JP2009207727A - Vertebral body position determining device, method, and program - Google Patents

Vertebral body position determining device, method, and program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection performance in detecting positions of both ends of vertebral bodies in a medical image. <P>SOLUTION: A central line of a vertebra is obtained from a plurality of medical images showing cross-sectional surfaces in different positions of one vertebra. A corpus cavernosum region in a body axial direction of each vertebral body is estimated from each pixel value in a specific region located in the vicinity of the central line of the vertebra in each of the plurality of the medical images. The amount of characteristic of each pixel value in the specific region is calculated in the estimated corpus cavernosum region of each vertebral body, and a three-dimensional center of the corpus cavernosum region of each vertebral body is detected from the amount of characteristic. Positions of the vertebral body are determined by calculating positions of both ends of the vertebral body in the body axial direction from the three-dimensional center of the estimated corpus cavernosum region of each vertebral body. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は椎骨の検出処理に関し、特に医用画像における椎体の両端位置の自動検出に適した、椎体位置決定装置および方法並びにそのためのプログラムに関するものである。   The present invention relates to vertebra detection processing, and more particularly to a vertebral body position determining apparatus and method suitable for automatic detection of both end positions of a vertebral body in a medical image, and a program therefor.

従来、医療分野において、被写体を胸から足の付け根まで複数の切断位置でスキャンした複数の医用画像に基づいて、椎体の両端位置を自動的に算出することは、各椎体毎をセグメンテーションするのに欠かせない技術である。   Conventionally, in the medical field, automatically calculating the positions of both ends of a vertebral body based on a plurality of medical images obtained by scanning a subject from a chest to a base of a foot at a plurality of cutting positions segments each vertebral body. This is an indispensable technology.

そこで、複数の医用画像における椎体の両端位置を、計算機を用いて自動的に検出する処理が行われている。例えば、医用画像に対してモフォロージ演算を行うことにより、椎体終板と椎間を抽出し、椎体を分離する手法が特許文献1に提案されている。また、医用画像に対してモフォロージ演算を行うことにより、椎間部候補領域を検出し、検出された椎間部候補領域画素の投影値を用いて椎間領域を検出して、椎体を分離する手法が特許文献2に提案されている。
“マルチスライスCT画像を用いた骨粗しょう症診断支援アルゴリズムの構築”,電信情報通信学会技術研究報告MI106,pp.25-28,2007.1.20 “Using mathematical morphology for the anatomical labeling of vertebrae from 3D CT-scan images”, Computerized Medical Imaging and Graphics, Vol. 31, pp. 141-156, 2007
Therefore, processing for automatically detecting the positions of both ends of the vertebral body in a plurality of medical images using a computer is performed. For example, Patent Literature 1 proposes a technique of extracting vertebral body endplates and intervertebral spaces by performing morphological operations on medical images and separating vertebral bodies. In addition, the intervertebral area candidate area is detected by performing a follow-up operation on the medical image, and the intervertebral area is detected using the projection value of the detected intervertebral area candidate area pixel to separate the vertebral bodies. A technique to do this is proposed in Patent Document 2.
"Construction of osteoporosis diagnosis support algorithm using multi-slice CT image", IEICE Technical Report MI106, pp.25-28, 2007.1.20 “Using mathematical morphology for the anatomical labeling of vertebrae from 3D CT-scan images”, Computerized Medical Imaging and Graphics, Vol. 31, pp. 141-156, 2007

しかしながら、上記手法では、被写体が骨増殖症を患っている場合や、CT装置によって撮影するスライス間隔が大きい場合において、被写体の椎間部を検出することが困難となる。特に、被写体の胸椎の上部や頚椎において、椎間部はパーシャルボリューム効果によって、椎体終板と一体になり、典型的な「低CT領域」にならないので、椎体の両端位置を正確に検出することができないという問題があった。   However, with the above method, it is difficult to detect the intervertebral portion of the subject when the subject suffers from osteoproliferative disease or when the slice interval taken by the CT apparatus is large. Especially in the upper part of the subject's thoracic vertebra and the cervical vertebra, the intervertebral part is integrated with the vertebral body endplate by the partial volume effect, so it does not become a typical "low CT area", so both end positions of the vertebral body are accurately detected There was a problem that could not be done.

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、椎体は皮質領域(外側)と海綿体領域(内部)から構成されており、椎骨において海綿体領域は椎間部よりも占有率が高いため、椎間部より椎体の海綿体領域のほうがより安定的に検出できる。この点に着目し、椎体の両端位置の検出性能をより向上させることが可能な椎体位置決定装置および方法並びにそのためのプログラムを提供することを目的とするものである。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has a vertebral body composed of a cortical region (outside) and a corpus cavernosum region (inside). The cavernous area of the vertebral body can be detected more stably than the interspace. By paying attention to this point, it is an object of the present invention to provide a vertebral body position determining apparatus and method capable of further improving the detection performance of both end positions of the vertebral body, and a program therefor.

本発明の椎体位置決定装置は、一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から椎骨の中心線を求める椎骨中心線算出手段と、複数の医用画像のそれぞれにおける椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定する海綿体領域推定手段と、推定された各椎体の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出する中心検出手段と、検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定する椎体位置決定手段とを備えたことを特徴とする。   The vertebral body position determining device according to the present invention includes a vertebra centerline calculating means for obtaining a vertebra centerline from a plurality of medical images showing cross sections at different positions of one vertebra, and a vertebra center in each of the plurality of medical images. Based on each pixel value of the specific area existing near the line, the corpus cavernosum area estimation means for estimating the corpus cavernosum area at least in the body axis direction of each vertebral body, and in the estimated corpus cavernosum area of each vertebral body Calculate the feature value of each pixel value of the region, and based on the feature value, center detection means for detecting the three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body, and the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body Based on this, the vertebral body position determining means for determining the vertebral body position by calculating the positions of both ends of each vertebral body in the body axis direction is provided.

「一本の椎骨の異なる位置の横断面」とは、一本の椎骨の異なる位置における、体軸方向に略直交する断面をいう。   The “cross section at different positions of one vertebra” refers to a cross section that is substantially orthogonal to the body axis direction at different positions of one vertebra.

「医用画像」は、画像診断用に供されるアキシャル画像等であり、例えば、放射線画像、CT画像、MRI画像、RI画像、PET画像等が挙げられる。   The “medical image” is an axial image or the like used for image diagnosis, and examples include a radiographic image, CT image, MRI image, RI image, and PET image.

また、「中心線付近に存在する特定領域」とは、中心線周辺に存在する中心線を通る領域を含む領域をいう。   In addition, the “specific region existing near the center line” refers to a region including a region passing through the center line existing around the center line.

