JP2019088672A - Image processing device, method for operating image processing device and image processing program - Google Patents

Image processing device, method for operating image processing device and image processing program Download PDF

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Abstract

To provide an image processing device that can confirm a change in state of hepatic fibrosis, and to provide a method for operating an image processing device and an image processing program.SOLUTION: An image processing device performs non-rigid body alignment processing between hepatic areas of first volume data and second volume data that are obtained by imaging subject's liver in two states where morphological change occurs, and outputs an index indicating hardness of liver obtained by analyzing a deformation vector representing a deformed direction and a deformed distance of a corresponding position within two hepatic areas.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、医用画像の画像処理に関し、特に、肝臓を撮影した画像の解析に関する画像処理装置および画像処理装置の作動方法並びに画像処理装置プログラムに関する。   The present invention relates to image processing of medical images, and more particularly, to an image processing apparatus related to analysis of an image obtained by imaging a liver, an operation method of the image processing apparatus, and an image processing apparatus program.

線維化疾患は、全身のあらゆる臓器におこる疾患であり、様々な臓器において臓器不全を起こす。線維化とは、炎症などで受けた損傷を修復するときにできる「線維(コラーゲン)」というタンパク質が増加してひろがった状態をさすが、線維化が過剰になると、組織の伸縮ができなくなり、臓器が正常な機能を果たせなくなる。肝硬変は線維化疾患の1つである。   Fibrotic diseases are diseases that occur in all organs throughout the body, and cause organ failure in various organs. The term “fibrosis” refers to a state in which the protein “fiber (collagen)” that can be repaired when damaged by inflammation etc. is increased and spread, but when the fibrosis is excessive, the tissue can not be stretched, and the organ Will not function properly. Cirrhosis is one of the fibrotic diseases.

従来から、肝硬変の状態を確認するためには肝生検が行われていた。あるいは、肝硬変が進行すると肝表面の凹凸になるため、腹部CT(Computed Tomography)で得られた画像を使って肝表面の凹凸の程度および/または肝臓の右葉と左葉の大きさのバランスなどを調べることによって肝硬変の診断が行われている。また、特許文献1では、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置を用いて肝臓が形態的に変化する前後(吸気と呼気など)の画像を撮影して、それぞれの画像から2枚の断面画像を取得して、2枚の断面画像中に表れた肝臓の辺縁を抽出し、辺縁の変化を表す指標から肝臓の硬さに関する情報を取得するようにしている。   Conventionally, liver biopsy has been performed to confirm the state of cirrhosis. Alternatively, as liver cirrhosis progresses, the surface of the liver becomes uneven, so using the image obtained by abdominal CT (Computed Tomography), the degree of unevenness of the surface of the liver and / or the balance between the right and left lobes of the liver, etc. Diagnosis of liver cirrhosis has been made by examining Further, in Patent Document 1, images of the liver before and after the morphological change (such as intake and exhalation) are taken using a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus, and two cross-sectional images are obtained from each image. The edge of the liver appearing in the two cross-sectional images is extracted, and information on the hardness of the liver is obtained from the index representing the change in the edge.

特開平6−311978号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 6-311978

実際に肝硬変の程度を知るには、肝生検を行うのが最も正確だが、肝生検では同じ位置のサンプリングを再現するはむずかしいため経時変化の観察には適さない。一方、特許文献1の手法では、断面画像の2次元画像の解析を行っているだけであり、断面の選び方によって結果がかわってくると考えられる。また、辺縁の情報だけ利用しているため、臓器内部の情報は活用されておらず正確な結果が得られていない可能性がある。このように、肝臓の硬さ、あるいは、肝臓の線維化の状態の変化を簡便かつ客観的に確認する有効な手段が確立されていない。   Actually, a liver biopsy is the most accurate way to know the degree of cirrhosis, but a liver biopsy is not suitable for observing changes over time because it is difficult to reproduce sampling at the same position. On the other hand, in the method of Patent Document 1, only analysis of a two-dimensional image of a cross-sectional image is performed, and it is considered that the result changes depending on how to select a cross-section. In addition, since only the marginal information is used, the information inside the organ may not be utilized and an accurate result may not have been obtained. Thus, no effective means for simply and objectively confirming changes in liver stiffness or liver fibrosis has been established.

そこで、本発明では、上述のような問題を解決するために、肝臓の線維化の状態を簡便かつ客観的に確認することが可能な画像処理装置および画像処理装置の作動方法並びに画像処理装置プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, an image processing apparatus, an operation method of the image processing apparatus, and an image processing apparatus program capable of simply and objectively confirming the state of fibrosis of the liver. Intended to provide.

本発明の画像処理装置は、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得する取得部と、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する指標出力部と、を備える。   An image processing apparatus according to the present invention includes an acquisition unit for acquiring first volume data and second volume data obtained by imaging the liver of a subject in two states in which a morphological change has occurred, and a first volume By performing non-rigid registration processing between the liver area of the data and the liver area of the second volume data, a deformation vector representing the direction and distance at which the corresponding position in the two liver areas is deformed is obtained by analysis. And an index output unit that outputs an index indicating the hardness of the liver.

本発明の画像処理装置の作動方法は、取得部と指標出力部とを備えた画像処理装置の作動方法であって、取得部が、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得し、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する。   An operation method of an image processing apparatus according to the present invention is an operation method of an image processing apparatus including an acquisition unit and an index output unit, wherein the acquisition unit includes two states in which a morphological change occurs in a liver of a subject. The first volume data and the second volume data which were taken in step are acquired, and the index output unit performs non-rigid registration processing between the liver region of the first volume data and the liver region of the second volume data. By doing this, a deformation vector representing the direction and distance by which corresponding positions in the two liver regions are deformed is analyzed, and an index representing the hardness of the acquired liver is output.

本発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得する取得部と、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する指標出力部として機能させる。   An image processing program according to the present invention comprises a computer, an acquisition unit for acquiring first volume data and second volume data obtained by imaging the liver of a subject in two states in which a morphological change has occurred, A non-rigid registration process is performed between the liver area of one volume data and the liver area of the second volume data to analyze a deformation vector representing the direction and distance at which corresponding positions in two liver areas are deformed Function as an index output unit that outputs an index representing the hardness of the liver acquired.

また、指標出力部が、指標を表す指標値として、変形ベクトルの大きさに基づいて取得した変形量を出力することが望ましい。   Further, it is desirable that the index output unit output the deformation amount acquired based on the magnitude of the deformation vector as an index value representing the index.

また、変形量が、変形ベクトルの大きさの平均値であってもよい。   Also, the deformation amount may be an average value of the magnitudes of the deformation vectors.

また、第1のボリュームデータは、被検者が仰臥位の状態で撮影されたデータであり、第2のボリュームデータは、被検者が伏臥位の状態で撮影されたデータであってもよい。   Further, the first volume data may be data captured when the subject is in the supine position, and the second volume data may be data captured when the subject is in the prone position. .

また、第1のボリュームデータは、被検者の肺野が拡大した状態で撮影されたデータであり、第2のボリュームデータは、被検者の肺野が第1のボリュームデータの肺野より縮小した状態で撮影されたデータであってもよい。   The first volume data is data taken in a state in which the lung field of the subject is expanded, and the second volume data is that the lung field of the subject is from the lung field of the first volume data It may be data captured in a reduced state.

また、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域の上端と第2のボリュームデータの肝臓領域の上端位置との体軸方向の差分値を用いて、指標が表す硬さのレベルを差分値が大きいほど指標が表す硬さのレベルを高くする調整、または差分値が小さくなるにしたがって指標が表す硬さのレベルを低くする調整を行うことが望ましい。   In addition, the index output unit uses the difference value in the body axis direction of the upper end of the liver area of the first volume data and the upper end position of the liver area of the second volume data to differentiate the hardness level represented by the index It is desirable to perform adjustment to increase the level of hardness represented by the index as the value is larger, or to decrease the level of hardness represented by the index as the difference value decreases.

「硬さのレベルが高い」とは、「硬さのレベルが低い」場合より肝臓が硬い状態を指す。「指標が表す硬さのレベルを高くする調整」は、指標が現在の指標より肝臓がより硬い状態を指すように調整を行い、「指標が表す硬さのレベルを低くする調整」は、指標が現在の指標より肝臓がより柔らかい状態を指すように調整を行うことをいう。   "High hardness level" refers to the liver being stiffer than "low hardness level". "Adjustment to increase the level of hardness expressed by the index" adjusts the index to indicate that the liver is harder than the current index, and "Adjustment to lower the level of hardness expressed by the index" is the index Refers to making adjustments to point the liver to a softer state than the current index.

