the lung field region of each dynamic image substantially match. It is only necessary to recognize and divide each anatomical region by conversion.
次いで、画像解析部47は、単位信号変化量あたりの推定換気量の情報とともに、吸気位相、呼気位相の動態画像についてそれぞれ算出した推定換気量の情報を、当該動態画像に付帯する(ステップS17)。その後、推定換気量の情報が付帯された各時間位相の動態画像は通信部44を介してサーバ50に送信される。
Next, the
サーバ50では、付帯情報とともに各時間位相の動態画像をデータベース化してメモリに保存する。診断用コンソール30から要求があれば、サーバ50は要求に係る患者の動態画像群を送信する。
The
図4に示すように、診断用コンソール30では、制御部31の表示制御により、サーバ50から取得した各時間位相の動態画像を表示部34に表示する(ステップS4)。このとき、制御部31は時間位相に応じて各動態画像を連続的に切り替えて動画として表示させる。医師は肺の呼吸運動について動的な変化を把握することが可能である。
次いで、制御部31は表示した動態画像の付帯情報に基づいて、推定換気量の情報を表示部34に表示させる(ステップS5)。
As shown in FIG. 4, the
Next, the
図12に、動態画像の表示例と推定換気量の表示例を示す。
図12に示す表示画面d1では、動態画像の表示領域d11と推定換気量の表示領域d12とを表示させる。表示領域d11では、制御部31は各動態画像を時間位相に応じて連続的に切り替えて表示させる。一方、推定換気量の表示領域d12では、制御部31は各動態画像において算出された推定換気量を示すイメージ図を生成してこれを表示させる。
FIG. 12 shows a display example of a dynamic image and a display example of an estimated ventilation volume.
On the display screen d1 shown in FIG. 12, a dynamic image display area d11 and an estimated ventilation volume display area d12 are displayed. In the display area d11, the
推定換気量を示すイメージ図は、動態画像において推定換気量の算出に用いられた信号値をもつ画素に色を付したものである。つまり、呼気位相に属する動態画像であれば、最大吸気位の動態画像との差分にあたる信号分布を構成する信号値を持つ画素に色を付し、吸気位相に属する動態画像であれば、最大呼気位の動態画像との差分にあたる信号分布を構成する信号値を持つ画素に色を付している。色は換気量が呼気量か吸気量の何れであるかによって異なる色とし、ここでは呼気位相の動態画像において呼気量を示す場合は青色、吸気位相の動態画像において吸気量を示す場合は赤色を付す例を説明する。 The image diagram showing the estimated ventilation volume is obtained by coloring a pixel having a signal value used for calculation of the estimated ventilation volume in the dynamic image. In other words, if the dynamic image belongs to the expiratory phase, the pixels having signal values constituting the signal distribution corresponding to the difference from the dynamic image at the maximum inspiratory level are colored. A pixel having a signal value constituting a signal distribution corresponding to a difference from the dynamic image of the position is colored. The color differs depending on whether the ventilation volume is expiratory volume or inspiratory volume. Here, blue is used to indicate the expiratory volume in the dynamic image of the expiratory phase, and red is used to indicate the inspiratory volume in the dynamic image of the inspiratory phase. An example will be described.
図13A、図13Bに、推定換気量を示すイメージ図の例を示す。図13Aは推定換気量が呼気量の場合、図13Bは吸気量の場合を示している。
図13Aに示すように、呼気位相の場合は最大吸気位の動態画像(時間位相T=t0)の呼気量を0とし、この最大吸気位の動態画像を基準として各時間位相T=t1、t2、t3の動態画像において推定換気量の算出に係る画素に青色を付す。青色を付すことにより、最大吸気位の動態画像を基準として変化した呼気量を視覚的に示すことができる。
FIG. 13A and FIG. 13B show examples of image diagrams showing estimated ventilation. FIG. 13A shows a case where the estimated ventilation volume is an expiration volume, and FIG. 13B shows a case where the estimated ventilation volume is an inspiration volume.
As shown in FIG. 13A, in the case of the expiratory phase, the expiratory amount of the dynamic image at the maximum inspiratory position (time phase T = t 0 ) is set to 0, and each temporal phase T = t 1 with reference to the dynamic image at the maximum inspiratory position. , T 2, t 3 in the dynamic image, the pixels related to the calculation of the estimated ventilation are given blue color. By adding blue color, it is possible to visually indicate the amount of expired air that has changed based on the dynamic image of the maximum inspiratory position.