「中心検出手段」は、例えば、海綿体領域であることが既知である領域を含む複数のサンプル画像における各画素の特徴量を予め機械学習することにより求め、特定領域の各画素の特徴量と機械学習により求められた特徴量とに基づいて特定領域の中に海綿体領域が含まれる程度を示すスコアを算出し、スコアに基づいて前記海綿体領域の三次元中心を検出するものであってもよい。更に解剖学上の各椎体の体軸方向幅に関する範囲データを有し、範囲データと、上記スコアとに基づいて、海綿体領域の三次元中心を検出するものであってもよい。   For example, the “center detection unit” obtains the feature amount of each pixel in a plurality of sample images including a region known to be a corpus cavernosum region by machine learning in advance, and calculates the feature amount of each pixel in a specific region. A score indicating the extent to which the corpus cavernosum area is included in the specific area is calculated based on the feature amount obtained by machine learning, and the three-dimensional center of the corpus cavernosum area is detected based on the score. Also good. Furthermore, it may have range data regarding the body axis direction width of each vertebral body in anatomy, and detect the three-dimensional center of the corpus cavernosum region based on the range data and the score.

「特定領域の各画素の特徴量」は、例えば、被写体の体軸方向へ投影したエッジ強度の値を含むものであってもよい。   The “feature amount of each pixel in the specific region” may include, for example, a value of edge intensity projected in the body axis direction of the subject.

本発明の椎体位置決定方法は、一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から椎骨の中心線を求め、複数の医用画像それぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定し、推定された各椎体毎の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体毎の海綿体領域の三次元中心を検出し、検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定することを特徴とする。   The vertebral body position determination method of the present invention obtains a vertebra centerline from a plurality of medical images showing cross sections of different positions of one vertebra, and specifies a vertebral body centered in each of the plurality of medical images. Based on each pixel value of the region, the cavernous region in at least the body axis direction of each vertebral body is estimated, and the feature value of each pixel value of the specific region is calculated within the estimated cavernous region for each estimated vertebral body. , Detecting the three-dimensional center of the corpus cavernosum area for each vertebral body based on the feature quantity, and based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area for each vertebral body, the positions of both ends in the body axis direction of each vertebral body The vertebral body position is determined by calculating.

本発明の椎体位置を決定するプログラムは、コンピュータに、一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から前記椎骨の中心線を求める機能と、複数の医用画像毎における椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定する機能と、推定された各椎体の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出する機能と、検出された各椎体毎の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定する機能を実行させることを特徴とする。   The computer program for determining the position of the vertebral body according to the present invention has a function for obtaining a center line of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections at different positions of one vertebra, and a vertebral body position for each of the plurality of medical images. Based on each pixel value of the specific area existing near the center line, the function of estimating the corpus cavernosum area at least in the body axis direction of each vertebral body, and within the estimated corpus cavernosum area of each vertebral body, Calculate the feature value of the pixel value, and based on the feature value, detect the three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body, and based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area for each vertebral body, The function of determining the vertebral body position is executed by calculating the positions of both ends of the vertebral body in the body axis direction.

本発明の椎体位置決定装置および方法並びにプログラムによれば、椎骨の中心線を求め、複数の医用画像それぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定し、推定された各椎体毎の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出し、検出された各椎体毎の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することで、椎体の両端の位置を安定的に検出することができる。   According to the vertebral body position determining apparatus, method, and program of the present invention, a vertebral centerline is obtained, and each vertebral body is determined based on each pixel value of a specific region existing in the vicinity of the vertebral centerline in each of a plurality of medical images. The at least cavernous area in the body axis direction is estimated, and within the estimated cavernous area of each vertebral body, the feature value of each pixel value of the specific area is calculated, and the cavernous body of each vertebral body is calculated based on the feature value By detecting the three-dimensional center of the region and calculating the positions of both ends in the body axis direction of each vertebral body based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum region for each vertebral body, The position can be detected stably.

以下、図面を参照して本発明の椎体位置決定装置10の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a vertebral body position determining apparatus 10 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の椎体位置決定装置10の好ましい実施の形態を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a vertebral body positioning device 10 of the present invention.

なお、図1のような椎体位置決定装置10の構成は、補助記憶装置(不図示)に読み込まれた椎体位置決定プログラムをコンピュータ(たとえばパーソナルコンピュータ等)上で実行することにより実現される。また、この椎体位置決定のプログラムは、CD−ROM等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。   The configuration of the vertebral body position determination device 10 as shown in FIG. 1 is realized by executing a vertebral body position determination program read into an auxiliary storage device (not shown) on a computer (for example, a personal computer). . The vertebral body position determination program is stored in an information storage medium such as a CD-ROM or distributed via a network such as the Internet and installed in a computer.

椎体位置決定装置10は、たとえばCT画像により取得された医用画像に映し出された椎体の両端の位置を自動的に算出するものであって、画像取得手段1、椎骨中心線算出手段5、海綿体領域推定手段6、中心検出手段7、椎体位置決定手段8および表示手段9等を有している。   The vertebral body position determining device 10 automatically calculates the positions of both ends of a vertebral body displayed in a medical image acquired by, for example, a CT image, and includes an image acquisition unit 1, a vertebra centerline calculation unit 5, It has a corpus cavernosum region estimation means 6, a center detection means 7, a vertebral body position determination means 8, a display means 9 and the like.

画像取得手段1は、たとえば図4に示すようなCT画像により取得された医用画像を取得するものである。なお、画像取得手段1は、たとえばCT画像のみならず、いわゆるMRI画像、RI画像、PET画像、X線画像等の医用画像を取得するものであってもよい。   The image acquisition means 1 acquires a medical image acquired by a CT image as shown in FIG. 4, for example. Note that the image acquisition unit 1 may acquire not only a CT image but also a medical image such as a so-called MRI image, RI image, PET image, X-ray image, and the like.

椎骨中心線算出手段5は、一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から前記椎骨の中心線を求めるものである。   The vertebra centerline calculation means 5 calculates the centerline of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections at different positions of one vertebra.

