JP2010051349A - 医用画像診断支援装置及び医用画像診断支援プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】医用画像診断支援装置は、操作者によって選択された歯科医用画像を磁気ディスクから読み出して主メモリに保持し(ステップ201)、歯科医用画像に対して画像処理を行い(ステップ202)、正中線座標と解析領域の検索を行い(ステップ203)、歯牙枠の決定と欠損歯の判定を行い(ステップ204)、決定した歯牙枠と歯科医用画像とを表示用サイズに変換して表示する(ステップ205)。
【選択図】図3
Description
また、歯科医用画像に関しては、患者コードに基づいて画像データベースから患者の歯科医用画像を検索し、カルテ入力画面とは別画面で歯科医用画像画面を表示し、歯科医用画像画面を参照しながらカルテ入力画面に入力操作を行うカルテ作成装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
最初に、図1を参照しながら、医用画像診断支援装置1の構成について説明する。
図1は、医用画像診断支援装置1のハードウェア構成図である。
医用画像診断支援装置1は、CPU10、磁気ディスク13、主メモリ14、コントローラ15に接続されたマウス16やキーボード17、表示メモリ18、ディスプレイ19、入力メモリ8、ペン型入力装置9を備える。医用画像診断支援装置1は、LAN12を介して医用画像撮影装置11に接続される。
次に、図2〜図8を参照しながら、医用画像診断支援装置1の動作について説明する。
医用画像診断支援装置1は、フルオート解析を実行する(ステップ101)。医用画像診断支援装置1は、フルオート解析の解析結果が良好でない場合には(ステップ102のNo)、セミオート解析を実行する(ステップ103)。医用画像診断支援装置1は、セミオート解析の解析結果が良好でない場合には(ステップ104のNo)、補正処理(マニュアル解析)を実行する(ステップ106)
図3は、医用画像診断支援装置1のフルオート解析(ステップ101)における医用画像診断支援装置1の動作を示すフローチャートである。
操作者は、マウス16やキーボード17を操作し、医用画像撮影装置11によって撮影された歯科医用画像のうち、診断対象の歯科医用画像を選択する。医用画像診断支援装置1のCPU10は、操作者によって選択された歯科医用画像を磁気ディスク13から読み出して主メモリ14に保持する(ステップ201)。尚、歯科医用画像は、主にJPEG形式の画像ファイルによって取り扱われる。
医用画像診断支援装置1のCPU10は、歯科医用画像21aを磁気ディスク13から読み出した後、主メモリ14に保持された歯科医用画像21aから余白22を取り除く。これにより、解析精度及び処理速度を向上させることができる。
医用画像診断支援装置1のCPU10は、主メモリ14上の歯科医用画像21aに対して、画像解析の精度を向上するために、解析前に2つの画像変換処理を行う。1つ目は、デジタルラプラス変換の離散時近似を行い、先鋭化を行う画像変換処理である。2つ目は歪み補正関数を元に、中心から両端に向けての歪み補正を行う画像変換処理である。
離散時近似を行い、エッジを強調し、画像の先鋭化を行う。
ある一点x、y座標の濃度値をf(x,y)と定義し、デジタルラプラス変換された濃度値をg(x,y)と定義する。
g(x,y)=5f(x,y)-[f(x+1,y)+f(x-1,y)+f(x,y+1)+f(x,y-1)]
この際、JPEG画像を用いた場合など、濃度値に上限・下限がある場合、g(x、y)の値が上限や下限を超えた、オーバーシュートとアンダーシュートが発生する可能性があるので、画像全体の濃度値の最小値minを減算する必要がある。
g(x,y)=5f(x,y)-[f(x+1,y)+f(x-1,y)+f(x,y+1)+f(x,y-1)]-min
レントゲン画像に特有の中心から端に向けての画像の歪みを補正する。
