JP2020168173A - 動態解析装置、動態解析システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】胸部動態画像から呼吸に伴う構造物の動きの関係を時系列に捉えられるようにすることで、呼吸機能の状態を把握できるようにする。【解決手段】診断用コンソール３によれば、制御部３１は、胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に設定された複数の計測点を胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングし、複数の計測点のそれぞれに対応する追跡点を時間方向に複数取得し、取得した追跡点ごとに、時間方向に隣接する追跡点からの移動量及び／又は移動方向を算出して、複数の計測点の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する。【選択図】図３

Description

本発明は、動態解析装置、動態解析システム及びプログラムに関する。

従来、胸部の骨陰影に関するＸ線動画像に基づいて骨の移動ベクトル又は移動量マップを作成し、算出した移動ベクトル又は移動量マップを１枚のＸ線静止画像に重ね合わせた画像を生成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−４３８９４号公報

ところで、呼吸機能には、肺実質、気道、血管、筋肉、骨性胸郭などの多くの構造物の動きが寄与しており、これらの構造物は呼吸に伴って動くため、これらの構造物間の動きの関係を時系列で捉えることは、呼吸機能の状態（正常／異常、疾患の程度等）の診断に有効である。しかしながら、特許文献１は、骨の移動ベクトル又は移動量マップを１枚のＸ線静止画像に重ね合わせた画像を生成するものであり、この画像を観察しても時系列での構造物間の動きの関係を捉えることができない。そのため、呼吸機能の状態を把握するには不十分であった。

本発明の課題は、胸部動態画像から呼吸に伴う構造物の動きの関係を時系列に捉えられるようにすることで、呼吸機能の状態を把握できるようにすることである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の動態解析装置は、
胸部の動態を放射線撮影することにより取得された胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に、計測対象とする複数の点又は複数の領域を設定する設定手段と、
前記設定された複数の点又は複数の領域を前記胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングして前記複数の点又は前記複数の領域のそれぞれに対応する追跡点又は追跡領域を時間方向に複数取得し、取得した追跡点又は追跡領域ごとに、時間方向に隣接する追跡点又は追跡領域からの移動量及び／又は移動方向を算出して、前記複数の点又は前記複数の領域の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する算出手段と、
を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記算出手段は、さらに、前記複数の点又は前記複数の領域の時系列データに基づいて、前記複数の点又は前記複数の領域の動きの同期性を示す指標値を算出する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記算出手段による算出結果を表示する表示手段を備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、
前記トラッキングを実施して前記移動量及び／又は移動方向を算出するフレーム画像の間隔が任意に設定可能に構成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、
前記トラッキングを行うフレーム画像に、事前に鮮鋭化処理、平滑化処理、及び／又はダイナミックレンジ圧縮処理を施す処理手段をさらに備える。

請求項６に記載の発明の動態解析システムは、
胸部の動態を放射線撮影することにより胸部動態画像を取得する撮影装置と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の動態解析装置と、
を備える。

請求項７に記載の発明のプログラムは、
コンピューターを、
胸部の動態を放射線撮影することにより取得された胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に、計測対象とする複数の点又は複数の領域を設定する設定手段、
前記設定された複数の点又は複数の領域を前記胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングして前記複数の点又は前記複数の領域のそれぞれに対応する追跡点又は追跡領域を時間方向に複数取得し、取得した追跡点又は追跡領域ごとに、時間方向に隣接する追跡点又は追跡領域からの移動量及び／又は移動方向を算出して、前記複数の点又は前記複数の領域の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する算出手段、
として機能させる。