椎骨中心線算出手段5は、複数の医用画像中の各画素の注目画素を基準として周辺領域を設定し、機械学習手法により生成された判別器を用いて、周辺領域を脊髄領域であるか否かを判別する脊髄領域検出手段2と、脊髄領域検出手段2により検出された複数の脊髄領域内の中心点により構成される脊髄中心線を椎骨の縦断面を示す縦断面画像中に生成し、脊髄領域検出手段2の判別器が、周辺領域を脊髄領域であると判別する程度を表す判別値を算出した際、判別値が所定値以上である周辺領域の基準となる注目画素を前記脊髄領域の中心点とする脊髄中心線生成手段3と、脊髄中心線生成手段3により生成された脊髄中心線と椎骨との位置関係に基づいて椎骨の中心線を求めるもの椎骨中心線決定手段5を備えるものである。   The vertebra centerline calculation means 5 sets a peripheral region on the basis of the target pixel of each pixel in a plurality of medical images, and uses the discriminator generated by the machine learning method to determine whether the peripheral region is a spinal cord region. A spinal cord region detecting means 2 for determining whether or not a spinal cord center line constituted by a central point in a plurality of spinal cord regions detected by the spinal cord region detecting means 2 is generated in a longitudinal sectional image showing a longitudinal section of a vertebra, When the discriminator of the spinal cord region detection means 2 calculates a discriminant value indicating the degree of discriminating that the peripheral region is a spinal cord region, the target pixel serving as a reference for the peripheral region whose discriminant value is a predetermined value or more is determined as the spinal cord region A spinal centerline generating means 3 serving as a center point of the spine; and a vertebra centerline determining means 5 for determining a centerline of the vertebra based on a positional relationship between the spinal cord centerline generated by the spinal cord centerline generating means 3 and the vertebrae. Is.

椎骨中心線決定手段5は、医用画像毎に、脊髄領域検出手段2により検出された脊髄領域内の中心点と脊椎領域を通り、かつ心臓部を通らない直線上の医用画像中の各画素の輝度値を抽出し、抽出された輝度値を持つ各直線により、たとえば図8に示すような縦断面画像を生成する縦断面画像生成手段(不図示)と、縦断面画像生成手段により生成された縦断面画像から所定の輝度値以上である二本の骨梁線を検出し、検出された二本の骨梁線に挟まれる脊椎領域を含む領域を椎骨として検出する椎骨領域検出手段(不図示)を備えるものである。   For each medical image, the vertebra centerline determination means 5 passes through the center point in the spinal cord region detected by the spinal cord region detection means 2 and the spinal region and passes through each pixel in the medical image on a straight line that does not pass through the heart. Luminance values are extracted, and each straight line having the extracted luminance values is generated by, for example, a longitudinal section image generating means (not shown) for generating a longitudinal section image as shown in FIG. 8 and a longitudinal section image generating means. Vertebral region detecting means (not shown) that detects two trabecular lines having a predetermined luminance value or more from a longitudinal cross-sectional image and detects an area including a spinal region sandwiched between the detected two trabecular lines as a vertebra. ).

表示手段9は、医用画像を表示するモニタ、CRT画面等である。   The display means 9 is a monitor that displays medical images, a CRT screen, or the like.

次に、以上の構成の椎体位置決定装置10において行われる実施態様における処理について説明する。   Next, the process in the embodiment performed in the vertebral body position determining apparatus 10 having the above configuration will be described.

図2は椎体位置決定装置の一連の処理フローチャートである。まず図2に示す如く、画像取得手段1により取得された一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から脊髄中心線算出手段5が、椎骨の中心線を検出する(#1)。   FIG. 2 is a series of process flowcharts of the vertebral body position determining apparatus. First, as shown in FIG. 2, the spinal cord centerline calculating means 5 detects the centerline of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections at different positions of one vertebra acquired by the image acquiring means 1 (# 1 ).

図3は、椎骨の中心線の検出の具体的な一連の処理フローチャートである。まず図3に示す如く、脊髄領域検出手段2が、脊髄領域を検出する(#10)。たとえば図4は、被写体を胸から足の付け根まで複数の切断位置で切断したときの各輪切の画像からなる医用画像(アキシャル画像)に置ける典型的な脊髄のCT画像を示す。脊髄領域は明らかなパターンをもっているため、画像検出技術を用いて、医用画像から脊髄領域を安定的に検出することが可能となる。   FIG. 3 is a flowchart of a specific series of processing for detecting the center line of the vertebra. First, as shown in FIG. 3, the spinal cord region detecting means 2 detects the spinal cord region (# 10). For example, FIG. 4 shows a typical CT image of the spinal cord that can be placed on a medical image (axial image) composed of images of each ring when the subject is cut from the chest to the base of the foot at a plurality of cutting positions. Since the spinal cord region has a clear pattern, it is possible to stably detect the spinal cord region from a medical image using image detection technology.

脊髄領域の検出方法として、統合学習機械をつくる手法であるAdaboostに基づいたマシンラーニング手法を利用するものであることが考えられる。   As a spinal cord region detection method, a machine learning method based on Adaboost, which is a method for creating an integrated learning machine, may be used.

脊髄領域を検出する手法を本発明の椎体位置決定装置における脊髄領域の検出に用いることができる。脊髄領域の追跡は、特徴点検出等の公知の手法や学習データに対してリサンプリングの際に重みを逐次的に更新し、できた機械を最後に学習機械に対する重みをつけることで、統合学習機械をつくる手法であるAdaboostに基づいたマシンラーニング手法を用いる。学習サンプル画像において、たとえば図5のように脊髄の領域の上下P1とP2の二点を指定し、その二点間の中心を中心とし、指定した二点間の距離の二倍の長さの四方形領域を関心領域とする。様々の患者のCT画像の様々の位置(胸椎や腰椎)から切り取った四方形の領域のサイズを正規化し同じサイズに揃える。それらの関心領域を正の学習サンプルとする。   A technique for detecting the spinal cord region can be used for detection of the spinal cord region in the vertebral body position determining apparatus of the present invention. The spinal cord region is tracked by using known methods such as feature point detection and learning data, and updating the weights sequentially when resampling. A machine learning technique based on Adaboost, which is a technique for creating machines, is used. In the learning sample image, for example, as shown in FIG. 5, the upper and lower points P1 and P2 of the spinal cord region are designated, the center between the two points is the center, and the length is twice the distance between the designated two points. A square area is set as a region of interest. The sizes of the quadrangular regions cut from various positions (thoracic vertebrae and lumbar vertebrae) of CT images of various patients are normalized and aligned with the same size. Let these regions of interest be positive learning samples.

次に、脊髄領域検出手段2が、指定した領域から離れた領域からランダムに様々なサイズの四方形領域を切り出してサイズを揃え、負の学習サンプルとする。   Next, the spinal cord region detection means 2 randomly cuts out square regions of various sizes from a region away from the designated region, aligns the sizes thereof, and uses them as negative learning samples.

