JP5027485B2

JP5027485B2 - 医用画像診断支援装置とその方法及びプログラム

Info

Publication number: JP5027485B2
Application number: JP2006312328A
Authority: JP
Inventors: 良洋後藤; 邦佳中島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP2008125687A

Description

本発明は、受診者(被検者、患者、被検体などを含む)の断層像から大腰筋領域の体積の統計値により受診者の症状改善への指導に寄与する医用画像診断支援装置に関する。

大腰筋は受診者のへそを中心とする胴囲に対してX線CT画像を得ると、その画像の中に存在する筋肉組織の一部の領域として示される。大腰筋領域の面積あるいは体積は年齢と共に縮小する傾向にあることが知られている。
このような大腰筋領域の抽出は、上記胴囲のX線CT画像の中での近いCT値を呈しているものが多いため、閾値処理のみでは難しい。そこで、大腰筋領域の抽出には、その領域の形状の特徴からその領域の中心線を利用している手法が特許文献1に提案されている。
特開2006-149446号公報

しかし、大腰筋領域の筋肉領域が所定の面積以下になるだけでは受診者の起立姿勢、歩行、走行などの受診者が地に足を付けておこなうあらゆる姿勢(「起立姿勢等」と総称する)の衰えを正確に診断するための情報が充分でないという未解決の問題があった。

本発明の目的は、受診者の起立姿勢等の衰えを正確に診断するために充分な情報が提供可能な医用画像診断支援装置を提供することにある。

上記目的は、受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域の断層像を取得する画像取得手段と、前記取得された断層像に所定の閾値を設定して前記軟部組織を抽出した抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、前記生成された抽出画像を表示する画像表示手段と、を備えた医用画像診断支援装置において、前記抽出画像生成手段は、前記設定された閾値により二値画像を得、前記得られた二値画像を脊椎骨領域内に回転中心を持つ動径を設定し、その動径長が前記二値画像のなかの大腰筋領域、脊柱椎起立筋領域の縁までの極小値をとる位置で、その動径に沿って大腰筋領域と脊柱椎起立筋領域の結合部分を切断し、その切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域との位置関係に基づいて前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を識別することによって達成される。

また、受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域を撮影した断層像が撮影された医用画像を取得するステップと、前記取得された医用画像に所定の閾値を設定し、前記設定された閾値により二値画像を得るステップと、前記得られた二値画像を脊椎骨領域内に回転中心を持つ所定半径の動径を設定するステップと、前記設定された動径の動径長が前記二値画像のなかの大腰筋領域、脊柱椎起立筋領域の縁までの極小値をとる位置で、その動径に沿って大腰筋領域と脊柱椎起立筋領域の結合部分を切断するステップと、前記切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域との位置関係に基づいて前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を識別するステップと、前記識別された前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を表示するステップとを備えたことを特徴とする医用画像診断支援方法によって達成される。

また、受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域を撮影した断層像が撮影された医用画像を取得する機能と、前記取得された医用画像に所定の閾値を設定し、前記設定された閾値により二値画像を得る機能と、前記得られた二値画像を脊椎骨領域内に回転中心を持つ所定半径の動径を設定する機能と、前記設定された動径の動径長が前記二値画像のなかの大腰筋領域、脊柱椎起立筋領域の縁までの極小値をとる位置で、その動径に沿って大腰筋領域と脊柱椎起立筋領域の結合部分を切断する機能と、前記切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域との位置関係に基づいて前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を識別する機能と、前記識別された前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を表示する機能とをコンピュータに実行させることを特徴とする医用画像診断支援プログラムによって達成される。

本発明によれば、受診者の起立姿勢等の衰えを正確に診断するために充分な情報を提供できる。

以下、添付図面に従って本発明に係る医用画像診断支援装置の好ましい実施の形態について詳説する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本発明の実施の一形態の医用画像診断支援装置のハードウェア構成例を示す図である。
図1の医用画像診断支援装置1は、X線CT装置2と、MR装置3と、X線CT装置2及びMR装置3が撮影して得た医用画像を格納する画像データベース4と、医用画像を表示する医用画像表示装置10とを備え、X線CT装置2、MR装置3、画像データベース4、及び医用画像表示装置10は、LAN5等のネットワークにより互いに接続される。

医用画像表示装置10は、主として各構成要素の動作を制御する中央処理装置(CPU)11と、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ12と、オペレーティングシステム(OS)、周辺機器のデバイスドライブ、医用画像から大腰筋領域を抽出する処理等を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク13と、表示用データを一時記憶する表示メモリ14と、この表示メモリ14からのデータに基づいて画像を表示するCRTモニタや液晶モニタ等のモニタ15と、キーボード16と、位置座標入力装置としてのマウス17と、マウス17の状態を検出してモニタ15上のマウスポインタの位置やマウス17の状態等の信号をCPU11に出力するコントローラ18と、上記各構成要素を接続する共通バス19とを備える。

