JP2012504003A - Fault detection method and apparatus executed using computer - Google Patents

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Abstract

【解決手段】画像データから通常の障害及び異常な障害を自動的に検出する方法が示されている。この方法は、局所的な強度分散分析に基づいており、多くの医療用コンピュータ支援検出(CAD) システムに用いられ得る。完全な説明が、結腸CAD システムのために示されるが、本発明は、他の画像診断法に利用されることができ、他のCAD アプリケーションに同様に拡張され得る。従来のCTC 結腸CAD 障害検出器は、単純な形状特異的方法に基づいていることが多く、従って、形状が複雑な一部の変形した障害を見逃す場合がある。本発明の実施形態は、各ボクセルでヘッセ行列によって与えられる局所的な強度分散情報に基づいた高速且つ頑健な方法を用いて、ある種の形状を有するがこれらに限定されない非常に蓋然性が高い障害を抽出する。更に、処理要件が最小限度であり、実行は他の公知の技術と比較して簡単である。A method for automatically detecting normal and abnormal faults from image data is shown. This method is based on local intensity analysis of variance and can be used in many medical computer aided detection (CAD) systems. Although a complete description is presented for a colon CAD system, the present invention can be utilized in other imaging techniques and can be extended to other CAD applications as well. Conventional CTC colon CAD fault detectors are often based on simple shape-specific methods and may therefore miss some deformed faults that are complex in shape. Embodiments of the present invention use a fast and robust method based on the local intensity variance information given by the Hessian at each voxel, using a very probable obstacle that has certain shapes but is not limited to them. To extract. Furthermore, processing requirements are minimal and implementation is simple compared to other known techniques.

Description

本発明は、医療用の画像化及び分析に関する。特には、本発明は医療用デジタル画像で障害を検出するための方法に関する。   The present invention relates to medical imaging and analysis. In particular, the invention relates to a method for detecting faults in medical digital images.

医療用の画像化
医療用デジタル画像の一例が、CTスキャン画像である。CTスキャン画像は、人間又は動物の患者のある領域のCTスキャンから得られた一又は一連のCT画像スライスを有するデジタル画像である。各スライスは、スキャンされた領域のX線吸収を表す二次元デジタルグレースケール画像である。スライスの特性は、使用されるCTスキャナに左右される。例えば、高解像度マルチスライスCTスキャナは、x方向及びy方向(つまり、スライスの面)に解像度が0.5 乃至1.0 mm/画素である画像を生成することが可能である。各画素は、16ビットのグレースケールで表示され得る。各画素の強度値が、ハウンスフィールド単位(HU)で表現されてもよい。連続するスライスは、z方向(つまり、スキャン分離軸)に沿って一定の距離で、例えば0.5 乃至2.5 mmの距離で分離されてもよい。従って、スキャン画像は、スキャン面積及びスキャンされたスライス数に応じた全体サイズを有する三次元(3D)グレースケール画像であってもよい。そのため、各画素は三次元空間におけるボクセルであってもよい。代わりに、スキャン画像は、単一のスライスを有してもよく、従って、単一の二次元(2D)グレースケール画像であってもよい。
Medical Imaging An example of a medical digital image is a CT scan image. A CT scan image is a digital image having one or a series of CT image slices obtained from a CT scan of an area of a human or animal patient. Each slice is a two-dimensional digital grayscale image representing the x-ray absorption of the scanned area. The slice characteristics depend on the CT scanner used. For example, a high resolution multi-slice CT scanner can generate an image with a resolution of 0.5 to 1.0 mm / pixel in the x and y directions (ie, the plane of the slice). Each pixel can be displayed in 16-bit gray scale. The intensity value of each pixel may be expressed in Hounsfield units (HU). Consecutive slices may be separated at a constant distance along the z-direction (ie, scan separation axis), for example, a distance of 0.5 to 2.5 mm. Therefore, the scanned image may be a three-dimensional (3D) grayscale image having an overall size according to the scanned area and the number of scanned slices. Therefore, each pixel may be a voxel in a three-dimensional space. Alternatively, the scanned image may have a single slice and thus may be a single two-dimensional (2D) grayscale image.

CTスキャンは、電子ビームコンピュータ断層撮影(EBCT)、多重検出器、渦巻スキャン、又は、X線吸収を表わす2D画像又は3D画像を出力として生成する任意の技術のようなあらゆるCTスキャン技術によって得られてもよい。   CT scans can be obtained by any CT scan technique, such as electron beam computed tomography (EBCT), multiple detectors, swirl scan, or any technique that produces 2D or 3D images representing x-ray absorption as output. May be.

CAD
コンピュータ支援検出(CAD) は、医療チームの解釈及び決定を支援するコンピュータ化された医療方法である。CAD は、疑わしい障害及び塊を検出するために、CT、SPECT 、PET 、MRI 、超音波、電子顕微鏡、X線透視又は光断層撮影のような医療用画像診断法からの情報を用いる。
CAD
Computer-aided detection (CAD) is a computerized medical method that helps medical teams interpret and make decisions. CAD uses information from medical imaging techniques such as CT, SPECT, PET, MRI, ultrasound, electron microscopy, fluoroscopy or optical tomography to detect suspicious lesions and masses.

この10年の間に、コンピュータ化された画像解析におけるコンピュータ性能の進化及び発展は、価値のあるセカンドオピニオンを放射線技師に与えることにより医療用画像化検査の解釈段階に影響を与えており、多くの侵攻性疾患検出の向上及び早期の診断に繋がっている。最近、コンピュータ支援検出は、結腸、肺、胸、肝臓、前立腺及び脳のような様々な解剖体のための多くの医療用スクリーニングアプリケーションに用いられている。   Over the last decade, the evolution and development of computer performance in computerized image analysis has influenced the interpretation stage of medical imaging examinations by giving radiologists a valuable second opinion. Has led to improved detection and early diagnosis of aggressive disease. Recently, computer-aided detection has been used in many medical screening applications for various anatomies such as colon, lung, breast, liver, prostate and brain.

一般に、CAD システムは、3つの主要部分、つまり、スキャナ1 、ソフトウェア2 及びビューア3 から構成されている(図1参照)。スキャナ1 は、取得及びデジタル化のために用いられる。ほとんど全てのスキャナは、デジタルの取得データを与えることが可能な電子装置を既に備えている。ソフトウェア2 は、取り込まれたデータを分析して、障害を示唆する可能性がある領域を放射線技師に再調査するように促す高性能なコンピュータプログラムを有している。ビューア3 は、医療診断を支援する画像視覚化及び加工のためのグラフィックユーザインタフェース(GUI) である。   In general, a CAD system is composed of three main parts: a scanner 1, software 2 and a viewer 3 (see FIG. 1). The scanner 1 is used for acquisition and digitization. Almost all scanners already have electronic devices that can provide digital acquisition data. Software 2 has a high-performance computer program that analyzes the captured data and prompts the radiologist to review areas that may indicate a failure. The viewer 3 is a graphic user interface (GUI) for image visualization and processing that supports medical diagnosis.