次に、脊髄領域検出手段2が、正と負の学習サンプル画像に対して、例えば図6に示すように、ランダムに選択されたn組の画素ペアの値の組み合わせを特徴量とし、Adaboostに基づいたマシンラーニング手法により、正と負のパターンを見分ける判別器を作成する。   Next, the spinal cord region detection means 2 uses a combination of values of n pixel pairs selected at random as features for positive and negative learning sample images, for example, as shown in FIG. A discriminator that distinguishes positive and negative patterns is created by a machine learning technique based on this.

脊髄領域を検出する際、医用画像を走査し、注目画素を中心とした様々なサイズの四方形領域を切り出し、図6に示すように特徴量を算出する。 When detecting the spinal cord region, the medical image is scanned, and square regions of various sizes with the pixel of interest at the center are cut out, and feature amounts are calculated as shown in FIG.

それを学習段階で得られた判別器に入力し、判別値を求め、そのうちの最大値を注目画素のスコアとする。医用画像から、判別値が最大になる位置(画素)を検出し、脊髄領域の中心とする。   This is input to the discriminator obtained in the learning stage, the discriminant value is obtained, and the maximum value among them is used as the score of the pixel of interest. A position (pixel) at which the discriminant value is maximized is detected from the medical image and set as the center of the spinal cord region.

また、脊髄領域を検出する手法として、既知のテンプレートマッチング手法(例えば、参考文献1;特開2002−109548号公報)やリングモデルを用いた画定手法(例えば、参考文献2;特開2007−111533号公報)を本発明の画像処理装置における脊髄領域の検出に用いることができる。   In addition, as a technique for detecting the spinal cord region, a known template matching technique (for example, Reference 1; JP 2002-109548 A) or a demarcation technique using a ring model (for example, Reference 2; JP 2007-111533). Can be used for detecting the spinal cord region in the image processing apparatus of the present invention.

次に、脊髄中心線生成手段3が、脊髄領域の中心点から脊髄中心線を生成する(#11)。中心点は、脊髄領域内の略真中に存在する所定の画素を設定する。必ずしも脊髄領域内の厳密な中心である必要はない。また、脊髄領域の周囲または所定の両端から略等距離にあるような点や、重心点を設定してもよい。   Next, the spinal cord center line generating means 3 generates a spinal cord center line from the central point of the spinal cord region (# 11). As the center point, a predetermined pixel existing in the approximate middle in the spinal cord region is set. It does not necessarily have to be the exact center in the spinal cord area. In addition, a point that is substantially equidistant from the periphery of the spinal cord region or a predetermined both ends, or a barycentric point may be set.

具体的には、ここで、前ステップで得られた複数の医用画像の脊髄領域の中心から滑らかな三次元である脊髄中心線を求める。脊髄中心線の算出手法としては、得られた脊髄領域の中心点に折れ線や曲線(多項式曲線、B−Spline曲線など)をフィッティングする手法(例えば、参考文献3;特開平6−189934号公報)がある。また、ランダムに幾つかのサンプルを抽出し最小二乗法をあてはめるRANSAC手法(例えば、参考文献4;M.A.Fischler and R.C.Bolles(June 1981).“Random Sample Consensus:A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography”.Comm.of the ACM 24:381-395)を用いても良い。   Specifically, a smooth three-dimensional spinal cord center line is obtained from the centers of the spinal cord regions of the plurality of medical images obtained in the previous step. As a method for calculating the spinal cord center line, a method of fitting a polyline or curve (polynomial curve, B-Spline curve, etc.) to the center point of the obtained spinal cord region (for example, Reference 3; JP-A-6-189934) There is. Also, RANSAC methods that randomly extract several samples and apply the least squares method (eg Reference 4; MAFischler and RCBolles (June 1981). “Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis. and Automated Cartography ”.Comm. of the ACM 24: 381-395).

そして、脊髄中心線生成手段3が、検出された脊髄領域から中心点を設定する際に、得られた判別値(脊髄領域であると判別する程度を表す値であり、言い換えれば、脊髄領域のパターンらしさに相当する値である)を利用してもよい。その際、判別値がある閾値を越えた脊髄領域の中心点のみを選択し、上記脊髄中心線の算出手法により、脊髄領域の滑らかな三次元曲線を生成する。   Then, when the spinal cord centerline generating means 3 sets the center point from the detected spinal cord region, it is the discriminant value obtained (the value representing the degree to discriminate that it is a spinal cord region, in other words, the spinal cord region (It is a value corresponding to the pattern likeness). At that time, only the center point of the spinal cord region where the discriminant value exceeds a certain threshold is selected, and a smooth three-dimensional curve of the spinal cord region is generated by the calculation method of the spinal cord center line.

なお、上述した脊髄中心線の算出手法を用いるに際し、判別値を、それぞれの脊髄領域の中心点の重み係数として使用してもよい。   When using the spinal cord centerline calculation method described above, the discriminant value may be used as a weighting factor for the central point of each spinal cord region.

次に、縦面画像生成手段が、断面画像を生成する(#12)。具体的には、上述した脊髄中心線の算出手法により算出された脊髄中心線をもとに、脊椎の中心線を算出するために、まず、各医用画像で得られた脊髄領域の中心を用いて、図7のように中心点を基準として、Y軸から逆時計周りにα度傾いた直線上の医用画像中の各画素の輝度値を抽出し、抽出された輝度値を持つ各直線により縦断面画像を生成する。上記直線は、縦断面画像を生成する。また、心臓部は血管等が多く存在し、安定的なパターンではないため、上記直線は、中心点と脊椎領域を通り、かつ心臓部を通らないように設定してもよい。   Next, the vertical plane image generation means generates a cross-sectional image (# 12). Specifically, in order to calculate the spine centerline based on the spinal cord centerline calculated by the spinal cord centerline calculation method described above, first, the center of the spinal cord region obtained in each medical image is used. As shown in FIG. 7, the luminance value of each pixel in the medical image on the straight line inclined α degrees counterclockwise from the Y axis with respect to the center point as a reference is extracted, and each straight line having the extracted luminance value is extracted. A longitudinal section image is generated. The straight line generates a longitudinal section image. Further, since the heart part has many blood vessels and is not a stable pattern, the straight line may be set so as to pass through the center point and the spine region and not through the heart part.

椎骨検出手段は、縦断面画像における椎骨の境界線を検出する(#13)。具体的には、縦断面画像中に、脊髄中心線が一本の曲線となり、脊椎領域は脊髄中心線の左側に、二本のCT値(画素値)の高い骨梁線とそれに囲まれたCT値(画素値)の低い海綿骨領域が現れる。   The vertebra detection means detects the boundary line of the vertebra in the longitudinal section image (# 13). Specifically, in the longitudinal cross-sectional image, the spinal cord center line becomes a single curve, and the spinal region is surrounded by two trabecular lines with high CT values (pixel values) on the left side of the spinal cord center line. A cancellous bone region having a low CT value (pixel value) appears.

