JP2017202208A - 動態解析システム - Google Patents
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Abstract
Description
VQ比=換気量(V)/血流量(Q)
一般的には、換気約4リットル、血流約5リットル、VQ比=約0.8が正常であるとされている。ただし、立位による撮影の場合、重力の影響により、肺野上部では上記の値に比べて換気が多く、肺野下部では血流が多くなる。
人体の胸部に放射線を照射して動態撮影することにより前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像を取得する撮影手段と、
前記撮影手段により取得された前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、解析対象の複数のフレーム画像を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された解析対象の複数のフレーム画像に基づいて、肺野の換気量を示す指標値を算出する換気量算出手段と、
前記選択手段により選択された解析対象の複数フレーム画像に基づいて、肺野の血流量を示す指標値を算出する血流量算出手段と、
前記換気量算出手段により算出された前記肺野の換気量を示す指標値と、前記血流量算出手段により算出された前記肺野の血流量を示す指標値との比を算出する比率算出手段と、
を備える。
前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、肺野の換気機能の解析対象の複数のフレーム画像を選択する第1の選択手段と、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、肺野の血流機能の解析対象の複数のフレーム画像を選択する第2の選択手段と、を備え、前記第1の選択手段により選択された複数のフレーム画像と前記第2の選択手段により選択された複数のフレーム画像の重複するフレーム画像を前記解析対象の複数のフレーム画像として選択する。
前記比率算出手段は、前記換気量算出手段により算出された前記肺野の換気量を示す指標値と、前記肺野の換気量を示す指標値を算出したフレーム画像と同一のフレーム画像を用いて前記血流量算出手段により算出された前記肺野の血流量を示す指標値との比を算出する。
前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域を複数の小領域に分割する分割手段を備え、
前記換気量算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記換気量を示す指標値を算出し、
前記血流量算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記血流量を示す指標値を算出し、
前記比率算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記換気量を示す指標値と、前記血流量を示す指標値との比を算出する。
前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像のサムネイル画像を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示されたサムネイル画像の中からユーザ操作により指定された複数のフレーム画像に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する。
前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における画像全体の画素信号値の時間変化を示す波形を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示された波形上でユーザ操作により指定された範囲に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する。
前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における横隔膜位置の時間変化を示す波形を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示された波形上でユーザ操作により指定された範囲に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する。
前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における画像全体の画素信号値の時間変化に基づいて、自動的に前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する。
前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像のそれぞれに対応付けられた撮影時の呼吸誘導情報に基づいて、自動的に前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する。
