JP4607263B2

JP4607263B2 - 輪郭追跡装置

Info

Publication number: JP4607263B2
Application number: JP33892698A
Authority: JP
Inventors: 利行佐藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000163599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医用画像に関心領域（ＲＯＩ；Region Of Interest）を関心部位に合わせて半自動又は自動で設定する関心領域設定装置、関心領域設定方法及び輪郭抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医用画像に関心領域を関心部位に合わせて設定する技術としては、次にあげる方法が代表的である。
（ａ）マウスやトラックボール等のポインティングデバイスを使って操作者が関心部位の辺縁に沿ってポインタを動かすことにより関心領域を任意形状に設定する完全手動方法。
【０００３】
（ｂ）矩形、円形、楕円形といった基準図形を操作者が適当に拡大縮小及び移動することにより関心領域を決まった形で関心部位に対して近似的に設定する半手動方法。
【０００４】
（ｃ）画像の全体あるいは操作者が指定した一部分を探索範囲として、その探索範囲から、画素値が操作者が数値指定した範囲に含まれる点（画素）を抽出し、その抽出した点の集合を関心領域として設定する半自動化方法。
【０００５】
（ｄ）操作者が指定した画像上の１点と、画素値が同じ近傍点（画素）を順次たどっていく方法。
【０００６】
このような従来の関心領域の設定方法には、次のような問題点がある。
（ａ）の方法は、操作が煩雑で、操作者の作業負担が大きい。（ｂ）の方法では、関心領域の形状が矩形、円形、楕円形といった基準図形に限定されてしまう。
【０００７】
また、（ｃ）の方法では、操作者が数値指定する探索のための画素値範囲によって、抽出される関心領域の大きさや形状が非常に不安定になり、関心部位に関心領域をほぼ合わせるまでに試行錯誤が必要とされる。例えば、図８に示すように、核医学の心プール画像の左心室に関心領域を設定したいときであっても、画素値範囲によっては、関心領域が右心室や左右の心房等に拡がってしまう。また、この問題を解決するために、図９に示すように、操作者が手動で探索範囲を限定するケースもあるが、その分、操作者の作業負担が増大してしまう
さらに、（ｄ）の方法では、近傍点の中に画素値が指定点と同じ点が存在しない場合、関心領域設定処理が完全にストップしてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、操作者の作業を負担を極力減らしながら、関心領域を関心部位に対して高精度に設定することのできる関心領域設定装置、関心領域設定及び輪郭抽出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面は、画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、前記画像上で前記関心部位の内部点と輪郭点とをそれぞれ操作者が指定するための手段と、着目点に隣接する近傍点の中から前記内部点と当該着目点とを結ぶ線を挟んで左又は右の一定の側に位置し、且つ画素値が当該着目点に最も近い点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記輪郭点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら前記関心部位の輪郭線上の点を順次たどっていことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置を提供する。
本発明の第２局面は、画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、前記画像上で前記関心部位の輪郭点を操作者が指定するための手段と、前記画像の重心を計算する手段と、着目点に隣接する近傍点の中から前記重心と当該着目点とを結ぶ線を挟んで左又は右の一定の側に位置し、且つ画素値が当該着目点に最も近い点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記輪郭点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら前記関心部位の輪郭線上の点を順次追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置を提供する。
