JP2010220904A - 画像処理装置および方法ならびにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に精度よく自動分割する。
【解決手段】画像中の右肺の領域ＲＬを上葉領域Ｒ１、中葉領域Ｒ２、および下葉領域Ｒ３に自動分割する画像処理装置であって、右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割する分割手段と、分割手段による分割の結果を用いて中葉領域を取得する中葉領域取得手段とを備えた画像処理装置を提供する。
【選択図】図８

Description

本発明は、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割する画像処理装置および方法ならびにプログラムに関するものである。

ヒトの肺は図15に示すように、肺葉と呼ばれる区域からなり、右肺RLは２つの葉間裂（右水平裂S1、右斜裂S2）により上葉R1，中葉R2，下葉R3に分けられ，左肺LLは１つの葉間裂（左斜裂S3）により上葉R4，下葉R5に分けられる。胸部CT画像中の肺領域を肺葉領域へ分割することによって、肺病変の重症度解析や呼吸機能評価などを肺葉別に行える。

特許文献１では、CT画像から葉間裂を検出し、その葉間裂を境界として肺領域を各肺葉領域へ自動分割する装置が提案されている。ここで、葉間裂の検出は、CT画像において葉間裂を表す複数の画素を強調して閾値処理などでCT画像から抽出し、その抽出された複数の画素に対して面状の空間をフィッティングさせることにより行われる。

特開２００８−１４２４８１号公報

しかしながら、右肺では２つの葉間裂（右水平裂S1、右斜裂S2）が存在し、それらの葉間裂は交わっているので、特許文献１では、右肺の領域において抽出された葉間裂を表す１つの画素群に対して２つの交わる曲面をフィッティングさせ、それらの曲面を境界に右肺の領域を３つの領域に分割しているが、特に葉間裂同士が交わる部分の形状は個人差により多様な形状を有しているため、上記１つの画素群中の葉間裂同士が交わる部分に存在する各画素をどの曲面のフィッティングに用いるべきかを正しく判断できず、領域分割の結果に誤差が生じる場合があり、問題となる。

本発明は、上記事情に鑑み、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動的に分割するとともに、その分割性能をより向上させることが可能な画像処理装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の画像処理装置は、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割する画像処理装置であって、右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割する分割手段と、分割手段による分割の結果を用いて中葉領域を取得する中葉領域取得手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記装置において、中葉領域取得手段は、右肺の領域から、分割手段により分割して得られた上葉領域および下葉領域の両方を除いた領域を中葉領域として取得するものであってもよいし、分割手段により分割して得られた上葉領域以外の領域から、分割手段により分割して得られた下葉領域を除いた領域を中葉領域として取得するものであってもよい。また、中葉領域取得手段は、分割手段により分割して得られた下葉領域以外の領域から、分割手段により分割して得られた上葉領域を除いた領域を中葉領域として取得するものであってもよいし、分割手段により分割して得られた下葉領域以外の領域と上葉領域以外の領域の重なり合った領域を中葉領域として取得するものであってもよい。

なお、分割手段は、上葉領域内に任意の領域を設定するとともに、中葉領域から下葉領域に亘る任意の領域を設定する設定部を備え、該設定部により設定された各任意の領域の画像データに基づいて右肺の領域を上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するものであってもよい。

ここで、中葉領域から下葉領域に亘る任意の領域とは、中葉領域および下葉領域の境界を通って、中葉領域側から下葉領域側まで繋がって伸びた領域をいう。

設定部は、画像中の気管支の右上葉支、右中葉支、および右下葉支の先端位置をそれぞれ取得し、取得した右上葉支の先端位置に基づいて上葉領域内における任意の領域を設定し、取得した右中葉支の先端位置と右下葉支の先端位置に基づいて中葉領域から下葉領域に亘る任意の領域を設定するものであってもよい。

分割手段は、グラフカット法を用いて分割を行なうものであってもよい。

本発明の画像処理方法は、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割する画像処理方法であって、右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割し、該分割の結果を用いて中葉領域を取得することを特徴とするものである。

さらに、本発明による画像処理プログラムは上記の方法をコンピュータに実行させるものである。

本発明の画像処理装置および方法ならびにプログラムによれば、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に分割する際に、右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割し、該分割の結果を用いて中葉領域を取得するようにしているので、画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に精度よく自動分割することができる。