また、指標出力部が、指標を表す指標値として、変形ベクトルの大きさに基づいて取得した変形量を差分値で割った値を出力してもよい。   The index output unit may output, as an index value representing the index, a value obtained by dividing the deformation amount acquired based on the magnitude of the deformation vector by the difference value.

また、指標出力部が、指標を予め用意したテーブルを用いて調整してもよい。   Also, the index output unit may adjust the index using a table prepared in advance.

また、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域を構成する複数の肝臓の区域ごとに指標を取得してもよい。   In addition, the index output unit may obtain the index for each of a plurality of liver areas constituting the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data.

また、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域の肝臓右葉上部の変形ベクトルを解析して指標を取得してもよい。   In addition, the index output unit may acquire the index by analyzing a deformation vector of the upper right liver lobe of the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data.

また、指標が肝線維化レベルであり、指標出力部が、肝線維化レベルおよび患者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータとを有する教師データセットを用いて肝線維化レベルと変形ベクトルとの関係を学習させた判別器に、被検者の第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを入力して肝線維化レベルを取得してもよい。   In addition, the first volume data and the second volume data in which the index is the liver fibrosis level and the index output unit performs imaging in two states in which the liver fibrosis level and the liver of the patient have undergone a morphological change The first volume data and the second volume data of the subject are input to a discriminator which learns the relationship between the liver fibrosis level and the deformation vector using a teacher data set having You may get

また、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の変形ベクトルの大きさを指標として取得し、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の指標に応じた色で肝臓領域の各位置に対応する肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置を色分けして表示してもよい。   In addition, the index output unit acquires, as an index, the magnitude of the deformation vector of each position of the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data, and the liver area of the first volume data and the second Each position on the outer shape representing the outline of the liver area corresponding to each position in the liver area may be color-coded and displayed in a color corresponding to the index of each position in the liver area of the volume data.

また、指標出力部が、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の変形ベクトルを指標として取得し、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の変形ベクトルを肝臓領域の各位置に対応する肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置に表示してもよい。   Further, the index output unit acquires, as an index, a deformation vector of each position of the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data, and the liver area of the first volume data and the second volume data The deformation vector of each position of the liver region may be displayed at each position on the outer shape representing the outline of the liver region corresponding to each position of the liver region.

また、指標出力部は、非剛体位置合せの前に剛体位置合せを行うのが望ましい。   Also, the index output preferably performs rigid body registration prior to non-rigid body registration.

また、剛体位置合せは、第1のボリュームデータの肝臓領域の重心の位置と第2のボリュームデータの肝臓領域の重心の位置を一致させることが望ましい。   In the rigid registration, it is desirable that the position of the center of gravity of the liver region of the first volume data be matched with the position of the center of gravity of the liver region of the second volume data.

また、剛体位置合せは、第1のボリュームデータの肝臓領域のランドマークと第2のボリュームデータの肝臓領域のランドマークを用いて行うようにしてもよい。   The rigid body alignment may be performed using the landmark of the liver area of the first volume data and the landmark of the liver area of the second volume data.

また、第1のボリュームデータおよび第2のボリュームデータは、CT装置、MRI装置、および超音波装置のいずれかの撮影により得られたデータが望ましい。   The first volume data and the second volume data are preferably data obtained by imaging any of a CT apparatus, an MRI apparatus, and an ultrasound apparatus.

本発明の他の画像処理装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得し、第1のボリュームデータの肝臓領域および第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得し、変形ベクトルを解析して肝臓の硬さを表す指標を取得し、指標を出力する処理を実行する。   Another image processing apparatus according to the present invention comprises a memory for storing instructions for causing a computer to execute, and a processor configured to execute the stored instructions, the processor being configured to morphologically identify a subject's liver. Non-rigid registration between the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data by acquiring the first volume data and the second volume data captured in two states where a change has occurred By performing processing, a deformation vector representing the direction and distance in which corresponding positions in two liver regions are deformed is acquired, the deformation vector is analyzed, an index representing liver stiffness is acquired, and an index is output. Execute the process

本発明によれば、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得して肝臓の硬さを表す指標を出力するようにしたので、肝臓の線維化の状態の変化を簡便かつ客観的に確認することが可能になる。   According to the present invention, non-rigid registration processing is performed between liver areas of the first volume data and the second volume data obtained by imaging in two states in which the liver of the subject has undergone a morphological change. , By obtaining a deformation vector representing the direction and distance in which corresponding positions in two liver regions are deformed and outputting an index representing the hardness of the liver, the change in the state of fibrosis in the liver is simplified And it will be possible to confirm objectively.

医療情報システムの概略構成を表す図Diagram showing the schematic configuration of a medical information system 本発明の第1の実施の形態の画像処理装置の概略構成を表す図A diagram showing a schematic configuration of an image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention 被検者が仰臥位の状態と伏臥位の状態で肝臓を撮影した正常例の画像Image of a normal case where the subject photographed the liver in the supine position and the prone position 被検者が仰臥位の状態と伏臥位の状態で肝臓を撮影した非正常例の画像An image of an abnormal case in which the subject photographed the liver in the supine position and the prone position 被検者が呼気の状態と吸気の状態で肝臓を撮影した正常例の画像Image of a normal case in which the subject takes a picture of the liver in the state of exhalation and inhalation 被検者が呼気の状態と吸気の状態で肝臓を撮影した非正常例の画像Image of an abnormal case in which the subject photographed the liver in the state of exhalation and inhalation 非剛体位置合せを説明するための図Diagram to explain non-rigid registration 変形ベクトルの大きさの分布の一例An example of distribution of magnitudes of deformation vectors 肝臓領域を構成する複数の区域を説明するための図Diagram for explaining a plurality of areas constituting a liver region 肝臓領域内部の各位置の変形ベクトルを矢印で表示した例An example in which the deformation vector of each position in the liver region is displayed by an arrow 肝臓領域内の複数の位置の変形ベクトルの大きさを色分け表示した例An example in which the magnitudes of deformation vectors at a plurality of positions in the liver region are color-coded 第1の実施の形態の画像処理装置の処理の流れを示すフローチャートA flowchart showing the flow of processing of the image processing apparatus according to the first embodiment 本発明の第2の実施の形態の画像処理装置の概略構成を表す図A diagram showing a schematic configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment of the present invention 第2の実施の形態の画像処理装置の処理の流れを示すフローチャートA flowchart showing the flow of processing of the image processing apparatus according to the second embodiment

以下、図面を参照して本発明の第1の実施の形態の画像処理装置を備えた医療情報システムについて説明する。図1は、本実施の形態の医療情報システムの概略構成を示すブロック図である。   Hereinafter, a medical information system provided with an image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a medical information system according to the present embodiment.

本実施の形態の医療情報システムは、図1に示すように、画像処理装置1、医用画像保管サーバ2、および、撮影装置3(以下、モダリティという)がネットワーク4を介して互いに通信可能な状態で接続されて構成されている。   In the medical information system of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the image processing apparatus 1, the medical image storage server 2, and the imaging apparatus 3 (hereinafter referred to as modality) can communicate with each other via the network 4 Is connected and configured.

モダリティ3は、たとえばCT装置、MRI装置および超音波装置などであり、撮影された3次元のボリュームデータは、DICOM(Digital Imaging and COmmunicationin Medicine)規格に準拠した格納フォーマットおよび通信規格に従って、ネットワーク4を介して医用画像保管サーバ2に送信されて格納される。   The modality 3 is, for example, a CT apparatus, an MRI apparatus, and an ultrasonic apparatus, and the photographed three-dimensional volume data conforms to the storage format and communication standard in accordance with the DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) standard. It is transmitted to and stored in the medical image storage server 2 via the network.

