JP4091318B2

JP4091318B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4091318B2
Application number: JP2002057277A
Authority: JP
Inventors: 明彦西出; 靖浩今井
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003250794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腫瘍領域検出方法およびＸ線ＣＴ装置に関し、さらに詳しくは、ＣＴ断層像（アキシャルスキャン断層像およびヘリカルスキャン断層像を含む）を画像処理・測定して腫瘍領域を高精度に検出する腫瘍領域検出方法およびＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、次のようにして肺野領域の腫瘍領域を検出している。
まず、図１４に示すように、被検体ｈをＸ線走査して肺ＬのＣＴ断層像Ａｉを取得する。
【０００３】
次に、図１５に示すように、腫瘍領域を含むようなＣＴ値の範囲を「１」とし、それ以外を「０」とする２値化処理を行う。そして、「１」の領域を腫瘍候補領域Ｃａとする。２値化処理を行うＣＴ値範囲は、腫瘍領域だけでなく、血管領域も含むため、腫瘍候補領域Ｃａには、腫瘍領域だけでなく、血管領域も含まれる。
ここで、腫瘍は略球形であるため、断面形状は円形になる。一方、血管はアキシャル断面に斜めに交差するように走行していることが多いため、ＣＴ断層像Ａｉ上での断面形状は長円形になることが多い。
そこで、各腫瘍候補領域Ｃａの円形度αを計算し、円形度αが「１」に近い腫瘍候補領域Ｃａを腫瘍候補と判断する。なお、一般に知られているように、円形度αは、腫瘍候補領域Ｃａの面積をＳとし、周囲長をＬとするとき、
α＝４・π・Ｓ／Ｌ²
である。但し、０＜α≦１となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、血管がアキシャル断面に直交するように走行している場合は、血管領域の円形度αも「１」に近くなる。このため、腫瘍領域と血管領域とを間違えてしまう。すなわち、従来の腫瘍領域検出方法では、腫瘍領域を検出する精度が低い問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ＣＴ画像を画像処理・測定して腫瘍領域を高精度に検出することが出来る腫瘍領域検出方法およびＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して取得した複数のＣＴ断層像を画像処理・測定し、腫瘍候補領域の３次元形状特徴パラメータを基に腫瘍領域を検出することを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第１の観点による腫瘍領域検出方法では、従来のように１枚のＣＴ断層像中の腫瘍候補領域の円形度（２次元的特徴）により腫瘍領域を検出するのではなく、複数の連続ＣＴ断層像中の腫瘍候補領域の３次元形状特徴を基に腫瘍領域を検出する。３次元的に見ると、腫瘍は略球形であるが、血管は柱状であるため、アキシャル断面に直交するように走行している血管とでも腫瘍をより容易に区別しやすい。よって、腫瘍領域を高精度に検出することが出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、３次元形状特徴パラメータが、少なくとも球体度を含むことを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第２の観点による腫瘍領域検出方法では、３次元形状特徴パラメータとして、少なくとも球体度を用いる。ここで、球体度βまたはβ’は、表面積をＳとし，体積をＶとするとき、
β＝６・π^1/2・Ｖ／Ｓ^3/2
β’＝β²＝３６・π・Ｖ²／Ｓ³
である。球体度βまたはβ’が「１」に近いほど腫瘍である確率が高い。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、腫瘍領域か否かの判断基準として腫瘍領域候補の平均ＣＴ値をも用いることを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第３の観点による腫瘍領域検出方法では、腫瘍領域候補の平均ＣＴ値をも用いて腫瘍か否かを判断する。複数の判断基準を用いることで検出精度を向上できる。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して取得した複数のＣＴ断層像中の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出し、該血管候補領域の内で外接直方体の体積が大きい領域を血管領域としてノイズ領域と区別し、該血管領域に対して収縮処理を施して孤立した領域を腫瘍候補領域とすることを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
腫瘍は、次の性質を持っている。
（１）腫瘍は、栄養摂取するため、血管に接続している。
（２）腫瘍は、自身に接続している血管よりも太くなる。
そこで、上記第４の観点による腫瘍領域検出方法では、まず、血管領域を抽出すると、上記性質（１）から、この血管領域に腫瘍が含まれている。次に、血管の太さだけ収縮させると、上記性質（２）から、腫瘍が孤立して残る。かくして、腫瘍候補領域を取り出すことが出来る。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、腫瘍検出の閾値レベルを２つ以上の領域ごとに設け、それぞれ別個に収縮処理を施すことを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