本発明によれば、胸部動態画像から呼吸に伴う構造物の動きの関係を時系列に捉えることができるので、呼吸機能の状態を把握することが可能となる。

本発明の実施形態における動態解析システムの全体構成を示す図である。 図１の撮影用コンソールの制御部により実行される撮影制御処理を示すフローチャートである。 図１の診断用コンソールの制御部により実行される画像解析処理を示すフローチャートである。 計測点の設定例を示す図である。 移動量と移動方向の算出方法を説明するための図である。 （ａ）は、符号なしの移動量の時間変化を表すグラフ、（ｂ）は、符号付きの移動量の時間変化を表すグラフ、（ｃ）は、符号付きの累積移動量の時間変化を表すグラフである。 移動方向に基づく符号の割り当ての一例を示す図である。 胸部動態画像の各フレーム画像から算出された横隔膜位置を時系列で表したグラフ、（ｂ）は、（ａ）の横隔膜位置の微分値を時系列で表したグラフである。 （ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、横隔膜の外側と内側の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ、（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、横隔膜の外側と内側の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフである。 （ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して外胸郭の上、下の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ、（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、外胸郭の上、下の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフである。 （ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動方向を時系列に並べて示したグラフ、（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動方向を時系列に並べて示したグラフである。 （ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ、（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフである。 （ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、肺野領域重心と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ、（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、肺野領域重心と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合の各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフである。 （ａ）は、トラッキングするフレーム画像間隔をフレーム画像ごととした場合を模式的に示す図、（ｂ）は、トラッキングするフレーム画像間隔を４とした場合を模式的に示す図である。 動態画像が三次元画像の場合のグラフの表示例を示す図である。 領域の追跡手法を模式的に示す図である。 計測対象として領域を設定した場合のグラフの表示例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

〔動態解析システム１００の構成〕
まず、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の構成〕
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、パルス照射により胸部の動態撮影を行う場合を例にとり説明する。

放射線源１１は、被写体Ｍを挟んで放射線検出部１３と対向する位置に配置され、放射線照射制御装置１２の制御に従って、被写体Ｍに対し放射線（Ｘ線）を照射する。
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、ＦＰＤ等の半導体イメージセンサーにより構成される。ＦＰＤは、例えば、ガラス基板等を有しており、基板上の所定位置に、放射線源１１から照射されて少なくとも被写体Ｍを透過した放射線をその強度に応じて検出し、検出した放射線を電気信号に変換して蓄積する複数の検出素子（画素）がマトリックス状に配列されている。各画素は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング部を備えて構成されている。ＦＰＤにはＸ線をシンチレーターを介して光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
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。

読取制御装置１４は、撮影用コンソール２に接続されている。読取制御装置１４は、撮影用コンソール２から入力された画像読取条件に基づいて放射線検出部１３の各画素のスイッチング部を制御して、当該各画素に蓄積された電気信号の読み取りをスイッチングしていき、放射線検出部１３に蓄積された電気信号を読み取ることにより、画像データを取得する。この画像データがフレーム画像である。そして、読取制御装置１４は、取得したフレーム画像を撮影用コンソール２に出力する。画像読取条件は、例えば、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ、画像サイズ（マトリックスサイズ）等である。フレームレートは、１秒あたりに取得するフレーム画像数であり、パルスレートと一致している。フレーム間隔は、１回のフレーム画像の取得動作開始から次のフレーム画像の取得動作開始までの時間であり、パルス間隔と一致している。

ここで、放射線照射制御装置１２と読取制御装置１４は互いに接続され、互いに同期信号をやりとりして放射線照射動作と画像の読み取りの動作を同調させるようになっている。

〔撮影用コンソール２の構成〕
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。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory
）等により構成される。制御部２１のＣＰＵは、操作部２３の操作に応じて、記憶部２２に記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って後述する撮影制御処理を始めとする各種処理を実行し、撮影用コンソール２各部の動作や、撮影装置１の放射線照射動作及び読み取り動作を集中制御する。

記憶部２２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部２２は、制御部２１で実行される各種プログラムやプログラムにより処理の実行に必要なパラメーター、或いは処理結果等のデータを記憶する。例えば、記憶部２２は、図２に示す撮影制御処理を実行するためのプログラムを記憶している。また、記憶部２２は、撮影部位（ここでは胸部）に対応する放射線照射条件及び画像読取条件を記憶している。各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、制御部２１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。

操作部２３は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部２１に出力する。また、操作部２３は、表示部２４の表示画面にタッチパネルを備えても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部２１に出力する。

表示部２４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターにより構成され、制御部２１から入力される表示信号の指示に従って、操作部２３からの入力指示やデータ等を表示する。

通信部２５は、ＬＡＮ（Local Area Network）アダプターやモデムやＴＡ（Terminal Adapter）等を備え、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。