画像処理装置1は、汎用のコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)、メモリ(主記憶装置)、ストレージ(補助記憶装置)、入出力インターフェース、通信インターフェース、入力装置、表示装置、および、データバスなどの周知のハードウェア構成を備え、周知のオペレーションシステムなどがインストールされている。また、表示装置として液晶ディスプレイなどを有し、入力装置としてキーボードおよび/またはマウスなどのポインティングデバイスを有している。ストレージは、ハードディスクまたはSSD(Solid State Drive)などで構成される。なお、必要に応じてコンピュータにGPU(Graphics Processing Unit)を設けるようにしてもよい。このコンピュータに、本実施の形態の画像処理プログラムをインストールすることにより画像処理装置1として機能する。また、画像処理装置1は、医用画像保管サーバ2に対する画像の送信要求、および、医用画像保管サーバ2から画像の受信を行う機能を備え、各機能のためのソフトウェアプログラムを実行することにより行われる。   The image processing apparatus 1 is a general-purpose computer, and has a central processing unit (CPU), a memory (main storage device), a storage (auxiliary storage device), an input / output interface, a communication interface, an input device, a display device, and a data bus Etc., and a known operation system etc. is installed. In addition, a liquid crystal display or the like is included as a display device, and a pointing device such as a keyboard and / or a mouse is included as an input device. The storage is configured by a hard disk or a solid state drive (SSD). Note that a GPU (Graphics Processing Unit) may be provided in the computer as necessary. The computer functions as the image processing apparatus 1 by installing the image processing program of the present embodiment in this computer. Further, the image processing apparatus 1 has a function of transmitting an image to the medical image storage server 2 and receiving an image from the medical image storage server 2, and is performed by executing a software program for each function. .

画像処理プログラムは、DVD(Digital Versatile Disc)またはCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)などの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、画像処理プログラムは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置もしくはネットワークストレージに対して、外部からアクセス可能な状態で記憶され、外部からの要求に応じてコンピュータにダウンロードされた後に、インストールされるようにしてもよい。   The image processing program is distributed by being recorded on a recording medium such as a digital versatile disc (DVD) or a compact disc read only memory (CD-ROM), and installed in a computer from the recording medium. Alternatively, the image processing program is stored in an accessible state from the outside to a storage device or network storage of a server computer connected to a network, and installed after being downloaded to the computer in response to an external request. You may

第1の実施の形態の画像処理装置1は、図2に示すように、取得部10、肝臓領域抽出部11、グローバル位置合せ部12、ローカル位置合せ部13、指標取得部14、および指標出力部15を備える。   As shown in FIG. 2, the image processing apparatus 1 according to the first embodiment has an acquisition unit 10, a liver region extraction unit 11, a global registration unit 12, a local registration unit 13, an index acquisition unit 14, and an index output. The unit 15 is provided.

取得部10は、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2を医用画像保管サーバ2から取得する。ボリュームデータV1,V2は、本実施の形態においては、CT装置、MRI装置または超音波撮影装置などによって撮影された3次元の画像データである。ボリュームデータは、3次元空間を細かく区切ったボクセル位置の物理量を表わすデータで構成され、データは各ボクセルの位置に存在する臓器または組織などを放射線または磁気が透過した透過量に応じた値、あるいは、臓器または組織などで反射された超音波に応じた値で表される。   The acquisition unit 10 acquires, from the medical image storage server 2, first volume data V1 and second volume data V2 obtained by imaging the liver of the subject in two states in which a morphological change has occurred. Volume data V1 and V2 in the present embodiment are three-dimensional image data captured by a CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasonic imaging apparatus, or the like. Volume data is composed of data representing physical quantities at voxel positions divided into three-dimensional spaces, and data is a value according to the amount of radiation or magnetism transmitted through organs or tissues present at each voxel position, or , An organ or tissue, etc. It is expressed by a value according to the ultrasonic wave reflected.

第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2は、肝臓の形態的変化が生じる前後の2つの状態で撮影を行った画像である。具体的には、肝臓の形態的変化は、体位の変化または呼吸の影響などによって生じる。   The first volume data V1 and the second volume data V2 are images taken in two states before and after a morphological change of the liver occurs. Specifically, morphological changes in the liver are caused by changes in body position or the effects of respiration.

例えば、被検者が、仰向け(仰臥位)になっているか、うつ伏せ(伏臥位)になっているかによって肝臓に形態的変化が生じる。そこで、被検者が仰臥位の状態で撮影された画像を第1のボリュームデータV1とし、被検者が伏臥位の状態で撮影された画像を第2のボリュームデータV2とする。図3Aは、正常な肝臓を被検者が仰臥位の状態と伏臥位の状態で撮影した画像である。左側のaの下にある画像が仰臥位の状態で撮影したアキシャル画像、サジタル画像、およびコロナル画像である。右側のbの下にある画像が伏臥位の状態で撮影したアキシャル画像、サジタル画像、およびコロナル画像である。図3Bは、肝硬変が進んだ肝臓を被検者が仰臥位の状態(左側のa)と伏臥位の状態(右側のb)で撮影した画像である。図3Aの正常例の画像の肝臓の上部の形状と下部の形状(黒い線)が大きく変化しているが、図3Bの非正常例の画像の肝臓の上部の形状(黒い線)の変化が少なく、2つを比較すると、非正常例は正常例に比べて形状変化が少ない。   For example, a morphological change occurs in the liver depending on whether the subject is supine (supine) or prone (prone). Therefore, an image captured when the subject is in the supine position is referred to as first volume data V1, and an image captured when the subject is in the prone position is referred to as second volume data V2. FIG. 3A is an image obtained by photographing a normal liver in a supine position and a prone position. The image under the left a is an axial image, a sagittal image, and a coronal image taken in the supine position. The image under b on the right is an axial image, a sagittal image, and a coronal image taken in the prone position. FIG. 3B is an image of the liver in which liver cirrhosis has progressed in a supine position (a on the left) and a prone position (b on the right). The shape of the upper part of the liver and the shape of the lower part (black line) in the image of the normal example in FIG. 3A are greatly changed, but the change in the shape of the upper part of the liver (black line) in the image of the nonnormal example of FIG. At least two non-normal cases have less change in shape than normal cases.

あるいは、呼吸をすることで肺野の大きさが変わることによっても肝臓に形態的変化が生じる。そこで、被検者の肺野が拡大した状態で撮影した画像を第1のボリュームデータV1とし、被検者の肺野が第1のボリュームデータV1の肺野より縮小した状態で撮影された画像を第2のボリュームデータV2としてもよい。第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2は肺野の大きさの変化が大きい方が好ましく、肺野の大きさが最大になる最大吸気の状態と、肺野の大きさが最小になる最小呼気の状態で撮影するのが好ましい。図4Aは、正常な肝臓を被検者が吸気の状態と呼気の状態で撮影した画像である。左側のaの下にある画像が吸気の状態で撮影したアキシャル画像、サジタル画像、およびコロナル画像である。右側のbの下にある画像が呼気の状態で撮影したアキシャル画像、サジタル画像、およびコロナル画像である。図4Bは、肝硬変が進んだ肝臓を被検者が吸気の状態(左側のa)と呼気の状態(右側のb)で撮影した画像である。図4Aの正常例の画像の肝臓の上部の形状(白い矢印)と、図4Bの非正常例の画像の肝臓の上部の形状(白い矢印)を比較すると、非正常例は正常例に比べて形状変化が少ない。   Alternatively, a change in lung field size caused by breathing causes a morphological change in the liver. Therefore, an image captured in a state in which the lung field of the subject is expanded is taken as the first volume data V1, and an image captured in a state in which the lung field of the subject is reduced from the lung field of the first volume data V1. As the second volume data V2. In the first volume data V1 and the second volume data V2, it is preferable that the change in the size of the lung field is large, so that the maximum inspiratory state in which the size of the lung field is maximized and the size of the lung field are minimized. It is preferable to shoot in the state of minimum exhalation. FIG. 4A is an image of a normal liver taken with the subject inhaling and exhaling. The image under the left side a is an axial image, a sagittal image, and a coronal image taken in a state of inhalation. Images under b on the right are axial, sagittal and coronal images taken with exhalation. FIG. 4B is an image obtained by photographing a liver in which liver cirrhosis has progressed in a state of inhalation (a on the left side) and a state of exhalation (b on the right side) of a subject. Comparing the shape of the upper part of the liver (white arrow) in the image of the normal case of FIG. 4A with the shape of the upper part of the liver (white arrow) in the image of the nonnormal case of FIG. There is little change in shape.

第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2は、肺野の大きさが大きく変わる最大吸気と最小呼気の状態で撮影するのが好ましいが、肺野の大きさが異なっていればよい。例えば、造影剤を投与して複数のフェーズで撮影を行った時の画像を利用することができる。通常、造影剤を用いてCT撮影を行なう際には造影剤が拡散する状態に応じて4相のフェーズで撮影が行われる。まず、息を吸った状態で呼吸停止を行い2相(早期動脈相、後期動脈相)の撮影を行い、その後息を吐いた状態で残りの2相の撮影を行うようにすることで、肺野の大きさが変化した状態でボリュームデータを撮影することができる。この4相のボリュームデータ中から肺野の大きさが大きく変わったボリュームデータを選んで、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2としてもよい。   The first volume data V1 and the second volume data V2 are preferably captured in the state of maximum inspiration and minimum exhalation in which the size of the lung field greatly changes, but the sizes of the lung field may be different. For example, an image obtained by administering a contrast agent and performing imaging in a plurality of phases can be used. In general, when performing CT imaging using a contrast agent, imaging is performed in four phases according to the state in which the contrast agent diffuses. First, stop breathing in the breathed state, perform two-phase (early arterial phase, late arterial phase) imaging, and then take the remaining two-phase imaging in the exhaled state to obtain lungs. Volume data can be photographed with the size of the field changed. Among the four-phase volume data, volume data in which the size of the lung field is largely changed may be selected to be the first volume data V1 and the second volume data V2.