CAD のソフトウェアは、決定するための自動アルゴリズム又は半自動アルゴリズムを用いており、基本的に5つの段階、すなわち、前処理、分割、検出、特徴抽出及び分類から構成されている(図2参照)。前処理ステップS1は通常、アーチファクトの訂正及びノイズの除去から構成されている。分割ステップS2は、対象の器官(例えば、肺又は結腸[4] )をデータから分割する。検出ステップS3は、障害を特徴付ける幾何学的特徴の抽出及びグループ化によって、分割された器官中で確率が高い候補領域のみを選択することにより処理すべきデータの量を減らすことを意図しているので、CAD の核である(図3参照)。この検出段階のために開発された方法が、容積形状指数及び湾曲度、規則に基づくフィルタを用いた表面曲率、ハフ変換及び球状フィッティング([4] 及び[4] の参考文献)の使用を含んでいる。特徴抽出ステップS4は、どの値が、同一カテゴリーの領域に非常に類似しているか、及び異なるカテゴリーの領域と非常に異なっているかを評価することにより、候補領域を特徴付ける。最後の分類ステップS5は、教師付き分類又はニューラルネットワークの統計的方法に基づいており、不変の特徴を識別することを目的としている。   CAD software uses an automatic or semi-automatic algorithm to determine and basically consists of five stages: preprocessing, segmentation, detection, feature extraction and classification (see FIG. 2). The preprocessing step S1 usually consists of artifact correction and noise removal. The dividing step S2 divides the target organ (for example, lung or colon [4]) from the data. The detection step S3 is intended to reduce the amount of data to be processed by selecting only candidate regions with high probability in the segmented organ by extracting and grouping geometric features characterizing the fault. Therefore, it is the core of CAD (see Fig. 3). Methods developed for this detection step include the use of volumetric shape index and curvature, surface curvature with rule-based filters, Hough transform and spherical fitting (references [4] and [4]). It is out. The feature extraction step S4 characterizes the candidate regions by evaluating which values are very similar to regions of the same category and very different from regions of different categories. The last classification step S5 is based on supervised classification or neural network statistical methods and aims to identify invariant features.

欧州特許出願公開第0609922 号明細書European Patent Application No. 0060922

CTC のためのCAD
結腸直腸癌は、開発途上国と先進国との両方における膨張人口及び高齢人口のために、症例及び死亡の数が地球的規模で増加する世界的な問題である。コンピュータ断層撮影結腸内視鏡検査(CTC) 、すなわち仮想結腸内視鏡検査は、結腸癌のための有望なスクリーニング手段である。CTC は、ポリープ、憩室炎及び癌を含む結腸及び腸を画像化することを意図した非侵入性画像診断法である。CTC は、結腸全体の二次元画像及び三次元画像を生成するためにX線を用いる。CTC のためのCAD は、CTC で疑わしい障害の位置を検出し、放射線技師の決定を支援することができる。結腸直腸癌は、CTC で潜在的に目に見える隆起したポリープから生じると考えられている。このような隆起したポリープを除去することにより、癌の大部分が防止されると推定されている。しかしながら、結腸の一部の重要なポリープが複雑な構造を有しているか、又は隆起していないという認識が広がっている。このタイプのポリープの検出は、非常に困難である。この数年間に、CAD システムは、相当に高度化されたCTC を有しており、ポリープを検出するための機構が確立されている。しかしながら、CTC のためのCAD は、一部の複雑な構造を検出することが未だできず、感度が高く偽陽性率が低い臨床的に十分な検出を達成するために、技術を更に改善することが求められている。
CAD for CTC
Colorectal cancer is a global problem with a global increase in the number of cases and deaths due to the expanding and aging population in both developing and developed countries. Computed tomography colonoscopy (CTC), or virtual colonoscopy, is a promising screening tool for colon cancer. CTC is a non-invasive imaging technique intended to image the colon and intestines, including polyps, diverticulitis and cancer. CTC uses X-rays to generate 2D and 3D images of the entire colon. CAD for CTC can detect the location of suspicious obstacles in CTC and help the radiologist make decisions. Colorectal cancer is thought to arise from raised polyps that are potentially visible on CTC. It has been estimated that removal of such raised polyps will prevent most of the cancer. However, there is widespread recognition that some important polyps of the colon have complex structures or are not raised. Detection of this type of polyp is very difficult. Over the last few years, CAD systems have had a highly sophisticated CTC and a mechanism for detecting polyps has been established. However, CAD for CTC is still unable to detect some complex structures and further improves the technology to achieve clinically sufficient detection with high sensitivity and low false positive rate. Is required.

CTC のための従来のCAD 機構
CTC のためのCAD 機構は、主に以下の4つのステップから構成されている。
1.ノイズの除去、糞便タギングの影響の最小化又は電子結腸洗浄(ECC) を含んでもよい前処理ステップS1
2.小腸、肺又は胃のような余分な結腸構造からの結腸の分割S2
3.ポリープ候補の検出S3及び分割。容積形状指数及び湾曲度、規則に基づくフィルタを用いた表面曲率、球状フィッティング又は重複表面法線法の使用を含む複数の方法が開発されている。これらの方法は全て、ポリープを他の構造から区別する形状特異的分析を用いている。残念ながら、上述したように、ポリープは固有の形状を有しておらず、潜在的な障害が見落とされる場合がある。
4.容積組織又はCT強度のような様々な内部特徴を用いた、偽陽性の特徴付け及び区別S4
5.ポリープ類に属する候補を選択し、CAD によって検出されたポリープとして候補を報告する分類ステップS5
Traditional CAD mechanism for CTC
The CAD mechanism for CTC mainly consists of the following four steps.
1. Pretreatment step S1 that may include noise removal, minimization of fecal tagging effects or electronic colon cleaning (ECC)
2. Division of colon S2 from extra colonic structures such as small intestine, lungs or stomach
3. Detection S3 and segmentation of polyp candidates. Several methods have been developed including the use of volumetric shape index and curvature, surface curvature with rule-based filters, spherical fitting or overlapping surface normals. All of these methods use shape-specific analysis that distinguishes polyps from other structures. Unfortunately, as mentioned above, polyps do not have a unique shape and potential obstacles may be overlooked.
4). Characterization and differentiation of false positives using various internal features such as volumetric tissue or CT intensity S4
5. Classification step S5 for selecting candidates belonging to polyps and reporting the candidates as polyps detected by CAD

本発明の一態様によれば、強度を複数のポイントに有する医療用デジタル画像の対象物を識別する、コンピュータを用いて実行される方法において、前記画像を表わす医療用画像データを受け取り、前記強度の局所的な分散を各ポイントで決定し、最小変化方向に沿って前記局所的な分散を分析して、前記対象物を識別することを特徴とする方法が提供されている。   According to one aspect of the present invention, in a computer-implemented method for identifying an object of a medical digital image having intensities at a plurality of points, receiving medical image data representing the image, the intensity Is provided at each point, and the local variance is analyzed along a minimum change direction to identify the object.

本発明の別の態様によれば、強度を複数のポイントに有する医療用デジタル画像の対象物を識別する、コンピュータを用いて実行される方法において、前記画像を表わす医療用画像データを受け取り、画像のヘッセ行列を各ポイントで計算し、ヘッセ行列の正定値性及び負定値性を各ポイントで決定し、ヘッセ行列の前記正定値性及び負定値性を分析して、前記対象物を識別することを特徴とする方法が提供されている。   According to another aspect of the present invention, in a computer-implemented method for identifying an object of a medical digital image having intensity at a plurality of points, receiving medical image data representing said image, Calculating the Hessian matrix at each point, determining the positive definiteness and negative definiteness of the Hessian matrix at each point, and analyzing the positive definiteness and negative definiteness of the Hessian matrix to identify the object Is provided.

一実施形態では、画像データから通常の障害及び異常な障害を自動的に検出する方法が示されている。この方法は、局所的な強度分散分析に基づいており、多くの医療用コンピュータ支援検出(CAD) システムに用いられ得る。完全な説明が、結腸CAD システムのために示される。従来のCTC 結腸CAD 障害検出器は、単純な形状特異的方法に基づいていることが多く、従って、形状が複雑な一部の変形した障害を見逃す場合がある。   In one embodiment, a method for automatically detecting normal and abnormal faults from image data is shown. This method is based on local intensity analysis of variance and can be used in many medical computer aided detection (CAD) systems. A complete description is presented for the colon CAD system. Conventional CTC colon CAD fault detectors are often based on simple shape-specific methods and may therefore miss some deformed faults that are complex in shape.