〔診断用コンソール３の構成〕
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。
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。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成される。制御部３１のＣＰＵは、操作部３３の操作に応じて、記憶部３２に記憶されているシステムプログラムや、各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って、後述する画像解析処理を始めとする各種処理を実行し、診断用コンソール３各部の動作を集中制御する。制御部３１は、設定手段、算出手段、処理手段として機能する。

記憶部３２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部３２は、制御部３１で画像解析処理を実行するためのプログラムを始めとする各種プログラムやプログラムにより処理の実行に必要なパラメーター、或いは処理結果等のデータを記憶する。これらの各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、制御部３１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。

操作部３３は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部３１に出力する。また、操作部３３は、表示部３４の表示画面にタッチパネルを備えても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部３１に出力する。

表示部３４は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニターにより構成され、制御部３１から入力される表示信号の指示に従って、各種表示を行う。

通信部３５は、ＬＡＮアダプターやモデムやＴＡ等を備え、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。

〔動態解析システム１００の動作〕
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。

（撮影装置１、撮影用コンソール２の動作）
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。

まず、撮影実施者により撮影用コンソール２の操作部２３が操作され、撮影対象（被写体Ｍ）の患者情報（患者の氏名、身長、体重、年齢、性別等）や撮影部位（ここでは、胸部）の入力が行われる（ステップＳ１）。

次いで、放射線照射条件が記憶部２２から読み出されて放射線照射制御装置１２に設定されるとともに、画像読取条件が記憶部２２から読み出されて読取制御装置１４に設定される（ステップＳ２）。

次いで、操作部２３の操作による放射線照射の指示が待機される（ステップＳ３）。ここで、撮影実施者は、被写体Ｍを放射線源１１と放射線検出部１３の間に配置してポジショニングを行う。また、本実施形態においては呼吸状態下で撮影を行うため、被検者（被写体Ｍ）に楽にするように指示し、安静呼吸を促す。あるいは、深呼吸を指示してもよい。撮影準備が整った時点で、操作部２３を操作して放射線照射指示を入力する。

操作部２３により放射線照射指示が入力されると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、放射線照射制御装置１２及び読取制御装置１４に撮影開始指示が出力され、動態撮影が開始される（ステップＳ４）。即ち、放射線照射制御装置１２に設定されたパルス間隔で放射線源１１により放射線が照射され、放射線検出部１３によりフレーム画像が取得される。

予め定められたフレーム数の撮影が終了すると、制御部２１により放射線照射制御装置１２及び読取制御装置１４に撮影終了の指示が出力され、撮影動作が停止される。撮影されるフレーム数は、少なくとも１呼吸サイクルが撮影できる枚数である。

撮影により取得されたフレーム画像は順次撮影用コンソール２に入力され、撮影順を示す番号（フレーム番号）と対応付けて記憶部２２に記憶されるとともに（ステップＳ５）、表示部２４に表示される（ステップＳ６）。撮影実施者は、表示された動態画像によりポジショニング等を確認し、撮影により診断に適した画像が取得された（撮影ＯＫ）か、再撮影が必要（撮影ＮＧ）か、を判断する。そして、操作部２３を操作して、判断結果を入力する。

操作部２３の所定の操作により撮影ＯＫを示す判断結果が入力されると（ステップＳ７；ＹＥＳ）、動態撮影で取得された一連のフレーム画像のそれぞれに、動態画像を識別するための識別ＩＤや、患者情報、撮影部位、放射線照射条件、画像読取条件、撮影順を示す番号（フレーム番号）等の情報が付帯され（例えば、ＤＩＣＯＭ形式で画像データのヘッダ領域に書き込まれ）、通信部２５を介して診断用コンソール３に送信される（ステップＳ８）。そして、本処理は終了する。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。

（診断用コンソール３の動作）
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に示す画像解析処理が実行される。

以下、図３を参照して画像解析処理の流れについて説明する。
まず、変数ｎに１が設定される（ステップＳ１１）。

次いで、ｎ番目のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に、複数の計測点が設定される（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２においては、表示部３４に１枚目のフレーム画像を表示し、ユーザーによる操作部３３の操作により複数の計測点を設定してもよい。
または、制御部３１が自動的に予め定められた一又は複数の構造物を抽出し、抽出した一又は複数の構造物上の、予め定められた複数の特徴点に計測点を設定してもよい。構造物の抽出は、公知のいずれの手法を用いてもよい。例えば、テンプレートマッチング、グラフカット等の領域分割アルゴリズムや、ニューラルネットワーク、特徴量抽出とクラスタリング等の機械学習を用いて行うことができる。