ボリュームデータV1,V2は、医用画像保管サーバ2に患者の識別情報とともに予め保管されている。取得部10は、キーボードなどの入力装置を用いてユーザによって入力された患者の識別情報に基づいて、診断対象の患者の第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2を医用画像保管サーバ2から読み出してストレージ(不図示)に記憶する。   Volume data V1 and V2 are stored in advance in the medical image storage server 2 together with patient identification information. The acquisition unit 10 uses the input device such as a keyboard to input the first volume data V1 and the second volume data V2 of the patient to be diagnosed based on the patient identification information input by the user. Are stored in a storage (not shown).

肝臓領域抽出部11は、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2のそれぞれから肝臓領域を抽出する。肝臓領域は、撮影されたモダリティに応じた画素値などに応じて抽出され、既知の様々な手法を用いることができる。   The liver region extraction unit 11 extracts a liver region from each of the first volume data V1 and the second volume data V2. The liver region is extracted according to the pixel value and the like according to the captured modality, and various known methods can be used.

グローバル位置合せ部12は、剛体位置合せによって肝臓の大域的な位置合せを行う。剛体位置合せでは、肝臓の形を変えないように平行移動と回転移動だけを用いた位置合わせが行われる。具体的には、第1のボリュームデータV1の肝臓領域の重心の位置と第2のボリュームデータV2の肝臓領域の重心の位置を一致させるように、X,Y,およびZのそれぞれの軸方向に平行移動を行う。さらに、剛体変換モデルのX,Y,およびZのそれぞれの軸方向の平行移動と回転移動の6つのパラメータを最適化して、2つの肝臓領域の重なる体積が最も大きくなるように位置合わせを行うようにする。あるいは、第1のボリュームデータV1の肝臓領域のランドマークに対応する第2のボリュームデータV2の肝臓領域のランドマークが近づくように、平行移動および/または回転移動を行う。ランドマークは、肝臓を代表する位置を用いればよく、肝臓領域の上端、右葉と左葉の境界、門脈、または肝動脈などの位置を用いることができ、これらのランドマークのうち1つ以上のランドマークを用いて、2つの肝臓のランドマーク間の距離の合計が最も小さくなるように位置合せを行う。   The global alignment unit 12 performs global alignment of the liver by rigid body alignment. In rigid registration, registration is performed using only translation and rotation so as not to change the shape of the liver. Specifically, in order to match the position of the center of gravity of the liver area of the first volume data V1 and the position of the center of gravity of the liver area of the second volume data V2, in the respective axial directions of X, Y and Z Move in parallel. Furthermore, optimize the six parameters of parallel translation and rotational movement in the axial direction of each of X, Y, and Z of the rigid transformation model so that the overlapping volume of the two liver regions is maximized. Make it Alternatively, parallel movement and / or rotational movement is performed so that the landmark of the liver area of the second volume data V2 corresponding to the landmark of the liver area of the first volume data V1 approaches. As the landmark, a position representative of the liver may be used, and a position such as the upper end of the liver region, the boundary between the right lobe and the left lobe, the portal vein, or the hepatic artery may be used. One of these landmarks Using the above landmarks, alignment is performed so as to minimize the total distance between the two liver landmarks.

次に、ローカル位置合せ部13は、グローバル位置合せ部12で剛体位置合わせが行われた肝臓領域に対して、非剛体位置合せによって肝臓領域内の詳細な位置合せを行う。非剛体位置合せでは、位置合わせする2つの肝臓のうち少なくとも一方の形を変えて位置合せが行われる。2つの異なるボリュームデータ間で位置合わせをするための非剛体位置合せとして、アフィン変換などの線形位置合せと、B−splineを用いた非線形位置合せが知られている。このような線形位置合わせと非線形位置合わせを用いて医用画像の位置合せが行われる。   Next, the local registration unit 13 performs detailed registration in the liver region by non-rigid registration with respect to the liver region on which rigid registration has been performed by the global registration unit 12. In non-rigid registration, registration is performed by changing the shape of at least one of the two livers to be registered. As non-rigid alignment for aligning between two different volume data, linear alignment such as affine transformation and nonlinear alignment using B-spline are known. Alignment of medical images is performed using such linear alignment and non-linear alignment.

医用画像の位置合せは、第1のボリュームデータV1の画像I内の各点xは固定したままにして、第2のボリュームデータV2の画像I内の各点xを移動させることで、画像Iの各点xの位置を解剖学的に対応する画像Iの各点xの位置に一致させるための幾何学的変換の関数Tを求める問題である。この問題は、図5に示すように、一方の画像Iと、他方の画像IをTによって変形した画像との一致度を評価関数として、これを最大化させる最適化問題として解くことができる。大域的な最適解を得る方法はないので、ある初期値を設定した後に、勾配法などを使って反復的によりよい解を探索することによって解を求める。一致度には、相互情報量を用いることができる。相互情報量はCT画像とMRI画像のように異なるモダリティで撮影された画像の位置合わせに用いられるが、同じモダリティで撮影した画像間の場合には、相互相関関数を用いるようにしてもよい。 Alignment of medical images, each point x F in the image I F of the first volume data V1 is to remain fixed, moving each point x M in the image I M of the second volume data V2 Then, it is a problem to obtain a function T of geometrical transformation for matching the position of each point x M of the image I M to the position of each point x F of the anatomically corresponding image I F. As shown in FIG. 5, this problem can be solved as an optimization problem that maximizes the degree of coincidence between one image I F and the image obtained by modifying the other image I M by T as an evaluation function. it can. There is no way to obtain a global optimum solution, so after setting an initial value, a solution is found by iteratively searching for a better solution using a gradient method or the like. Mutual information can be used for the degree of coincidence. The mutual information amount is used to align images captured with different modalities such as CT images and MRI images, but in the case of images captured with the same modalities, a cross correlation function may be used.

具体的には、まず、幾何学的変換のモデルとして、B−spline変換モデルを用いてボリュームデータの中に格子点を設け、格子点を移動させて一致する点を捜すことで粗い位置合わせを行う。その後、Diffecomorphic(微分同相)変換モデルで画素単位で詳細な位置合わせ行う。つまり、まずB−spline変換モデルの最適解を求めた後、その結果を初期値としてDiffecomorphic変換モデルの最適解を得る。これにより、剛体位置合わせ後の第1のボリュームデータと第2のボリュームデータの2つの肝臓領域間において、2つの肝臓領域内の対応する位置を見つけることができる。   Specifically, first, as a model of geometric transformation, grid points are provided in volume data using a B-spline transformation model, and rough alignment is performed by searching lattice points by moving the lattice points. Do. After that, detailed alignment on a pixel basis is performed with the Diffecomorphic (differential in-phase) conversion model. That is, first, an optimal solution of the B-spline transformation model is determined, and then an optimal solution of the Diffecomorphic transformation model is obtained with the result as an initial value. This makes it possible to find corresponding positions in the two liver regions between the two liver regions of the first and second volume data after rigid registration.

指標取得部14は、ローカル位置合せ部13の非剛体位置合せで得られた2つの肝臓領域内の対応する位置から、2つの肝臓領域が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得する。つまり、非剛体位置合わせによって見つけられた画像Iの肝臓領域内の各点xに対応する画像Iの肝臓領域内の各点xを結ぶベクトルを変形ベクトルとして取得する(なお、画像Iと画像Iは肝臓領域が剛体位置合わせされた後の画像である)。さらに、変形ベクトル場から肝臓の硬さを表す指標を取得する。例えば、この変形ベクトルの変形量を指標値として算出する。 The index acquisition unit 14 acquires, from corresponding positions in the two liver regions obtained by the non-rigid registration of the local registration unit 13, a deformation vector representing the direction and distance in which the two liver regions are deformed. That is, a vector connecting each point x M in the liver region of the image I M corresponding to each point x F in the liver region of the image I F found by non-rigid registration is acquired as a deformation vector (note that the image I F and Image I M are images after rigid registration of the liver region). Furthermore, an index representing the stiffness of the liver is obtained from the deformation vector field. For example, the amount of deformation of the deformation vector is calculated as an index value.

