JP4405716B2 - Image processing apparatus and X-ray CT system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、X線CT画像を用いた組織内脂肪評価方法、画像処理装置およびX線CTシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、肥満研究の進歩にともなって、皮下脂肪のみならず筋肉内脂肪の量が肥満体質と関連があることが知られつつある。この際、筋肉内脂肪の量を定量的に知ることが重要となる。他方、X線CT装置は、近年急速に普及が進み、非侵襲的に生体内情報が取得される。このX線CT画像を用いて、生体の筋肉内脂肪を推定できれば、肥満と筋肉内脂肪との関係がより明瞭に把握され有益である。
【0003】
このX線CT画像を用いた筋肉内脂肪の推定では、X線CT画像の筋肉組織部分を抽出し、この抽出部分のCT値をヒストグラム化する。そして、このヒストグラムの中で、皮下脂肪のCT値を有するCT値近傍のヒストグラム値を、筋肉内脂肪成分とみなしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、脂肪のCT値には、個人差がありばらつきの大きいものであり、筋肉内の脂肪成分を正確に評価することができなかった。
【0005】
特に、筋肉組織部分のCT値ヒストグラムでは、筋肉および脂肪のCT値近傍にピークを有し、これらピークが重なり合って1つのCT値ヒストグラムを形成している。このヒストグラムから、筋肉および脂肪成分を分離し、検出する際には、これらピーク値を基準にして判別される。しかし、筋肉および脂肪のCT値には、個人差がありばらつきが大きく、前述した2つのピーク値が分離し難い場合も多くあり、大きな誤差を生む要因となっていた。
【0006】
これらのことから、個人差によるCT値のばらつきに影響されることなく、組織内の脂肪成分が評価できる組織内脂肪評価方法、画像処理装置およびX線CTシステムをいかに実現するかが重要となる。
【0007】
この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、個人差によるCT値のばらつきに影響されることなく、組織内の脂肪成分が評価できる、組織内脂肪評価方法、画像処理装置およびX線CTシステムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第1の観点の発明にかかる組織内脂肪評価方法は、X線CT装置により被検体の断層画像情報を取得し、前記断層画像情報の画像から組織画像を抽出し、前記組織画像を平滑化し、前記組織画像を鮮明化し、前記平滑化された平滑化画像および前記鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を求め、前記差分により生成された差分画像の画素値の分散を求めること、を特徴とする。
【0009】
この第1の観点による発明によれば、X線CT装置により被検体の断層画像情報を取得し、断層画像情報の画像から組織画像を抽出し、組織画像を平滑化し、組織画像を鮮明化し、平滑化された平滑化画像および鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を求め、この差分により生成された差分画像の画素値の分散を求めることとしているので、この分散値を、個人差のある筋肉および筋肉内の脂肪片のCT値に依存しない、筋肉内脂肪量の指標として用いることができ、さらに筋肉内脂肪の定量的評価の精度を向上することができる。
【0010】
また、第2の観点の発明にかかる画像処理装置は、X線CT装置から被検体の断層画像情報を取得し、前記断層画像情報に画像処理を行う画像処理装置であって、前記断層画像情報の画像から組織画像を抽出する抽出手段と、前記組織画像を平滑化する平滑化手段と、前記組織画像を鮮明化する鮮明化手段と、前記平滑化された平滑化画像および前記鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取る差分取得手段と、前記差分により生成された差分画像の画素値の分散を求める分散算出手段と、を備えることを特徴とする。
【0011】
この第2の観点の発明によれば、抽出手段により、断層画像情報の画像から組織画像を抽出し、平滑化手段により、組織画像を平滑化し、鮮明化手段により、組織画像を鮮明化し、差分取得手段により、平滑化された平滑化画像および鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取り、分散算出手段により、この差分により生成された差分画像の画素値の分散を求めることとしているので、この分散値を、個人差のある筋肉および筋肉内の脂肪片のCT値に依存しない、筋肉内脂肪量の指標として用いることができ、さらに筋肉内脂肪の定量的評価の精度を向上することができる。
【0012】
また、第3の観点の発明にかかる画像処理装置は、閾値を越える画素値、あるいは閾値を越えない画素値の画像領域を抽出する閾値手段を備えることを特徴とする。
【0013】
この第3の観点の発明によれば、閾値手段により、閾値を越える画素値、あるいは閾値を越えない画素値の画像領域を抽出することとしているので、画像上の筋肉以外の部分、例えば骨部および背景部を抽出し、関心領域から除去することができる。
【0014】
また、第4の観点の発明にかかる画像処理装置は、前記抽出手段に、関心領域を設定する関心領域設定手段を備えることを特徴とする。