前記換気量算出手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域又は当該複数のフレーム画像を分割した複数の小領域のそれぞれの画素信号値の時間変化を時間方向のローパスフィルターでフィルタリングし、フィルタリング後の前記複数のフレーム画像の肺野領域又は各小領域の画素信号値に基づいて、前記複数のフレーム画像のそれぞれの肺野領域全体又は各小領域の換気量を示す指標値を算出し、
前記血流量算出手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域又は当該複数のフレーム画像を分割した複数の小領域のそれぞれの画素信号値の時間変化を時間方向のハイパスフィルター又はバンドパスフィルターでフィルタリングし、フィルタリング後の前記複数のフレーム画像の肺野領域又は各小領域の画素信号値に基づいて、前記複数のフレーム画像のそれぞれの肺野領域全体又は各小領域の血流量を示す指標値を算出する。
前記比率算出手段による算出結果を表示する結果表示手段を備える。
前記結果表示手段は、前記比率算出手段による算出結果を動画表示する。
前記比率算出手段による算出結果を予め定められた正常値と比較する比較手段を備え、
前記結果表示手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像に前記比較手段による比較結果に応じた色を付して表示する。
前記正常値は、肺野の部位毎に異なる。
〈動態解析システム100の構成〉
まず、第1の実施形態の構成を説明する。
図1に、本実施形態における動態解析システム100の全体構成を示す。
図1に示すように、動態解析システム100は、撮影装置1と、撮影用コンソール2とが通信ケーブル等により接続され、撮影用コンソール2と、診断用コンソール3とがLAN(Local Area Network)等の通信ネットワークNTを介して接続されて構成されている。動態解析システム100を構成する各装置は、DICOM(Digital Image and Communications in Medicine)規格に準じており、各装置間の通信は、DICOMに則って行われる。
撮影装置1は、例えば、呼吸運動に伴う肺の膨張及び収縮の形態変化、心臓の拍動等の、周期性(サイクル)を持つ胸部の動態を撮影する撮影手段である。動態撮影とは、被写体に対し、X線等の放射線をパルス状にして所定時間間隔で繰り返し照射するか(パルス照射)、もしくは、低線量率にして途切れなく継続して照射する(連続照射)ことで、動態を示す複数の画像を取得することをいう。動態撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。なお、以下の実施形態では、パルス照射により動態撮影を行う場合を例にとり説明する。
放射線照射制御装置12は、撮影用コンソール2に接続されており、撮影用コンソール2から入力された放射線照射条件に基づいて放射線源11を制御して放射線撮影を行う。撮影用コンソール2から入力される放射線照射条件は、例えば、パルスレート、パルス幅、パルス間隔、1撮影あたりの撮影フレーム数、X線管電流の値、X線管電圧の値、付加フィルター種等である。パルスレートは、1秒あたりの放射線照射回数であり、後述するフレームレートと一致している。パルス幅は、放射線照射1回当たりの放射線照射時間である。パルス間隔は、1回の放射線照射開始から次の放射線照射開始までの時間であり、後述するフレーム間隔と一致している。
放射線検出部13は、被写体Mを挟んで放射線源11と対向するように設けられている。
撮影用コンソール2は、放射線照射条件や画像読取条件を撮影装置1に出力して撮影装置1による放射線撮影及び放射線画像の読み取り動作を制御するとともに、撮影装置1により取得された動態画像を撮影技師等の撮影実施者によるポジショニングの確認や診断に適した画像であるか否かの確認用に表示する。
撮影用コンソール2は、図1に示すように、制御部21、記憶部22、操作部23、表示部24、通信部25を備えて構成され、各部はバス26により接続されている。
診断用コンソール3は、撮影用コンソール2から動態画像を取得し、取得した動態画像や動態画像の解析結果を表示して医師の診断を支援するための動態解析装置である。本実施形態において、診断用コンソール3は、胸部の動態画像に基づいてVQ比を算出し、結果を表示する。
診断用コンソール3は、図1に示すように、制御部31、記憶部32、操作部33、表示部34、通信部35を備えて構成され、各部はバス36により接続されている。
次に、上記動態解析システム100における動作について説明する。
まず、撮影装置1、撮影用コンソール2による撮影動作について説明する。
図2に、撮影用コンソール2の制御部21において実行される撮影制御処理を示す。撮影制御処理は、制御部21と記憶部22に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
一方、操作部23の所定の操作により撮影NGを示す判断結果が入力されると(ステップS7;NO)、記憶部22に記憶された一連のフレーム画像が削除され(ステップS9)、本処理は終了する。この場合、再撮影が必要となる。
次に、診断用コンソール3における動作について説明する。
診断用コンソール3においては、通信部35を介して撮影用コンソール2から動態画像の一連のフレーム画像が受信されると、制御部31と記憶部32に記憶されているプログラムとの協働により図3に示すVQ比算出処理Aが実行される。
まず、動態画像の一連のフレーム画像の中から解析対象範囲(即ち、解析対象の複数のフレーム画像)の選択が行われる(ステップS11)。