本実施の形態においては、医用画像表示装置10は、LAN5を介して画像データベース4から医用画像を読み出すが、医用画像表示装置10に接続された記憶装置、例えばFDD、CD-RWドライブ、MOドライブ、ZIPドライブ等から医用画像を読み込んでも良い。また、LAN5を経由してX線CT装置2やMR装置3から直接医用画像を取得してもよい。

次に、図2乃至7に基づいて、本実施の形態に係る医用画像表示装置10を用いて医用画像から大腰筋領域を抽出する手順について説明する。

(第１の実施形態)
まず、第1の実施形態では、図2乃至4に基づいて、大腰筋付近に混在する組織群から大腰筋及び脊柱起立筋を抽出するプロセスを説明する。
図2は図1の医用画像診断支援装置の動作例を示すメインフローチャート、図3は図2のステップ22の動作例を示すサブルーチンのフローチャート、図4は図3のフローチャートを説明するための補足図であって、大腰筋付近に混在する組織群から大腰筋及び脊柱起立筋を抽出する原理を示す図である。

操作者は、まず、モニタ15に表示された大腰筋・脊柱起立筋評価プログラムの実行スイッチについてキーボード16又はマウス17を介して入力する。(図示省略)
CPU11は、上記入力に応答して磁気ディスク13に格納される画像データを磁気ディスク13から主メモリ12へ読み出させる。画像データは被検体の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域を撮影した断層像である。(ステップ21)
CPU11は主メモリ12に読み出した被検体の断層像から大腰筋及び脊柱起立筋を計算によって抽出する「自動抽出処理」を実行する。「自動抽出処理」は図3にて後述する。(ステップ22)

CPU11は「自動抽出処理」を行った結果、適正に領域が抽出できなかったなどのエラーを検出し、その検出結果に基づき判定処理をする。エラー非検出の場合はステップ24に進み、エラー検出の場合はステップ27に進む。(ステップ23)
CPU11は「自動抽出処理」でのエラー非検出の場合、閉じた臓器領域の面積の大きさを測り、その大きさの大きい上位の4領域と脊椎との位置関係によって「面積比較処理」を実行する。「面積比較処理」は図5にて後述する。(ステップ24)

CPU11は「面積比較処理」が全ての処理すべき断層像データについて終了したか否かの「終了判定処理」を実行する。処理データが終了していない場合はステップ26に進み、処理データが終了した場合は図2のフローチャートに記載された処理を終了する。(ステップ25)
CPU11は「終了判定処理」の処理データが終了していない場合、次に処理する断層像データへ更新する。(ステップ26)
CPU11は「自動抽出処理」でのエラー検出の場合、後で実行する手動での「手動抽出処理」を纏めて実行させるため、エラー一覧を作成する。(ステップ27)

次に、図2のステップ22の動作例を示すサブルーチンの動作例について図3，4を用いて説明する。
CPU11は主メモリ12に読み出した被検体の断層像から骨のCT値の値域情報を利用して脊椎の二値化画像を作成する。(ステップ31)
CPU11は主メモリ12に読み出した被検体の断層像から筋肉などの軟部組織のCT値の値域情報を利用して筋肉の二値化画像を作成する。(ステップ32)
図4(a)はステップ31で作成された脊椎の二値化画像とステップ32で作成された軟部組織の二値化画像で抽出された部分を示す。ここでは、図面を直感的に理解しやすくするため、本来、“1”の画素値に塗りつぶされる二値化画像でなく、より実際の画像に近い形で表現している。

CPU11は図4(b)に示されるように、ステップ31で抽出した脊柱骨の中心付近(領域の重心など)を回転中心とする動径rを設定する。この動径rは脊柱骨の周りに筋肉組織が存在すること利用して大腰筋及び脊柱起立筋の抽出に利用される。(ステップ33)
CPU11は動径rが通る部分の画素データを読み出し、筋肉領域であること示す画素に対応する動径rの半径(「筋肉領域の遠縁半径」と称する)の極小位置を計算する。CPU11はこの計算された極小位置によって、筋肉領域を個々の大腰筋領域、脊柱起立筋領域及びその他の筋肉領域のそれぞれに分離する処理を行う。(ステップ34)

CPU11は抽出された大腰筋領域、脊柱起立筋領域及びその他の筋肉領域の面積を計算する。CPU11は計算された大腰筋領域、脊柱起立筋領域及びその他の筋肉領域の大きい順から4つを特定し、その特定されなかった筋肉領域を別の筋肉領域として削除する。(ステップ35)
CPU11はステップ31で抽出された脊椎の位置より、特定された筋肉領域をそれぞれ一対の大腰筋領域と脊柱起立筋領域として図4(c)に示されるように、識別する。(ステップ36)