本発明の実施形態は、ある種の形状を有するがこれらに限定されない十分確実な障害を抽出する。前記実施形態は、各ボクセルでヘッセ行列によって与えられる局所的な強度分散情報に基づいた高速且つ頑健な方法を備えてもよい。更に、処理要件は最小限度であってもよく、本技術における他の公知の方法と比較して簡単に実行され得る。   Embodiments of the present invention extract sufficiently reliable obstacles that have certain shapes, but are not limited to these. Said embodiment may comprise a fast and robust method based on the local intensity distribution information given by the Hessian at each voxel. Further, the processing requirements may be minimal and can be easily implemented as compared to other known methods in the art.

本発明の実施形態は、容積デジタル画像に関連したCAD 機構を備えており、特には、通常の障害及び異常な障害を検出するために用いられ得る方法を備えている。形状分析と、各形状間の区別とを用いる代わりに、又は特定形状へのマッチング法を用いる代わりに、三次元局所強度分散分析が、通常の障害及び異常な障害を抽出するために用いられる。局所強度分散情報は、各ボクセルでヘッセ行列の特性によって与えられる。ヘッセ行列から導き出された情報が、より暗い背景でより明るい領域を特徴付け得る通常の障害及び異常な障害の位置決定を可能にする。   Embodiments of the present invention include CAD mechanisms associated with volumetric digital images, and in particular, methods that can be used to detect normal and abnormal faults. Instead of using shape analysis and distinction between shapes, or instead of using a matching method for specific shapes, three-dimensional local intensity variance analysis is used to extract normal and abnormal obstacles. Local intensity variance information is given by the characteristics of the Hessian matrix at each voxel. Information derived from the Hessian matrix allows the location of normal and abnormal faults that can characterize brighter areas with darker backgrounds.

本発明の他の拡張及び利点は、以下の詳細な説明、添付図面及び添付している特許請求の範囲から当業者に明らかになる。本発明は、CTスキャン画像に制限されず、MRI 、超音波又はX線画像のような他の医療用デジタル画像に適用されてもよい。従来のX線画像が、デジタル化される前にX線フィルムで現像されてもよい。   Other extensions and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description, the accompanying drawings, and the appended claims. The present invention is not limited to CT scan images but may be applied to other medical digital images such as MRI, ultrasound or X-ray images. Conventional X-ray images may be developed with X-ray film before being digitized.

CAD システムを示す図である。It is a figure which shows a CAD system. 公知のCAD 機構を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a well-known CAD mechanism. 公知の検出機構を示す図である。It is a figure which shows a well-known detection mechanism. 本発明の実施形態における固有値の計算を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows calculation of the eigenvalue in embodiment of this invention. 本実施形態における障害対照のための2つの可能性がある事例を示す図である。It is a figure which shows the example with two possibilities for the fault control in this embodiment. 本実施形態における臨界点の特徴付けを示す図である。It is a figure which shows the characterization of the critical point in this embodiment. 医療用画像装置と、医療用画像装置からの画像データを処理するための遠隔コンピュータとを示す概略図である。It is the schematic which shows a medical imaging device and the remote computer for processing the image data from a medical imaging device. 遠隔コンピュータを更に詳細に示す図である。FIG. 2 illustrates a remote computer in more detail.

本発明の実施形態を、添付図面を参照して以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

明瞭化のために、以下の説明は、結腸の障害(ポリープ)の形態の結腸直腸癌の症例のための提案された方法論の使用に重点を置いている。同様に、特定の実施形態は、コンピュータ断層撮影結腸内視鏡検査(CTC) によって生成されたデータに関して特に例示されている。本発明は、一アプリケーション又は一医療形態に制限されない。本発明は、明らかであるように、他のCAD アプリケーションに同様に拡張されることが可能であり、PET/SPECT 、MRI 、OT、US、EM等によって生成されたデータを含むあらゆる他の医療形態に適合され得る。   For clarity, the following description focuses on the use of the proposed methodology for colorectal cancer cases in the form of colonic disorders (polyps). Similarly, particular embodiments are specifically illustrated with respect to data generated by computed tomography colonoscopy (CTC). The present invention is not limited to one application or one medical form. The present invention, as will be apparent, can be extended to other CAD applications as well, and any other medical form including data generated by PET / SPECT, MRI, OT, US, EM, etc. Can be adapted.

CTC のためのCAD 機構
本実施形態のCAD 機構は、CTC 、特には分割ステップ及び検出ステップに十分関連付けられる。各形状を識別するために形状分析を用いる代わりに、局所的な強度分散分析が、通常の障害及び異常な障害を抽出するために用いられる。局所的な強度分散は、ヘッセ行列の最大の固有値からのみの情報を用いる。データがECC 無しで処理される場合、2つの固有値、すなわち以下の説明で分かるように最大の固有値及び最小の固有値が必要である。
CAD mechanism for CTC The CAD mechanism of this embodiment is fully associated with CTC, in particular with the division and detection steps. Instead of using shape analysis to identify each shape, local intensity variance analysis is used to extract normal and abnormal faults. Local intensity variance uses information only from the largest eigenvalue of the Hessian matrix. If the data is processed without ECC, two eigenvalues are required: the largest eigenvalue and the smallest eigenvalue as will be seen in the following description.

まず、結腸における正常な解剖学的構造と異常な解剖学的構造とを検出するために用いられる確実な手法が示される。三次元CTC 画像のCT値が、三次元強度関数I(x,y,z)であるとみなされ得る。画像I の夫々のポイントにおけるヘッセ行列が用いられ得る。H として示されたヘッセ行列は、幾何学的配列に関する強度関数I の二次導関数のマトリックスである。ヘッセ行列H は、元の強度I の局所的な強度変化の二次構造を各ポイントで記述する3×3の対称行列である。ヘッセ行列H は、簡単な偏導関数検査を介して局所的な強度分散情報を与えることが可能な優れた構造記述子である。   First, a reliable technique is shown that can be used to detect normal and abnormal anatomy in the colon. The CT value of the three-dimensional CTC image can be regarded as a three-dimensional intensity function I (x, y, z). The Hessian matrix at each point of image I can be used. The Hessian, denoted as H, is a matrix of second derivatives of the intensity function I with respect to the geometric arrangement. The Hessian matrix H is a 3 × 3 symmetric matrix describing the secondary structure of the local intensity change of the original intensity I at each point. The Hessian matrix H is an excellent structural descriptor that can provide local intensity variance information through simple partial derivative testing.

強度関数I の二次導関数の計算は、ヘッセ行列の質のために重要である。実際には、画像は、通常高周波ノイズを伴っており、従って、ノイズを除去するフィルタが必要である。ノイズを減じて、正確なヘッセ行列を得るための多くの方法が存在する。これらの方法は、様々なフィルタリングの種類、つまり、等方性拡散及び異方性拡散[2,3] に分類され得る([2,3] の参考文献参照)。異方性拡散[3] における頑健な統計の使用は、非常に見込みがあり、CAD の分野で使用されていない。便宜上、等方性拡散のみが、本分野で最も一般に用いられている方法であるので示されている。等方性拡散フィルタリングは、ガウスフィルタとみなされ得る。   The calculation of the second derivative of the intensity function I is important for the quality of the Hessian. In practice, the image is usually accompanied by high frequency noise, and therefore a filter that removes the noise is required. There are many ways to reduce noise and get an accurate Hessian. These methods can be categorized into various filtering types: isotropic diffusion and anisotropic diffusion [2,3] (see references in [2,3]). The use of robust statistics in anisotropic diffusion [3] is very promising and has not been used in the CAD field. For convenience, only isotropic diffusion is shown because it is the most commonly used method in the field. Isotropic diffusion filtering can be considered a Gaussian filter.

高速に実行すべく、等方性拡散を用いてヘッセ行列のための導関数を計算する一方法が、直列カスケード型の因果的ガウスフィルタ及び反因果的ガウスフィルタ[1] である。この方法は通常、他の代替方法ほど高価ではない。この再帰的ガウスフィルタは、ガウスフィルタリングの無限インパルス応答(IIR) 近似とも呼ばれる。   One method of calculating the derivative for the Hessian using isotropic diffusion for high-speed execution is a serial cascade causal Gaussian filter and anti-causal Gaussian filter [1]. This method is usually less expensive than other alternative methods. This recursive Gaussian filter is also called the infinite impulse response (IIR) approximation of Gaussian filtering.