ある一点(x,y)座標の補正前の濃度値をf(x,y)と定義し、補正後の濃度値をg(x,y)と定義し、画像の中心を(0,0)座標として、以下の歪み補正関数を使用する。なお、a,bは、過去の撮影画像を分析して定める。
g(x,y)=(e^(a×x2)+b)×f(x、y)
医用画像診断支援装置1のCPU10は、主メモリ14上の歯科医用画像21aに対して、正中線座標の検索、上下方向の両端下端の検索、左右方向の両端の検索を行い、解析領域の絞込みを行う。
図5は、正中線(横)23の算出を示す図である。
医用画像診断支援装置1のCPU10は、歯科医用画像21aに対して、横方向における画像の中心を起点にして、その前後Nサイズで縦方向のテクスチャーエッジを算出し、上下顎の隙間であろう座標を決定し、正中線のy座標を決定する。なお、Nの値は、最適な値を別の過去の画像から設定する。
画像内のある一点の座標を(x,y)とし、濃度をf(x,y)とする。
次式における値をサンプルとして、エッジ判定を行う。
L = 1/nΣΣf(x+u,y+v)
R = 1/nΣΣf(x+s,y+v)
※-2≦u≦0、0≦s≦2、-1≦v≦1
L≧R LR = R / L
L<R LR = L / R
T = 1/nΣΣf(x+o,y+p)
B = 1/nΣΣf(x+o,y+q)
※-2≦p≦0、0≦q≦2、-1≦o≦1
V = (T-B)×LR
x=iの場合のVの値を求め、Vがプラスの値のピークの座標を(i,y1)、Vがマイナスの値のピークの座標を(i,y2)とし、
Ziをx=iにおけるy軸方向の評価ポイントとすると、
Zi(x,y) =
0 ( y<y1, y>y2 )
1 ( y1 ≦ y ≦ y2 )
Z = ΣZi(x,y)
※i-N<=x<=i+N
人間の歯は、基本的に直線的に生えている場合が少なく、どちらかといえば斜めに生えている場合が多い。極小である座標点の前後において、大きな値を持ったとしても、視覚的に水平なエッジではない場合がある。その為、左右の濃度平均の割合をかけ合わせることで、なるべく水平なエッジが強められるような結果を期待してLRをかけ合わせる。
図6は、歯科医用画像21aの横方向の中心において、横軸にy座標、縦軸にZを取ったグラフである。上方向の検索限界の目安として、正中線座標を決定したピークの、隣接するピーク(図6中丸印)が鼻の位置となるはずなので、その座標を上方向の検索限界とし、解析領域上端25を設ける。下方向の検索限界は、正中座標から上方向の検索限界と同距離の位置を下方向の検索限界とし、解析領域下端26を設ける。なお、下方向への検索限界は、検索するピークが不確かなため、仮決定として処理する。
図7は、正中線座標における歯科医用画像21aの横方向において、横軸にx座標、縦軸にWをとったグラフである。Wは、検索限界の範囲で縦方向の濃度平均値Aveと標準偏差σを用いて、W=Ave×2−σと定義される。Wが十分な山となっている箇所を歯肉として判断し、解析領域左端27、解析領域右端28とする。ただし、両端から所定の距離内は検索を行わない。この値は、過去の診療実績により決定する。画像の両端にあるノイズ(おそらく撮影時の背景)にパターン性がないため、画像の両端の一定範囲内を検索しないことにしたものである。正中線(縦)24を、解析領域左端27と解析領域右端28の中心とする。
絞り込んだ解析領域内において、正中線を起点として、上下顎共に、歯肉の左右に向けて、一歯単位で検索を行う。正常歯、欠損歯の判定を含む歯番単位の解析と、欠損歯の形状補正を行う。
(a)正中線から歯肉までの距離をLenとし、その距離を元に、歯番単位のサンプル幅とサンプル高を決定する。
例)
3番のサンプル幅 = Len×0.12
3番のサンプル高 = Len×0.30
※0.12や0.30といった比率は、実際のレントゲン画像の歯と、正中から歯肉までの距離との比率をデータ化し最も一般的な比率となるであろうデータを使用する。
例)