本発明の画像処理装置の第１の実施形態を示す概略構成図 図１の設定部により設定された領域の具体例を示す図 図１の設定部により設定された領域の具体例を示す図 図１の分割手段により領域を分割する一方法を説明するための図 図１の分割手段により領域を分割する一方法を説明するための図 図１の第1の分割処理部により行われる分割処理を示す図 図１の第２の分割処理部により行われる分割処理を示す図 図１の中葉領域取得手段により行われる領域の差分処理を示す図 本発明の画像処理装置の第２の実施形態を示す概略構成図 図９の中葉領域取得手段により行われる領域の差分処理を示す図 本発明の画像処理装置の第３の実施形態を示す概略構成図 図１１の中葉領域取得手段により行われる領域の差分処理を示す図 本発明の画像処理装置の第４の実施形態を示す概略構成図 図１３の中葉領域取得手段により行われる領域の演算処理を示す図 ヒトの左右の肺の構造を示す図

以下、図面を参照して本発明画像の画像処理装置の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態の画像処理装置10を示す概略構成図であり、この画像処理装置10は、補助記憶装置に読み込まれた画像処理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。このとき、この画像処理プログラムは、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。

画像処理装置10は、CT装置等により取得された３次元の医用画像から抽出された右肺の領域RLが入力されると、その入力された右肺の領域RLを上葉領域R1、中葉領域R2、および下葉領域R3に自動分割するものであって、分割手段20と、中葉領域取得手段30などを備えている。

分割手段20は、上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23（中葉領域R2＋下葉領域R3）、および下葉領域R3と該下葉領域以外の領域R12（上葉領域R1＋中葉領域R2）内にそれぞれ任意の領域を設定する設定部21と、図２および図３に示すように、右肺の領域RLを上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23に分割する第１の分割処理部22と、右肺の領域RLを下葉領域R3と該下葉領域以外の領域R12に分割する第２の分割処理部23を備えている。

設定部21は、上葉領域R1内に任意の領域を設定するとともに、中葉領域R2から下葉領域R3に亘る任意の領域を設定し、各設定結果を第１の分割処理部22に出力する。

設定部21は、右の気管支が右上葉支、右中葉支、および右下葉支に分枝してそれぞれ右肺の上葉、中葉、および下葉に分布していることから、その医用画像中における気管支Ｂの右上葉支、右中葉支、および右下葉支の先端位置をそれぞれ取得し、たとえば図４に示すように、右上葉支の先端位置P1付近に存在する領域D1（たとえば位置P2の画素（ボクセル）を中心とした、半径３画素の球状の領域）を上葉領域R1内における任意の領域として設定し、右中葉支の先端位置P2付近に存在する領域と右下葉支の先端位置P3付近に存在する領域とを繋ぐ線上に存在する領域D23（たとえば位置P2と位置P3を繋ぐ線上の画素（ボクセル）を中心とした、半径３画素の棒状の領域）を中葉領域R2から下葉領域R3に亘る任意の領域として設定する。

ここで、右上葉支、右中葉支、および右下葉支の先端位置は、その画像から抽出した気管支領域を細線化、木構造化することで気管支の分枝構造を求め、それに対して枝名を対応付けることにより右上葉支領域、右中葉支領域、および右下葉支領域をそれぞれ取得し、その各領域の先端位置を求めることにより取得できる。

また、設定部21は、上葉領域R1から中葉領域R2に亘る任意の領域を設定するとともに、下葉領域R3内に任意の領域を設定し、各設定結果を第２の分割処理部23に出力する。設定部21は、たとえば図５に示すように、画像中における気管支Ｂの右上葉支、右中葉支、および右下葉支の先端位置をそれぞれ取得し、右下葉支の先端位置P3付近に存在する領域D3を下葉領域R3内における任意の領域として設定し、右上葉支の先端位置P1付近に存在する領域と右中葉支の先端位置P2付近に存在する領域とを繋ぐ線上に存在する領域D12を上葉領域R1から中葉領域R2に亘る任意の領域として設定する

