JP5132559B2 - Digital image segmentation method and computer-readable program storage device - Google Patents

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関連米国特許の相互参照
本願は、2006年2月1日に出願されたHermosilloらによる米国仮出願第60/764,122号「Automatic segmentation of vessels in breast MR sequences as a false positive elimination technique for automatic lesion detection and segmentation using the shape tensor」と、2005年8月2日に出願されたHermosilloらによる米国仮出願第60/704,930号「Method for automatic extraction of image structure based on the second order geometric moment」からの優先権を主張し、これらの両出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
US Patent Application No. 60 / 764,122, "Automatic segmentation of vessels in breast MR sequences as a false positive elimination technique for automatic lesion" by Hermosillo et al., Filed Feb. 1, 2006. detection and segmentation using the shape tensor "and US Provisional Application No. 60 / 704,930," Method for automatic extraction of image structure based on the second order geometric moment "by Hermosillo et al. Both of which are hereby incorporated by reference.

本発明は、デジタル医用画像のセグメント化を対象とする。詳細には、本発明は、デジタル画像のセグメント化方法およびこの方法を実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置に関する。 The present invention is directed to segmentation of digital medical images. In particular, the present invention relates to a digital image segmentation method and a computer readable program storage device for performing the method.

造影剤適用MRシーケンスは、乳房内の病変を検出するための高性能診断ツールである。一般に、この診断は、最初に、造影剤を適用する前(pre-contrast)の取得画像と対比して造影剤適用後(post-contrast)の取得画像の疑わしい強調領域を識別する。したがって、このプロセスを自動化するには、コンピュータ支援検出システムの実行が必要である。このシステムの問題点は、造影剤適用後の画像に、病変の他にいくつかの疑わしくない構造物の影ができることである。これらの構造物のほとんどは血管である。血管は、造影剤の注入後に強調される領域として病変を自動検出するときに現れる主なタイプの偽陽性構造物である。   A contrast agent applied MR sequence is a high performance diagnostic tool for detecting lesions in the breast. In general, this diagnosis first identifies suspicious enhancement regions in the acquired image after application of the contrast agent (post-contrast) as compared to the acquired image before application of the contrast agent (pre-contrast). Therefore, to automate this process requires the execution of a computer-aided detection system. The problem with this system is that in the image after contrast agent application, some unsuspecting structure shadows are created in addition to the lesion. Most of these structures are blood vessels. A blood vessel is the main type of false positive structure that appears when a lesion is automatically detected as an area to be emphasized after contrast agent injection.

造影剤適用後のTI強調画像の動的減法は、通常、核磁気共鳴画像化法(MRI)により乳房病変を検査するプロトコルの一部として実行される。病変は通常高い血管分布を含むので、造影剤の灌流によって病変が背景より明るく見え、従ってこの理学療法はきわめて高感度である。病変を自動的にセグメント化することによって、放射線技師は正確な自動測定が可能になり、またそのような測定が閲覧者全員に一貫したものになる。病変に繋がっている血管が血管までセグメント化させさえしなければ、領域強調セグメント化アルゴリズまたはもっと単純な閾値処理を使用して、そのような病変をセグメント化することができる。従って、血管を除去するとセグメント化作業は容易になる可能性がある。一方、病変を自動検出するためには、病変と、やはり造影剤で強調される様々なタイプの正常構造物とを区別する能力が必要である。そのような構造物には、乳房実質組織、血管、乳首の下の領域、および心臓周辺領域がある。CTおよびMR血管撮影法などの理学療法において血管構造をセグメント化するための自動的な方法の開発が注目されてきた。この主題に関しては、極めて様々なモデル、仮定および技術を含む自動的な方法と半自動的な方法の両方について述べた文献が極めて豊富にある。臨床的なワークフローの文脈では、血管構造物の抽出は完全に自動的でかつ必要な計算時間がほんのわずかでなければならない。うまく機能し、臨床データによって容易に検証することができ、実現が容易な1つの技術は、研究文献でほとんど報告されていないモーメントの使用を必要とする。モーメントに基づくこれまでの手法には、レーザ加熱した皮膚の赤外線画像内の血管を抽出し特徴づけるモーメントインバリアント(moment invariant)の使用、大きなCTデータセットから血管構造を抽出しかつ血管を特徴づける幾何学的モーメントの使用、および極めてノイズが多い二次元画像から線形構造物を抽出するための多解像度計算モーメントフィルタがある。   Dynamic subtraction of TI-weighted images after contrast agent application is usually performed as part of a protocol for examining breast lesions by nuclear magnetic resonance imaging (MRI). Because the lesion usually contains a high vascular distribution, the perfusion of the contrast agent makes the lesion appear brighter than the background, so this physiotherapy is extremely sensitive. By automatically segmenting the lesion, the radiologist can make accurate automatic measurements, and such measurements are consistent for all viewers. If the vessel leading to the lesion does not even segment to the vessel, a region-enhanced segmentation algorithm or simpler thresholding can be used to segment such a lesion. Thus, segmentation can be facilitated by removing blood vessels. On the other hand, in order to automatically detect a lesion, it is necessary to have an ability to distinguish between a lesion and various types of normal structures that are also emphasized by a contrast medium. Such structures include breast parenchyma, blood vessels, areas under the nipple, and areas surrounding the heart. The development of automated methods for segmenting vascular structures in physical therapy such as CT and MR angiography has attracted attention. There is a great deal of literature on this subject describing both automatic and semi-automatic methods, including a wide variety of models, assumptions and techniques. In the context of a clinical workflow, the extraction of vascular structures must be fully automatic and require only a little computation time. One technique that works well, can be easily verified with clinical data, and is easy to implement requires the use of moments that are rarely reported in the research literature. Previous methods based on moments use moment invariant to extract and characterize blood vessels in infrared images of laser-heated skin, extract vessel structures from large CT datasets and characterize blood vessels There are multi-resolution computational moment filters for using geometric moments and for extracting linear structures from extremely noisy two-dimensional images.