1番のサンプル幅:12
2番のサンプル幅:12
3番のサンプル幅:15 3番のサンプル高:32とすると、
正中線から3番の歯番への相対的な距離は24となり、
3番の歯牙枠は正中線から24はなれた位置より縦32横15の枠となる。
(c)解析範囲内において、濃度ヒストグラムを算出し、最も存在する数が多い濃度を歯の濃度であると仮定する。ただし、全歯欠損の場合だと、正常な値とはならないので、少なくとも歯として判定できる最小値はパラメータで指定しておく。
(d) (b)で用意した歯牙枠を、検索の元となる検索窓とし、この範囲の平均濃度が、(c)で仮定した濃度より小さければ欠損歯として、その範囲を欠損歯枠として決定する。(c)で仮定した濃度より大きければ、正常歯として、以下の微調整検索を行う。
(e) (d)で正常歯として判定された検索窓の座標を元に、前後左右で微調整検索を行う。
(f) (e)で微調整検索を行った検索窓に対して、歯の形状探査を行い、歯牙枠の形を補正する。なお、形状探査は、臼歯が斜めに生えている可能性も考慮し、±90度の範囲で、最適な形を確定する。
歯番単位の解析では、欠損歯に対しての形状補正は一切行わないので、全ての解析が終わった後で、直近の正常歯を参考に、欠損歯の位置・高さの補正を行う。
以下、欠損歯の形状補正アルゴリズムを説明する。
(a)欠損歯の左右の正常歯を検索する。
(b)左右の正常歯で、最も近い正常歯を選択する。
例)
欠損歯 : 上顎左4番
正常歯 : 上顎左6番、上顎左3番
上顎左3番の正常歯を選択する。
例)
欠損歯 : 上顎左4番
正常歯 : 上顎左5番、上顎左3番
上顎左3番の正常歯を選択する。
図10は、歯科医用画像のサイズ変換を示す図である。
医用画像診断支援装置1のCPU10は、画像解析用サイズの歯科医用画像21dを表示用サイズの歯科医用画像情報21eに変換する。
図11は、医用画像診断支援装置1のセミオート解析(ステップ103)における医用画像診断支援装置1の動作を示すフローチャートである。
フルオート解析における画像ファイル読込み(ステップ201)と同様の動作を行う。
操作者は、マウス16を操作し、解析処理のサポートのため、正中線座標の指定、一歯単位の指定などの定点を指定することで、解析の精度向上を目指す。
図12に示すように、操作者は、マウス16を操作し、マウスクリックにより、画像内の正中線座標を指定する。また、決定した正中線座標を正中線(横)23と正中線(縦)24の十字マークで表示し、マウスドラッグにより、位置の微調整を行うことができる。
図13に示すように、操作者は、マウス16を操作し、上下顎、左右、歯番の情報を与え、マウスドラッグにより画像上の歯を四角で囲うことで、特定の歯の位置を決定し、その位置から逆算した、その他の歯の解析の精度向上を行う。ただし、以下のルールに基づいた場合のみ許可する。
・正中線座標が指定済みの場合は、その座標を優先する(正中線位置の逆算処理のみ)
・複数の歯も指定可とするが、一歯ずつの指定のみ行えることとする。
・正常歯の位置のみ指定可とし、欠損歯の指定は不可とする。(逆算する際に、指定歯の歯番とサイズを基礎にするので、欠損歯の場合のサイズに正確性がないため、欠損歯の指定は不可とする。)
フルオート解析の解析画像拡張処理(ステップ202)と同様の処理を行う。
指定された座標軸を基に、以下のアルゴリズムで一歯単位の検索を行う。
検索アルゴリズムには、以下の3つのパターンを用意する。
・正中線座標のみ指定されている場合
・一歯単位のみ指定されている場合
・正中線座標と一歯単位の指定がされている場合
(a).正中線のy座標を基に、フルオート時と同処理で歯肉の両端を探査する。なお、上下探査限界は、解析パラメータとして指定しておく。
(b).決定した正中線と歯肉の両端の座標を用いて、フルオート時と同処理で一歯単位の検索を行う。
(a).指定された歯番とサイズを基に、逆算して正中線から歯肉までの距離を算出する。なお、フルオート時に使用した、一般的な人の一歯単位の比率から逆算する。