本発明の第３局面は、画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、前記画像上で前記関心部位の内部に基準線分を操作者が指定するための手段と、着目点に隣接する近傍点の中から、画素値が前記基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に含まれる点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記基準線分上の各点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら、前記関心部位上の点を前記基準線分から順次拡大していくことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置を提供する。
本発明の第４局面は、画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、前記関心部位の内部に複数の基準線分を操作者が指定するための手段と、着目点に隣接する近傍点の中から、画素値が前記複数の基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に含まれる点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記複数の基準線分上の各点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら、前記関心部位上の点を前記複数の基準線分から順次拡大していくことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を実施形態により詳細に説明する。なお、本発明は、関心領域設定装置、その方法、及び輪郭抽出装置に関するものであるが、関心領域設定であろうと、輪郭抽出であろうと、その基本となる技術的な思想としては、画像中の左心室等の関心部位の輪郭を抽出するという点で共通しており、抽出した輪郭をそのまま輪郭としてとらえて何らかの用途に用いるのか、または抽出した輪郭を関心領域（ＲＯＩ）としてとらえて何らかの用途に用いるのか、そのとらえ方又は使い方の違いにしか過ぎないものである。この意味で、以下の説明では、関心領域設定装置／方法として説明するが、それがそのまま輪郭抽出装置／方法の説明として適用され得るものである。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による関心領域設定装置の構成を概略的に示している。画像データ格納部１には、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ、ＣＴスキャナ）、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、超音波診断装置、核医学診断装置（ガンマカメラ）といった医用画像撮影装置により収集された医用画像データ（以下、画像データと略称する）が格納されている。ここでいう関心領域（ＲＯＩ）の設定とは、この画像データに映っている左心室等の関心部位に合わせて関心領域を設定することとして定義される。この格納部１から選択的に読み出された画像データは、画像表示部２を介して表示装置３に送られ、ここで画像として表示される。
【００１６】
この画像表示装置３には、カーソル表示部７からカーソル信号が供給され、このカーソル信号に従ってカーソル（ポインタともいう）が画像に重畳して表示されるようになっている。このカーソル信号は、カーソル座標入力部５からのカーソル座標信号に従ってカーソル表示部７で生成される。さらに、カーソル座標信号は、マウスやトラックボール等のポインティングデバイスとしての座標入力装置４からの出力に従ってカーソル座標入力部５で生成される。これら各部４，５，７の働きにより、操作者が座標入力装置４を操作すると、それに追従して、カーソルが画像表示装置３の画面上を移動するようになっている。
【００１７】
また、画像表示装置３には、ＲＯＩ表示部１０からＲＯＩ信号が供給され、このＲＯＩ信号に従ってＲＯＩマークが画像に重畳して表示されるようになっている。このＲＯＩ信号は、ＲＯＩ計算部９からのＲＯＩ座標信号に従ってＲＯＩ表示部１０により生成される。ＲＯＩ座標信号は、ＲＯＩ計算部９により計算される。このＲＯＩ計算部９は本実施形態の特徴的な構成要素であり、その処理について以下に詳細に説明する。
【００１８】
図２にはＲＯＩ計算部９による関心領域計算の処理手順を示している。まず、ＲＯＩ計算部９には、格納部１から選択的に読み出された画像データが、画像表示部２とパラレルに供給される。ＲＯＩ計算部９は、この供給された画像に映っている左心室等の関心部位に合わせるように、画像上に関心領域（ＲＯＩ）を設定するものであり、この設定のために、図２（ａ）に示すように、当該関心部位の内部に位置する内部点Ｐ０と、当該関心部位の輪郭線上に位置する輪郭点Ｐ１とが必要とされる。これら内部点Ｐ０と輪郭点Ｐ１とは、基本的に操作者が座標入力装置４を操作して手動で指定され、この内部点Ｐ０と輪郭点Ｐ１の座標が、カーソル座標入力部５とボタン情報入力部６との出力に基づいてＲＯＩ計算部９で認識される。
【００１９】