この第4の観点の発明によれば、抽出手段は、関心領域設定手段により、関心領域を設定することとしているので、画像上の筋肉組織部のみを関心領域として抽出することができる。
【0015】
また、第5の観点の発明にかかる画像処理装置は、前記平滑化手段に、前記組織画像内の脂肪片を平滑化するマスク領域の大きさを有する平滑化フィルタを備えることを特徴とする。
【0016】
この第5の観点の発明によれば、平滑化手段は、平滑化フィルタにより、組織画像内の脂肪片を平滑化するマスク領域の大きさを有することとしているので、脂肪片を平滑することができる。
【0017】
また、第6の観点の発明にかかる画像処理装置は、前記鮮明化手段に、前記筋肉内の脂肪片画像を鮮明化するマスク領域の大きさを有する鮮明化フィルタを備えることを特徴とする。
【0018】
この第6の観点の発明によれば、鮮明化手段は、鮮明化フィルタにより、筋肉内の脂肪片画像を鮮明化するマスク領域の大きさを有することとしているので、CT値に依存しない脂肪片のみの画像情報を取得することができる。
【0019】
また、第7の観点の発明にかかる画像処理装置は、前記平滑化フィルタおよび前記鮮明化フィルタに、マスク領域の大きさを変更する変更手段を備えることを特徴とする。
【0020】
この第7の観点の発明によれば、平滑化フィルタおよび鮮明化フィルタは、変更手段により、マスク領域の大きさを変更することとしているので、個人差のある脂肪片の大きさ応じたマスク領域にすることができる。
【0021】
また、第8の観点の発明にかかるX線CTシステムは、X線ビームを被検体に照射して、前記被検体の投影データを収集し、前記投影データの画像再構成により前記被検体の断層画像情報を取得するX線CT装置と、前記X線CT装置の前記断層画像情報を転送する転送手段と、前記転送手段により転送された前記断層画像情報に画像処理を行う画像処理装置と、を備えるX線CTシステムであって、前記画像処理装置は、前記断層画像情報の画像から組織画像を抽出する抽出手段と、前記組織画像を平滑化する平滑化手段と、前記組織画像を鮮明化する鮮明化手段と、前記平滑化された平滑化画像および前記鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取る差分取得手段と、前記差分により生成された差分画像の画素値の分散を求める分散算出手段と、を備えることを特徴とする。
【0022】
この第8の観点の発明によれば、画像処理装置は、抽出手段により、断層画像情報の画像から組織画像を抽出し、平滑化手段により、組織画像を平滑化し、鮮明化手段により、組織画像を鮮明化し、差分取得手段により、これら平滑化された平滑化画像および鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取り、分散算出手段により、この差分により生成された差分画像の画素値の分散を求めることとしているので、この分散値を、個人差のある筋肉および筋肉内の脂肪片のCT値に依存しない、筋肉内脂肪量の指標として用いることができ、さらに筋肉内脂肪の定量的評価の精度を向上することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる組織内脂肪評価方法、画像処理装置およびX線CTシステムの好適な実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【0024】
まず、本実施の形態にかかる画像処理装置およびX線CTシステムの全体構成について説明する。図1は、X線CT装置のブロック(block)図を示す。図1に示すように、本装置は、走査ガントリ(gantry)2および操作コンソール(console)6を備えている。
【0025】
走査ガントリ2はX線管20を有する。X線管20から放射された図示しないX線は、コリメータ(collimator)22により、例えば扇状のX線ビーム(beam)すなわちファンビーム(fanbeam)X線となるように成形され、検出器アレイ(array)24に照射される。
【0026】
検出器アレイ24は、ファンビームX線の広がり方向にアレイ状に配列された複数のX線検出素子を有する。検出器アレイ24は、複数のX線検出素子をアレイ状に配列した、多チャンネル(channel)のX線検出器となっている。
【0027】
複数の検出器アレイ24は、全体として、円筒凹面状に湾曲したX線入射面を形成する。検出器アレイ24は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組み合わせによって構成される。なお、これに限られず、例えばカドミウム・テルル(CdTe)等を利用した半導体X線検出素子またはXeガス(gas)を用いる電離箱型のX線検出素子であっても良い。X線管20、コリメータ22および検出器アレイ24は、X線照射・検出装置を構成する。
【0028】
検出器アレイ24にはデータ収集部26が接続されている。データ収集部26は、検出器アレイ24の個々のX線検出素子の検出データを収集する。X線管20からのX線の照射は、X線コントローラ(controller)28によって制御される。なお、X線管20とX線コントローラ28との接続関係およびコリメータ22とコリメータコントローラ30との接続関係については図示を省略する。コリメータ22は、コリメータコントローラ30によって制御される。
【0029】
以上の、X線管20からコリメータコントローラ30までのものが、走査ガントリ2の回転部34に搭載されている。ここで、被検体1は、回転部34の中心に位置するボア(bore)29内のクレードル(cradle)31上に、横臥状態で載置される。回転部34は、回転コントローラ36により制御されつつ回転し、X線管20からX線を爆射し、検出器アレイ24において被検体1の透過X線を検出する。なお、回転部34と回転コントローラ36との接続関係については図示を省略する。