ヘッセ行列は3×3の対称性を有するので、6つの要素のみが計算される。更に、ガウス関数が分離可能であることに注目することが重要である。従って、多次元ガウスフィルタは、主軸に沿って一次元ガウス関数に分離されることが可能であり、より効率的に計算される。一次元ガウス関数と、その一次導関数及び二次導関数とは、以下の式(1)によって表現され得る。   Since the Hessian has 3 × 3 symmetry, only six elements are calculated. It is further important to note that the Gaussian function is separable. Thus, the multidimensional Gaussian filter can be separated into a one-dimensional Gaussian function along the principal axis and is calculated more efficiently. The one-dimensional Gaussian function and its first and second derivatives can be expressed by the following equation (1).

Figure 2012504003
Figure 2012504003

ここで、導関数g'はt に関しており、σは、高周波とも呼ばれる0(σ)より小さい細部を検出器に無視させるノイズ尺度である。ガウス関数が分離可能であるので、三次元ガウスフィルタマスクは、各方向における一次元ガウス関数の乗算から構成されている。g,g',g''に対応するガウスフィルタマスクは、G0、G1及びG2によって示される。二次導関数の計算は、以下の式(2)によって表現されてもよい。
Iσ xx = I*(G2(x)・G0(y)・G0(z))
Iσ yy = I*(G0(x)・G2(y)・G0(z))
Iσ zz = I*(G0(x)・G0(y)・G2(z)) (2)
Iσ xy = I*(G1(x)・G1(y)・G0(z))
Iσ xz = I*(G1(x)・G0(y)・G1(z))
Iσ yz = I*(G0(x)・G1(y)・G1(z))
アスタリスク「*」は、畳み込み演算子を表わす。添字の表記は、空間座標x,y,z に関する偏導関数を表わす。
Here, the derivative g ′ is related to t 1, and σ is a noise measure that causes the detector to ignore details less than 0 (σ), also called high frequency. Since the Gaussian function is separable, the three-dimensional Gaussian filter mask consists of a one-dimensional Gaussian function multiplication in each direction. Gaussian filter masks corresponding to g, g ′, g ″ are denoted by G 0 , G 1 and G 2 . The calculation of the second derivative may be expressed by the following equation (2).
I σ xx = I * (G 2 (x) ・ G 0 (y) ・ G 0 (z))
I σ yy = I * (G 0 (x) ・ G 2 (y) ・ G 0 (z))
I σ zz = I * (G 0 (x), G 0 (y), G 2 (z)) (2)
I σ xy = I * (G 1 (x) ・ G 1 (y) ・ G 0 (z))
I σ xz = I * (G 1 (x) ・ G 0 (y) ・ G 1 (z))
I σ yz = I * (G 0 (x) ・ G 1 (y) ・ G 1 (z))
An asterisk “*” represents a convolution operator. The subscript notation represents the partial derivative with respect to the spatial coordinates x, y, z.

従って、対称的なヘッセ行列は、以下の式(3)により与えられる。   Therefore, a symmetric Hessian matrix is given by the following equation (3).

Figure 2012504003
Figure 2012504003

この行列は、対称であり、従って複数の実固有値を有する。各固有値は、(その固有ベクトルによって方向付けられた)対応する固有方向における局所的な強度分散について記述している。これら3方向の流動性構造のために確実な方向の推定値を得て、大きさが適切な領域の研究にのみ重点を置くために、要素に関連した畳み込みをガウスGρを用いて適用することにより、方向を平均化することが可能であり、ここで、ρは積分尺度である。畳み込みは、上記のような再帰的な方法を用いて実行され得る。 This matrix is symmetric and thus has multiple real eigenvalues. Each eigenvalue describes the local intensity variance in the corresponding eigendirection (directed by its eigenvector). Applying element-related convolutions using Gaussian G ρ to obtain reliable direction estimates for these three-way fluidity structures and focus only on the study of size-appropriate regions It is possible to average the direction, where ρ is an integral measure. Convolution can be performed using a recursive method as described above.

Figure 2012504003
Figure 2012504003

ここで、指数ρ及び指数σは、明瞭化のためにヘッセ行列の要素から省かれている。   Here, the index ρ and the index σ are omitted from the elements of the Hessian matrix for the sake of clarity.

ヘッセ行列H の固有値(λ1 ≦λ2 ≦λ3 )は、大きさ0(ρ)の近傍内で強度の変化量を積分する。固有値は、対応する固有方向における平均コントラストについて記述している。積分尺度ρは、組織の特徴的大きさを反映している。λ1 ≦λ2 ≦λ3 は、正規直交変換下で不変である。多次元空間が定義されることが可能であり、多次元空間の軸がこれらの不変量測定値に対応する。 The eigenvalue (λ 1 ≦ λ 2 ≦ λ 3 ) of the Hessian matrix H integrates the amount of change in intensity within the vicinity of the magnitude 0 (ρ). The eigenvalue describes the average contrast in the corresponding eigendirection. The integral scale ρ reflects the characteristic size of the tissue. λ 1 ≦ λ 2 ≦ λ 3 is invariant under orthonormal transformation. A multidimensional space can be defined, and the axes of the multidimensional space correspond to these invariant measurements.

ヘッセ行列H の固有値を計算するための高速且つ頑健な方法が、特性行列方程式から解析的に[6] 生じる三次方程式を解くことである。
|H−λI|=0 (5)
A fast and robust way to calculate the eigenvalues of the Hessian matrix H is to solve a cubic equation that arises analytically [6] from the characteristic matrix equation.
| H−λI | = 0 (5)

定常点h0=(x0,y0,z0) (最小点、最大点又は鞍点)の付近で、強度関数I (h=(x,y,z)) が、以下の式(6)により近似され得る。
I ≒ I0+1/2hTHh (6)
In the vicinity of the steady point h 0 = (x 0, y 0, z 0 ) (minimum point, maximum point or saddle point), the intensity function I (h = (x, y, z)) is expressed by the following equation (6) Can be approximated by
I ≒ I 0 + 1 / 2h T Hh (6)

ヘッセ行列H が対称行列であるので、その固有値全てが実数であり、様々な固有値に関連した固有ベクトルが直交であることが示され得る。主軸と呼ばれる、ヘッセ行列H の固有ベクトルから正規直交座標システムを構築することが可能である。主軸定理によって、その列がヘッセ行列H の固有ベクトルである直交行列P 、及びその対角線がヘッセ行列H の固有値である対角行列、PHPT=Dを構築することが可能である。従って、式(6)は、以下の式(7)になる。
I ≒ I0+1/2(Ph)TD(Ph) ≒ I0+1/2(λ1κ1 2+λ2κ2 2+λ3κ3 2) (7)
ここで、ki=(Ph)i、i=1,2,3 である。
Since the Hessian matrix H is a symmetric matrix, it can be shown that all of its eigenvalues are real and the eigenvectors associated with the various eigenvalues are orthogonal. It is possible to construct an orthonormal coordinate system from the eigenvectors of the Hessian H, called the principal axis. By the principal axis theorem, it is possible to construct an orthogonal matrix P whose columns are eigenvectors of the Hessian matrix H and a diagonal matrix PHP T = D whose diagonal is an eigenvalue of the Hessian matrix H. Therefore, Expression (6) becomes the following Expression (7).
I ≒ I 0 +1/2 (Ph) T D (Ph) ≒ I 0 +1/2 (λ 1 κ 1 2 + λ 2 κ 2 2 + λ 3 κ 3 2 ) (7)
Here, k i = (Ph) i , i = 1,2,3.