この操作者により指定された輪郭点Ｐ１を最初の着目点として、ＲＯＩ計算部９では、図２（ｂ）に示すように、この最初の着目点Ｐ１に隣接する近傍８点の中から、内部点Ｐ０と当該着目点Ｐ１とを結ぶ線を挟んで左側又は右側（図２では左側）に位置し、且つ画素値が当該着目点Ｐ１に最も近い点を、輪郭点Ｐ１に隣接する輪郭点Ｐ２として同定する。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように着目点を輪郭点Ｐ２に移して、上述したルールに従ってＰ２に隣接する輪郭点Ｐ３を同定し、さらに図２（ｄ）に示すように着目点を輪郭点Ｐ３に移して、上述したルールに従ってＰ３に隣接する輪郭点Ｐ４を同定し、このように次々と隣の輪郭点を同定しながら、輪郭線上の点を最初の点Ｐ１に戻るまで順次たどっていくことにより、関心部位の輪郭を抽出し、この輪郭に関心領域を設定するものである。
【００２１】
こうして求められた関心領域（ＲＯＩ）の座標信号がＲＯＩ計算部９からＲＯＩ表示部１０に供給される。ＲＯＩ表示部１０はこの座標信号に基づいてＲＯＩ信号を生成し、表示装置３に供給する。これにより関心部位の輪郭線に沿ってＲＯＩマーカが表示される。また、ＲＯＩ座標信号は必要に応じてＲＯＩ出力部１１を介して外部装置に出力される。
【００２２】
このように本実施形態によれば、操作者の作業としては、関心部位の内部と、関心部位の輪郭線上とにそれぞれ内部点と輪郭点とを指定することであり、操作者の作業負担としては少ないと言える。また、この輪郭線上の輪郭点の画素値に従って、関心部位の輪郭点を一方向に順次たどっていくので、関心部位の輪郭を高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位に高精度に設定できる。
【００２３】
なお、このような関心領域の設定及び表示処理は、ほぼリアルタイムで実現可能であるので、処理結果として表示されるＲＯＩマーカを観ながら、内部点、輪郭点を動かして最適な位置に指定することができる。
【００２４】
なお、第１実施形態は、図３に示すように、重心計算部８を追加してもよい。この重心計算部８は、画像の重心、つまり画像の画素値の中心を計算する。重心Ｇ（ｘ(g) 、ｙ(g) ）は、ｘ(i) を画素(i) のｘ座標、ｙ(i) を画素(i) のｙ座標、ｍ(i) を画素(i) の画素値とすると、周知の通り、
ｘ(g) ＝（Σｍ(i) ・ｘ(i) ）／Σｍ(i)
ｙ(g) ＝（Σｍ(i) ・ｙ(i) ）／Σｍ(i)
で与えられる。
【００２５】
この重心を第１実施形態の内部点Ｐ０として流用することにより、内部点Ｐ０を指定する分だけ、操作者の作業としてはさらに軽減される。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態による関心領域設定装置の構成を概略的に示している。この図４において、図１と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。ＲＯＩ計算部１４による輪郭抽出や関心領域設定方法は、図５（ａ）に示すように、当該関心部位の内部の基準点Ｐ１を必要とする。この基準点Ｐ１は、基本的に操作者が座標入力装置４を操作して手動で指定され、この基準点Ｐ１の座標が、カーソル座標入力部５とボタン情報入力部６との出力に基づいて基準点座標設定部１２で計算され、ＲＯＩ計算部１４に供給される。なお、基準点Ｐ１は、第１実施形態の変形例のように、画像の重心として自動設定し、操作者による指定作業を軽減するようにしてもよい。この基準点Ｐ１の画素値が画素値設定部１３からＲＯＩ計算部１４に供給される。
【００２６】
この操作者により指定された基準点Ｐ１を最初の着目点として、ＲＯＩ計算部１４では、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、この最初の着目点Ｐ１に隣接する近傍８点の中から、画素値が当該着目点と同じ点Ｐ２〜Ｐ６を、関心部位上の点として同定する。次に、この同定した点Ｐ２〜Ｐ６各々を、次の着目点として、同様のルールに従って、図５（ｄ）に示すように、さらに外側に関心部位上の点Ｐ７〜Ｐ１２を同定する。
【００２７】
このように、関心部位内部の基準点から始めて、関心部位上の点群が変化しなくなるまで、順次拡大していくことにより、関心部位上の全ての点をピックアップすることができる。こうして得た関心部位上の点群の辺縁から、図５（ｅ）に示すように、当該関心部位の輪郭を求めることができる。
【００２８】
このように本実施形態によると、操作者の作業としては、関心部位の内部に基準点を指定するだけなので、操作者の作業負担としては非常に少ないと言える。また、この関心部位内部の基準点の画素値に従って、関心部位上の点を基準点から順次拡大していくので、関心部位の輪郭を高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位に高精度に設定でき、しかも関心部位が凹形であっても処理が停止することなく良好に輪郭抽出することができる。
【００２９】
なお、このような関心領域の設定及び表示処理は、ほぼリアルタイムで実現可能であるので、処理結果として表示されるＲＯＩマーカを観ながら、基準点を動かして最適な位置に指定することができる。