吸気位相の場合も同様である。図13Bに示すように、最大呼気位の動態画像(時間位相T=t3)の吸気量を0とし、この最大吸気位の動態画像を基準としてそれ以降の時間位相T=t4、t5、t6の動態画像において推定換気量が算出された画素に赤色を付す。これにより、最大呼気位の動態画像を基準として変化した吸気量を視覚的に示すことができる。 The same applies to the intake phase. As shown in FIG. 13B, the inspiratory amount of the dynamic image (time phase T = t 3 ) at the maximum expiratory position is set to 0, and the subsequent time phases T = t 4 and t 5 with reference to the dynamic image at the maximum inspiratory position. , T 6 , the pixel whose estimated ventilation volume is calculated is colored red. This makes it possible to visually indicate the amount of inspiration that has changed with the dynamic image of the maximum expiratory position as a reference.
制御部31は各動態画像において推定換気量に応じた色づけを行って生成したイメージ図を、時間位相に応じて連続的に切替ながら表示領域d12に表示させる。イメージ図における色の変化によって、時間の経過に伴う推定換気量の変化を視覚的に把握することが可能となる。
なお、切替表示は表示領域d11における元の動態画像の時間位相に一致させて行う。元の動態画像の表示と動態を連動させることにより、元の動態画像を観察しつつ、推定換気量の情報を参考にすることが可能となる。
The
Note that the switching display is performed in accordance with the time phase of the original dynamic image in the display area d11. By linking the display of the original dynamic image and the dynamic state, it becomes possible to refer to information on the estimated ventilation volume while observing the original dynamic image.
推定換気量の値が大きいほど色を付す画素が多くなることから、イメージ図における色の濃度は推定換気量の程度を示す指標となる。制御部31は、表示領域d12に隣接して、色の濃度がどのぐらいの換気量にあたるのかを指し示すインジケータd13を表示させる。インジケータd13において、換気量の下限には0を表示し、上限であるMaxとして絶対換気量の値(例えば、5000cc等)を表示する。
As the estimated ventilation volume is larger, more pixels are colored, so the color density in the image diagram is an index indicating the estimated ventilation volume. The
さらに、制御部31は各動態画像について算出された推定換気量を数値により表示させる。具体的には、図12に示すように表示領域d12の下部に推定換気量の数値の表示領域d14を設け、この表示領域d14において制御部31は現在表示領域d12に表示されているイメージ図の時間位相に対応する推定換気量の数値を表示させる。
Furthermore, the
なお、表示指示があれば、領域毎に算出した推定換気量の情報を表示することとしてもよい。この場合、推定換気量を示すイメージ図を領域毎に色を付したものとして表示してもよいし、図11に示したグラフにおいて信号値変化量を推定変化量に置き換えて、最大呼気位、最大吸気位における推定換気量を0として、各時間位相における推定換気量を吸気位相、呼気位相でそれぞれグラフ化して表示することとしてもよい。 If there is a display instruction, information on the estimated ventilation volume calculated for each region may be displayed. In this case, an image diagram showing the estimated ventilation volume may be displayed as colored for each region, or the signal value change amount is replaced with the estimated change amount in the graph shown in FIG. The estimated ventilation volume at the inspiratory position may be set to 0, and the estimated ventilation volume at each time phase may be displayed as a graph with the inspiration phase and the expiration phase.
以上のように、本実施形態によれば、撮影装置10により被写体Wの胸部を動態撮影して複数の時間位相における動態画像を、少なくとも1つの呼吸位相について生成する。一方、画像処理装置40の画像解析部47により絶対換気量の情報を取得し、最大呼気位と最大吸気位間の動態画像の総信号変化量と絶対換気量とから単位信号変化量あたりの推定変化量を算出する。さらに、画像解析部47は、単位信号変化量あたりの推定変化量の値を用いて、最大呼気位と最大吸気位の動態画像と他の時間位相の動態画像間の信号値の変化量から各時間位相における推定換気量を算出する。診断用コンソール30では、算出された推定換気量を制御部31により表示部34に表示するので、各時間位相の推定換気量の情報を医師に提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
表示時には推定換気量を示す数値を表示する他、推定換気量を示すイメージ図を制御部31が生成して表示するので、医師は各時間位相の推定換気量を具体的な数値により把握することができるとともに、イメージ図により視覚的に推定換気量の変化をとらえることが可能となる。
In addition to displaying a numerical value indicating the estimated ventilation volume at the time of display, since the
また、領域毎に推定換気量を算出、表示する場合には、医師は領域毎に変化する推定換気量を把握することができる。スパイロメータ等では領域毎の換気量の測定はできず、肺全体の換気量の情報のみにとどまることから、換気能の低下している領域を検出する場合等には診断上有効な情報を提供することができる。 Further, when calculating and displaying the estimated ventilation volume for each area, the doctor can grasp the estimated ventilation volume changing for each area. The spirometer cannot measure the ventilation volume for each area, but only the information on the ventilation volume of the entire lung. Therefore, it provides diagnostically effective information when detecting areas with poor ventilation capacity. can do.
なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、上記実施形態では、時間位相が隣接する動態画像間で信号分布の差を求めて、推定換気量を算出していたが、これに限らない。例えば、呼気位相では最大呼気位の動態画像を基準としてこの基準とした動態画像との信号分布の差から推定換気量を算出し、同様に吸気位相では最大吸気位の動態画像を基準としてこの基準とした動態画像との信号分布の差から推定換気量を算出すればよい。
In addition, the said embodiment is a suitable example of this invention, and is not limited to this.
For example, in the above-described embodiment, the estimated ventilation volume is calculated by obtaining the difference in the signal distribution between the dynamic images whose temporal phases are adjacent to each other. However, the present invention is not limited to this. For example, in the expiratory phase, the estimated ventilation volume is calculated from the difference in signal distribution from the dynamic image based on the dynamic image at the maximum expiratory position as a reference. The estimated ventilation volume may be calculated from the difference in signal distribution with the dynamic image.
また、診断用コンソール30において推定換気量を表示する構成を説明したが、撮影用コンソール20や他の装置(診断用に用いられるPC等)において表示することとしてもよい。また、画像解析を行う画像処理装置40を設けて画像処理装置40において推定換気量を算出する構成を説明したが、診断用コンソール30や他の装置において上記推定換気量を算出するプログラムをインストールし、算出を行うこととしてもよい。
Moreover, although the structure which displays the estimated ventilation volume in the
また、上記説明した処理に係るプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としては、ROM等のメモリの他、DVD等の可搬型のものも適用可能である。また、婦ログラムのデータをネットワークを介して提供する媒体として、キャリアウェーブ(搬送波)も適用可能である。 Further, as a computer-readable medium for storing the program related to the above-described processing, a portable type such as a DVD can be applied in addition to a memory such as a ROM. Also, a carrier wave can be used as a medium for providing female program data via a network.
1 動態画像処理システム
10 撮影装置
11 X線源
12 検出器
13 読取部
14 サイクル検出部
20 撮影用コンソール
21 制御部
23 操作部
30 診断用コンソール
31 制御部
34 表示部
40 画像処理装置
46 画像処理部
47 画像解析部
50 サーバ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記呼吸位相のうち最大呼気位と最大吸気位間における絶対換気量の情報を取得し、当該絶対換気量と、前記生成された動態画像のうち最大呼気位及び最大吸気位の動態画像間の信号値の変化量とから単位信号変化量あたりの推定換気量を算出し、この単位信号値あたりの推定換気量の値を用いて各時間位相における推定換気量を算出する画像解析手段と、
表示手段と、
前記各時間位相について算出された推定換気量を前記表示手段に表示させる制御手段と、
を備える動態画像処理システム。 Imaging means for dynamically imaging the chest of a subject and generating dynamic images at a plurality of time phases for at least one respiratory phase;
Information on the absolute ventilation volume between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position in the respiratory phase is obtained, and a signal between the absolute expiratory volume and the dynamic image of the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position among the generated dynamic images. An image analysis means for calculating an estimated ventilation volume per unit signal change amount from a change amount of the value, and calculating an estimated ventilation volume in each time phase using the estimated ventilation volume value per unit signal value;
Display means;
Control means for displaying the estimated ventilation volume calculated for each time phase on the display means;
A dynamic image processing system comprising:
前記制御手段は、前記動態画像において前記分割した領域毎に算出された推定換気量を表示させる請求項1〜3の何れか一項に記載の動態画像処理システム。 The image analysis means divides a lung field region included in the dynamic image into a plurality of regions, calculates the estimated ventilation for each of the divided regions,
The dynamic image processing system according to claim 1, wherein the control unit displays an estimated ventilation amount calculated for each of the divided regions in the dynamic image.
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