【0030】
操作コンソール6は、画像再構成部60を有する。画像再構成部60は、例えばコンピュータ等によって構成される。画像再構成部60には、制御インタフェース(interface)62が接続されている。制御インタフェース62には、走査ガントリ2が接続されている。画像再構成部60は、制御インタフェース62を通じて走査ガントリ2を制御する。
【0031】
走査ガントリ2内のデータ収集部26、X線コントローラ28、コリメータコントローラ30および回転コントローラ36が制御インタフェース62を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース62との個別の接続については図示を省略する。
【0032】
画像再構成部60には、また、データ収集バッファ(buffer)64が接続されている。データ収集バッファ64には、走査ガントリ2のデータ収集部26が接続されている。データ収集部26で収集されたデータがデータ収集バッファ64を通じて画像再構成部60に入力される。
【0033】
画像再構成部60は、データ収集バッファ64を通じて収集した透過X線信号すなわち投影データを用いて画像再構成を行う。画像再構成部60には、また、記憶部66が接続されている。記憶部66は、データ収集バッファ64に収集された投影データや再構成された断層画像情報および本装置の機能を実現するためのプログラム(program)等を記憶する。
【0034】
画像再構成部60には、また、表示装置68と操作装置70がそれぞれ接続されている。表示装置68は、画像再構成部60から出力される断層画像情報やその他の情報を表示する。操作装置70は、オペレータによって操作され、各種の指示や情報等を画像再構成部60に入力する。オペレータは表示装置68および操作装置70を使用してインタラクティブ(interactive)に本装置を操作する。
【0035】
画像処理装置40は、記憶部44を介して、図示しない通信手段により、操作コンソール6の記憶部66と接続されている。画像処理装置40は、操作コンソール6とは独立したコンソール上に配設されており、記憶部66に蓄積された再構成された断層画像情報等を、記憶部44に転送し、画像処理部41で画像処理を行う。ここで、画像処理部41は、例えばコンピュータ等によって構成される。
【0036】
画像処理部41には、また、表示装置42と操作装置43がそれぞれ接続されている。表示装置42は、画像処理部41から出力される断層画像情報やその他の情報を表示する。操作装置43は、オペレータによって操作され、各種の指示や情報等を画像処理部41に入力する。オペレータは表示装置42および操作装置43を使用してインタラクティブに本装置を操作する。
【0037】
図2は、画像処理装置40の機能ブロック図である。画像処理装置40は、操作コンソール6からの断層画像情報200を有し、さらに、抽出手段をなす関心領域設定手段210および閾値手段220、画像処理手段をなす平滑化手段230、鮮明化手段240および差分取得手段260、画像評価手段をなすヒストグラム処理250および分散算出手段270等の機能を有する。
【0038】
断層画像情報200は、記憶部66から記憶部44転送された、被検体1のアキシャル(axial)断面の断層画像情報である。
関心領域設定手段210は、後述する画像処理手段を実行する際に、画像処理を実行する画像領域を設定するものである。この設定では、表示装置42の断層画像上に関心領域(ROI;Region OF Interestとも称される)を設定し、この領域内の画素に対して各種の演算を実施する。この関心領域は、操作装置43からの入力により、位置および形状が設定される。
【0039】
閾値手段220は、画像処理装置40の操作装置43から閾値を入力し、この閾値を越えるあるいは越えない断層画像中の画素値を判別し、この画素値が存在する領域を抽出あるいは除去し、表示装置42に表示する。閾値手段220は、断層画像の中で画素値が大きく異なる領域を選別するのに有効に用いられる。
【0040】
平滑化手段230は、指定された画像領域の画像に平滑化を施すもので、断層画像のある画素を中心にマスク(mask)と呼ばれる近傍領域を設定し、このマスク内のすべての画素値を加算あるいは重み付け加算して、新たな画素値とする平滑化フィルタである。このマスクの大きさは、後述する筋肉の画像に生じる脂肪片を平滑化する大きさに実験的に決められ、概ね3×3の画素マトリクス(matrix)の大きさを有する。また、平滑化手段230は、被検体1の個人差を考慮し、オペレータが画像処理装置40の操作装置43から、画素マトリクスの大きさを変更する変更手段も有する。
【0041】
鮮明化手段240は、指定された画像領域の画像に鮮明化を施すもので、断層画像のある画素を中心にマスク(mask)と呼ばれる近傍領域を設定し、このマスク内のすべての画素値を重み付け加算して、新たな画素値とする鮮明化フィルタである。鮮明化フィルタとしては、例えばラプラシアンフィルタ(Laplacian Filter)が用いられる。このマスクの大きさは、後述する筋肉の画像に生じる脂肪片を鮮明化する大きさに実験的に決められ、概ね3×3の画素マトリクス(matrix)の大きさを有する。また、鮮明化手段240は、被検体1の個人差を考慮し、オペレータが画像処理装置40の操作装置43から、画素マトリクスの大きさを変更する変更手段も有する。
【0042】