図6に、変形ベクトルの大きさの分布の例を示す。図6は横軸が変形ベクトルの大きさ(変形ベクトル長)を示し、縦軸が相対頻度を示す。また、実線は、移植が必要なくらい線維化が進んだ状態の肝臓の変形ベクトルの分布の例を示し、破線は、線維化はしているが重篤ではない状態の肝臓の変形ベクトルの分布の例を示し、一点鎖線は、健康な状態の肝臓の変形ベクトルの分布の例を示す。このような変形ベクトルの大きさの平均値を求めて指標値とすることができる。変形ベクトルの大きさの平均値は、値が小さいほど線維化が進んだ状態を示す。また、変形ベクトルの大きさの平均値と標準偏差を、肝臓の硬さを表す指標値として算出してもよい。あるいは、変形ベクトルの大きさの分布と肝線維化レベルとの関係を多数のデータから統計的に解析して、線維化ステージを表す肝線維化レベルを指標としてもよい。肝線維化レベルは線維化ステージに対応させるのが好ましい。   FIG. 6 shows an example of the distribution of magnitudes of deformation vectors. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the magnitude of the deformation vector (deformation vector length), and the vertical axis indicates the relative frequency. Also, the solid line shows an example of the distribution of the deformation vector of the liver in a state where fibrosis is advanced enough to require transplantation, and the broken line shows the distribution of the deformation vector of the liver in a state of fibrosis but not serious. The dashed-dotted line shows an example of the distribution of deformation vectors of a healthy liver. An average value of the magnitudes of such deformation vectors can be obtained and used as an index value. The average value of the magnitudes of the deformation vectors indicates that the smaller the value, the more advanced the fibrosis. Also, the average value and the standard deviation of the magnitudes of the deformation vectors may be calculated as index values representing the hardness of the liver. Alternatively, the relationship between the distribution of deformation vector size and the level of liver fibrosis may be analyzed statistically from a large number of data, and the liver fibrosis level representing the fibrosis stage may be used as an index. Preferably, the liver fibrosis level corresponds to the fibrosis stage.

また、指標は、数値でなくてもよく、肝臓の硬さのレベルを文字で表してもよい。例えば、変形ベクトルの大きさの平均値または肝線維化レベルに応じて、肝硬変の所見がない健康な肝臓の場合には「A」、軽度の肝硬変の場合には「B」、中程度の肝硬変の場合には「C」、重度の肝硬変の場合には「D」というように、肝臓の硬さのレベルを文字で表わした指標を用いてもよい。さらに、指標は、文字に限らず、数字であってもよいし、文字と数字の組み合わせであってもよい。さらに、指標が「中程度の肝硬変」というように文章であってもよい。   In addition, the index may not be a numerical value, and may indicate the level of hardness of the liver in characters. For example, depending on the mean size of the deformation vector or the level of liver fibrosis, "A" for a healthy liver without evidence of liver cirrhosis, "B" for mild liver cirrhosis, or moderate liver cirrhosis In the case of “C” and in the case of severe cirrhosis “D”, an index indicating the level of liver stiffness may be used. Furthermore, the index is not limited to characters, and may be numbers, or a combination of characters and numbers. Furthermore, the index may be a sentence such as "moderate liver cirrhosis".

あるいは、指標取得部14が、肝臓領域を構成する複数の区域ごとに指標を取得するようにしてもよい。肝臓は、肝鎌状間膜を境に左葉と右葉に分かれ、さらに、外側区域、内側区域、前区域、および後区域の4区域に分かれる。これらの区域をさらに2区域ずつに分けて、S1の尾状葉区域、S2の後外側区域(外側上区域)、S3の前外側区域(外側下区域)、S4の内側上下区域(方形葉)、S5の前下区域、S6の後下区域、S7の後上区域、およびS8の前上区域の8区域に分けられる(図7参照)。これらのそれぞれの区域ごとに指標を求めるようにしてもよい。   Alternatively, the index acquiring unit 14 may acquire the index for each of a plurality of areas constituting the liver region. The liver is divided into left and right lobes bordering the interspinous mesentery, and is further divided into four sections, an outer area, an inner area, an anterior area, and a posterior area. These areas are further divided into two areas: the caudal lobe area of S1, the posterior outer area of S2 (outer upper area), the anterolateral area of S3 (lower outer area), the inner upper and lower areas of S4 (rectangular leaves) , S5 lower lower area, S6 lower lower area, S7 upper upper area, and S8 upper upper area (see FIG. 7). An index may be determined for each of these areas.

また、肝臓の右葉上部は肝臓の中でも薄く平べったい形状をしているため、被検者の体位や呼吸の状態によって形態的変化が大きく表れる。そこで、肝臓領域の肝臓右葉上部の変形ベクトルを解析して指標を取得することが好ましい。   In addition, since the upper right lobe of the liver has a thin and flat shape among the liver, the morphological change appears largely depending on the subject's body position and the state of respiration. Therefore, it is preferable to analyze the deformation vector of the upper right lobe of the liver region to acquire the index.

さらに、指標取得部14は、判別器を用いて肝線維化レベルを指標値として取得するようにしてもよい。例えば、患者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2に対して肝線維化レベルが対応付けられたデータを教師データセットとして多数用意して、肝線維化レベルと変形ベクトルとの関係を機械学習させた判別器をあらかじめ生成しておき、判別器を用いて、被検者の第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2を入力して肝線維化レベルを取得するようにしてもよい。   Furthermore, the index acquisition unit 14 may acquire the liver fibrosis level as an index value using a discriminator. For example, data in which the liver fibrosis level is associated with the first volume data V1 and the second volume data V2 obtained by imaging the patient's liver in two states in which a morphological change has occurred are a teacher data set A large number of discriminators are prepared in advance, and machine learning of the relationship between liver fibrosis level and deformation vector is generated in advance, and the first volume data V1 and second The volume data V2 may be input to obtain the liver fibrosis level.

指標出力部15は、液晶ディスプレイなどの表示装置に指標値または指標を表す文字を出力して表示する。具体的には、図3A,図3B,図4A,図4Bのようにボリュームデータを表示した画面上に硬さのレベルを表す数値や文字を表示する。あるいは、指標をプリンターに出力して、紙などに印刷するようにしてもよい。   The index output unit 15 outputs and displays an index value or a character representing an index on a display device such as a liquid crystal display. Specifically, numerical values and characters representing the hardness level are displayed on the screen displaying the volume data as shown in FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B. Alternatively, the index may be output to a printer and printed on paper or the like.

あるいは、指標取得部14が、指標として肝臓領域内の複数の位置の変形ベクトル自体を取得してもよい。この場合には、指標出力部15は、肝臓領域の各位置の変形ベクトルを肝臓領域の各位置に対応する肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置に表示するようにしてもよい。図8は、肝臓のあるアキシャル断面における肝臓領域内部の各位置の変形ベクトルを表示した例である。また、図8では、Z方向(体軸方向)の変位を黒矢印が+方向、白抜きの矢印が−方向を表している。また、図8は、便宜上、Z方向の変位を黒の矢印と白抜きの矢印で表しているが、赤と青など異なる色でディスプレイ上に表示するようにしてもよい。   Alternatively, the index acquisition unit 14 may acquire, as an index, deformation vectors per se of a plurality of positions in the liver region. In this case, the index output unit 15 may display the deformation vector of each position of the liver area at each position on the outer shape representing the outline of the liver area corresponding to each position of the liver area. FIG. 8 is an example in which the deformation vector of each position in the liver region in an axial cross section with the liver is displayed. Further, in FIG. 8, the displacement in the Z direction (body axis direction) is indicated by the black arrow in the positive direction, and the white arrow in the negative direction. In addition, although the displacement in the Z direction is represented by a black arrow and an open arrow in FIG. 8 for convenience, it may be displayed on the display in different colors such as red and blue.