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態による関心領域設定装置の構成を概略的に示している。この図６において、図１と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。ＲＯＩ計算部１８による輪郭抽出や関心領域設定方法は、図７（ａ）に示すように、当該関心部位の内部の２つの基準点Ｐ１、Ｐ２を必要とする。この基準点Ｐ１、Ｐ２は、基本的に操作者が座標入力装置４を操作して手動で指定され、この基準点Ｐ１、Ｐ２の座標が、カーソル座標入力部５とボタン情報入力部６との出力に基づいてＰ１座標設定部１５とＰ２座標設定部１６とでそれぞれ計算され、ＲＯＩ計算部１８に供給される。なお、基準点Ｐ１とＰ２の一方は、第１実施形態の変形例のように、画像の重心として自動設定し、操作者による指定作業を軽減するようにしてもよい。
【００３０】
そして、図７（ｂ）に示すように、この基準点Ｐ１からＰ２に至る線分（基準線分と称する）Ｌ１上の複数点の画素値中の最小値と最大値とが最小値最大値設定部１７で特定される。この最小値と最大値は、ＲＯＩ計算部１８に供給される。
【００３１】
この操作者により指定された基準線分Ｌ１上の各点を最初の着目点として、ＲＯＩ計算部１８では、図７（ｃ）に示すように、この最初の着目点に隣接する近傍８点の中から、画素値が、最小値から最大値の範囲に含まれる点を、関心部位上の点として同定する。次に、図７（ｄ）に示すように、この同定した点各々を、次の着目点として、同様のルールに従って、さらに外側に関心部位上の点を同定する。
【００３２】
このように、関心部位内部の基準線分から始めて、関心部位上の点群が変化しなくなるまで、順次拡大していくことにより、関心部位上の全ての点をピックアップすることができる。こうして得た関心部位上の点群の辺縁から、図７（ｅ）に示すように、当該関心部位の輪郭を求めることができる。
【００３３】
このように本実施形態によると、操作者の作業としては、関心部位の内部に基準線分を指定する、つまり２点を指定するだけなので、操作者の作業負担としては少ないと言える。また、この関心部位の内部の基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に従って、関心部位上の点を基準線分から順次拡大していくので、関心部位の輪郭をより高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位により高精度に設定できる。しかも関心部位が凹形であっても処理が停止することなく良好に輪郭抽出することができる。
【００３４】
なお、基準線分は１本に限定されるものではなく、複数本設定するようにしてもよく、この場合、関心部位上の点の選別能が向上するので、関心部位の抽出能もそれに応じてさらに高精度になる。
【００３５】
なお、このような関心領域の設定及び表示処理は、ほぼリアルタイムで実現可能であるので、処理結果として表示されるＲＯＩマーカを観ながら、基準線分を動かして最適な位置に指定することができる。
【００３６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるＫとなく、種々変形して実施可能である。
【００３７】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、操作者の作業としては、関心部位の内部と、関心部位の輪郭線上とにそれぞれ点を指定することであり、操作者の作業負担としては少ないと言える。また、この輪郭線上の点の画素値に従って、関心部位の輪郭点を順次たどっていくので、関心部位の輪郭を高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位に高精度に設定できる。
【００３８】
（２）本発明によれば、（１）の発明よりも、関心部位の内部の点を重心として自動的に指定するようにした分だけ、操作者の作業としては軽減され得る。また、関心部位の輪郭の抽出精度や関心領域の設定精度は、重心が関心部位の内部に設定され得る限りにおいては、（１）の発明と同様である。
【００３９】
（３）本発明によれば、操作者の作業としては、関心部位の内部に基準点を指定するだけなので、操作者の作業負担としては非常に少ないと言える。また、この関心部位内部の基準点の画素値に従って、関心部位上の点を基準点から順次拡大していくので、関心部位の輪郭を高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位に高精度に設定できる。
【００４０】
（４）本発明によれば、操作者の作業を不要にして、完全自動化を実現できる。また、関心部位の輪郭の抽出精度や関心領域の設定精度は、重心が関心部位の内部に設定され得る限りにおいては、（３）の発明と同様である。
【００４１】