図４（ａ）〜（ｄ）に、ステップＳ１２における計測点の設定例を示す。例えば、図４（ａ）に示す横隔膜の外側、内側、図４（ｂ）に示す胸郭の上下等、同一構造物上に複数の計測点を設定してもよいし、図４（ｃ）に示す肋骨と横隔膜、図４（ｄ）に示す肺野領域の重心と横隔膜のように、異なる複数の構造物に１点ずつ複数の計測点を設定してもよい。

なお、本実施形態では、１枚目のフレーム画像に計測点を設定する場合を例にとり説明するが、１枚目に限らず、任意のフレーム画像に計測点を設定することができる。

次いで、ｎにｎ+１が設定され（ステップＳ１３）、ｎ番目のフレーム画像において各計測点がトラッキングされ、各計測点に対応する追跡点が抽出される（ステップＳ１４）。
例えば、ｎ番目のフレーム画像において、ｎ−１番目のフレーム画像で追跡点として抽出された画素（ｎ＝２の場合は、ｎ−１番目のフレーム画像で計測点として設定された画素）を中心とするＭ×Ｎ画素（Ｍ、Ｎは正の整数、例えば、３×３）からなるエリアに探索エリアが設定され、探索エリア内で画素値がｎ−１番目のフレーム画像で追跡点として抽出された画素の画素値に最も近い画素が追跡点として抽出される。

なお、トラッキングするフレーム画像には、予め鮮鋭化処理、平滑化処理、ダイナミックレンジ圧縮処理のいずれかを実施した画像としてもよい。これらの処理を事前に施しておくことで、計測構造物が明確になりトラッキングしやすくなる。

次いで、ｎ番目のフレーム画像において抽出された各計測点に対応する追跡点ごとに、ｎ−１番目のフレーム画像において抽出された追跡点からの移動量及び／又は移動方向が算出される（ステップＳ１５）。
例えば、図５に示すように、追跡点がＡｔからＡｔ+１に移動した場合、ＡｔからＡｔ+１までの距離が移動量、ＡｔとＡｔ+１を結ぶ線とｘ軸方向とのなす角度θが移動方向として算出される。これにより、各計測点のフレーム画像間の移動量及び／又は移動方向が算出される。

なお、移動量は、図６（ａ）に示すように、計測点の移動方向を加味せず、単純に動いた距離を移動量として算出してもよいし、図６（ｂ）に示すように、移動方向によって＋、−の符号をつけて算出してもよい。符号は、例えば、図７に示すように、肺の内側方向への移動を−、外側方向への移動を＋とする、上方向への移動を−、下方向への移動を＋とする等、予め基準を定めておくことができる。また、図６（ｃ）に示すように、移動量として累積移動量を算出してもよい。累積移動量についても、単純に動いた量を累積してもよいし、移動方向によって＋、−の符号を加味した移動量を累積してもよい。

次いで、算出された各計測点の移動量及び／又は移動方向がフレーム番号に対応付けて時系列データとしてＲＡＭに記録される（ステップＳ１６）。

ｎが動態画像のフレーム画像数に達するまでステップＳ１３〜Ｓ１６が繰り返し実行され、ｎがフレーム画像数に到達すると（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、複数の計測点の移動量及び／又は移動方向の算出結果（時系列データ）が同一の座標平面にグラフ化され、表示部３４に表示される（ステップＳ１８）。

また、複数の計測点の移動量及び／又は移動方向の時系列データに基づいて、２つの計測点の組ごとに、計測点の動きの同期性を示す指標値が算出され（ステップＳ１９）、算出された計測点の動きの同期性を示す指標値が表示部３４に表示され（ステップＳ２０）、画像解析処理は終了する。
２つの計測点の動きの同期性を示す指標値とは、２つの計測点の動き（移動量や移動方向）がどれだけ類似しているかを示す指標値であり、例えば、２つの計測点の時系列データの相互相関係数、コサイン類似度が挙げられる。