さらに、指標取得部14が、指標として肝臓領域内の複数の位置の変形ベクトルから得られた大きさを取得してもよい。この場合には、指標出力部15は、肝臓領域の各位置の指標に応じた色で、肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置を色分けして表示するようにしてもよい。図9は、便宜上、色分けをハッチングで表した例である。図9の異なるハッチングがそれぞれ赤と青の色分けに対応し、赤の場所は変位ベクトルの大きさが所定の値以上であり、青の場所は変位ベクトルの大きさが所定の値以下であることを示すようにしてもよい。   Furthermore, the index acquisition unit 14 may acquire, as an index, a size obtained from deformation vectors of a plurality of positions in the liver region. In this case, the index output unit 15 may color-code and display each position on the outer shape representing the outer shape of the liver region in a color corresponding to the index of each position in the liver region. FIG. 9 is an example in which the color classification is hatched for convenience. Different hatchings in FIG. 9 correspond to red and blue color coding, respectively. The location of red is that the magnitude of displacement vector is not less than a predetermined value, and the location of blue is that the magnitude of displacement vector is not more than a predetermined value May be shown.

次に本実施の形態の画像処理装置1の処理の流れについて、図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。   Next, the flow of processing of the image processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ユーザによって患者の識別情報が入力されると、その患者の造影CT画像から2つのボリュームデータV1,V2を取得部10で取得する(ST10)。   First, when patient identification information is input by the user, two volume data V1 and V2 are acquired by the acquisition unit 10 from the contrast CT image of the patient (ST10).

次に、取得部10で取得された2つのボリュームデータV1,V2から肝臓領域抽出部11を用いて肝臓領域を抽出する(ST11)。グローバル位置合せ部12で、肝臓の重心が一致するように剛体変換のX,Y,およびZのそれぞれの軸方向に平行移動させる。さらに、肝臓の重心を一致させる平行移動のパラメータを初期値として、X,Y,およびZのそれぞれの軸方向の平行移動と回転移動の6つのパラメータを最適化して剛体位置合わせを行う(ST12)。   Next, a liver region is extracted from the two volume data V1 and V2 acquired by the acquisition unit 10 using the liver region extraction unit 11 (ST11). The global alignment unit 12 translates in the respective axial directions of rigid transformation X, Y, and Z so that the center of gravity of the liver matches. Furthermore, with the parameters of translation to match the center of gravity of the liver as initial values, the six parameters of parallel translation and rotational movement in the axial direction of X, Y and Z are optimized for rigid body registration (ST12) .

さらに、ローカル位置合せ部13は、グローバル位置合せ部12で剛体位置合わせが行われた肝臓領域に対して非剛体位置合せを行うことで肝臓領域内の詳細な位置合せを行ない、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2の肝臓領域内の対応する位置を見つける(ST13)。   Furthermore, the local registration unit 13 performs non-rigid registration on the liver region for which rigid registration has been performed by the global registration unit 12 to perform detailed registration in the liver region, and the first volume The corresponding position in the liver area of the data V1 and the second volume data V2 is found (ST13).

指標取得部14は、非剛体位置合せの結果に基づいて、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2の2つの肝臓領域が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得する(ST14)。さらに、変形ベクトルから指標を取得する(ST15)。指標出力部15は、指標をディスプレイ上に表示する(ST16)。   The index acquisition unit 14 acquires a deformation vector representing the direction and distance of deformation of the two liver regions of the first volume data V1 and the second volume data V2 based on the result of non-rigid registration (ST14). . Further, an index is acquired from the deformation vector (ST15). The index output unit 15 displays the index on the display (ST16).

以上詳細に説明したように、非剛体位置合わせにより肝臓の変形ベクトルを取得して、肝臓の硬さのレベルを取得するようにしたので、肝臓の線維化の状態を簡便かつ客観的に確認することが可能になる。   As described above in detail, since the liver deformation vector is acquired by non-rigid registration and the liver stiffness level is acquired, the state of liver fibrosis is simply and objectively confirmed It becomes possible.

上述の第1の実施の形態では、非剛体位置合わせの前に剛体位置合わせを行う場合について説明したが、例えば、仰臥位の状態と伏臥位の状態で撮影する場合のように、肝臓の体軸方向の位置が大きく変わらないで2つのボリュームデータの撮影が行われる場合には、剛体位置合わせを行うことなく、非剛体位置合わせのみ行うようにしてもよい。   In the first embodiment described above, the rigid body alignment is performed before the non-rigid body alignment. However, for example, as in the case of photographing in the supine position and the prone position, the body of the liver is When imaging of two volume data is performed without largely changing the position in the axial direction, only non-rigid body alignment may be performed without performing rigid body alignment.

次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態では、肺野の大きさに応じて肝臓の形態的変化が生じる場合に、より正確に硬さのレベルを取得する手法について説明する。第1の実施の形態と同じ構成については、第1の実施の形態と同一符号を付して、詳細な説明は省略し、異なる構成についてのみ詳細な説明を行う。   Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, when the morphological change of the liver occurs according to the size of the lung field, a method of acquiring the hardness level more accurately will be described. About the same composition as a 1st embodiment, the same numerals as a 1st embodiment are attached, detailed explanation is omitted, and only different composition is explained in detail.

第2の実施の形態の医療情報システムは、第1の実施の形態と同様であるので詳細な説明は省略する。第2の実施の形態の画像処理装置1aは、図11に示すように、取得部10、肝臓領域抽出部11、グローバル位置合せ部12、ローカル位置合せ部13、指標取得部14a、および指標出力部15を備える。また、本実施の形態の指標取得部14aは、指標の調整を行う調整部16を備える点で第1の実施の形態とは異なる。   The medical information system of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus the detailed description is omitted. The image processing apparatus 1a according to the second embodiment, as shown in FIG. 11, includes an acquisition unit 10, a liver region extraction unit 11, a global alignment unit 12, a local alignment unit 13, an index acquisition unit 14a, and an index output. The unit 15 is provided. Further, the index acquisition unit 14a of the present embodiment differs from the first embodiment in that the adjustment unit 16 that adjusts the index is provided.

指標取得部14aは、第1の実施の形態と同様に、ローカル位置合せ部13によって行われた非剛体位置合せの結果に基づいて、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2の2つの肝臓領域が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得し、変形ベクトルに基づいて指標を求める。   As in the first embodiment, the index acquiring unit 14a performs two operations of the first volume data V1 and the second volume data V2 based on the result of the non-rigid body alignment performed by the local alignment unit 13. A deformation vector representing the direction and distance of deformation of one liver region is obtained, and an index is determined based on the deformation vector.

しかし、同じ被検者でも、呼気や吸気の状態が異なると結果も異なってしまう。例えば、2つのボリュームデータV1,V2を撮影した時の呼吸の状態が最大吸気と最小呼気であれば、肝硬変が進行していないときは肺野の大きさが大きく変わるため肝臓領域の変形量は大きな値になるが、2つのボリュームデータV1,V2を撮影した時の肺野の大きさの変化が小さいときには、肝硬変が進行していなくても肝臓領域の変形量は比較的小さい値になる。一方、肝硬変が進んでいる場合には、肺野の大きさが大きく変わっていても、肺野の大きさがあまり変わらなくても変形量は小さい値となる。   However, even if the same subject has different exhalation and inhalation states, the results will be different. For example, if the state of breathing when imaging two volume data V1 and V2 is maximum inspiration and minimum exhalation, the size of the lung field changes significantly when liver cirrhosis does not progress, so the amount of deformation of the liver region is Although the value is large, when the change in the size of the lung field when the two volume data V1 and V2 are photographed is small, the amount of deformation of the liver region becomes a relatively small value even if liver cirrhosis has not progressed. On the other hand, when liver cirrhosis progresses, the amount of deformation becomes a small value even if the size of the lung field is largely changed or even if the size of the lung field is not significantly changed.