従って、ヘッセ行列H の固有値を用いて、対応する臨界点特性によって局所構造を特徴付けることが可能である(更に図6参照)。
・ ヘッセ行列H の全ての固有値が完全に正である(H 正定値である)場合、臨界点は、相対的(又は局所的)な最小点である。
・ ヘッセ行列H の全ての固有値が完全に負である(H 負定値である)場合、臨界点は、相対的(又は局所的な)最大点である。
・ ヘッセ行列H が正負の両方の固有値(H 不定値)を有する場合、臨界点は鞍点である。
・ 更なる分析が、ヘッセ行列H が正の半定値又は負の半定値である場合に必要である。
Therefore, it is possible to characterize the local structure by the corresponding critical point characteristics using the eigenvalues of the Hessian matrix H (see also FIG. 6).
• If all eigenvalues of the Hessian H are completely positive (H positive definite), the critical point is the relative (or local) minimum.
• If all eigenvalues of the Hessian matrix H are completely negative (H negative definite), the critical point is the relative (or local) maximum point.
• If the Hessian matrix H has both positive and negative eigenvalues (H indefinite values), the critical point is a saddle point.
-Further analysis is necessary when the Hessian H is positive or negative semidefinite.

臨界点を特徴付けるための、固有値に基づいた方法を用いた代替案が、実対称ヘッセ行列H の正又は負を確定するためのシルベスター条件を検査することである。
・ ヘッセ行列H が正定値である場合、臨界点は相対的(又は局所的)な最小点である。
・ ヘッセ行列H が負定値である場合、臨界点は相対的(又は局所的)な最大点である。
・ 更なる分析が、ヘッセ行列H が正の半定値又は負の半定値である場合に必要である。
An alternative to characterize the critical point, using an eigenvalue-based method, is to examine the Sylvester condition for determining the positive or negative of the real symmetric Hessian matrix H 1.
If the Hessian matrix H is positive definite, the critical point is the relative (or local) minimum point.
If the Hessian matrix H is negative definite, the critical point is the relative (or local) maximum point.
-Further analysis is necessary when the Hessian H is positive or negative semidefinite.

実対称ヘッセ行列H の正を確定するためのシルベスター条件は、以下の通り定義される。
ヘッセ行列H の左上角部のサブ行列の全ての決定要素(△i 、i=1,2,3 )が正である場合、且つその場合に限り、実対称ヘッセ行列H は正定値である。
The Sylvester condition for determining the positive of the real symmetric Hessian matrix H is defined as follows.
The real symmetric Hessian matrix H is positive definite if and only if all the determinants (Δ i , i = 1,2,3) of the sub-matrix at the upper left corner of the Hessian matrix H are positive.

Figure 2012504003
Figure 2012504003

実対称ヘッセ行列H の負を確定するためのシルベスター条件は、式(8)で「>」の記号を「<」の記号と置き換えることにより与えられる。   The Sylvester condition for determining the negative of the real symmetric Hessian matrix H is given by replacing the symbol “>” with the symbol “<” in equation (8).

決定特性及びシルベスター条件を用いて、ガウス消去タイプのアルゴリズムに基づいた実際的且つ高速な判定基準を開発することが可能である。このアルゴリズムは、決定要素の符号保存行操作特性を用いており、以下の[7] に導くことが可能である。
ヘッセ行列H は、内部符号保存行操作のみを用いることにより、全ての対角線成分が正である上三角行列に減らされ得る場合、且つその場合に限り、実対称ヘッセ行列H は正定値である。
Using decision characteristics and Sylvester conditions, it is possible to develop practical and fast criteria based on Gaussian elimination type algorithms. This algorithm uses the sign-preserving line operation property of the decision element and can be derived as follows [7].
The Hessian matrix H is positive definite if and only if all diagonal components can be reduced to an upper triangular matrix by using only the inner code storage row operation.

上三角行列へのヘッセ行列H の換算は、以下により与えられる。   The conversion of the Hessian matrix H to an upper triangular matrix is given by

Figure 2012504003
Figure 2012504003

ここで、ri、i=1,2,3 は、元の行列又は結果として生じた行列のi 番目の行を表わす。 Here, r i , i = 1, 2, 3 represent the i th row of the original matrix or the resulting matrix.

分析的形状の局所的特性を研究する別の方法は、その局所的ガウスと、微分幾何フレームワーク[5] からの平均曲率(κ1 及びκ2 )とを用いる。この手法は、表面パッチのモンジュ(Monge )表示とも呼ばれる以下の二次元定式化に基づいている。
z(u,v) ≒ κ1u22v2 (9)
Another way to study the local properties of an analytical shape uses its local Gaussian and the mean curvature (κ 1 and κ 2 ) from the differential geometry framework [5]. This technique is based on the following two-dimensional formulation, also called the Monge representation of the surface patch.
z (u, v) ≒ κ 1 u 2 + κ 2 v 2 (9)

この手法は、表面形状の表示に基づいており、本実施形態では三次元容積画像全体からの情報を用いているので、提案された手法とは異なる。   This method is based on the display of the surface shape, and in the present embodiment, information from the entire three-dimensional volume image is used, so it is different from the proposed method.

尚、提案された方法論は、三次元デジタル画像のみに制限されず、あらゆる次元に拡張され得る。例えば、一部のアプリケーションでは、通常又は異常な組織(障害又は対象物)の検出が、二次元入力デジタル画像から識別され得る。これらのアプリケーションでは、提案された方法論が容易に実施され得る。固有値判定基準、シルベスター判定基準法及びガウス消去タイプ判定基準は、三次元の場合に述べられている同一の原理を用いて適用され得る。   It should be noted that the proposed methodology is not limited to 3D digital images but can be extended to any dimension. For example, in some applications, detection of normal or abnormal tissue (obstacles or objects) can be identified from a two-dimensional input digital image. In these applications, the proposed methodology can be easily implemented. The eigenvalue criterion, the Sylvester criterion method and the Gaussian elimination type criterion can be applied using the same principles described in the three-dimensional case.

結腸のためのCAD の場合には、(結腸直腸ポリープとも呼ばれる)障害が、結腸又は直腸のライニングに生じる肉質の成長物である。ポリープは、細胞の層からなる嚢状体であり、(軸によって腸壁に付着された)有茎か、又は(腸壁から直接成長する)無茎であり、様々な形状を有してもよい。結腸直腸ポリープは、その形状によってCTC スキャンで認識されることが可能であり、空気又は他の周囲組織と比較してハウンスフィールド単位が高い(明るい強度を有する)軟組織の塊の外観によっても認識され得る。従って、局所的な強度分散分析により、結腸直腸ポリープの抽出が可能である。   In the case of CAD for the colon, the disorder (also called colorectal polyp) is a fleshy growth that occurs in the lining of the colon or rectum. A polyp is a sac composed of a layer of cells, pedicled (attached to the intestinal wall by an axis) or sessile (growing directly from the intestinal wall), and having various shapes Good. Colorectal polyps can be recognized by CTC scans due to their shape, and are also recognized by the appearance of soft tissue masses with high Hounsfield units (with bright intensity) compared to air or other surrounding tissue Can be done. Therefore, colorectal polyps can be extracted by local intensity variance analysis.