ここで、グラフ表示及び指標値の算出については、呼気相、吸気相に分けて表示、算出することとしてもよい。
呼吸位相の特定は、例えば、以下の（１）〜（５）の手順により行うことができる。なお、以下の説明では、画像の左上の座標を（０、０）とし、画像の右側、下側へいくほど座標値が増えることとして説明する。
（１）まず、動態画像の各フレーム画像から横隔膜の位置を算出する（図８（ａ）参照）。
例えば、各フレーム画像の肺野領域の下側のエッジ部分を横隔膜境界部として抽出し、横隔膜境界部の或るｘ座標の位置に基準点を設定し、設定した基準点のｙ座標を横隔膜の位置として求めることができる。肺野領域は、公知のいずれの方法を用いて抽出してもよい。例えば、各画素の画素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、境界付近の小領域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。
（２）横隔膜の位置の最高位、最低位を算出する。
（３）（１）の微分値を算出する（図８（ｂ）参照）。
（４）呼気相については、最高位のフレーム画像以降に微分値が“+”→”-”となる最初の変曲点（微分値０の点）を”呼気相開始”とし、呼気相開始後に最初に“-”→”+”となる変曲点を”呼気相終了”とする。ノイズの影響を考慮し、開始/終了条件に「連続してｉフレーム（ｉは正の整数）微分値０が続く」ことを加えてもよい。
（５）吸気相については、最低位のフレーム画像以降に微分値が“-”→”+”となる最初の変曲点を”吸気相開始”とし、吸気相開始後に最初に“+”→”-”となる変曲点を”吸気相終了”とする。ノイズの影響を考慮し、開始/終了条件に「連続してｉフレーム微分値０が続く」ことを加えてもよい。

以上説明したように、上記画像解析処理では、胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に設定された複数の計測点を胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングし、複数の計測点のそれぞれに対応する追跡点を時間方向に複数取得し、取得した追跡点ごとに、時間方向に隣接する追跡点からの移動量及び／又は移動方向を算出して、複数の計測点の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する。
したがって、医師等のユーザーは、胸部動態画像における呼吸に伴って動く一の構造物の異なる複数の位置の動きの関係又は複数の構造物間の動きの関係を時系列に捉えることができるので、胸部動態画像から呼吸機能の状態（正常／異常や疾患の程度等）を把握することが可能となる。そのため、呼吸検査による患者の負担を軽減することが可能となる。また、時系列データは、治療効果の効果確認にも使用することができ、治療計画の立案を支援することができる。

また、複数の計測点の移動量及び／又は移動方向の算出結果（時系列データ）を同一の座標平面上にグラフ化して表示部３４に表示したり、時系列データに基づいて複数の計測点の動きの同期性を示す指標値を算出し、算出結果を表示部３４に表示したりすることで、ユーザーがより容易に呼吸機能の状態を把握することが可能となる。

ここで、上記画像解析処理により表示される算出結果（グラフ、同期性を示す指標値）の例について、具体例を挙げて説明する。

（具体例１）
呼吸正常者は、横隔膜の外側と内側の移動量が同期するという傾向がある。呼吸疾患患者は、横隔膜の外側と内側の移動量が同期しないという傾向がある。
図９（ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、図４（ａ）に示す横隔膜の外側と内側の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図９（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、図４（ａ）に示す横隔膜の外側と内側の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、上記画像解析処理により呼吸正常者の横隔膜の外側と内側の移動量を解析すると、呼吸正常者の同期性は高く、呼吸器疾患患者の同期性はそれよりも低いという結果が得られる。

（具体例２）
呼吸正常者は、外胸郭の上、下の移動量が同期するという傾向がある。呼吸疾患患者は、外胸郭の上、下の移動量が同期しないという傾向がある。
図１０（ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、図４（ｂ）に示す外胸郭の上、下の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１０（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、図４（ｂ）に示す外胸郭の上、下の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、上記画像解析処理により呼吸正常者の外胸郭の上、下の移動量を解析すると、呼吸正常者の同期性は高く、呼吸器疾患患者の同期性はそれよりも低いという結果が得られる。