ヒストグラム処理250は、断層画像の関心領域に含まれる画素値のヒストグラムを生成する。ヒストグラム処理250では、関心領域に含まれる画素値ごとの度数を算出し、表示装置42にグラフとして表示する。
【0043】
差分取得手段260は、2枚の異なる断層画像の画素値の差分を取り、この差分を新たな画素値とする1枚の断層画像を生成する。なお、差分の実行は、断層画像に限らず、断層画像内の関心領域に対しても同様に行われる。
【0044】
分散算出手段270は、ヒストグラム処理250により求まる関心領域のヒストグラムから、ピーク(peak)を検出し、このピークの分散を算出する。この分散は、ピークの拡がり、あるいは、画素値のピーク値からのばらつきを表現するものである。標準偏差をσ、分散値をσ2、画素値の平均値をP、iをパラメータとした画素値変数をPi、総度数をNとすると、
σ2=ΣSQR(Pi―P)/(N−1)
σ=root(ΣSQR(Pi―P)/(N−1))
で算出される。なお、総和Σは、すべてのパラメータiについて行われる。
【0045】
次に、図3のフローチャートを用いて、画像処理部41による組織内脂肪評価を、具体的に説明する。まず、オペレータは、被検体1の、例えば大腿部の撮像を行い(ステップS301)、被検体1の投影データを取得する。画像再構成部60は、投影データから、被検体の断層画像情報を生成し、記憶部66に保存する。そして、記憶部66の断層画像情報を、図示しない転送手段により、画像処理部41の記憶部44に転送する。
【0046】
その後、オペレータは、記憶部44の断層画像情報200の断層画像から、組織画像、例えば筋肉組織のみからなる関心領域を抽出する(ステップS302)。この抽出においては、断層画像から、骨部領域および背景領域を、閾値手段220により選別し、除去した後に、筋肉組織のみからなる関心領域を設定する。さらに、その他の皮下脂肪等の組織が断層画像内に存在する場合には、微分画像によるエッジ(edge)検出あるいは関心領域設定手段210による目測による手動設定等により除去を行い、筋肉組織のみからなる関心領域を設定する。図4(A)に、大腿部の断層画像およびこの断層画像から、抽出、生成される関心領域である筋肉組織のみの画像を模式的に示した。図4(A)の大腿部の断層画像には、脂肪部、筋肉組織および骨部が描出されている。ここで、筋肉組織内には、脂肪片が分布しており、この脂肪片の筋肉組織内での存在量が、肥満の度合いを評価する重要なパラメータとなる。
【0047】
ここで、オペレータは、抽出された関心領域である組織画像に対して、3つの独立した処理を並列に行う。まず、オペレータは、ヒストグラム処理250により、組織画像のヒストグラムを作成する(ステップS303)。このヒストグラムの一例を図5に示した。横軸をCT値あるいは画素値とし、縦軸は画素の度数とする。筋肉は、概ね30〜80HU(HounsfieldUnit:ハンスフィールドユニット)のCT値を有し、脂肪は、概ね−150〜−50HUのCT値を有する。このため、図5のヒストグラムは、筋肉および脂肪のCT値の場所にピークが出現する。なお、このヒストグラムより、人体の肥満と関係づけられる筋肉内脂肪の量が見積もられる。ただし、筋肉および脂肪のCT値には、個人差があり、状況により、図5の筋肉および脂肪のピークが分離し難い場合が存在する。
【0048】
また、オペレータは、平滑化手段230により、組織画像の平滑化を行う(ステップS304)。図4(B)に、平滑化された組織画像の平滑化画像を、模式的に示した。筋肉組織内に見られた脂肪片が平滑化により消滅し、均一な画像となっている。
【0049】
また、オペレータは、鮮明化手段240により、組織画像の鮮明化を行う(ステップS305)。図4(C)に、鮮明化された組織画像の鮮明化画像を、模式的に示した。筋肉組織内に見られた脂肪片が鮮明化により高画素値の領域として描出される。
【0050】
その後、オペレータは、処理画像である平滑化画像および鮮明化画像の差分を取る(ステップS306)。図4(D)は、差分が行われた筋肉組織の組織画像の差分画像を、模式的に示した図である。図4(D)には、鮮明化した脂肪片と、差分により除去仕切れなかった筋肉組織の残像と、が描出される。また、処理画像の差分を取るため、差分画像の画素値は、筋肉組織および筋肉内の脂肪片のCT値に依存しない値となる。
【0051】
その後、オペレータは、分散算出手段270により、ステップS306で求めた差分画像から分散値を算出する(ステップS308)。この分散値は、主として、鮮明化された脂肪片の画素値および脂肪片の数を反映したピーク周辺の分布を、定量的に表現した数値となる。
【0052】
その後、オペレータは、図5のステップS303で求めた筋肉組織の組織画像のヒストグラムおよびステップS308で求めた差分画像の分散値に基づいて筋肉内脂肪の評価を行う(ステップS309)。この評価では、筋肉内脂肪の定量的評価が行われる。例えば、ステップS308で求めた分散値を考慮し、図5のヒストグラムを筋肉領域と脂肪領域に分離し、各々の面積から、筋肉量および筋肉内脂肪量を算出する。特に、筋肉組織および筋肉内脂肪のCT値が近接して存在する場合には、図5のヒストグラムを、筋肉領域と脂肪領域に分離することが難しくなる。この場合には、ステップS308で求めた分散値を、CT値に依存しない筋肉内脂肪量の指標として用いる。
【0053】
また、オペレータは、筋肉内脂肪量を計測できるサンプル(sample)、例えば牛肉等の分散値をステップ308で求め、筋肉内脂肪量と分散値の対応表を実験的に作成することもできる。ここで、分散値はCT値に依存しないので、この対応表を人体に適用することができ、被検体1の分散値から、具体的な筋肉内脂肪量を推定することができる。