（５）本発明によれば、操作者の作業としては、関心部位の内部に基準線分を指定するだけなので、操作者の作業負担としては少ないと言える。また、この関心部位の内部の基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に従って、関心部位上の点を基準線分から順次拡大していくので、関心部位の輪郭をより高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位により高精度に設定できる。
【００４２】
（６）本発明によれば、操作者の作業としては、関心部位の内部に複数の基準線分を指定するだけなので、操作者の作業負担としては少ないと言える。また、この関心部位の内部の複数の基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に従って、関心部位上の点を複数の基準線分から順次拡大していくので、関心部位の輪郭をさらに高精度に抽出することができ、また関心領域を関心部位にさらに高精度に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による関心領域設定装置の概略的な構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態による関心領域設定処理の説明図。
【図３】第１実施形態による関心領域設定装置の変形例に関する概略的な構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第２実施形態による関心領域設定装置の概略的な構成を示すブロック図。
【図５】第２実施形態による関心領域設定処理の説明図。
【図６】本発明の第３実施形態による関心領域設定装置の概略的な構成を示すブロック図。
【図７】第３実施形態による関心領域設定処理の説明図。
【図８】従来の関心領域設定方法の問題点を示す図。
【図９】従来の関心領域設定方法の他の問題点を示す図。
【符号の説明】
１…画像データ格納部、
２…画像表示部、
３…表示装置、
４…座標入力装置、
５…カーソル座標入力部、
６…ボタン情報入力部、
７…カーソル表示部、
９…ＲＯＩ計算部、
１０…ＲＯＩ表示部、
１１…ＲＯＩ出力部。

Claims

画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、
前記画像上で前記関心部位の内部点と輪郭点とをそれぞれ操作者が指定するための手段と、
着目点に隣接する近傍点の中から前記内部点と当該着目点とを結ぶ線を挟んで左又は右の一定の側に位置し、且つ画素値が当該着目点に最も近い点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記輪郭点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら前記関心部位の輪郭線上の点を順次たどっていことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置。
画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、
前記画像上で前記関心部位の輪郭点を操作者が指定するための手段と、
前記画像の重心を計算する手段と、
着目点に隣接する近傍点の中から前記重心と当該着目点とを結ぶ線を挟んで左又は右の一定の側に位置し、且つ画素値が当該着目点に最も近い点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記輪郭点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら前記関心部位の輪郭線上の点を順次追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置。
画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、
前記画像上で前記関心部位の内部に基準線分を操作者が指定するための手段と、
着目点に隣接する近傍点の中から、画素値が前記基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に含まれる点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記基準線分上の各点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら、前記関心部位上の点を前記基準線分から順次拡大していくことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置。
画像中の関心部位の輪郭を追跡するための輪郭追跡装置において、
前記関心部位の内部に複数の基準線分を操作者が指定するための手段と、
着目点に隣接する近傍点の中から、画素値が前記複数の基準線分上の点の最大画素値と最小画素値の範囲に含まれる点を次の着目点として同定するというルールに従って、前記複数の基準線分上の各点を最初の着目点として、この着目点を次々と移しながら、前記関心部位上の点を前記複数の基準線分から順次拡大していくことにより前記関心部位の輪郭を追跡する手段とを具備することを特徴とする医用画像の輪郭追跡装置。