血管の太さだけ収縮させると言っても、血管の太さは一様ではない。すなわち、基幹部では太く、末梢部では細い。
そこで、上記第５の観点による腫瘍領域検出方法では、例えば、血管の主幹部と末端部近傍の２カ所あるいは２カ所以上の領域毎に腫瘍検出の閾値レベルを設け、それぞれ別個に収縮処理を施す。これにより、基幹部の腫瘍と、末梢部の腫瘍とを、見落し及び過検出をより少なくして検出できる。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、複数のアキシャルＣＴ画像から、肺野部分をＣＴ値に基づいて検出し、その後に、その肺野部分内で血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第６の観点による腫瘍領域検出方法では、まず、肺野部分を検出し、その肺野部分内で血管候補領域を抽出するので、ノイズ領域を好適に除去できる。
【００１１】
第７の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、肺野部分内の血管部分を埋めて形を成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第７の観点による腫瘍領域検出方法では、肺野部分内で血管部分を整形してから血管候補領域を抽出するので、血管候補領域を好適に抽出できる。
【００１２】
第８の観点では、本発明は、上記構成の腫瘍領域検出方法において、肺野部分を３次元画像処理に基づいて成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とする腫瘍領域検出方法を提供する。
上記第８の観点による腫瘍領域検出方法では、肺野部分内で３次元画像処理による整形を行ってから血管候補領域を抽出するので、血管候補領域を好適に抽出できる。
【００１３】
第９の観点では、本発明は、被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して複数のＣＴ断層像を取得する撮影手段と、複数のＣＴ断層像を画像処理・測定して腫瘍候補領域の３次元形状特徴パラメータを基に腫瘍領域を検出する腫瘍領域検出手段とを具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第９の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第１の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１４】
第１０の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、３次元形状特徴パラメータが、少なくとも球体度を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１０の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第２の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１５】
第１１の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、腫瘍領域か否かの判断基準として腫瘍領域候補の平均ＣＴ値をも用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１１の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第３の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１６】
第１２の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して取得した複数のＣＴ断層像中の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出する血管候補領域抽出手段と、前記血管候補領域の内で外接直方体の体積が大きい領域を血管領域とする血管領域抽出手段と、前記血管領域に対して収縮処理を施して孤立した領域を腫瘍候補領域とする腫瘍候補領域抽出手段とを具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１２の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第４の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１７】
第１３の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、腫瘍検出の閾値レベルを２つ以上の領域ごとに設け、それぞれ別個に収縮処理を施すことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１３の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第５の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１８】
第１４の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、複数のアキシャルＣＴ画像から、肺野部分をＣＴ値に基づいて検出し、その後に、その肺野部分内で血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１４の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第６の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００１９】