【0054】
上述してきたように、本実施の形態では、断層画像から関心領域である筋肉組織の組織画像を抽出し、この組織画像に平滑化を行い、同じくこの組織画像に鮮明化を行い、この2つの処理画像の差分を取り、この差分画像のヒストグラムから、ピークの分散値を算出することとしているので、この分散値を、個人差のある筋肉組織および筋肉内の脂肪片のCT値に依存しない、筋肉内脂肪量の指標として用いることができる。
【0055】
また、本実施の形態では、筋肉組織を抽出し、筋肉内の脂肪片の分散値を求めることとしたが、同様にして、肝臓内の脂肪片の分散値を求めることもできる。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、X線CT装置により被検体の断層画像情報を取得し、断層画像情報の画像から組織画像を抽出し、この組織画像を平滑化し、同じくこの組織画像を鮮明化し、平滑化された平滑化画像および鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を求め、この差分により生成された差分画像の画素値の分散を求めることとしているので、この分散値を、個人差のある組織および組織内の脂肪片のCT値に依存しない、組織内脂肪量の指標として用いることができ、さらに組織内脂肪の定量的評価の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線CTシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態の画像処理装置の機能ブロック図である。
【図3】実施の形態の画像処理部の動作を示すフローチャートである。
【図4】実施の形態の関心領域の画像処理を示す模式図である。
【図5】実施の形態の関心領域のヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
1 被検体
2 走査ガントリ
6 操作コンソール
20 X線管
22 コリメータ
24 検出器アレイ
26 データ収集部
28 X線コントローラ
30 コリメータコントローラ
34 回転部
36 回転コントローラ
40 画像処理装置
40 画像処理部
41 画像処理部
42 表示装置
43 操作装置
44 記憶部
60 画像再構成部
62 制御インタフェース
64 データ収集バッファ
66 記憶部
68 表示装置
70 操作装置
200 断層画像情報
210 関心領域設定手段
220 閾値手段
230 平滑化手段
240 鮮明化手段
250 ヒストグラム処理
260 差分取得手段
270 分散算出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tissue fat evaluation method, an image processing apparatus, and an X-ray CT system using an X-ray CT image.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of obesity research, it is becoming known that the amount of intramuscular fat as well as subcutaneous fat is related to the obesity constitution. At this time, it is important to quantitatively know the amount of intramuscular fat. On the other hand, X-ray CT apparatuses have rapidly spread in recent years, and in vivo information is acquired non-invasively. If the intramuscular fat of a living body can be estimated using this X-ray CT image, the relationship between obesity and intramuscular fat can be grasped more clearly and beneficially.
[0003]
In the estimation of intramuscular fat using this X-ray CT image, the muscle tissue portion of the X-ray CT image is extracted, and the CT value of this extracted portion is made into a histogram. In this histogram, the histogram value near the CT value having the CT value of subcutaneous fat is regarded as the intramuscular fat component.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above prior art, the CT value of fat has individual differences and has a large variation, and the fat component in muscle cannot be accurately evaluated.