（具体例３）
呼吸正常者は、肋骨と横隔膜の移動方向が同期するという傾向がある。呼吸疾患患者は、肋骨と横隔膜の移動方向が同期しないという傾向がある。
図１１（ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、図４（ｃ）に示す肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動方向（角度）を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１１（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、図４（ｃ）に示す肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動方向（角度）を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、上記画像解析処理により呼吸正常者の肋骨と横隔膜の移動方向を解析すると、呼吸正常者の同期性は高く、呼吸器疾患患者の同期性はそれよりも低いという結果が得られる。

（具体例４）
呼吸正常者は、肋骨と横隔膜の移動量が同期するという傾向がある。呼吸疾患患者は、肋骨と横隔膜の移動量が同期しないという傾向がある。
図１２（ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、図４（ｃ）に示す肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１２（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、図４（ｃ）に示す肋骨上と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、上記画像解析処理により呼吸正常者の肋骨と横隔膜の移動量を解析すると、呼吸正常者の同期性は高く、呼吸器疾患患者の同期性はそれよりも低いという結果が得られる。

（具体例５）
呼吸正常者は、肺野領域重心と横隔膜の移動量及び移動方向が同期するという傾向がある。呼吸疾患患者は、肺野領域重心と横隔膜の移動量及び移動方向が同期しないという傾向がある。
図１３（ａ）は、或る呼吸正常者の胸部動態画像に対して、図４（ｄ）に示す肺野領域重心と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１３（ｂ）は、或る呼吸器疾患患者の胸部動態画像に対して、図４（ｄ）に示す肺野領域重心と横隔膜上の２点に計測点を設定した場合に、図３の画像解析処理により算出される各計測点の移動量を時系列に並べて示したグラフ及び同期性を示す指標値の算出結果を示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記画像解析処理により呼吸正常者の肺野領域重心と横隔膜の移動量を解析すると、呼吸正常者の同期性は高く、呼吸器疾患患者の同期性はそれよりも低いという結果が得られる。

すなわち、（具体例１）〜（具体例５）に示すように、被検者の胸部動態画像を上記画像解析処理により解析することによって取得される、呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に設定した複数の計測点の移動量又は移動方向を時系列に示したグラフや、複数の計測点の移動量又は移動方向の同期性を示す指標値を観察することにより、ユーザーは、被検者の呼吸機能が正常か異常か等を把握することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態における記述は、本発明に係る好適な動態解析システムの一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においては、胸部動態画像の全区間のフレーム画像から複数の計測点をトラッキングして時系列データを取得することとしたが、これに限定されず、胸部動態画像の一部の区間のフレーム画像から複数の計測点をトラッキングして時系列データを取得することしてもよい。この場合、複数の計測点のトラッキングは胸部動態画像の同一区間にて行い、同一区間の時系列データを取得する。なお、本発明では、設定された複数の計測点で同一区間にてトラッキングや時系列データの取得を行えばよく、これに加えて、一部の計測点において他の区間でトラッキングや時系列データを取得することを妨げるものではない。

また、図１４（ａ）に示すように、上記実施形態では、フレーム画像ごとに計測点をトラッキングして移動量及び／又は移動方向を算出して時系列データとして記録する場合を例にとり説明したが、図１４（ｂ）に示すように、計測点をトラッキングして移動量及び／又は移動方向を算出するフレーム画像の間隔は、これに限定されず、ｎフレーム（ｎ≧２）ごととしてもよい。これにより、解析の処理時間を短縮することができる。
なお、計測点の移動量及び／又は移動方向を算出するフレーム画像の間隔は、ユーザーの操作部３３の操作により任意に設定可能とすることが好ましい。