第１５の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、肺野部分内の血管部分を埋めて形を成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１５の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第７の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００２０】
第１６の観点では、本発明は、上記構成のＸ線ＣＴ装置において、肺野部分を３次元画像処理に基づいて成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第１６の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第８の観点による腫瘍領域検出方法を好適に実施できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す本発明の実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置を示す構成図である。
このＸ線ＣＴ装置１００は、スキャナ装置１と，処理装置２と，大容量記憶装置３と，表示モニタ４と，キーボードやマウスなどの入力装置５とを具備して構成されている。
【００２３】
スキャナ装置１は、被検体に対してＸ線管および検出器を被検体の体軸に沿って相対移動し、所望の断層像位置で止め、体軸の周りにＸ線管および検出器を回転させてＣＴ断層像の作成に必要な複数回転ビューのデータを収集する。なお、Ｘ線管のみ回転させ、検出器を回転させない第４世代のＸ線ＣＴ装置の場合もある。
【００２４】
処理装置２は、被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して取得した複数のＣＴ断層像を入力するデータ取得部２ａと、複数のＣＴ断層像中の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出する血管候補領域抽出部２ｂと、血管候補領域の内で外接直方体の体積が大きい領域を血管領域とする血管領域抽出部２ｃと、血管領域に対して収縮処理を施して孤立した領域を腫瘍候補領域とする腫瘍候補領域抽出部２ｄと、腫瘍候補領域の３次元形状特徴パラメータを基に腫瘍領域を検出する腫瘍領域検出部２ｅとを具備している。
【００２５】
図２は、Ｘ線ＣＴ装置１００による腫瘍領域検出処理を示すフローチャートである。なお、腫瘍検出対象の臓器として肺を想定する。
ステップＰ１では、図３に示すように、被検体ｈを連続した異なる断層像位置でＸ線走査して取得した複数のＣＴ断層像Ｓｉを入力する。
【００２６】
ステップＰ２では、肺の全体を抽出できるようなＣＴ値範囲（例えば−２００以下）を「１」とし、それ以外を「０」とするような２値化処理を行う。これにより、図４に示すように、肺Ｌおよび背景（空気）Ａの領域が「１」となり、それ以外が「０」となる。なお、図４では、「１」の領域をハッチングで示している。図４で、入り江Ｌａというのは、肺Ｌへ入る太い血管の部分である。
【００２７】
ステップＰ３では、「１」の領域に対し３次元または２次元論理フィルタによりＮ画素収縮処理およびＮ画素膨張処理を行い、ノイズとなる微小領域を取り除く（例えば、Ｎ＝５。但し、Ｎの値は、１画素サイズに依存して変化させる。）。次に、３次元または２次元ラベリング処理により「１」の領域を区分し、背景（空気）と推定できる区分を除去する。図５に示すように、肺だけが「１」の領域となる。
【００２８】
ステップＰ４では、「１」の領域に対し３次元または２次元論理フィルタによりＭ画素拡大処理およびＭ画素収縮処理を行い、不要領域である入り江Ｌａを埋める（例えば、Ｍ＝１０。但し、Ｍの値は、１画素サイズに依存して変化させる。）。図６に示すように、肺Ｌから入り江Ｌａがなくなる。
【００２９】
ステップＰ５では、上記ステップＰ４で「１」になった領域を各ＣＴ断層像Ｓｉから画素間演算の論理積ＡＮＤ処理で切り出し、その切り出した領域（マスク領域）について血管を抽出できるようなＣＴ値範囲（造影された血管のＣＴ値はおよそ１００〜２００、造影されてない血管のＣＴ値はおよそ４０〜５０なので、例えば−５００〜＋１０００）を「１」とし、それ以外を「０」とするような２値化処理を行う。これにより、図７に示すように、肺Ｌの血管候補領域Ｖａが「１」となり、それ以外が「０」となる。ここで、肺Ｌの血管候補領域Ｖａを３次元モデル化する。
【００３０】
ステップＰ６では、肺Ｌの血管候補領域Ｖａに対し３次元論理フィルタによりＬ画素膨張処理およびＬ画素収縮処理を行い、データ上では切れていた血管候補領域ｖ１，ｖ２，ｖ３，…を図８に示すように接続修復する（例えば、Ｌ＝１〜３。但し、Ｌの値は、１画素サイズに依存して変化させる。）。
【００３１】
ステップＰ７では、３次元ラベリング処理により血管候補領域Ｖａを図９に示すような血管候補Ｖｂに区分する。
【００３２】
ステップＰ８では、図９に示すように、各血管候補Ｖｂに対する血管候補領域の全画素を含むｘmin＜ｘ＜ｘmax 且つｙmin＜ｙ＜ｙmax 且つｚmin＜ｚ＜ｚmax の直方体の領域である外接直方体Ｂの体積を計算し、最も体積の大きい血管候補Ｖｂを血管Ｖと判定する。他のラベル領域は、ノイズ領域として除去する。図１０に、血管Ｖを示す。
なお、図９において、血管候補Ｖｂは、外接直方体Ｂの上面ＡＰ，底面ＢＰ，側面ＣＰ〜ＦＰに、点Ｃａ〜Ｃｆで接している
【００３３】
ステップＰ９では、血管Ｖに対して３次元論理フィルタによりＰ画素収縮処理を行い、末梢部の血管を消去する。Ｐは、末梢部の血管の太さに１〜２画素を加えた値とする（例えば、Ｐ＝４〜５。但し、Ｐの値は、１画素サイズに依存して変化させる。）。これにより、図１１に示すように、血管Ｖの末梢部に孤立した腫瘍候補領域Ｃａが残る。次に、その腫瘍候補領域Ｃａの球体度βを計算する。また、腫瘍候補領域Ｃａと複数の連続ＣＴ断層像Ｓｉとを基に腫瘍候補領域Ｃａの３次元データを抽出し、その平均ＣＴ値を計算する。そして、腫瘍候補領域Ｃａの球体度βと平均ＣＴ値とを基に末梢部腫瘍領域を検出する。