[0005]
In particular, the CT value histogram of the muscle tissue portion has peaks in the vicinity of the CT values of muscle and fat, and these peaks overlap to form one CT value histogram. When the muscle and fat components are separated and detected from this histogram, they are discriminated based on these peak values. However, the CT values of muscle and fat have individual differences and large variations, and it is often difficult to separate the two peak values described above, causing a large error.
[0006]
Therefore, it is important how to realize a tissue fat evaluation method, an image processing apparatus, and an X-ray CT system that can evaluate fat components in a tissue without being affected by variations in CT values due to individual differences. .
[0007]
This invention was made in order to solve the above-described problems due to the prior art, and can evaluate a fat component in a tissue without being affected by variations in CT values due to individual differences. An object is to provide an image processing apparatus and an X-ray CT system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the tissue fat evaluation method according to the first aspect of the invention acquires tomographic image information of a subject using an X-ray CT apparatus, and images of the tomographic image information A tissue image is extracted from the image, the tissue image is smoothed, the tissue image is sharpened, a difference between pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image is obtained, and generated by the difference The variance of pixel values of the difference image thus obtained is obtained.
[0009]
According to the invention according to the first aspect, the tomographic image information of the subject is acquired by the X-ray CT apparatus, the tissue image is extracted from the image of the tomographic image information, the tissue image is smoothed, the tissue image is sharpened, The difference between the pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image is obtained, and the variance of the pixel values of the difference image generated by this difference is obtained. It can be used as an index of the amount of intramuscular fat that does not depend on the CT value of a certain muscle and the fat piece in the muscle, and the accuracy of quantitative evaluation of the intramuscular fat can be improved.
[0010]
An image processing apparatus according to a second aspect of the invention is an image processing apparatus that acquires tomographic image information of a subject from an X-ray CT apparatus and performs image processing on the tomographic image information, wherein the tomographic image information Extracting means for extracting a tissue image from the image of the image, smoothing means for smoothing the tissue image, sharpening means for sharpening the tissue image, the smoothed smoothed image and the sharpened image The image processing apparatus includes: a difference acquisition unit that obtains a difference between pixel values of a sharpened image; and a variance calculation unit that obtains a variance of pixel values of the difference image generated based on the difference.
[0011]
According to the second aspect of the invention, the extraction means extracts the tissue image from the image of the tomographic image information, the smoothing means smooths the tissue image, the sharpening means sharpens the tissue image, and the difference The difference between the pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image is obtained by the obtaining means, and the variance of the pixel values of the difference image generated by the difference is obtained by the variance calculating means. Therefore, this variance value can be used as an index of intramuscular fat amount independent of the CT value of muscles and intramuscular fat pieces with individual differences, and further improve the accuracy of quantitative evaluation of intramuscular fat. be able to.
[0012]
The image processing apparatus according to the third aspect of the invention is characterized by comprising threshold means for extracting an image area having a pixel value exceeding the threshold or a pixel value not exceeding the threshold.
[0013]
According to the third aspect of the invention, the threshold value means is used to extract an image region having a pixel value exceeding the threshold value or a pixel value not exceeding the threshold value. And the background can be extracted and removed from the region of interest.
[0014]
An image processing apparatus according to a fourth aspect of the invention is characterized in that the extraction means includes a region of interest setting means for setting a region of interest.
According to the fourth aspect of the invention, since the extraction unit sets the region of interest by the region-of-interest setting unit, only the muscle tissue portion on the image can be extracted as the region of interest.
[0015]
The image processing apparatus according to the fifth aspect of the invention is characterized in that the smoothing means includes a smoothing filter having a size of a mask region for smoothing fat pieces in the tissue image.
[0016]
According to the fifth aspect of the invention, since the smoothing means has the size of the mask region for smoothing the fat piece in the tissue image by the smoothing filter, the smoothing means can smooth the fat piece. it can.
[0017]
The image processing apparatus according to the sixth aspect of the invention is characterized in that the sharpening means is provided with a sharpening filter having a size of a mask region for sharpening the fat fragment image in the muscle.
[0018]
According to the sixth aspect of the invention, the sharpening means has the size of the mask region for sharpening the fat piece image in the muscle by the sharpening filter, and therefore the fat piece that does not depend on the CT value. Only image information can be acquired.
[0019]
An image processing apparatus according to a seventh aspect of the invention is characterized in that the smoothing filter and the sharpening filter are provided with changing means for changing the size of a mask region.
[0020]
According to the seventh aspect of the invention, since the smoothing filter and the sharpening filter change the size of the mask region by the changing means, the mask region corresponding to the size of the fat piece having individual differences. Can be.