第１の分割処理部22は、設定部21により設定された各任意の領域の画像データに基づいて、右肺の領域RLを上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23に分割するものであって、たとえば、Yuri Y. Boykov, Marie-Pierre Jolly, “Interactive Graph Cuts for Optimal Boundary and Region Segmentation of Objects in N-D images”, Proceedings of “International Conference on Computer Vision”, Vancouver, Canada, July 2001 vol.I, p.105-112.に記載された領域分割方法（グラフカット法：Graph Cuts）を用いて分割を行なう。

上記の領域分割方法では、まず、図６に示すように、右肺の領域RL中の各画素（ボクセル）を表すノードと、各画素が取り得るラベル（本実施の形態では、上葉領域R1または該上葉領域以外の領域R23）を表すノードＳ、Ｔと、隣接する画素のノード同士をつなぐn−linkと、各画素を表すノードと上葉領域を表すノードＳまたは上葉領域以外の領域を表すノードＴとをつなぐt−linkとから構成されるグラフを作成する。なお、図６では、領域分割方法の理解を容易にするために右肺の領域RLを３×３個の画素が２次元状に配列されてなるものとして簡略化して示している。

ここで、n−linkは、隣接する画素が同一領域の画素である確からしさをリンクの太さで表すものであり、その確からしさは、それらの隣接する画素間の特徴値（たとえば画素値）の同一性に基づいて求められる。

また、各画素を表すノードと上葉領域を表すノードＳをつなぐt−linkは、各画素が上葉領域R1に含まれる画素である確からしさを表すものであり、各画素を表すノードと上葉領域以外の領域を表すノードＴをつなぐt−linkは、各画素が上葉領域以外の領域R23に含まれる画素である確からしさを表すものである。それらの確からしさは、その画素が上葉領域R1および上葉領域以外の領域R23のいずれかを示す画素であるかの情報がすでに与えられている場合には、その与えられた情報に従って設定でき、そのような情報が与えられてない場合には、上葉領域R1または上葉領域以外の領域R23を示す画素であることが既知である１以上の画素における画素値の統計的な特徴に基づいて算出することができる。

たとえば、領域D1は上葉領域R1内に設定された領域であるので、その領域D1中の各画素を示すノードと上葉領域を表すノードＳとをつなぐt−linkに、大きい値の確からしさを設定する。また、領域D23は上葉領域以外の領域R23内に設定された領域であるので、領域D23中の各画素を示すノードと上葉領域以外の領域を表すノードＴとをつなぐt−linkに、大きい値の確からしさを設定する。

そして、上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23は互いに排他的な領域であるので、たとえば図７に点線で示すように、全てのt−linkおよびn−linkのうち適当なリンクを切断してノードＳをノードＴから切り離すことにより、右肺の領域RLを上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23に分割する。ここで、切断する全てのt−linkおよびn−linkにおける確からしさの合計が最も小さくなるような切断を行うことにより、最適な領域分割をすることができる。

第２の分割処理部23は、第１の分割処理部22と同様の領域分割方法を用いて、右肺の領域RLを下葉領域R3と該下葉領域以外の領域R12に分割する。

中葉領域取得手段30は、分割手段20による分割の結果を用いて中葉領域R2を取得するものであり、第１の分割処理部22から上葉領域R1を、第２の分割処理部23からは下葉領域R3を入力し、図８に示すように、右肺の領域RLから上葉領域R1および下葉領域R3の両方を除いた領域を中葉領域R2として取得する。

次に、図９および図10を参照して、本発明による画像処理装置の第２の実施形態について説明する。図９は第２の実施形態にかかる画像処理装置10aを示す概略構成図である。ここで、第１の実施形態と同一の部位には、同一番号を付し、説明は省略する。

この第２の実施形態は、第１の分割処理部22aが、右肺の領域RLを上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23に分割することにより取得した上葉領域以外の領域R23を中葉領域取得手段30aに出力するものであり、中葉領域取得手段30aが、図10に示すように、第１の分割処理部22aから入力された上葉領域以外の領域R23から、第２の分割処理部23から入力された下葉領域R3を除いた領域を中葉領域R2として取得する点においてのみ第１の実施形態と相違する。

次に、図11および図12を参照して、本発明による画像処理装置の第３の実施形態について説明する。図11は第３の実施形態にかかる画像処理装置10bを示す概略構成図である。ここで、第１の実施形態と同一の部位には、同一番号を付し、説明は省略する。