ここで、図１２の（ａ）に示すように腫瘍Ｃは略球形状であり、図１２の（ｂ）に示すように血管Ｖは略柱状である。そこで、例えば、球体度βが０.８より大きく且つ平均ＣＴ値が０〜＋２００ならば腫瘍領域と判断し、そうでないなら腫瘍領域でない判断する。
【００３４】
ステップＰ１０では、上記ステップＰ９の後に収縮処理して残った血管Ｖに対して３次元論理フィルタによりＱ画素収縮処理を行い、主幹部の血管を消去する。Ｑは、主幹部の血管の太さに１〜２画素を加えＰを減算した値とする（例えば、Ｑ＝７〜８。但し、Ｑの値は、１画素サイズに依存して変化させる。）。これにより、図１３に示すように、血管Ｖの主幹部に孤立した腫瘍候補領域Ｃｂが残る。次に、その腫瘍候補領域Ｃｂの球体度βを計算する。また、腫瘍候補領域Ｃｂと複数の連続ＣＴ断層像Ｓｉとを基に腫瘍候補領域Ｃｂの３次元データを抽出し、その平均ＣＴ値を計算する。そして、腫瘍候補領域Ｃｂの球体度βと平均ＣＴ値とを基に主幹部腫瘍領域を検出する。
【００３５】
以上により、腫瘍領域を高精度に検出することが出来る。
【００３６】
上記説明では、ステップＰ５までの処理を２次元処理とし、ステップＰ６以降を３次元処理としたが、ステップＰ２以降を全て３次元処理としてもよい。この場合には、ステップＰ１で、複数のＣＴ断層像Ｓｉから３次元データを構築しておけばよい。
【００３７】
また、上記説明では、血管を末梢部と主幹部の２段階の太さに分けて腫瘍領域の検出閾値を設定したが、３段階以上の太さに血管の領域を分けて腫瘍領域を検出してもよい。
【００３８】
また、上記ステップＰ６を省略してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の腫瘍領域検出方法およびＸ線ＣＴ装置によれば、腫瘍領域を高精度に検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる腫瘍領域検出処理を示すフローチャートである。
【図３】複数のＣＴ断層像の例示図である。
【図４】肺の全体を抽出する２値化処理の説明図である。
【図５】背景を削除する処理の説明図である。
【図６】不要領域を埋める処理の説明図である。
【図７】血管候補領域の説明図である。
【図８】血管候補領域の接続修復処理の説明図である。
【図９】血管候補に外接する直方体を示す説明図である。
【図１０】抽出した血管の説明図である。
【図１１】末梢部の腫瘍候補領域の説明図である。
【図１２】腫瘍と血管の形状の違いを示す説明図である。
【図１３】主幹部の腫瘍候補領域の説明図である。
【図１４】ＣＴ断層像の例示図である。
【図１５】従来の腫瘍候補領域の説明図である。
【符号の説明】
１００Ｘ線ＣＴ装置
１スキャナ装置
２処理装置
２ａデータ取得部
２ｂ血管候補領域抽出部
２ｃ血管領域抽出部
２ｄ腫瘍候補領域抽出部
２ｅ腫瘍領域検出部
３大容量記憶装置
４表示モニタ
５入力装置

Claims

被検体を連続した異なる断層像位置でＸ線走査して複数のＣＴ断層像を取得する撮影手段と、
前記ＣＴ断層像中の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出を行う血管候補領域抽出手段と、
前記血管候補領域のラベリング処理により血管候補を抽出する血管候補抽出手段と、
前記血管候補のうち血管領域と判定された血管候補より腫瘍候補領域を抽出する腫瘍候補領域抽出手段であって、前記血管候補が血管領域か否かの判定に用いる前記血管候補領域の外接直方体の体積を計算する手段を含む腫瘍候補領域抽出手段と、
前記腫瘍候補領域の３次元形状特徴パラメータを基に腫瘍領域を検出する腫瘍領域検出手段とを
を具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記腫瘍候補領域抽出手段は、前記血管候補領域の外接直方体の体積が最も大きい領域を血管領域と判定する手段を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置において、前記腫瘍候補領域抽出手段は、前記血管候補のうち血管領域と判定された前記血管領域に対して収縮処理を施して孤立した領域を腫瘍候補領域として抽出する手段を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置において、３次元形状特徴パラメータが、少なくとも球体度を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置において、腫瘍領域か否かの判断基準として腫瘍領域候補の平均ＣＴ値をも用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置において、腫瘍検出の閾値レベルを２つ以上の領域ごとに設け、それぞれ別個に収縮処理を施すことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記血管候補領域抽出手段は、複数のアキシャルＣＴ断層像から、肺野部分をＣＴ値に基づいて検出し、その後に、その肺野部分内で血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置において、前記肺野部分内の血管部分を埋めて形を成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項７または請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置において、肺野部分を３次元画像処理に基づいて成形した領域内の血管候補領域をＣＴ値に基づいて抽出することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。