本発明の実施形態の重要なステップは、潜在的なポリープ候補を抽出するための検出アルゴリズムである。ポリープが軟組織の塊であるので、CTC スキャンでポリープを認識するために、コンパクトであり、周囲の組織(結腸壁)と比較してコントラストがより明るい領域を見つけるだけで十分である。従って、λ3 ≪0である領域は、結腸壁における潜在的なポリープ候補である。障害が結腸壁の軟組織の唯一の塊であるので、障害の構造的形状を特徴付ける必要がない。尚、λ3 ≪0は、最大の固有値(λ1 ≦λ2 ≦λ3 ≪0)であり、最小の絶対固有値でもある。この条件は、一方向における変化量が通常より少なく、数学的にはヘッセ行列が不定である折り目(鞍点の場合)のような鞍状構造の検出を防いでいる。ある場合には、結腸ポリープが、軟組織より明るい造影剤を用いてタギングされた流体に現われる。本例では、条件は、コントラストが反転される場合、すなわちλ1 ≫0である場合のために同様に指定され得る(図5参照)。 An important step of embodiments of the present invention is a detection algorithm for extracting potential polyp candidates. Since the polyp is a soft tissue mass, it is sufficient to find an area that is compact and has a brighter contrast compared to the surrounding tissue (colon wall) to recognize the polyp on a CTC scan. Thus, regions where λ 3 << 0 are potential polyp candidates in the colon wall. Since the lesion is the only mass of soft tissue in the colon wall, there is no need to characterize the structural shape of the lesion. Note that λ 3 << 0 is the maximum eigenvalue (λ 1 ≦ λ 2 ≦ λ 3 << 0), and is also the minimum absolute eigenvalue. This condition prevents detection of a saddle-like structure such as a fold line (in the case of a saddle point) in which the amount of change in one direction is smaller than usual and mathematically the Hessian matrix is indefinite. In some cases, colon polyps appear in fluids that are tagged with contrast agents brighter than soft tissue. In this example, the condition can be specified in the same way for the case where the contrast is inverted, ie λ 1 >> 0 (see FIG. 5).

限定的ではない2つの機構が、ポリープ検出のためのアルゴリズムの使用を例示している。   Two non-limiting mechanisms illustrate the use of algorithms for polyp detection.

機構1:ECC 前処理有り
1.前処理ステップ:電子結腸洗浄
2.分割:内側及び外側の結腸壁を有する結腸ストリップの抽出
・ 内腔分割:内腔2値マスク
・ 膨張させた内腔マスクを生成するために形態的な膨脹を内腔に適用する
・ 形態的に膨張させたマスクから内腔を取り出す
3.内腔ストリップ内の軟組織の潜在的なポリープの検出:局所的な強度分散分析が、λ3 ≪0に相当する最大の固有方向に沿って行なわれ(例えば、λ3 ≦T、ここでTが閾値である)、ハウンスフィールド単位(HU)での軟組織の範囲内の領域のみが考慮される。
4.偽陽性の低減:
・ 軟組織のボクセルを変更せずに、小さい領域を全て除去するために電位領域に条件付きの浸食及び膨脹を適用する
・ 空気と接しない領域を除去する
5.検出されたポリープの分類及びCAD への報告
Mechanism 1: With ECC pretreatment Pretreatment step: electronic colon washing Segmentation: Extraction of colon strips with inner and outer colon walls Lumen segmentation: Luminal binary mask Application of morphological dilation to the lumen to produce an inflated lumen mask Morphologically 2. Remove the lumen from the inflated mask. Detection of potential polyps of soft tissue in the luminal strip: A local intensity variance analysis is performed along the largest eigendirection corresponding to λ 3 << 0 (eg, λ 3 ≦ T, where T is Only the regions within the soft tissue in Hounsfield units (HU) are considered.
4). Reduce false positives:
• Apply conditional erosion and expansion to the potential region to remove all small regions without changing the soft tissue voxels. • Remove regions that are not in contact with air. Classification of detected polyps and reporting to CAD

機構2:ECC 前処理無し
1.分割:上記の機構のような、結腸ストリップの抽出
2.内腔ストリップ内の軟組織の潜在的なポリープの検出:局所的な強度分散分析が、λ3 ≪0及びλ1 ≫0に相当する最大及び最小の固有方向で行われ(例えば、λ3 ≦T、ここでTが閾値である)、ハウンスフィールド単位での軟組織の範囲内の領域のみが考慮される
3.偽陽性の低減:上記の機構のような処理
4.検出されたポリープの分類及びCAD への報告
Mechanism 2: No ECC pretreatment Segmentation: Extraction of colon strips, as described above. Detection of potential polyps of soft tissue in the luminal strip: Local intensity variance analysis is performed with maximum and minimum eigendirections corresponding to λ 3 << 0 and λ 1 >> 0 (eg, λ 3 ≦ T , Where T is the threshold), only regions within the soft tissue range in units of Hounsfield are considered. 3. Reduction of false positives: treatment like the above mechanism Classification of detected polyps and reporting to CAD

コンピュータシステム
図7に示されているように、スキャナ102 からスキャンデータを受け取り、スキャン画像を構築するコンピュータ104 によってスキャン画像が生成されてもよい。スキャン画像は、電子ファイル又は一連のファイルとして保存されて、電子ファイル又は一連のファイルは、固定ディスク又は着脱可能なディスクのような記憶媒体106 に記憶される。スキャン画像は、スキャン画像と関連付けられたメタデータを含んでもよい。スキャン画像は、コンピュータ104 によって分析されてもよく、又は、スキャン画像は、例えば以下に述べられるように、スキャン画像を処理するためのソフトウェアを実行する別のコンピュータ108 に転送されてもよい。ソフトウェアは、着脱可能なディスク又は固体メモリのような担体に記憶されてもよく、又は、ローカルエリアネットワーク(LAN) 、ワイドエリアネットワーク(WAN) 、及び広義又は狭義のインターネットのようなネットワークを介してダウンロードされてもよい。
Computer System As shown in FIG. 7, a scan image may be generated by a computer 104 that receives scan data from a scanner 102 and constructs a scan image. The scanned image is stored as an electronic file or a series of files, and the electronic file or series of files is stored in a storage medium 106 such as a fixed disk or a removable disk. The scanned image may include metadata associated with the scanned image. The scanned image may be analyzed by the computer 104, or the scanned image may be transferred to another computer 108 that executes software for processing the scanned image, for example, as described below. The software may be stored on a carrier such as a removable disk or solid-state memory, or via a network such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), and a broad or narrow Internet. May be downloaded.

ここに述べられたコンピュータは、図8に示されているようなコンピュータシステム200 であってもよい。本発明の実施形態は、コンピュータシステム200 による実行のためのプログラム可能なコードとして実施されてもよい。本発明の様々な実施形態を、本例のコンピュータシステム200 に関して説明する。この説明を読めば、他のコンピュータシステム及び/又はコンピュータ構造を用いて本発明を実施する方法が当業者に明らかになる。   The computer described herein may be a computer system 200 as shown in FIG. Embodiments of the invention may be implemented as programmable code for execution by computer system 200. Various embodiments of the present invention are described with respect to the example computer system 200. After reading this description, it will become apparent to a person skilled in the art how to implement the invention using other computer systems and / or computer structures.

コンピュータシステム200 は、プロセッサ204 のような一又は複数のプロセッサを備えている。プロセッサ204 は、専用の又は汎用のデジタルシグナルプロセッサを含むが、これに限定されないあらゆるタイプのプロセッサであってもよい。プロセッサ204 は、通信インフラストラクチャ206 (例えば、バス又はネットワーク)に接続されている。様々なソフトウェアの実行を、この典型的なコンピュータシステムに関して説明する。この説明を読めば、他のコンピュータシステム及び/又はコンピュータ構造を用いて本発明を実施する方法が当業者に明らかになる。   Computer system 200 includes one or more processors, such as processor 204. The processor 204 may be any type of processor including but not limited to a dedicated or general purpose digital signal processor. The processor 204 is connected to a communication infrastructure 206 (eg, a bus or network). Various software implementations are described in terms of this exemplary computer system. After reading this description, it will become apparent to a person skilled in the art how to implement the invention using other computer systems and / or computer structures.