椎骨検出手段は、椎骨の中心線と幅を算出する(#14)。具体的には、図7の曲線L3である脊髄中心線を用いて椎骨の中心線を算出する。まず、図7の縦断面画像に対し、X方向の差分を求める。脊椎領域の腹側のエッジ部で大きな正の差分値が得られ、その背側のエッジ部で大きな負な差分値が得られる。   The vertebra detection means calculates the center line and width of the vertebra (# 14). Specifically, the centerline of the vertebra is calculated using the spinal cord centerline that is the curve L3 in FIG. First, a difference in the X direction is obtained for the longitudinal cross-sectional image of FIG. A large positive difference value is obtained at the ventral edge portion of the spine region, and a large negative difference value is obtained at the dorsal edge portion.

椎骨検出手段は、脊髄中心線L3を線形変換し、脊椎領域の背側のエッジ線L2にフィッティングさせるために、式(1)を用いて、係線形変換数a及びbを算出し、脊椎領域の背側のエッジ線L5を算出する。
The vertebra detection means linearly transforms the spinal cord center line L3 to calculate the linear transformation numbers a and b using the equation (1) in order to fit the spine region to the dorsal edge line L2. The back edge line L5 is calculated.

腹側のエッジ曲線L1についても、同様な手法でエッジ曲線L4を求められる。   For the ventral edge curve L1, the edge curve L4 can be obtained by the same method.

上記フィティングさせる手法は上記式に限るものではなく、縦断面画像の輝度値の勾配から直接曲線L4、L5を算出してもよい。   The fitting method is not limited to the above formula, and the curves L4 and L5 may be calculated directly from the gradient of the luminance value of the longitudinal section image.

図8のように算出された曲線L4と曲線L5は、脊椎領域を含む椎骨の左右の境界線となる。そして算出された左右の境界線から、椎骨の中心線と幅を算出することが可能となる。   Curves L4 and L5 calculated as shown in FIG. 8 are the left and right boundary lines of the vertebra including the spine region. The center line and width of the vertebra can be calculated from the calculated left and right boundary lines.

このように、本発明の一実施形態によると、医用画像中の脊髄中心線との位置関係に基づいて、椎骨の中心を正確に算出することができる(#1)。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the center of the vertebra can be accurately calculated based on the positional relationship with the spinal cord center line in the medical image (# 1).

なお、上記実施形態においては、椎骨中心線決定手段4は、脊髄中心線生成手段3により生成された脊髄中心線と椎骨との位置関係に基づいて椎骨の中心線を求めるものであったが、ここで、医用画像を積層したものから構成されるボクセル画像を用いて、椎骨中心線を算出する処理について説明する。   In the above embodiment, the vertebra centerline determination means 4 determines the vertebra centerline based on the positional relationship between the spinal cord centerline and the vertebrae generated by the spinal cord centerline generation means 3. Here, a process for calculating a vertebra centerline using a voxel image formed by stacking medical images will be described.

縦断面画像生成手段は、脊髄領域検出手段2により検出された脊髄領域内の中心点とボクセル画像中の中心線を以下の式(2)のように定義した場合、図7のP3とP4を結ぶ断面により、上記ボクセル画像を切断した新たな縦断面画像を式(3)のように、表すことができる。
When the longitudinal section image generating means defines the center point in the spinal cord region detected by the spinal cord region detecting means 2 and the center line in the voxel image as shown in the following equation (2), P3 and P4 in FIG. A new vertical cross-sectional image obtained by cutting the voxel image can be expressed by the cross-section to be connected as shown in Expression (3).

式(3)で用いられるθは図7のP3とP4を結ぶ断面の傾き角度であり、λは上記断面上の位置を示す。位置の範囲(λの範囲)は、医用画像の枠の範囲により決定される。   Θ used in Equation (3) is the inclination angle of the cross section connecting P3 and P4 in FIG. 7, and λ indicates the position on the cross section. The position range (range of λ) is determined by the frame range of the medical image.

椎骨領域検出手段は、縦断面画像生成手段により生成された新たな縦断面画像から所定の輝度値以上である二本の骨梁線を検出し、検出された二本の骨梁線に挟まれる脊椎領域を含む領域を椎骨として検出するものである。   The vertebra region detecting means detects two trabecular lines having a predetermined luminance value or more from the new longitudinal section image generated by the longitudinal section image generating means, and is sandwiched between the detected two trabecular lines. An area including a spine area is detected as a vertebra.

椎骨領域検出手段は、二本の骨梁線を求めるため、式(4)により新たな縦断面画像のエッジを求めることができる。
Since the vertebra region detecting means obtains two trabecular lines, the edge of a new longitudinal section image can be obtained by the equation (4).

Δは小さい値であり、通常、一画素であるが、必ずしもこれに限るものではない。   Δ is a small value and is usually one pixel, but is not necessarily limited thereto.

また、椎骨領域検出手段は、式(4)で得られたエッジから、式(6)を用いて、背側の椎骨の壁にフィッティングすることを可能とし、式(7)を用いて、最小化から得られた最適パラメータを式(5)のように
Further, the vertebra region detection means can fit the dorsal vertebra wall using the equation (6) from the edge obtained by the equation (4), and the equation (7) The optimal parameters obtained from the conversion are expressed as in equation (5)

すると、椎骨の背側のエッジ線である曲線L5を求めることができる。
Then, a curve L5 that is an edge line on the dorsal side of the vertebra can be obtained.

また、椎骨領域検出手段7は、同様な手法で腹側のエッジ曲線L4を求められる。   In addition, the vertebra region detecting means 7 can obtain the ventral edge curve L4 by the same method.

図8のように算出された曲線L4と曲線L5は、脊椎領域を含む椎骨の左右の境界線となる。そして算出された左右の境界線から、椎骨の中心線と幅を算出することが可能となる。   Curves L4 and L5 calculated as shown in FIG. 8 are the left and right boundary lines of the vertebra including the spine region. The center line and width of the vertebra can be calculated from the calculated left and right boundary lines.

このように、本発明の一実施形態からボクセル画像を用いて、医用画像中の脊髄中心線との位置関係に基づいて、椎骨の中心を正確に算出することができる(#1)。   Thus, the center of the vertebra can be accurately calculated based on the positional relationship with the spinal cord center line in the medical image using the voxel image from one embodiment of the present invention (# 1).