(b).逆算した距離を基に、正中線座標を決定し、指定以外の歯の検索を行う。なお、フルオート時とほぼ同様の処理で検索する。ただし、指定歯の位置はずらさない。
(a).指定された歯番とサイズを基に、逆算して正中線から歯肉までの距離を算出する。なお、フルオート時に使用した、一般的な人の一歯単位の比率から逆算する。
(b).逆算した距離と、指定した正中線座標を基にし、指定以外の歯の検索を行う。また、フルオート時とほぼ同様の処理で検索する。ただし、指定歯の位置はずらさない。
フルオート解析における結果歯牙枠表示処理(ステップ205)と同様の動作を行う。
セミオート解析によっても、満足するべき解析結果が得られない場合には、マニュアル解析モードに移行し、操作者が歯牙枠の位置の設定や、欠損歯の判定を行う。
10………CPU
11………医用画像撮影装置
12………LAN
13………磁気ディスク
14………主メモリ
15………コントローラ
16………マウス
17………キーボード
18………表示メモリ
19………ディスプレイ
21………歯科医用画像
22………余白
23………正中線(横)
24………正中線(縦)
25………解析領域上端
26………解析領域下端
27………解析領域左端
28………解析領域右端
29………歯牙枠
Claims (7)
- 歯科医師による歯科医用画像を用いた診断を支援する医用画像診断支援装置において、
前記歯科医用画像を取得する歯科医用画像取得手段と、
前記歯科医用画像の解析領域の絞込みを行う解析領域検索手段と、
前記解析領域内で、歯牙枠の決定と欠損歯の判定を行う一歯単位検索手段と、
決定した歯牙枠と歯科医用画像とを、表示用サイズに変換して表示する結果歯牙枠表示手段と、
を具備することを特徴とする医用画像診断支援装置。 - 前記一歯単位検索手段は、
所定のサンプル歯牙枠を、前記解析領域の大きさに応じて伸縮して歯牙枠の幅と高さを算出し、
算出した歯牙枠の幅と高さを元に、各歯番の歯があるであろうと予測される座標に歯牙枠を用意し、
前記各歯番の各歯牙枠内において、濃度ヒストグラムを算出して最頻値を求め、
前記最頻値が所定の値より小さい場合、その歯を欠損歯と判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の医用画像診断支援装置。 - さらに、前記一歯単位検索手段は、
欠損歯でない歯の歯牙枠を前後左右に移動させて前記歯牙枠の位置の微調整を行い、
当該歯の形状探査を行って、前記歯牙枠の形を補正する
ことを特徴とする請求項2に記載の医用画像診断支援装置。 - 前記解析領域検索手段は、
正中線座標を検索し、
上下方向への解析領域の上端下端を検索し、
左右方向への解析領域の両端を検索する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の医用画像診断支援装置。 - 前記解析領域検索手段は、
操作者に解析処理のサポートのための定点を前記歯科医用画像に指定するように求め、
前記操作者が指定した定点を用いて、解析領域の決定を行う
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4に記載の医用画像診断支援装置。 - さらに、画像解析前に、画像処理を行う解析画像拡張手段と
を具備することを特徴とする請求項1ないし請求項5に記載の医用画像診断支援装置。 - 歯科医用画像を取得する歯科医用画像取得ステップと、
前記歯科医用画像の解析領域の絞込みを行う解析領域検索ステップと、
前記解析領域内で、歯牙枠の決定と欠損歯の判定を行う一歯単位検索ステップと、
決定した歯牙枠と歯科医用画像とを、表示用サイズに変換して表示する結果歯牙枠表示ステップと、
をコンピュータに実行させるための医用画像診断支援プログラム。
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