VQ比を算出するには、動態画像に対し換気解析と血流解析をそれぞれ行い、得られた換気量を示す指標値と血流量を示す指標値の比を算出する。そのとき、図4の例1に示すように、換気解析対象範囲(換気機能の解析対象の複数のフレーム画像)と血流解析対象範囲(血流機能の解析対象の複数のフレーム画像)を一致させてもよいし、図4の例2に示すように、換気解析対象範囲と血流解析対象範囲がずれていてもよい。即ち、ステップS11においては、換気解析対象範囲と血流解析対象範囲をまとめて一つ選択する態様としてもよいし、それぞれを個別に選択する態様としてもよい。換気解析対象範囲と血流解析対象範囲を個別に選択する態様の場合、重複して選択された範囲がVQ比の解析対象範囲として選択される。また、解析対象範囲は、ユーザによる操作部33の操作により手動で選択することとしてもよいし、制御部31により自動で選択することとしてもよい。
または、一連のフレーム画像のそれぞれについて、画像全体の画素信号値(濃度値)の平均を算出し、算出した値を、横軸を撮影開始からの経過時間t、縦軸を画像全体の平均画素信号値としたグラフ上にプロットした波形(図5参照。即ち、画像全体の平均画素信号値の時間変化を示す波形)を表示部34に表示し、表示した波形上からユーザによる操作部33の操作により指定された開始地点と終了地点の間に位置するフレーム画像を解析対象範囲として選択する。
または、動態画像の各フレーム画像から横隔膜位置のy座標を求め、求めた横隔膜位置のy座標を、横軸を撮影開始からの経過時間t、縦軸をy座標としたグラフ上にプロットした波形(図6参照。即ち、横隔膜位置のy座標の時間変化を示す波形)を表示部34に表示し、表示した波形上からユーザによる操作部33の操作により指定された開始地点と終了地点の間に位置するフレーム画像を解析対象範囲として選択する。横隔膜位置のy座標は、例えば、各フレーム画像に公知のエッジ抽出処理を施すことによって横隔膜を含む肺野のエッジを抽出し、抽出されたエッジのうち、横隔膜の移動方向に略垂直であるx方向(水平方向)にある程度沿って伸びるエッジを、各x座標について+y側(画像下側)から−y側(画像上側)に向けて探索し、各x座標について最初に検出されたエッジ(点)の集合である曲線のy座標の平均値をそのフレーム画像の横隔膜位置のy座標として求めることができる。
付帯情報に基づいて解析対象範囲を選択する手法としては、例えば、上述のように各フレーム画像の付帯情報にそのフレーム画像の撮影時における呼吸誘導の情報が含まれている場合、呼吸誘導の情報に基づいて解析対象範囲を選択する。例えば、「息を吸って」「息を吐いて」が連続しているときの一連のフレーム画像群を解析対象範囲として選択する。
ステップS12においては、まず、各フレーム画像から肺野領域が抽出される。肺野領域の抽出方法は何れの方法であってもよい。例えば、フレーム画像の各画素の信号値(濃度値)のヒストグラムから判別分析によって閾値を求め、この閾値より高信号の領域を肺野領域候補として1次抽出する。次いで、1次抽出された肺野領域候補の境界付近でエッジ検出を行い、境界付近の小ブロックでエッジが最大となる点を境界に沿って抽出すれば肺野領域の境界を抽出することができる。次いで、一連のフレーム画像のうち一の画像を基準画像に設定し、基準画像と他のフレーム画像との間で公知のローカルマッチング処理及びワーピング処理(特開2012−5729号公報参照)を施して、フレーム画像間における肺野領域の位置ずれを補正する。この補正後の肺野領域が各フレーム画像の肺野領域として抽出される。
ステップS13においては、まず、各フレーム画像において、抽出された肺野領域の画素信号値の代表値(例えば、平均値、中央値等)を算出し、肺野領域内の各画素信号値を算出した代表値に置き換える。次いで、肺野領域の画素信号値(代表値)の時間変化を算出し、算出した時間変化を時間方向のローパスフィルター(例えば、カットオフ周波数0.5Hz)でフィルタリングする。これにより、動態画像から血流等の高周波の信号変化を除去し、換気による信号値の時間変化(低周波の時間周波数成分)を抽出することができる。次いで、ローパスフィルターが施された動態画像の時間的に隣接するフレーム画像間で肺野領域の画素信号値の差分値を算出する。このフレーム間差分値が肺野の換気量を示す指標値である。
ステップS14においては、まず、各フレーム画像において、抽出された肺野領域の画素信号値の代表値(例えば、平均値、中央値等)を算出し、肺野領域内の各画素信号値を算出した代表値に置き換える。次いで、肺野領域の画素信号値(代表値)の時間変化を算出し、算出した時間変化を時間方向のハイパスフィルター(例えば、カットオフ周波数0.7Hz)でフィルタリングする。これにより、動態画像から換気による低周波の信号変化を除去し、血流信号値の時間変化(高周波の時間周波数成分)を抽出する。ここでは血流による信号値の時間変化を抽出するためにハイパスフィルターを用いることとして説明したが、特定の周波数成分を抽出するバンドパスフィルターを用いることとしてもよい。次いで、ハイパスフィルターが施された動態画像の時間的に隣接するフレーム画像間で肺野領域の画素信号値の差分値を算出する。このフレーム間差分値が肺野の血流量を示す指標値である。
そして、VQ比の算出結果が表示部34に表示される(ステップS16)。