次に、海綿体領域推定手段6は、複数の医用画像それぞれにおける椎骨中心線算出手段5により求められた椎骨中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の海綿体領域を推定する(#2)。   Next, the corpus cavernosum area estimation means 6 is based on each pixel value of the specific area existing in the vicinity of the vertebra centerline calculated by the vertebra centerline calculation means 5 in each of the plurality of medical images. Is estimated (# 2).

海綿体領域推定手段6は、椎骨中心線算出手段5により求められた椎骨中心線周辺に存在する中心線を通る領域を含む領域の各画素を用いる。撮影された医用画像には、椎骨の病変や変形が表れている可能性があり、全体の医用画像を用いるよりも、特定領域だけを使うことでより安定的な特徴量が得られる。また、上述した特許文献1および特許文献2は最初に椎間部を抽出してセグメンテーションをおこなっているが、本発明は、比較的安定した画像パターンを示す海綿体領域を先に抽出し、それを用いて椎間部を求めるものである。   The corpus cavernosum area estimation means 6 uses each pixel of the area including the area passing through the center line existing around the vertebra center line calculated by the vertebra center line calculation means 5. The photographed medical image may show vertebral lesions and deformations, and a more stable feature amount can be obtained by using only a specific region rather than using the entire medical image. In addition, in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, segmentation is performed by first extracting the intervertebral portion. However, the present invention first extracts a corpus cavernosum region showing a relatively stable image pattern, Is used to obtain the intervertebral part.

図9は、椎骨および椎体等を概念的に示したものである。図9に示される円筒S1は椎体を表し、円筒S1のサーフェースは椎体の側方の皮質部分に相当する。円柱の天板と底板はそれぞれ椎体の上下の終板に相当する。突起S2は骨増殖部分を表している。赤い円筒部分T1は、特定領域を積層したものを表している。   FIG. 9 conceptually shows vertebrae, vertebral bodies, and the like. The cylinder S1 shown in FIG. 9 represents a vertebral body, and the surface of the cylinder S1 corresponds to a cortical portion on the side of the vertebral body. The top and bottom plates of the cylinder correspond to the upper and lower end plates of the vertebral body, respectively. The protrusion S2 represents a bone growth portion. A red cylindrical portion T1 represents a stack of specific regions.

海綿体領域推定手段6は、その赤い円筒の部分T1のCT値(画素値)を特定領域毎に(縦方向)和を特徴量として求めると、図9に示すようなグラフになる。   When the cavernous body region estimation means 6 obtains the CT value (pixel value) of the red cylindrical portion T1 for each specific region as a feature amount (vertical direction), a graph as shown in FIG. 9 is obtained.

図9に示すグラフのように、パーシャルボリューム効果で椎間部が消失しているが、海綿体領域に対応するCT値(画素値)の低いな領域(例えば、K1〜3)が現れる。また、椎骨領域全体を使う場合、突起S2の骨増殖部分の影響で、椎間部の谷が顕著ではなくなる可能性がある。   As shown in the graph of FIG. 9, the intervertebral portion disappears due to the partial volume effect, but regions (for example, K1 to K3) with low CT values (pixel values) corresponding to the corpus cavernosum region appear. Further, when the entire vertebra region is used, the valley of the intervertebral portion may not be noticeable due to the influence of the bone growth portion of the process S2.

そこで、海綿体領域推定手段6は、重度な圧迫骨折の被写体を示す医用画像である場合、海綿体領域が潰され、CT値(画素値)の高い領域になる可能性があるので、特徴量としてCT値(画素値)の和ではなく、体軸方向のエッジ特徴量を用いれば、圧迫骨折の場合の海綿体領域を検出することも可能である。   Therefore, if the corpus cavernosum area estimation means 6 is a medical image showing a subject having a severe compression fracture, the corpus cavernosum area may be crushed and become an area having a high CT value (pixel value). If the edge feature quantity in the body axis direction is used instead of the sum of CT values (pixel values), it is possible to detect the corpus cavernosum area in the case of a compression fracture.

次に、中心検出手段7は、海綿体領域推定手段6により推定された各椎体の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体毎の海綿体領域の三次元中心を検出する(#3)。   Next, the center detecting means 7 calculates the feature quantity of each pixel value of the specific area within the cavernous area of each vertebral body estimated by the cavernous area estimation means 6, and for each vertebral body based on the feature quantity. The three-dimensional center of the corpus cavernosum region is detected (# 3).

また、中心検出手段7は、海綿体領域であることを既知である領域を含む複数のサンプル画像における各画素の特徴量を予め機械学習することにより求め、特定領域の各画素の特徴量と、機械学習により求められた特徴量とに基づいて特定領域の中に海綿体領域が含まれる程度を示すスコアを算出し、スコアに基づいて前記海綿体領域の三次元中心を検出するものである。   Further, the center detecting means 7 obtains the feature amount of each pixel in a plurality of sample images including a region that is known to be a cavernous region by machine learning in advance, and the feature amount of each pixel in the specific region, A score indicating the extent to which the corpus cavernosum region is included in the specific region is calculated based on the feature amount obtained by machine learning, and the three-dimensional center of the corpus cavernosum region is detected based on the score.

上記特定領域の各画素値の特徴量は、例えば、CT値(画素値)自身、CT値(画素値)の和、エッジ強度の和、体軸エッジ強度の和、ローカル領域のCT値(画素値)分布、ローカル領域の異なる位置のCT値(画素値)の組み合わせ分布、ローカル領域の異なる位置のエッジ値の組み合わせ分布などが挙げられる。   The feature amount of each pixel value in the specific region includes, for example, the CT value (pixel value) itself, the sum of CT values (pixel values), the sum of edge strengths, the sum of body axis edge strengths, and the CT values (pixels) of the local region. Value) distribution, combination distribution of CT values (pixel values) at different positions in the local area, and combination distribution of edge values at different positions in the local area.

中心検出手段7は、上記特定領域の各画素値の特徴量分布から、椎体の海綿体領域の三次元中心を検出するものである。例えば、上述したAdaboostに基づいたマシンラーニング手法を用いてもよい。この手法において、幾つかの学習症例から椎体の海綿体領域とそれ以外の領域学習サンプルとして切り出し、上記特定領域の各画素値の特徴量を計算し、学習させる。   The center detection means 7 detects the three-dimensional center of the corpus cavernosum region of the vertebral body from the feature value distribution of each pixel value of the specific region. For example, a machine learning method based on the above-described Adaboost may be used. In this method, the vertebral corpus cavernosum region and other region learning samples are cut out from several learning cases, and feature quantities of each pixel value in the specific region are calculated and learned.