[0021]
The X-ray CT system according to the invention of the eighth aspect irradiates a subject with an X-ray beam, collects projection data of the subject, and performs tomography of the subject by image reconstruction of the projection data. An X-ray CT apparatus for acquiring image information, a transfer means for transferring the tomographic image information of the X-ray CT apparatus, and an image processing apparatus for performing image processing on the tomographic image information transferred by the transfer means. An X-ray CT system comprising: the image processing apparatus: an extraction unit that extracts a tissue image from an image of the tomographic image information; a smoothing unit that smoothes the tissue image; and a sharpening of the tissue image Sharpening means, difference obtaining means for obtaining a difference between pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image, and variance for obtaining a variance of pixel values of the difference image generated by the difference Calculation Characterized in that it comprises a means.
[0022]
According to the eighth aspect of the invention, the image processing apparatus extracts the tissue image from the image of the tomographic image information by the extracting means, smoothes the tissue image by the smoothing means, and smoothes the tissue image by the sharpening means. The difference acquisition unit obtains the pixel value difference between the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image, and the variance calculation unit obtains the pixel value of the difference image generated by the difference. Since the variance is to be obtained, this variance value can be used as an index of the amount of intramuscular fat, independent of the CT value of muscles and muscle fat pieces with individual differences. The accuracy of evaluation can be improved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a tissue fat evaluation method, an image processing apparatus, and an X-ray CT system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
[0024]
First, the overall configuration of the image processing apparatus and the X-ray CT system according to the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a block diagram of an X-ray CT apparatus. As shown in FIG. 1, the apparatus includes a scanning gantry 2 and an operation console 6.
[0025]
The scanning gantry 2 has an
[0026]
The
[0027]
The plurality of
[0028]
A
[0029]
The above components from the
[0030]
The operation console 6 has an
[0031]
The
[0032]
A
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The image processing apparatus 40 is connected to the
[0036]
In addition, a
[0037]
FIG. 2 is a functional block diagram of the image processing apparatus 40. The image processing apparatus 40 includes the
[0038]
The
The region-of-
[0039]
The threshold value means 220 receives a threshold value from the
[0040]
The smoothing means 230 smoothes the image of the designated image area, sets a neighboring area called a mask around a pixel in the tomographic image, and sets all pixel values in the mask. This is a smoothing filter that is added or weighted to obtain a new pixel value. The size of the mask is experimentally determined to be a size for smoothing fat pieces generated in a muscle image, which will be described later, and has a size of approximately 3 × 3 pixel matrix. The smoothing
[0041]
The sharpening means 240 sharpens the image in the designated image area, sets a neighboring area called a mask around a pixel in the tomographic image, and sets all pixel values in the mask. It is a sharpening filter that is weighted and added to obtain a new pixel value. As the sharpening filter, for example, a Laplacian filter is used. The size of the mask is experimentally determined to be a size that sharpens fat pieces generated in a muscle image, which will be described later, and has a size of approximately 3 × 3 pixel matrix. The sharpening
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
The
σ 2 = ΣSQR (P i −P) / (N−1)
σ = root (ΣSQR (P i −P) / (N−1))
Is calculated by Note that the sum Σ is performed for all parameters i.
[0045]
Next, tissue fat evaluation by the image processing unit 41 will be specifically described with reference to the flowchart of FIG. First, the operator images the subject 1, for example, the thigh (step S301), and obtains projection data of the subject 1. The
[0046]
Thereafter, the operator extracts a region of interest consisting only of a tissue image, for example, a muscle tissue, from the tomographic image of the
[0047]
Here, the operator performs three independent processes in parallel on the extracted tissue image that is the region of interest. First, the operator creates a histogram of the tissue image by histogram processing 250 (step S303). An example of this histogram is shown in FIG. The horizontal axis is the CT value or pixel value, and the vertical axis is the frequency of the pixel. Muscle has a CT value of approximately 30-80 HU (Hounsfield Unit), and fat has a CT value of approximately -150 to -50 HU. For this reason, in the histogram of FIG. 5, a peak appears at the location of the CT values of muscle and fat. From this histogram, the amount of intramuscular fat related to human obesity can be estimated. However, there are individual differences in the CT values of muscle and fat, and there are cases where the muscle and fat peaks in FIG. 5 are difficult to separate depending on the situation.
[0048]
Further, the operator smoothes the tissue image by the smoothing means 230 (step S304). FIG. 4B schematically shows a smoothed image of the smoothed tissue image. Fat pieces found in the muscular tissue disappear by smoothing, and a uniform image is obtained.
[0049]
The operator also sharpens the tissue image by the sharpening means 240 (step S305). FIG. 4C schematically shows a sharpened tissue image. Fat pieces seen in the muscular tissue are rendered as high pixel value regions by sharpening.
[0050]
Thereafter, the operator takes the difference between the smoothed image and the sharpened image that are processed images (step S306). FIG. 4D is a diagram schematically showing a difference image of the tissue image of the muscular tissue subjected to the difference. In FIG. 4D, a sharpened fat piece and an afterimage of muscle tissue that has not been removed due to the difference are depicted. Moreover, since the difference of a process image is taken, the pixel value of a difference image turns into a value which does not depend on CT value of a muscle tissue and the fat piece in a muscle.