呼気と吸気では、横隔膜の位置が大きく変わり、それに伴って肝臓の位置も上下に移動する。呼吸の状態を変えた2つのボリュームデータV1,V2を撮影するときは、撮影装置に対する被検者の体位の移動はないため、肺野の大きさの変化を、肝臓領域の体軸方向の位置の変化から推定することが可能である。   In exhalation and inspiration, the position of the diaphragm greatly changes, and the position of the liver moves up and down accordingly. When imaging two volume data V1 and V2 in which the state of breathing has been changed, there is no movement of the body position of the subject with respect to the imaging device, so changes in the size of the lung field It is possible to estimate from the change of

そこで、調整部16は、グローバル位置合せ部12による位置合せが行われる前の第1のボリュームデータV1の肝臓領域および第2のボリュームデータV2の肝臓領域の上端位置の体軸方向の差分値を取得し、指標が表す硬さのレベルを差分値が大きいほど指標が表す硬さのレベルを高くする調整を行い、差分値が小さくなるにしたがって指標が表す硬さのレベルを低くする調整を行う。つまり、肺野の大きさの大きく変わる場合には、肺野の大きさがあまり変わらない場合よりも、変異ベクトルの大きさが大きくなり指標は肝臓が柔らかいこと(硬さのレベルが低い)を指すので、硬さのレベルを高くする調整を行う。一方、肺野の大きさがあまり変わらない場合には、肺野の大きさが大きく変わる場合よりも、変異ベクトルの大きさが小さくなり指標は実際より肝臓が硬いこと(硬さのレベルが高い)を指すので、硬さのレベルを低くする調整を行う。これによって、呼気や吸気の状態によって変わる肺野の大きさの差異を吸収するような補正を加えることができる。   Therefore, the adjustment unit 16 calculates the difference value in the body axis direction of the upper end position of the liver area of the first volume data V1 and the second volume data V2 of the liver area before alignment by the global alignment unit 12 is performed. Adjustment is performed to increase the hardness level represented by the index as the difference value increases, and the hardness level represented by the index decreases as the difference value decreases. . In other words, if the size of the lung field changes significantly, the size of the mutation vector is larger than if the size of the lung field does not change much, and the index indicates that the liver is soft (the hardness level is low). As you point, make adjustments to increase the hardness level. On the other hand, when the size of the lung field does not change much, the size of the mutation vector becomes smaller and the index is harder than the liver actually (the hardness level is higher than when the size of the lung field changes greatly Make adjustments so as to lower the hardness level, as it points to). As a result, it is possible to add a correction that absorbs differences in lung field size that change depending on the state of exhalation or inhalation.

具体的には、指標取得部14aが、指標を表す指標値として求めた変形ベクトルの大きさに基づいて取得した変形量を差分値で割った値を指標値とする。あるいは、変形量を差分値で割った値に応じて、硬さのレベルを「A」〜「D」文字で表した指標で表してもよい。   Specifically, a value obtained by dividing the deformation amount obtained based on the magnitude of the deformation vector obtained as the index value representing the index by the index acquisition unit 14a by the difference value is used as the index value. Alternatively, depending on the value obtained by dividing the deformation amount by the difference value, the hardness level may be represented by an index represented by letters "A" to "D".

指標取得部14aの調整部16が、指標を予め変形ベクトルの変形量と差分値に応じた指標(指標値、または、硬さのレベルを文字で表した指標)を表すテーブルを用意して、指標を調整するようにしてもよい。あるいは、変形ベクトルから得られた指標と差分値に応じた指標値を表すテーブルを用意して、指標を調整するようにしてもよい。   The adjustment unit 16 of the index acquisition unit 14a prepares a table representing an index according to the deformation amount of the deformation vector and the difference value (index value or index representing the hardness level in characters) in advance. The index may be adjusted. Alternatively, the index may be adjusted by preparing a table representing an index value corresponding to the index obtained from the deformation vector and the difference value.

次に本実施の形態の画像処理装置1の処理の流れについて、図12に示すフローチャートを参照しながら説明する。   Next, the flow of processing of the image processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ユーザが患者の識別情報を入力すると、その患者の造影CT画像から2つのボリュームデータV1,V2を取得部10で取得する(ST20)。   First, when the user inputs patient identification information, two volume data V1 and V2 are acquired by the acquisition unit 10 from the contrast-enhanced CT image of the patient (ST20).

次に、取得部10で取得された2つのボリュームデータV1,V2から肝臓領域抽出部11を用いて肝臓領域を抽出する(ST21)。ここで、調整部16は、2つのボリュームデータV1,V2の肝臓領域の上端位置の体軸方向の差分値を取得する(ST22)。   Next, a liver region is extracted from the two volume data V1 and V2 acquired by the acquisition unit 10 using the liver region extraction unit 11 (ST21). Here, the adjustment unit 16 acquires the difference value in the body axis direction of the upper end position of the liver region of the two volume data V1 and V2 (ST22).

次に、グローバル位置合せ部12で、肝臓の重心が一致するように剛体変換のX,Y,およびZのそれぞれの軸方向に平行移動させる。さらに、肝臓の重心を一致させる平行移動のパラメータを初期値として、X,Y,およびZのそれぞれの軸方向の平行移動と回転移動の6つのパラメータを最適化して剛体位置合わせを行う(ST23)。   Next, the global alignment unit 12 translates in the respective axial directions of rigid body transformations X, Y, and Z so that the center of gravity of the liver matches. Furthermore, with the parameters of translation to match the center of gravity of the liver as initial values, the six parameters of parallel translation and rotational movement in the axial direction of X, Y, and Z are optimized for rigid body registration (ST23) .

さらに、ローカル位置合せ部13は、グローバル位置合せ部12で剛体位置合わせが行われた肝臓領域に対して非剛体位置合せを行うことで肝臓領域内の詳細な位置合せを行ない、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2の肝臓領域内の対応する位置を見つける(ST24)。   Furthermore, the local registration unit 13 performs non-rigid registration on the liver region for which rigid registration has been performed by the global registration unit 12 to perform detailed registration in the liver region, and the first volume The corresponding position in the liver area of the data V1 and the second volume data V2 is found (ST24).

指標取得部14aは、非剛体位置合せの結果に基づいて、第1のボリュームデータV1と第2のボリュームデータV2の2つの肝臓領域が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを取得する(ST25)。さらに、変形ベクトルから指標を取得する(ST26)。ここで、調整部16で指標が表す硬さのレベルを差分値が大きいほど指標が表す硬さのレベルを高くし、差分値が小さくなるにしたがって指標が表す硬さのレベルを低くするように調整を行う(ST27)。指標出力部15は、調整された指標をディスプレイ上に表示する(ST28)。   The index acquiring unit 14a acquires a deformation vector representing the direction and distance of deformation of the two liver regions of the first volume data V1 and the second volume data V2 based on the result of non-rigid registration (ST25). . Further, an index is acquired from the deformation vector (ST26). Here, the hardness level represented by the index is increased as the difference value increases, and the hardness level represented by the index decreases as the difference value decreases as the difference value increases with the adjustment unit 16. Make adjustment (ST27). The index output unit 15 displays the adjusted index on the display (ST28).

以上詳細に説明したように、非剛体位置合わせにより肝臓の変形ベクトルを取得して、肝臓の硬さのレベルを取得し、さらに、呼吸の状態によって肝臓の変形の程度が異なってくることを考慮することで、肝臓の線維化の状態をより正確に取得することが可能になる。   As described above in detail, non-rigid registration acquires the deformation vector of the liver, obtains the hardness level of the liver, and takes into consideration that the degree of deformation of the liver varies depending on the state of respiration. By doing this, it becomes possible to more accurately obtain the fibrotic state of the liver.

上記では、1つのコンピュータを画像処理装置として機能させる場合について説明したが、複数のコンピュータに機能を分散させるようにしてもよい。   Although the case where one computer functions as an image processing apparatus has been described above, the functions may be distributed to a plurality of computers.

また、上記では、汎用コンピュータが画像処理装置として機能する場合について説明したが、専用コンピュータによって実施されてもよい。専用コンピュータは、内蔵されたROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリなど、不揮発メモリに記録されたプログラムを実行するファームウェアであってもよい。さらに、この画像処理装置の少なくとも一部の機能を実行するためのプログラムを永久的に記憶するASIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向け集積回路)やFPGA(field programmable gate arrays)などの専用回路を設けるようにしてもよい。あるいは、専用回路に記憶されたプログラム命令と、専用回路のプログラムを利用するようにプログラムされた汎用のCPUによって実行されるプログラム命令と組み合わせるようにしてもよい。以上のように、コンピュータのハードウェア構成をどのように組み合わせてプログラム命令を実行してもよい。   In addition, although the case where the general-purpose computer functions as the image processing apparatus has been described above, it may be implemented by a dedicated computer. The dedicated computer may be firmware that executes a program stored in a non-volatile memory, such as a built-in ROM (Read Only Memory) or a flash memory. Furthermore, dedicated circuits such as application specific integrated circuits (ASICs) and field programmable gate arrays (FPGAs) that permanently store programs for executing at least a part of the functions of the image processing apparatus. It may be provided. Alternatively, the program instruction stored in the dedicated circuit may be combined with the program instruction executed by the general-purpose CPU programmed to use the program of the dedicated circuit. As described above, the computer hardware configuration may be combined to execute program instructions.