CPU11は、図4(c)のように大腰筋領域と脊柱起立筋領域が適正に抽出されたか否かをモニタ15へ確認のために表示する。これは、操作者が視覚で大腰筋領域と脊柱起立筋領域の抽出の適正さを確認するものである。この結果、適正に抽出されていなければ、エラー情報として、ステップ27のエラー一覧へ登録する処理が操作者の入力によって行われる。この入力方法は、画像表示した傍らの画面にマウス17等で入力可能な「エラー一覧登録」のようなソフトスイッチを作っておいて、適正に抽出できなかった断層像のデータを登録するといった一般的な方法で行われる。
また、大腰筋領域と脊柱起立筋領域が適正に抽出されないケーススタディが蓄積され、そのケーススタディが類型化されることも期待できる。その場合、CPU11は、その類型化されたケーススタディでエラー一覧を自動作成してもよい。この場合、より自動抽出に近づくことになり、さらに効率化できる。

以上説明した実施形態では、CPU11は次の操作を行うようにプログラミングされている。操作者がキーボード16又はマウス17を用いて設定された閾値により二値画像を得る。前記得られた二値画像を脊椎骨領域内に回転中心を持つ所定半径の動径を設定する。その動径長が前記二値画像のなかの大腰筋領域、脊柱椎起立筋領域の縁までの極小値をとる位置で、その動径に沿って大腰筋領域と脊柱椎起立筋領域の結合部分を切断する。その切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域の位置に基づいて前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を識別する。これによって、大腰筋領域と脊柱起立筋領域が明確に識別できるようになるから、その識別値を評価することで、受診者の起立姿勢等の衰えを正確に診断することができる。
例えば、評価方法は、大腰筋が歩行時の足の持ち上げに関与するため、路面などのわずかな突起にもつまずいてころびやすくになることが知られているため、経過観察により大腰筋の面積や体積が縮小した場合には、その事実を受診者に知らせ、大腰筋の面積や体積が回復するようなリハビリを促すといったものである。

(第２の実施形態)
次に、第2の実施形態では、図5乃至6に基づいて、受診者の起立姿勢等の衰えを正確にかつ即時に評価可能なプロセスを説明する。
図5は図2のステップ24の動作例を示すサブルーチンのフローチャート、図6は図5のフローチャートを説明するための補足図であって、図6(a)は年齢と大腰筋又は脊柱起立筋の面積の正常範囲と測定結果を示す例、図5(b)は断層画像と共に正常／異常を示すメッセージを表示する例をそれぞれ示す図である。

CPU11は、磁気ディスク13に格納される標準データを磁気ディスク13から主メモリ12へ読み出させる。ここでいう標準データとは、大腰筋又は脊柱起立筋の面積を類型できるパラメータ、具体的には、年齢50歳の標準的な大腰筋等の面積を示す。(ステップ51)
CPU11は、ステップ22で抽出された大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の面積を計算する。(ステップ52)

CPU11は、ステップ51で読み出された大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の標準データと、ステップ52で抽出された大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の面積を比較し、図6(a)に示されるように、ステップ52の抽出領域面積61が標準内62であるか否かを判定処理する。この判定処理の結果、正常範囲であればステップ54に進み、異常範囲であればステップ55に進む。(ステップ53)
CPU11は、ステップ52の抽出領域面積が正常範囲の場合、正常メッセージを生成する。(ステップ54)
CPU11は、ステップ52の抽出領域面積が異常範囲の場合、異常メッセージを生成する。(ステップ55)

CPU11は、図6(b)に示されるように、ステップ54又はステップ55に生成された一方のメッセージ64と画像66とをモニタ15の画面66に表示する。ここでの表示例は、正常範囲である。
ここで、符号67は大腰筋領域、68は脊柱起立筋領域、69は脊柱骨領域を示している。
また、各大腰筋領域67、脊柱起立筋領域68の脊柱骨領域69近傍に脂肪が付着していることが診断できるので、この部分は筋肉領域でないと判定すれば、より精度の高い診断が可能となる。

以上説明した実施形態では、大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の標準データと抽出された大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の面積を比較判定し、その判定結果によって正常／異常のメッセージを生成・表示するようにしたので、受診者の起立姿勢等の衰えを正確にかつ即時に評価できるから、例えば、健康診断などの多数の受診者がいる場合、効率的に評価できる。

(第３の実施形態)
最後に、第3の実施形態では、図7に基づいて、自動抽出処理では抽出できなかったエラー情報を効率的に手動抽出するためのプロセスを説明する。
図7は図2で格納されたエラー一覧によってそのエラー一覧のみを手動抽出するための手順を示すフローチャートである。