中心検出手段7は、海綿体領域を検出するとき、脊椎中心線に沿ってローカル領域から同じく特徴量を計算し、Adaboostに基づいたマシンラーニング手法により判別し、スコアを計算する。そのスコアから極大点(ピーク値)を求め、椎体の海綿体領域の三次元中心とする。   When detecting the corpus cavernosum region, the center detecting means 7 calculates the feature amount from the local region along the spine centerline, discriminates it by a machine learning method based on Adaboost, and calculates the score. The maximum point (peak value) is obtained from the score, and is set as the three-dimensional center of the corpus cavernosum region of the vertebral body.

また、上述した特定領域の各画素値の特徴量やAdaboostに基づいたマシンラーニング手法により計算されたスコアを用いて、全体的な最適化手法により、椎体の海綿体領域の三次元中心を検出してもよい。   In addition, using the feature value of each pixel value in the specific area and the score calculated by the machine learning technique based on Adaboost, the three-dimensional center of the vertebral corpus cavernosum area is detected by an overall optimization technique. May be.

中心検出手段7は、更に解剖学上の各椎体の体軸方向幅に関する範囲データを有してもよい。中心検出手段7は、上記範囲データから椎骨の幅が一定の範囲にあり、頚椎から腰椎まで徐々に増加する解剖学の条件のもとに、上述した特定領域の各画素値の特徴量やAdaboostに基づいたマシンラーニング手法により計算されたスコラから全体的に解剖学の制約を最も満たすピーク又は谷を探索し、それらを用いて椎体を分離してもよい。   The center detecting means 7 may further include range data relating to the anatomical width of each vertebral body in the body axis direction. Based on the above range data, the center detection means 7 has a vertebra width within a certain range, and under the condition of anatomy in which the vertebrae gradually increase from the cervical vertebra to the lumbar vertebra, the feature value of each pixel value and Adaboost described above The peaks or valleys that best satisfy the anatomical constraints as a whole may be searched from the scola calculated by the machine learning method based on the vertebral body, and the vertebral bodies may be separated using them.

図10は海綿体領域の三次元中心を検出する一連の処理フローチャートである。まず図10に示す如く、海綿体領域領域検出手段7は、上記特定領域の各画素値の特徴量を体軸方向に投影する(#20)。海綿体領域領域検出手段7は、投影された特徴量から求められた上記スコアの初期(第一の)ピーク値を選択する(#21)。上記範囲データの条件を満たす他のピーク値を探索する(#22)。スコア値や上記範囲データから全体の評価値を算出する(#24)。上記評価値から、最大の評価値を記録する(#24)。   FIG. 10 is a series of processing flowcharts for detecting the three-dimensional center of the corpus cavernosum region. First, as shown in FIG. 10, the cavernous area detection means 7 projects the feature amount of each pixel value in the specific area in the body axis direction (# 20). The cavernous area detection means 7 selects the initial (first) peak value of the score obtained from the projected feature amount (# 21). Another peak value that satisfies the condition of the range data is searched (# 22). An overall evaluation value is calculated from the score value and the range data (# 24). The maximum evaluation value is recorded from the evaluation value (# 24).

海綿体領域領域検出手段7は、未だ探索していないピーク値が存在する場合(#25;YES)、投影された特徴量から求められた上記スコアの初期(第一の)ピーク値を選択し直す。   When there is a peak value that has not been searched yet (# 25; YES), the corpus cavernosum area detecting means 7 selects the initial (first) peak value of the score obtained from the projected feature amount. cure.

一方、海綿体領域領域検出手段7は、未だ探索していないピーク値が存在しない場合(#25;NO)、上記記録された最大の評価値を出力する(#26)。   On the other hand, when there is no peak value that has not been searched yet (# 25; NO), the corpus cavernosum area detection means 7 outputs the recorded maximum evaluation value (# 26).

次に椎体位置決定手段8は、海綿体領域領域検出手段7により検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定する(#4)。   Next, the vertebral body position determining means 8 calculates the positions of both ends of each vertebral body in the body axis direction based on the three-dimensional center of the cavernous area of each vertebral body detected by the cavernous area region detecting means 7. Thus, the vertebral body position is determined (# 4).

椎体位置決定手段8は、隣り合う二つの椎体の海綿体領域の三次元中心間の中間点をその二つの椎体の椎間部とする。その他の手法としては、上述した特徴量を用いて椎体を決定してもよい。具体的には、隣り合う二つの椎体の海綿体領域の三次元中心間のCT値(画素値)の和(又はエッジ強度)の極大点を検出することによって、椎体の皮質部の位置を検出し、椎体の端を決める手法も用いても良い。   The vertebral body position determining means 8 sets an intermediate point between the three-dimensional centers of the cavernous areas of two adjacent vertebral bodies as the intervertebral portion of the two vertebral bodies. As another method, a vertebral body may be determined using the above-described feature amount. Specifically, the position of the cortical portion of the vertebral body is detected by detecting the maximum point of the sum (or edge strength) of the CT values (pixel values) between the three-dimensional centers of the cavernous areas of the two adjacent vertebral bodies. It is also possible to use a method of detecting vertebral bodies and determining the ends of vertebral bodies.

表示手段9は、椎体位置決定手段8により決定された椎体の端の位置の情報を用いて、セグメンテーションされた椎体を示す三次元医用画像等をモニタ、CRT画面等で表示する。   The display means 9 uses the information on the position of the end of the vertebral body determined by the vertebral body position determining means 8 to display a three-dimensional medical image or the like showing the segmented vertebral body on a monitor, a CRT screen or the like.

このように、本発明によれば、椎骨の中心線を求め、複数の医用画像それぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定し、推定された各椎体の海綿体領域内において、特定領域の各画素値の特徴量を算出し、特徴量に基づき各椎体毎の海綿体領域の三次元中心を検出し、検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することで、椎体の両端の位置を安定的に検出することができる。   Thus, according to the present invention, the center line of the vertebra is obtained, and at least in the body axis direction of each vertebral body based on each pixel value of the specific region existing in the vicinity of the center line of the vertebra in each of a plurality of medical images. Estimate the corpus cavernosum area, calculate the feature value of each pixel value of the specific area within the estimated corpus cavernosum area of each vertebral body, and based on the feature quantity, determine the three-dimensional center of the corpus cavernosum area for each vertebral body Based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body, the positions of both ends of each vertebral body in the body axis direction are detected, thereby stably detecting the positions of both ends of the vertebral bodies. be able to.