コンピュータシステム200 は、好ましくはランダムアクセスメモリ(RAM) である主メモリ208 を更に備えており、二次メモリ210 を更に備えてもよい。二次メモリ210 は、例えば、ハードディスクドライブ212 、及び/又は、フロッピディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ等に相当する着脱可能な記憶ドライブ214 を有してもよい。着脱可能な記憶ドライブ214 は、着脱可能な記憶部218 に公知の方法で読み書きする。着脱可能な記憶部218 は、着脱可能な記憶ドライブ214 によって読み書きされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスク等に相当する。着脱可能な記憶部218 は、十分に理解されるように、コンピュータで使用可能な記憶媒体を有しており、記憶媒体に、コンピュータソフトウェア及び/又はデータが記憶されている。   The computer system 200 further comprises a main memory 208, preferably random access memory (RAM), and may further comprise a secondary memory 210. The secondary memory 210 may include, for example, a hard disk drive 212 and / or a removable storage drive 214 corresponding to a floppy disk drive, magnetic tape drive, optical disk drive, or the like. The removable storage drive 214 reads / writes data to / from the removable storage unit 218 by a known method. The removable storage unit 218 corresponds to a flexible disk, a magnetic tape, an optical disk, or the like that is read and written by the removable storage drive 214. The detachable storage unit 218 has a storage medium that can be used by a computer, as well understood, and computer software and / or data are stored in the storage medium.

代替の実行では、二次メモリ210 は、コンピュータプログラム又は他の指示をコンピュータシステム200 にロードするための他の同様の手段を有してもよい。このような手段は、例えば、着脱可能な記憶部222 及びインターフェース220 を有してもよい。このような手段の例として、(ビデオゲーム装置で既に見られるような)プログラムカートリッジ及びカートリッジインターフェースと、(EPROM 、PROM又はフラッシュメモリのような)着脱可能なメモリチップ及び関連したソケットと、他の着脱可能な記憶部222 及びソフトウェア及びデータを着脱可能な記憶部222からコンピュータシステム200 に転送するためのインターフェース220 とがある。代わりに、コンピュータシステム200 のプロセッサ204 を用いて、プログラムが実行されてもよく、及び/又は、データが着脱可能な記憶部222 からアクセスされてもよい。   In alternative implementations, secondary memory 210 may have other similar means for loading computer programs or other instructions into computer system 200. Such means may include, for example, a removable storage unit 222 and an interface 220. Examples of such means include program cartridges and cartridge interfaces (as already found in video game devices), removable memory chips (such as EPROM, PROM or flash memory) and associated sockets, and other There is a removable storage unit 222 and an interface 220 for transferring software and data from the removable storage unit 222 to the computer system 200. Alternatively, the program may be executed using the processor 204 of the computer system 200 and / or data may be accessed from the removable storage 222.

コンピュータシステム200 は、通信インターフェース224 を更に備えてもよい。通信インターフェース224 により、ソフトウェア及びデータが、コンピュータシステム200 と外部装置との間で転送され得る。通信インターフェース224 の例として、モデム、(イーサネット(登録商標)カードのような)ネットワークインタフェース、通信ポート、パーソナルコンピュータメモリカード国際協会(PCMCIA)スロット及びカード等がある。通信インターフェース224 を介して転送されるソフトウェア及びデータは、通信インターフェース224 によって受信され得る電子信号、電磁気信号、光信号又は他の信号であってもよい信号228 の形態である。このような信号228 は通信経路226 を介して通信インターフェース224 に与えられる。通信経路226 は、信号228を伝送しており、ワイヤ若しくはケーブル、光ファイバ、電話線、無線リンク、携帯電話リンク、無線周波数リンク又は他のあらゆる適切な通信チャンネルを用いて実施されてもよい。例えば、通信経路226 はチャネルの組み合わせを用いて実施されてもよい。   The computer system 200 may further include a communication interface 224. The communication interface 224 allows software and data to be transferred between the computer system 200 and external devices. Examples of the communication interface 224 include a modem, a network interface (such as an Ethernet card), a communication port, a personal computer memory card international association (PCMCIA) slot, and a card. Software and data transferred via the communication interface 224 are in the form of a signal 228, which can be an electronic signal, an electromagnetic signal, an optical signal, or other signal that can be received by the communication interface 224. Such a signal 228 is provided to the communication interface 224 via the communication path 226. Communication path 226 carries signal 228 and may be implemented using wire or cable, fiber optic, telephone line, wireless link, cellular telephone link, radio frequency link, or any other suitable communication channel. For example, the communication path 226 may be implemented using a combination of channels.

本適用では、「コンピュータプログラム媒体」及び「コンピュータで使用可能な媒体」という用語は、着脱可能な記憶ドライブ214 、ハードディスクドライブ212 に装着されたハードディスク、及び信号228 のような媒体を参照するために一般的に用いられている。このようなコンピュータプログラム製品は、ソフトウェアをコンピュータシステム200 に与えるための手段である。   In this application, the terms “computer program medium” and “computer usable medium” refer to media such as removable storage drive 214, hard disk attached to hard disk drive 212, and signal 228. Commonly used. Such a computer program product is a means for providing software to the computer system 200.

(コンピュータ制御ロジックとも呼ばれる)コンピュータプログラムが、主メモリ208 及び/又は二次メモリ210 に記憶されている。コンピュータプログラムが、通信インターフェース224 を介して受信されてもよい。このようなコンピュータプログラムが実行されると、コンピュータシステム200 は、本明細書に述べられている本発明を実施することが可能になる。従って、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム200 の制御部に相当する。本発明がソフトウェアを用いて実施される場合、ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に記憶されて、複数の実施例を提供するために、着脱可能な記憶ドライブ214、ハードディスクドライブ212 又は通信インターフェース224 を用いてコンピュータシステム200 にロードされてもよい。   Computer programs (also called computer control logic) are stored in main memory 208 and / or secondary memory 210. A computer program may be received via the communication interface 224. When such a computer program is executed, the computer system 200 can implement the invention described herein. Therefore, such a computer program corresponds to a control unit of the computer system 200. When the present invention is implemented using software, the software may be stored in a computer program product using a removable storage drive 214, hard disk drive 212, or communication interface 224 to provide multiple embodiments. It may be loaded into computer system 200.

他の実施形態では、本発明は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はこれらの任意の組み合わせで制御ロジックとして実行され得る。   In other embodiments, the present invention may be implemented as control logic in hardware, firmware, software, or any combination thereof.

別に指定された場合を除いて、本明細書に述べられた方法が、コンピュータシステム200 のようなコンピュータシステムのソフトウェアで実行されてもよいことが十分理解される。「自動的に」行なわれるステップという表現は、好ましくはユーザの介在無しでのこのようなソフトウェアによる実行という意味を包含してもよい。   It is well understood that the methods described herein may be implemented in software of a computer system, such as computer system 200, unless otherwise specified. The expression “automatically” performed may encompass the meaning of execution by such software, preferably without user intervention.

他の実施形態
本発明は、肺小結節、肝臓障害、乳腺腫瘤、脳障害のような異なるタイプの障害に適用されてもよい。所望の障害タイプに適切な分割技術が使用されてもよい。
Other Embodiments The present invention may be applied to different types of disorders such as lung nodules, liver disorders, mammary masses, brain disorders. A segmentation technique appropriate to the desired fault type may be used.

本発明の適用は、CTスキャンに制限されておらず、例えば、本発明の態様は、MRI 、PET 又はX線画像に適用されてもよい。   Application of the present invention is not limited to CT scans, for example, aspects of the present invention may be applied to MRI, PET or X-ray images.

上記の実施形態は、強度値を有する医療用画像に関して述べられているが、画像は、各画素又はボクセルが、画像を生成したスキャンによって測定された強度を表わさないように前処理され得る。例えば、前処理は、画像の局所的又は広域的なコントラストを変更することが可能である。代わりに又は追加として、接続性のような他の特性を表わす空間データを生成するために、画像が前処理され得る。   Although the above embodiments have been described with respect to medical images having intensity values, the images can be preprocessed such that each pixel or voxel does not represent the intensity measured by the scan that generated the image. For example, preprocessing can change the local or global contrast of the image. Alternatively or additionally, the image can be pre-processed to generate spatial data representing other characteristics such as connectivity.

本発明の他の実施形態は、上記の説明を読むと明らかである。しかしながら、このような他の実施形態は、本発明の範囲内に含まれる。   Other embodiments of the invention will be apparent upon reading the above description. However, such other embodiments are included within the scope of the present invention.