CPU11は、磁気ディスク13に格納されるエラー一覧を磁気ディスク13から主メモリ12へ読み出させる。(ステップ71)
CPU11は、読み出されたエラー一覧に対応する画像データを磁気ディスク13から主メモリ12へ読み出させる。(ステップ72)
CPU11は、主メモリ12へ読み出された画像データを表示メモリ14に転送し、表示メモリ14に接続されるモニタ15に表示させる。操作者は、モニタ15に表示された画像データを参照し、大腰筋領域又は脊柱起立筋領域をマウス17でトレースする。CPU11は、マウス17によってトレースした結果がマウス17のコントローラ18を通じて主メモリ12に記憶させる。(ステップ73)

CPU11は、手動検出された臓器領域の面積の大きさを測り、その大きさの大きい上位の4領域と脊椎との位置関係によって「面積比較処理」を実行する。「面積比較処理」は図5にて既に説明したのでここでの説明は省略する。(ステップ74)

CPU11は「面積比較処理」が全ての処理すべき断層像データについて終了したか否かの「終了判定処理」を実行する。処理データが終了していない場合はステップ76に進み、処理データが終了した場合は図7のフローチャートに記載された処理を終了する。(ステップ75)
CPU11は「終了判定処理」の処理データが終了していない場合、次に処理する断層像データへ更新する。(ステップ76)

以上説明した実施形態では、自動抽出できなかった画像データに対して効率的に手動抽出できるようになる。

本発明の実施の一形態の医用画像診断支援装置のハードウェア構成例を示す図。図1の医用画像診断支援装置の動作例を示すメインフローチャート。図2のステップ22の動作例を示すサブルーチンのフローチャート。図3のフローチャートを説明するための補足図。図2のステップ24の動作例を示すサブルーチンのフローチャート。図5のフローチャートを説明するための補足図。図2で格納されたエラー一覧によってそのエラー一覧のみを手動抽出するための手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１ CPU、１６キーボード、１７マウス

Claims

受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域の断層像を取得する画像取得手段と、
前記取得された断層像に所定の閾値を設定して前記軟部組織を抽出した抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、
前記生成された抽出画像を表示する画像表示手段と、
を備えた医用画像診断支援装置において、
前記抽出画像生成手段は、前記設定された閾値により二値画像を得、前記得られた二値画像上に脊椎骨領域内に回転中心を持つ動径を設定し、その動径が通る部分の画素データを読み出し、軟部組織であることを示す画素に対応する動径の極小値をとる位置の動径に沿って、前記二値画像中の軟部組織領域を周方向に切断し、その切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域との位置関係に基づいて大腰筋領域と脊柱起立筋領域を識別することを特徴とする医用画像診断支援装置。
前記抽出画像生成手段は、前記切断領域の各面積を比較し、面積が大きい上位の４領域を前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域として抽出することを特徴とする請求項１に記載の医用画像診断支援装置。
前記抽出画像生成手段は、大腰筋領域又は脊柱起立筋領域の面積を縦軸、年齢を横軸としたグラフ内に、年齢毎の正常範囲を示すとともに、識別された前記大腰筋領域又は前記脊柱起立筋領域の面積と前記受診者の年齢とに基づき測定結果を表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の医用画像診断支援装置。
受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域の断層像を取得するステップと、
前記取得された断層像に所定の閾値を設定し、前記設定された閾値により二値画像を得るステップと、
前記得られた二値画像上に脊椎骨領域内に回転中心を持つ動径を設定するステップと、
前記設定された動径が通る部分の画素データを読み出し、軟部組織であることを示す画素に対応する動径の極小値をとる位置の動径に沿って、前記二値画像中の軟部組織領域を周方向に切断するステップと、
前記切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域の位置に基づいて大腰筋領域と脊柱起立筋領域を識別するステップと、
前記識別された前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を表示するステップと、
を備えたことを特徴とする医用画像診断支援方法。
受診者の大腰筋が含まれる軟部組織、脊椎領域を含有する腹部領域の断層像を取得する機能と、
前記取得された断層像に所定の閾値を設定し、前記設定された閾値により二値画像を得る機能と、
前記得られた二値画像に脊椎骨領域内に回転中心を持つ所定半径の動径を設定する機能と、
前記設定された動径が通る部分の画素データを読み出し、軟部組織であることを示す画素に対応する動径の極小値をとる位置の動径に沿って、前記二値画像中の軟部組織領域を周方向に切断する機能と、
前記切断された切断領域の面積の比較と脊椎領域との位置関係に基づいて大腰筋領域と脊柱起立筋領域を識別する機能と、
前記識別された前記大腰筋領域と前記脊柱起立筋領域を表示する機能と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする医用画像診断支援プログラム。