[0051]
Thereafter, the operator uses the
[0052]
After that, the operator evaluates intramuscular fat based on the histogram of the tissue image of the muscular tissue obtained in step S303 of FIG. 5 and the variance value of the difference image obtained in step S308 (step S309). In this evaluation, a quantitative evaluation of intramuscular fat is performed. For example, considering the variance value obtained in step S308, the histogram of FIG. 5 is separated into a muscle region and a fat region, and the muscle mass and the intramuscular fat mass are calculated from each area. In particular, when the CT values of muscle tissue and intramuscular fat are close to each other, it is difficult to separate the histogram of FIG. 5 into a muscle region and a fat region. In this case, the variance value obtained in step S308 is used as an index of the intramuscular fat mass that does not depend on the CT value.
[0053]
In addition, the operator can obtain a dispersion value of a sample that can measure intramuscular fat mass, such as beef, in
[0054]
As described above, in the present embodiment, a tissue image of a muscular tissue that is a region of interest is extracted from a tomographic image, the tissue image is smoothed, and the tissue image is also sharpened. Since the difference of the processed image is taken and the variance value of the peak is calculated from the histogram of this difference image, this variance value does not depend on the CT value of the muscle tissue and muscle fat pieces with individual differences, It can be used as an index of intramuscular fat mass.
[0055]
In the present embodiment, muscle tissue is extracted and the dispersion value of fat pieces in the muscle is obtained. Similarly, the dispersion value of fat pieces in the liver can be obtained.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the tomographic image information of the subject is acquired by the X-ray CT apparatus, the tissue image is extracted from the image of the tomographic image information, and the tissue image is smoothed. Since the difference between the pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image is obtained and the variance of the pixel values of the difference image generated by this difference is obtained, this variance value Can be used as an index of the amount of fat in the tissue that does not depend on the CT value of the tissue having different individuals and the fat piece in the tissue, and the accuracy of quantitative evaluation of the fat in the tissue can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an X-ray CT system.
FIG. 2 is a functional block diagram of the image processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of an image processing unit according to the embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating image processing of a region of interest according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a histogram of a region of interest according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subject 2 Scanning gantry 6
Claims (8)
前記断層画像情報の画像から組織画像を抽出する抽出手段と、
前記組織画像を平滑化する平滑化手段と、
前記組織画像を鮮明化する鮮明化手段と、
前記平滑化された平滑化画像および前記鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取る差分取得手段と、
前記差分により生成された組織内脂肪に関する画像を含む差分画像の画素値の分散を求める分散算出手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus that acquires tomographic image information of a subject from an X-ray CT apparatus and performs image processing on the tomographic image information,
Extracting means for extracting a tissue image from the image of the tomographic image information;
Smoothing means for smoothing the tissue image;
Sharpening means for sharpening the tissue image;
Difference obtaining means for taking a difference between pixel values of the smoothed smoothed image and the sharpened sharpened image;
A variance calculating means for obtaining a variance of pixel values of a difference image including an image relating to tissue fat generated by the difference;
An image processing apparatus comprising:
前記X線CT装置の前記断層画像情報を転送する転送手段と、
前記転送手段により転送された前記断層画像情報に画像処理を行う画像処理装置と、
を備えるX線CTシステムであって、
前記画像処理装置は、前記断層画像情報の画像から組織画像を抽出する抽出手段と、前記組織画像を平滑化する平滑化手段と、前記組織画像を鮮明化する鮮明化手段と、前記平滑化された平滑化画像および前記鮮明化された鮮明化画像の画素値の差分を取る差分取得手段と、前記差分により生成された組織内脂肪に関する画像を含む差分画像の画素値の分散を求める分散算出手段と、
を備えることを特徴とするX線CTシステム。An X-ray CT apparatus that irradiates a subject with an X-ray beam, collects projection data of the subject, and obtains tomographic image information of the subject by image reconstruction of the projection data;
Transfer means for transferring the tomographic image information of the X-ray CT apparatus;
An image processing apparatus that performs image processing on the tomographic image information transferred by the transfer means;
An X-ray CT system comprising:
The image processing apparatus includes an extraction unit that extracts a tissue image from the image of the tomographic image information, a smoothing unit that smoothes the tissue image, a sharpening unit that sharpens the tissue image, and the smoothed image Difference obtaining means for obtaining a difference between pixel values of the smoothed image and the sharpened sharpened image, and variance calculating means for obtaining a variance of pixel values of the difference image including an image relating to tissue fat generated by the difference When,
An X-ray CT system comprising:
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