1、1a 画像処理装置
2 医用画像保管サーバ
3 撮影装置
4 ネットワーク
10 取得部
11 肝臓領域抽出部
12 グローバル位置合せ部
13 ローカル位置合せ部
14、14a 指標取得部
15 指標出力部
16 調整部
V1 第1のボリュームデータ
V2 第2のボリュームデータ
1, 1a image processing apparatus 2 medical image storage server 3 imaging apparatus 4 network 10 acquisition unit 11 liver region extraction unit 12 global alignment unit 13 local alignment unit 14, 14 a index acquisition unit 15 index output unit 16 adjustment unit V1 first unit Volume data V2 second volume data

Claims (19)

被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得する取得部と、
前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する指標出力部と、
を備えた画像処理装置。
An acquisition unit for acquiring first volume data and second volume data obtained by imaging the liver of the subject in two states in which a morphological change has occurred;
A deformation vector representing a direction and a distance at which corresponding positions in two liver regions are deformed by performing non-rigid registration processing between the liver region of the first volume data and the liver region of the second volume data An index output unit that outputs an index indicating the hardness of the liver acquired by analyzing
Image processing device equipped with
前記指標出力部が、前記指標を表す指標値として、前記変形ベクトルの大きさに基づいて取得した変形量を出力する請求項1記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 1, wherein the index output unit outputs, as an index value representing the index, a deformation amount acquired based on a magnitude of the deformation vector. 前記変形量が、前記変形ベクトルの大きさの平均値である請求項2項記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 2, wherein the deformation amount is an average value of magnitudes of the deformation vectors. 前記第1のボリュームデータは、前記被検者が仰臥位の状態で撮影されたデータであり、
前記第2のボリュームデータは、前記被検者が伏臥位の状態で撮影されたデータである請求項1〜3のいずれか1項記載の画像処理装置。
The first volume data is data captured when the subject is in a supine position,
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the second volume data is data captured when the subject is in a prone position.
前記第1のボリュームデータは、前記被検者の肺野が拡大した状態で撮影されデータであり、
前記第2のボリュームデータは、前記被検者の肺野が前記第1のボリュームデータの肺野より縮小した状態で撮影されたデータである請求項1〜3のいずれか1項記載の画像処理装置。
The first volume data is data captured in a state in which a lung field of the subject is expanded,
The image processing according to any one of claims 1 to 3, wherein the second volume data is data captured in a state in which a lung field of the subject is smaller than a lung field of the first volume data. apparatus.
前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域の上端位置と前記第2のボリュームデータの肝臓領域の上端位置との体軸方向の差分値を用いて、前記指標が表す硬さのレベルを前記差分値が大きいほど前記指標が表す硬さのレベルを高くする調整、または前記差分値が小さくなるにしたがって前記指標が表す硬さのレベルを低くする調整を行う請求項5記載の画像処理装置。   The index output unit uses the difference value in the body axis direction of the upper end position of the liver area of the first volume data and the upper end position of the liver area of the second volume data to indicate the hardness indicated by the index. The image according to claim 5, wherein the level is adjusted to increase the level of hardness represented by the index as the difference value increases, or to adjust the level of hardness represented by the index to decrease as the difference value decreases. Processing unit. 前記指標出力部が、前記指標を表す指標値として、前記変形ベクトルの大きさに基づいて取得した変形量を前記差分値で割った値を出力する請求項6記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 6, wherein the index output unit outputs, as an index value representing the index, a value obtained by dividing the deformation amount acquired based on the magnitude of the deformation vector by the difference value. 前記指標出力部が、前記指標を予め用意したテーブルを用いて調整する請求項6または請求項7記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 6, wherein the index output unit adjusts the index using a table prepared in advance. 前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域を構成する複数の肝臓の区域ごとに前記指標を取得する請求項1〜8のいずれか1項記載の画像処理装置。   9. The index output unit according to any one of claims 1 to 8, wherein the index is acquired for each of a plurality of liver areas constituting the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data. Image processing apparatus as described. 前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域の肝臓右葉上部の変形ベクトルを解析して前記指標を取得する請求項1〜8のいずれか1項記載の画像処理装置。   9. The index output unit according to any one of claims 1 to 8, wherein the index is obtained by analyzing a liver area of the first volume data and a deformation vector of an upper part of a liver right lobe of a liver area of the second volume data. An image processing apparatus according to item 1. 前記指標が肝線維化レベルであり、
前記指標出力部が、前記肝線維化レベルおよび患者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータとを有する教師データセットを用いて前記肝線維化レベルと前記変形ベクトルとの関係を学習させた判別器に、前記被検者の前記第1のボリュームデータと前記第2のボリュームデータを入力して前記肝線維化レベルを取得する請求項1記載の画像処理装置。
The indicator is liver fibrosis level,
Using the teacher data set having the first volume data and the second volume data in which the index output unit performs imaging in two states in which the liver fibrosis level and the liver of the patient are morphologically changed. The first volume data and the second volume data of the subject are input to a discriminator that has learned the relationship between the liver fibrosis level and the deformation vector, and the liver fibrosis level is acquired. An image processing apparatus according to claim 1.
前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の前記変形ベクトルの大きさを前記指標として取得し、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の前記指標に応じた色で肝臓領域の各位置に対応する肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置を色分けして表示する請求項1記載の画像処理装置。   The index output unit acquires, as the index, the size of the deformation vector at each position of the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data, and the liver of the first volume data Each position on the outline shape representing the outline of the liver area corresponding to each position of the liver area is displayed by color according to the index according to each index of the area and the liver area of the second volume data. The image processing apparatus according to 1). 前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の前記変形ベクトルを前記指標として取得し、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域の各位置の前記変形ベクトルを肝臓領域の各位置に対応する肝臓領域の外形を表す外形形状上の各位置に表示する請求項1記載の画像処理装置。   The index output unit acquires, as the index, the deformation vector at each position of the liver area of the first volume data and the liver area of the second volume data, and the liver area of the first volume data and The image processing apparatus according to claim 1, wherein the deformation vector at each position of the liver region of the second volume data is displayed at each position on an outer shape representing an outer shape of the liver region corresponding to each position of the liver region. 前記指標出力部は、前記非剛体位置合せの前に剛体位置合せを行う請求項1〜13のいずれか1項記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 13, wherein the index output unit performs rigid body registration before the non-rigid body registration. 前記剛体位置合せは、前記第1のボリュームデータの肝臓領域の重心の位置と前記第2のボリュームデータの肝臓領域の重心の位置を一致させる請求項14記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 14, wherein the rigid registration aligns the position of the center of gravity of the liver area of the first volume data with the position of the center of gravity of the liver area of the second volume data. 前記剛体位置合せは、前記第1のボリュームデータの肝臓領域のランドマークと前記第2のボリュームデータの肝臓領域のランドマークを用いて行う請求項14記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 14, wherein the rigid body registration is performed using a landmark of a liver area of the first volume data and a landmark of a liver area of the second volume data. 前記第1のボリュームデータおよび前記第2のボリュームデータは、CT装置、MRI装置、および超音波装置のいずれかの撮影により得られたデータである請求項1〜16のいずれか1項記載の画像処理装置。   The image according to any one of claims 1 to 16, wherein the first volume data and the second volume data are data obtained by imaging of any one of a CT apparatus, an MRI apparatus, and an ultrasound apparatus. Processing unit. 取得部と指標出力部とを備えた画像処理装置の作動方法であって、
前記取得部が、被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得し、
前記指標出力部が、前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する画像処理装置の作動方法。
An operation method of an image processing apparatus comprising an acquisition unit and an index output unit,
The acquisition unit acquires first volume data and second volume data obtained by imaging the liver of the subject in two states in which a morphological change has occurred,
A direction in which corresponding positions in two liver regions are deformed by the index output unit performing non-rigid registration processing between the liver region of the first volume data and the liver region of the second volume data And an operation method of the image processing apparatus which outputs an index representing the hardness of the liver acquired by analyzing a deformation vector representing the distance.
コンピュータを、
被検者の肝臓を形態的変化が生じた2つの状態で撮影を行った第1のボリュームデータと第2のボリュームデータを取得する取得部と、
前記第1のボリュームデータの肝臓領域および前記第2のボリュームデータの肝臓領域間で非剛体位置合わせ処理を行うことにより、2つの肝臓領域内の対応する位置が変形した方向および距離を表す変形ベクトルを解析して取得した肝臓の硬さを表す指標を出力する指標出力部として機能させる画像処理プログラム。
Computer,
An acquisition unit for acquiring first volume data and second volume data obtained by imaging the liver of the subject in two states in which a morphological change has occurred;
A deformation vector representing a direction and a distance at which corresponding positions in two liver regions are deformed by performing non-rigid registration processing between the liver region of the first volume data and the liver region of the second volume data An image processing program that functions as an index output unit that outputs an index representing the hardness of the liver acquired by analyzing the.
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