なお同一のフレーム画像を用いて算出するのが最適な比を算出することができるのは言うまでもないが、多量の画像を撮影している動画像においては、フレーム画像を数枚レベルで全体的にずらして比を算出したとしても、隣り合うフレームでは実際に指標値は大幅に差異がでてこない。そのためこのような状態でVQ比を算出しても、同一のフレーム画像で算出したVQ比とほぼ同一の算出結果をえられるため、実質上は問題にならないと考えられるため本願発明の範囲として含まれる。
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態の構成及び撮影動作は、第1の実施形態で説明したものと同様であるので説明を援用し、第2の実施形態の診断用コンソール3の動作について説明する。
ステップS23においては、例えば、まず、動態画像の一連のフレーム画像のうち一の画像を基準画像に設定し、基準画像における肺野領域を予め決定されたサイズ(例えば、0.4〜4cm角)の複数の小領域(矩形領域)に分割する。基準画像としては、肺野領域の面積が最小となる安静呼気位のフレーム画像とすることが好ましい。このようにすれば、基準画像の各小領域を他のフレーム画像に対応付けたときに、各小領域が他のフレーム画像の肺野領域外の領域に対応付けられることがないためである。次いで、他のフレーム画像の、基準画像に設定された各小領域と同じ画素位置の領域(撮影に使用された放射線検出部13の同じ検出素子から出力される信号値の領域)に小領域を設定し、同じ画素位置の小領域をフレーム画像間で互いに対応付ける。なお、公知のローカルマッチング処理及びワーピング処理(例えば、特開2012−5729号公報参照)を施して、フレーム画像間における肺野領域の位置ずれを補正してから小領域への分割及び対応付けを行うこととしてもよい。
ステップS24においては、まず、各フレーム画像の小領域毎に、小領域内の画素信号値の代表値(例えば、平均値、中央値等)を算出し、小領域内の各画素信号値を算出した代表値に置き換える。次いで、小領域毎に、画素信号値(代表値)の時間変化を算出し、算出した時間変化を時間方向のローパスフィルター(例えば、カットオフ周波数0.85Hz)でフィルタリングする。これにより、各小領域において、血流等の高周波の信号変化を除去し、換気による画素信号値の時間変化(低周波の時間周波数成分)を抽出することができる。次いで、各小領域において、ローパスフィルターが施された動態画像の時間的に隣接するフレーム画像間で肺野領域の画素信号値の差分値を算出する。このフレーム間差分値が各小領域の換気量を示す指標値である。
ステップS25においては、まず、各フレームの小領域毎に、小領域内の画素信号値の代表値(例えば、平均値、中央値等)を算出し、小領域内の各画素信号値を算出した代表値に置き換える。次いで、小領域毎に、画素信号値(代表値)の時間変化を算出し、算出した時間変化を時間方向のハイパスフィルター(例えば、カットオフ周波数0.7Hz)でフィルタリングする。これにより、各小領域において、換気による低周波の信号変化を除去し、血流信号値の時間変化(高周波の時間周波数成分)を抽出することができる。ここでは血流による信号値の時間変化を抽出するためにハイパスフィルターを用いることとして説明したが、特定の周波数成分を抽出するバンドパスフィルターを用いることとしてもよい。その際には例えば、低域のカットオフ周波数0.7Hz、高域のカットオフ周波数2.4Hzでフィルタリングを行う。次いで、各小領域において、ハイパスフィルターが施された動態画像の時間的に隣接するフレーム画像間で肺野領域の画素信号値の差分値を算出する。このフレーム間差分値が各小領域の血流量を示す指標値である。
そして、VQ比の算出結果が表示部34に表示される(ステップS27)。
従って、同じ解析対象範囲のフレーム画像に基づいて換気量を示す指標値及び血流量を示す指標値を算出するので、従来に比べて精度良くVQ比を算出することが可能となる。
等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。
1 撮影装置
11 放射線源
12 放射線照射制御装置
13 放射線検出部
14 読取制御装置
2 撮影用コンソール
21 制御部
22 記憶部
23 操作部
24 表示部
25 通信部
26 バス
3 診断用コンソール
31 制御部
32 記憶部
33 操作部
34 表示部
35 通信部
36 バス
Claims (14)
- 人体の胸部に放射線を照射して動態撮影することにより前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像を取得する撮影手段と、
前記撮影手段により取得された前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、解析対象の複数のフレーム画像を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された解析対象の複数のフレーム画像に基づいて、肺野の換気量を示す指標値を算出する換気量算出手段と、
前記選択手段により選択された解析対象の複数フレーム画像に基づいて、肺野の血流量を示す指標値を算出する血流量算出手段と、
前記換気量算出手段により算出された前記肺野の換気量を示す指標値と、前記血流量算出手段により算出された前記肺野の血流量を示す指標値との比を算出する比率算出手段と、