参考文献
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Claims (42)

値を複数のポイントに有する医療用デジタル画像内の対象物を識別する、コンピュータを用いて実行される方法において、
a.前記画像を表わす医療用画像データを受け取り、
b.前記値の局所的な分散を前記ポイントの夫々で決定し、
c.最小変化方向に沿って前記局所的な分散を分析して、前記対象物を識別する
ことを特徴とする方法。
In a computer-implemented method for identifying an object in a medical digital image having values at multiple points,
a. Receiving medical image data representing the image;
b. Determining a local variance of the values at each of the points;
c. Analyzing the local variance along a minimum direction of change to identify the object.
前記識別された対象物は、所定の範囲内の領域を有することを特徴とする請求項1に記載の方法   The method of claim 1, wherein the identified object has an area within a predetermined range. 前記分散の決定は、ヘッセ行列を用いて行なわれることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the determination of the variance is performed using a Hessian matrix. 複数の固有値が、前記ヘッセ行列から導き出されることを特徴とする請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein a plurality of eigenvalues are derived from the Hessian matrix. 前記固有値は、解析法によって導き出されることを特徴とする請求項4に記載の方法。   5. The method of claim 4, wherein the eigenvalue is derived by an analysis method. 前記分散の分析は、前記固有値の最大値のみを用いて行われることを特徴とする請求項4又は5に記載の方法。   6. The method according to claim 4, wherein the analysis of variance is performed using only the maximum value of the eigenvalues. 前記識別は、最大の固有値を閾値とすることにより決定されることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the identification is determined by taking a maximum eigenvalue as a threshold value. 前記識別は、最小の固有値を用いて決定されることを特徴とする請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the identification is determined using a minimum eigenvalue. 前記識別は、最小の固有値を閾値とすることにより決定されることを特徴とする請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the identification is determined by taking a minimum eigenvalue as a threshold. 値を複数のポイントに有する医療用デジタル画像の対象物を識別する、コンピュータを用いて実行される方法において、
a.前記画像を表わす医療用画像データを受け取り、
b.画像のヘッセ行列を各ポイントで計算し、
c.ヘッセ行列の正定値性及び負定値性を各ポイントで決定し、
d.ヘッセ行列の前記正定値性及び負定値性を分析して、前記対象物を識別する
ことを特徴とする方法。
In a computer-implemented method for identifying an object in a medical digital image having values at multiple points,
a. Receiving medical image data representing the image;
b. Calculate the Hessian of the image at each point,
c. Determine the positive definiteness and negative definiteness of the Hessian matrix at each point,
d. Analyzing the positive definiteness and negative definiteness of the Hessian matrix to identify the object.
前記正定値性及び負定値性は、シルベスター条件を用いて決定されることを特徴とする請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the positive definiteness and the negative definiteness are determined using Sylvester conditions. 前記正定値性及び負定値性は、ガウス消去の判定基準を用いて決定されることを特徴とする請求項10に記載の方法。   11. The method according to claim 10, wherein the positive definiteness and the negative definiteness are determined using a Gaussian elimination criterion. 前記識別は、負定値性のヘッセ行列に適用されることを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の方法。   13. The method according to claim 10, wherein the identification is applied to a negative definite Hessian. 前記識別は、ヘッセ行列の正定値性及び負定値性の値を閾値とすることにより決定されることを特徴とする請求項10乃至13のいずれかに記載の方法。   14. The method according to claim 10, wherein the identification is determined by using a positive definiteness value and a negative definiteness value of the Hessian matrix as threshold values. 前記画像は前処理されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の方法。   15. A method as claimed in any preceding claim, wherein the image is preprocessed. 前記画像は、ノイズを除去するために前処理されることを特徴とする請求項15に記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein the image is preprocessed to remove noise. 前記前処理により、画像の局所構造が高められることを特徴とする請求項15又は16に記載の方法。   17. A method according to claim 15 or 16, characterized in that the preprocessing enhances the local structure of the image. 前記前処理は、等方性ノイズ除去フィルタを用いて行なわれることを特徴とする請求項15乃至17のいずれかに記載の方法。   18. The method according to claim 15, wherein the preprocessing is performed using an isotropic noise removing filter. 画像の導関数が、識別されるべき対象物の大きさに対応する標準偏差のガウスフィルタの導関数を用いて畳み込みすることにより決定されることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の方法。   19. The derivative of an image is determined by convolution with a derivative of a Gaussian filter with a standard deviation corresponding to the size of the object to be identified. The method described. 前記識別は、偽陽性の低減を有することを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の方法。   20. A method according to any preceding claim, wherein the identification comprises a reduction in false positives. 前記偽陽性の低減は、条件付き形態を用いて行なわれることを特徴とする請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein the false positive reduction is performed using a conditional form. 前記偽陽性の低減は、分類器を用いて達成されることを特徴とする請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein the false positive reduction is achieved using a classifier. 医療用画像は、結腸の少なくとも一部の画像を有することを特徴とする請求項1乃至22のいずれかに記載の方法。   23. A method according to any preceding claim, wherein the medical image comprises an image of at least a portion of the colon. 前記対象物は、結腸中の障害であることを特徴とする請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the object is a disorder in the colon. 前記画像は、結腸から糞便タギング剤を電子的に洗浄除去するために前処理されることを特徴とする請求項23又は24に記載の方法。   25. A method according to claim 23 or 24, wherein the image is preprocessed to electronically wash away fecal tagging agent from the colon. 前記ポイントは、結腸内腔周りの帯状域に相当することを特徴とする請求項23乃至25のいずれかに記載の方法。   26. A method according to any of claims 23 to 25, wherein the points correspond to a band around the colon lumen. 前記帯状域は、分割された結腸から偏移された領域であることを特徴とする請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein the band is a region that is offset from a divided colon. 前記偽陽性の低減は、空気と接しない領域を除去することを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の方法。   23. A method according to any one of claims 20 to 22, wherein the false positive reduction removes areas that do not contact air. 医療用画像は、脳、肺、肝臓又は胸の少なくとも一部の画像を有することを特徴とする請求項1乃至22のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 22, wherein the medical image includes an image of at least a part of the brain, lungs, liver, or breast. 前記画像は二次元であることを特徴とする請求項1乃至29のいずれかに記載の方法。   30. A method according to any preceding claim, wherein the image is two dimensional. 前記画像は三次元であることを特徴とする請求項1乃至28のいずれかに記載の方法。   29. A method as claimed in any preceding claim, wherein the image is three dimensional. 前記値は画像強度値であることを特徴とする請求項1乃至31のいずれかに記載の方法。   32. A method according to any preceding claim, wherein the value is an image intensity value. 前記医療用画像はCT画像であることを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the medical image is a CT image. 前記医療用画像はMR画像であることを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the medical image is an MR image. 前記医療用画像はX線画像であることを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the medical image is an X-ray image. 前記医療用画像は超音波画像であることを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the medical image is an ultrasound image. 前記医療用画像は顕微鏡画像であることを特徴とする請求項1乃至32のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the medical image is a microscopic image. 適切に配置されたプロセッサによって実行されるとき、請求項1乃至37のいずれかに記載の前記方法を行なうべく配置されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。   38. A computer program comprising program code means arranged to perform the method according to any of claims 1-37 when executed by a suitably arranged processor. 請求項38に記載の前記コンピュータプログラムを有することを特徴とするコンピュータプログラム製品。   40. A computer program product comprising the computer program according to claim 38. 請求項1乃至37のいずれかに記載の前記方法を行なうべく配置された装置。   38. Apparatus arranged to perform the method according to any of claims 1-37. 添付図面を参照して本明細書に十分説明された方法。   A method fully described herein with reference to the accompanying drawings. 添付図面を参照して本明細書に十分説明された装置。   Apparatus fully described herein with reference to the accompanying drawings.
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