椎体位置決定装置における機能ブロック図Functional block diagram of vertebral body positioning device 本発明の実施形態における一連のフローチャートA series of flowcharts in the embodiment of the present invention 本発明の脊髄中心線の検出における一連のフローチャートA series of flowcharts in the detection of the spinal cord centerline of the present invention アキシャル画像の一例を示す図Diagram showing an example of an axial image 椎骨周辺のアキシャル画像部分の一例を示す図The figure which shows an example of the axial image part around a vertebra Adaboost処理に用いる特徴量の一例を示す概念図Conceptual diagram showing an example of feature values used for the Adaboost process アキシャル画像と、脊髄中心線に沿った縦断面画像の一例を示す図A figure showing an example of an axial image and a longitudinal section image along the spinal cord center line 椎骨の境界線を示す図Diagram showing vertebra boundary 椎骨および椎体等を示した概念図Conceptual diagram showing vertebrae and vertebral bodies 本発明の海綿体領域の中心検出における一連のフローチャートA series of flowcharts in the center detection of the cavernous region of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 画像取得手段
2 脊髄領域検出手段
3 脊髄中心線生成手段
4 椎骨中心線決定手段
5 椎骨中心線算出手段
6 海綿体領域推定手段
7 中心検出手段
8 椎体位置決定手段
9 表示手段
10 椎骨中心検出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image acquisition means 2 Spinal cord area | region detection means 3 Spinal cord centerline production | generation means 4 Vertebral centerline determination means 5 Vertebral centerline calculation means 6 Cavernous area estimation means 7 Center detection means 8 Vertebral body position determination means 9 Display means 10 Vertebral center detection apparatus

Claims (6)

一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から前記椎骨の中心線を求める椎骨中心線算出手段と、
前記複数の医用画像のそれぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域を推定する海綿体領域推定手段と、
前記推定された各椎体の海綿体領域内において、前記特定領域の各画素値の特徴量を算出し、該特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出する中心検出手段と、
前記検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定する椎体位置決定手段とを備えたものであることを特徴とする椎体位置決定装置。
A vertebra centerline calculating means for determining a centerline of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections of different positions of one vertebra;
A corpus cavernosum area estimation means for estimating a corpus cavernosum area in at least the body axis direction of each vertebral body based on each pixel value of a specific area existing near the center line of the vertebra in each of the plurality of medical images;
Center detection means for calculating a feature quantity of each pixel value of the specific area in the estimated cavernous area of each vertebral body and detecting a three-dimensional center of the cavernous area of each vertebral body based on the feature quantity When,
Vertebral body position determining means for determining a vertebral body position by calculating positions of both ends of each vertebral body in the body axis direction based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body. A vertebral body position determining apparatus characterized by being a thing.
前記中心検出手段が、海綿体領域であることが既知である領域を含む複数のサンプル画像における各画素の特徴量を予め機械学習することにより求め、前記特定領域の各画素の特徴量と前記機械学習により求められた特徴量とに基づいて前記特定領域の中に海綿体領域が含まれる程度を示すスコアを算出し、該スコアに基づいて前記海綿体領域の三次元中心を検出することを特徴とするものである請求項1記載の椎体位置決定装置。   The center detection means obtains the feature amount of each pixel in a plurality of sample images including a region known to be a cavernous region by machine learning in advance, and the feature amount of each pixel in the specific region and the machine A score indicating the extent to which the corpus cavernosum region is included in the specific region is calculated based on the feature amount obtained by learning, and a three-dimensional center of the corpus cavernosum region is detected based on the score. The vertebral body position determining device according to claim 1. 前記特定領域の各画素の特徴量が、被写体の体軸方向へ投影したエッジ強度の値を含むものであることを特徴とする請求項2記載の椎体位置決定装置。   The vertebral body position determining apparatus according to claim 2, wherein the feature amount of each pixel in the specific region includes a value of edge intensity projected in the body axis direction of the subject. 前記中心検出手段が、更に解剖学上の各椎体の体軸方向幅に関する範囲データを有し、前記範囲データと、前記スコアとに基づいて、前記海綿体領域の三次元中心を検出するものであることを特徴とする請求項2または3記載の椎体位置決定装置。  The center detecting means further has range data relating to the body axis direction width of each vertebral body in anatomy, and detects the three-dimensional center of the corpus cavernosum region based on the range data and the score. The vertebral body position determining apparatus according to claim 2 or 3, wherein 一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から前記椎骨の中心線を求め、
前記複数の医用画像それぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体毎の海綿体領域を推定し、
前記推定された各椎体の少なくとも体軸方向における海綿体領域内において、前記特定領域の各画素値の特徴量を算出し、該特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出し、
前記検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定することを特徴とする椎体位置決定方法。
Determining a centerline of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections of different positions of a single vertebra;
Based on each pixel value of a specific region existing near the center line of the vertebra in each of the plurality of medical images, the cavernous region for each vertebral body is estimated,
At least in the cavernous region in the body axis direction of each estimated vertebral body, a feature amount of each pixel value of the specific region is calculated, and based on the feature amount, a three-dimensional center of the cavernous region of each vertebral body is calculated. Detect
Vertebral body position determination characterized in that, based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body, the positions of the vertebral bodies are determined by calculating the positions of both ends in the body axis direction of each vertebral body. Method.
コンピュータに、
一本の椎骨の異なる位置の横断面を示す複数の医用画像から前記椎骨の中心線を求める機能と、
前記複数の医用画像それぞれにおける前記椎骨の中心線付近に存在する特定領域の各画素値に基づき、各椎体の海綿体領域を推定する機能と、
前記推定された各椎体の海綿体領域内において、前記特定領域の各画素値の特徴量を算出し、該特徴量に基づき各椎体の海綿体領域の三次元中心を検出する機能と、
前記検出された各椎体の海綿体領域の三次元中心に基づいて、各椎体の体軸方向の両端の位置を算出することにより椎体位置を決定する機能を実行させることを特徴とするプログラム。
On the computer,
A function for obtaining a centerline of the vertebra from a plurality of medical images showing cross sections of different positions of one vertebra;
A function of estimating the corpus cavernosum area of each vertebral body based on each pixel value of a specific area existing near the center line of the vertebra in each of the plurality of medical images;
In the estimated cavernous area of each vertebral body, a feature amount of each pixel value of the specific area is calculated, and a function of detecting a three-dimensional center of the cavernous area of each vertebral body based on the feature amount;
Based on the detected three-dimensional center of the corpus cavernosum area of each vertebral body, the function of determining the vertebral body position is executed by calculating the positions of both ends of each vertebral body in the body axis direction. program.
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