また、上記実施形態では、動態画像の各フレーム画像が二次元画像である場合を例にとり説明したが、例えば、ダイナミックＣＴで得られた動態画像のように、三次元画像であってもよい。
三次元画像である場合のトラッキングの手法は、二次元画像である場合と略同様である。例えば、ｎ番目のフレーム画像において、ｎ−１番目のフレーム画像で追跡点として抽出されたボクセル（ｎ＝２の場合は、ｎ−１番目のフレーム画像で計測点として設定されたボクセル）を中心とするＭ×Ｎ×Ｏ画素（Ｍ、Ｎ、Ｏは正の整数、例えば、３×３×３）からなるエリアに探索エリアが設定され、探索エリア内でボクセル値がｎ−１番目のフレーム画像で追跡点として抽出されたボクセルのボクセル値に最も近いボクセルが追跡点として抽出される。
三次元空間上での計測点の移動量及び／又は移動方向をグラフ表示する際には、図１５(ａ)〜（ｃ）に示すように、各計測点の移動量及び／又は移動方向の時系列変化（図１５においてＡ、Ｂで示す）をｘｙ平面上、ｙｚ平面上、ｘｚ平面上の２次元に射影してグラフ表示すればよい。

また、上記実施形態においては、複数の計測点を設定してトラッキングし、移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得してグラフ化する例について説明したが、複数の計測対象の領域を設定してトラッキングし、各領域の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得してグラフ化してもよい。これにより、領域単位での動きを捉えることが可能となる。
領域を指定した場合は、図１６に示すように、設定された領域の輪郭上の各点において移動量及び／又は移動方向を算出すればよい。算出手法は、上述の計測点の場合と同様である。また、領域を設定した場合のグラフは、図１７（ａ）に示すように、各領域に設定した全点の移動量又は移動方向の時系列データ（例えば、領域Ａの点１〜３、領域Ｂの点１〜３）を１つのグラフ上に表してもよいし、図１７（ｂ）に示すように、フレーム画像ごとに、各領域に設定した全点の移動量又は移動方向の代表値を求め、領域ごとに代表値の時系列データをグラフ化してもよい。また、複数の領域の移動量や移動方向の同期性を示す指標値は、例えば、２つの領域ごとに、上記代表値の時系列データに基づいて算出すればよい。また、胸部動態画像の各フレーム画像において、計測対象として設定された領域の各点に色をつけて各点の追跡結果を動画表示してもよい。

また、例えば、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリー等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、ＣＤ-ＲＯＭ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。

その他、動態解析システム１００を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 動態解析システム
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 (7)

1. 胸部の動態を放射線撮影することにより取得された胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に、計測対象とする複数の点又は複数の領域を設定する設定手段と、
   前記設定された複数の点又は複数の領域を前記胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングして前記複数の点又は前記複数の領域のそれぞれに対応する追跡点又は追跡領域を時間方向に複数取得し、取得した追跡点又は追跡領域ごとに、時間方向に隣接する追跡点又は追跡領域からの移動量及び／又は移動方向を算出して、前記複数の点又は前記複数の領域の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する算出手段と、
   を備える動態解析装置。
2. 前記算出手段は、さらに、前記複数の点又は前記複数の領域の時系列データに基づいて、前記複数の点又は前記複数の領域の動きの同期性を示す指標値を算出する請求項１に記載の動態解析装置。
3. 前記算出手段による算出結果を表示する表示手段を備える請求項１又は２に記載の動態解析装置。
4. 前記トラッキングを実施して前記移動量及び／又は移動方向を算出するフレーム画像の間隔が任意に設定可能に構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の動態解析装置。
5. 前記トラッキングを行うフレーム画像に、事前に鮮鋭化処理、平滑化処理、及び／又はダイナミックレンジ圧縮処理を施す処理手段をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の動態解析装置。
6. 胸部の動態を放射線撮影することにより胸部動態画像を取得する撮影装置と、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の動態解析装置と、
   を備える動態解析システム。
7. コンピューターを、
   胸部の動態を放射線撮影することにより取得された胸部動態画像の任意のフレーム画像の呼吸に伴って動く一又は複数の構造物上に、計測対象とする複数の点又は複数の領域を設定する設定手段、
   前記設定された複数の点又は複数の領域を前記胸部動態画像の同一区間のフレーム画像においてトラッキングして前記複数の点又は前記複数の領域のそれぞれに対応する追跡点又は追跡領域を時間方向に複数取得し、取得した追跡点又は追跡領域ごとに、時間方向に隣接する追跡点又は追跡領域からの移動量及び／又は移動方向を算出して、前記複数の点又は前記複数の領域の移動量及び／又は移動方向の時系列データを取得する算出手段、
   として機能させるためのプログラム。

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