を備える動態解析システム。 - 前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、肺野の換気機能の解析対象の複数のフレーム画像を選択する第1の選択手段と、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像から、肺野の血流機能の解析対象の複数のフレーム画像を選択する第2の選択手段と、を備え、前記第1の選択手段により選択された複数のフレーム画像と前記第2の選択手段により選択された複数のフレーム画像の重複するフレーム画像を前記解析対象の複数のフレーム画像として選択する請求項1に記載の動態解析システム。
- 前記比率算出手段は、前記換気量算出手段により算出された前記肺野の換気量を示す指標値と、前記肺野の換気量を示す指標値を算出したフレーム画像と同一のフレーム画像を用いて前記血流量算出手段により算出された前記肺野の血流量を示す指標値との比を算出する請求項1又は2に記載の動態解析システム。
- 前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域を複数の小領域に分割する分割手段を備え、
前記換気量算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記換気量を示す指標値を算出し、
前記血流量算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記血流量を示す指標値を算出し、
前記比率算出手段は、前記複数の小領域毎に、前記換気量を示す指標値と、前記血流量を示す指標値との比を算出する請求項1〜3の何れか一項に記載の動態解析システム。 - 前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像のサムネイル画像を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示されたサムネイル画像の中からユーザ操作により指定された複数のフレーム画像に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の動態解析システム。 - 前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における画像全体の画素信号値の時間変化を示す波形を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示された波形上でユーザ操作により指定された範囲に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の動態解析システム。 - 前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における横隔膜位置の時間変化を示す波形を表示する表示手段を備え、
前記選択手段は、前記表示手段に表示された波形上でユーザ操作により指定された範囲に基づいて前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の動態解析システム。 - 前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像における画像全体の画素信号値の時間変化に基づいて、自動的に前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の動態解析システム。
- 前記選択手段は、前記胸部の動態を示す一連のフレーム画像のそれぞれに対応付けられた撮影時の呼吸誘導情報に基づいて、自動的に前記解析対象の複数のフレーム画像を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の動態解析システム。
- 前記換気量算出手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域又は当該複数のフレーム画像を分割した複数の小領域のそれぞれの画素信号値の時間変化を時間方向のローパスフィルターでフィルタリングし、フィルタリング後の前記複数のフレーム画像の肺野領域又は各小領域の画素信号値に基づいて、前記複数のフレーム画像のそれぞれの肺野領域全体又は各小領域の換気量を示す指標値を算出し、
前記血流量算出手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像の肺野領域又は当該複数のフレーム画像を分割した複数の小領域のそれぞれの画素信号値の時間変化を時間方向のハイパスフィルター又はバンドパスフィルターでフィルタリングし、フィルタリング後の前記複数のフレーム画像の肺野領域又は各小領域の画素信号値に基づいて、前記複数のフレーム画像のそれぞれの肺野領域全体又は各小領域の血流量を示す指標値を算出する請求項1〜9の何れか一項に記載の動態解析システム。 - 前記比率算出手段による算出結果を表示する結果表示手段を備える請求項1〜10の何れか一項に記載の動態解析システム。
- 前記結果表示手段は、前記比率算出手段による算出結果を動画表示する請求項11に記載の動態解析システム。
- 前記比率算出手段による算出結果を予め定められた正常値と比較する比較手段を備え、
前記結果表示手段は、前記解析対象の複数のフレーム画像に前記比較手段による比較結果に応じた色を付して表示する請求項11又は12に記載の動態解析システム。 - 前記正常値は、肺野の部位毎に異なる請求項13に記載の動態解析システム。
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