この第２の実施形態は、第２の分割処理部23bが、右肺の領域RLを下葉領域R3と該下葉領域以外の領域R12に分割することにより取得した下葉領域以外の領域R12を中葉領域取得手段30bに出力するものであり、中葉領域取得手段30bが、図12に示すように、第２の分割処理部23bから入力された下葉領域以外の領域R12から、第１の分割処理部22から入力された上葉領域R1を除いた領域を中葉領域R2として取得する点においてのみ第１の実施形態と相違する。

次に、図13および図14を参照して、本発明による画像処理装置の第４の実施形態について説明する。図13は第４の実施形態にかかる画像処理装置10cを示す概略構成図である。ここで、第１の実施形態と同一の部位には、同一番号を付し、説明は省略する。

この第３の実施形態は、第１の分割処理部22cが、右肺の領域RLを上葉領域R1と該上葉領域以外の領域R23に分割することにより取得した上葉領域以外の領域R23を中葉領域取得手段30cに出力するものであり、第２の分割処理部23cが、右肺の領域RLを下葉領域R3と該下葉領域以外の領域R12に分割することにより取得した下葉領域以外の領域R12を中葉領域取得手段30cに出力するものであり、中葉領域取得手段30cが、図14に示すように、第１の分割処理部22cから入力された上葉領域以外の領域R23と、第２の分割処理部23bから入力された下葉領域以外の領域R12の重なり合った領域を中葉領域R2として取得する点においてのみ第１の実施形態と相違する。

上記各実施の形態においては、第１および第２の分割処理部がグラフカット法を用いて領域分割を行う場合にについて例示しているが、それに代えて領域拡張法等他の手法を用いて分割を行うようにしてもよい。

10 画像処理装置
20 分割手段
21 設定部
22 第1の分割処理部
23 第1の分割処理部
30 中葉領域取得手段
RL 右肺の領域
R1 上葉領域
R2 中葉領域
R3 下葉領域
Ｂ 気管支

Claims (10)

1. 画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割する画像処理装置であって、
   前記右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割する分割手段と、
   前記分割手段による分割の結果を用いて前記中葉領域を取得する中葉領域取得手段と
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記中葉領域取得手段が、前記右肺の領域から、前記分割手段により分割して得られた上葉領域および下葉領域の両方を除いた領域を前記中葉領域として取得するものであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記中葉領域取得手段が、前記分割手段により分割して得られた上葉領域以外の領域から、前記分割手段により分割して得られた下葉領域を除いた領域を前記中葉領域として取得するものであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記中葉領域取得手段が、前記分割手段により分割して得られた下葉領域以外の領域から、前記分割手段により分割して得られた上葉領域を除いた領域を前記中葉領域として取得するものであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記中葉領域取得手段が、前記分割手段により分割して得られた下葉領域以外の領域と上葉領域以外の領域の重なり合った領域を前記中葉領域として取得するものであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記分割手段が、前記上葉領域内に任意の領域を設定するとともに、前記中葉領域から前記下葉領域に亘る任意の領域を設定する設定部を備え、該設定部により設定された各任意の領域の画像データに基づいて前記右肺の領域を上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するものであることを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
7. 前記設定部が、前記画像中の気管支の右上葉支、右中葉支、および右下葉支の先端位置をそれぞれ取得し、該取得された右上葉支の先端位置に基づいて前記上葉領域内における任意の領域を設定し、前記取得された右中葉支の先端位置と右下葉支の先端位置に基づいて前記中葉領域から前記下葉領域に亘る任意の領域を設定するものであることを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
8. 前記分割手段が、グラフカット法を用いて前記分割を行なうものであることを特徴とする請求項６または７記載の画像処理装置。
9. 画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割する画像処理方法であって、
   前記右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割し、
   該分割の結果を用いて前記中葉領域を取得する
   ことを特徴とする画像処理方法。
10. 画像中の右肺の領域を上葉領域、中葉領域、および下葉領域に自動分割するためのプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記右肺の領域を、上葉領域と該上葉領域以外の領域に分割するとともに、下葉領域と該下葉領域以外の領域に分割し、
    該分割の結果を用いて前記中葉領域を取得することを実行させる画像処理プログラム。

Images