画像構造を抽出する幾何学的モーメントの使い方は、文献に提案されている方法により異なる。多くの場合、慣性モーメントは、閾値処理の後に得られた二値画像に基づいて計算される。これと関連する問題は、閾値が一般に選択が難しく、閾値が低いと、輝度が低くなりやすい細い血管が近くにある構造物と同化するため、細い血管を検出できないことである。閾値処理に関連する別の問題は、構造物が「ピクセル化」され、すなわち鋭いエッジが発生し、このエッジによって、エッジの下にある構造物の本当の形状に対して構造物の形状の計算が不正確になることである。   The use of geometric moments to extract the image structure depends on the methods proposed in the literature. In many cases, the moment of inertia is calculated based on a binary image obtained after thresholding. A problem associated with this is that the threshold is generally difficult to select, and if the threshold is low, a thin blood vessel that tends to have low brightness is assimilated with a nearby structure, so that a thin blood vessel cannot be detected. Another problem associated with thresholding is that the structure is “pixelated”, ie, a sharp edge is generated, which causes the calculation of the shape of the structure relative to the true shape of the structure under the edge. Is inaccurate.

閾値処理の代替は、密度関数として画像輝度関数fを使用してモーメントを計算することである。しかしながら、信号対雑音(SN)比が低い領域では、細長い構造物を検出するために当てはめられる楕円の偏心率の閾値を設定することが難しくなる。例えば、図1(a)は、血管分岐の周囲の実像から抽出したサブボリュームのMIPを示す。一番上の行は、最近隣補間法(nearest-neighbor interpolation)を使用したオリジナルのボクセル値を示す。真ん中の行は、手動の閾値処理の後で得られた二値画像を示す。閾値は、両方の血管を取得するように調整され、これは、自動的に行うのがかなり難しい作業である。閾値処理のピクセル化の影響は明かであり、これは形状記述子の精度に影響を及ぼす。3番目の行は、より高度な補間方式を使用した同じサブボリュームを示す。   An alternative to thresholding is to calculate the moment using the image brightness function f as the density function. However, in regions where the signal-to-noise (SN) ratio is low, it becomes difficult to set a threshold for the eccentricity of the ellipse that is applied to detect elongated structures. For example, FIG. 1A shows a MIP of a subvolume extracted from a real image around a blood vessel branch. The top row shows the original voxel values using nearest-neighbor interpolation. The middle row shows the binary image obtained after manual thresholding. The threshold is adjusted to acquire both vessels, which is a fairly difficult task to do automatically. The impact of thresholding pixelation is obvious, which affects the accuracy of shape descriptors. The third row shows the same subvolume using a more advanced interpolation scheme.

本明細書で述べる本発明の例示的な実施形態は、一般に、画像から管状構造物を抽出するための幾何学的モーメントに基づく胸部MRシーケンスにおいて血管を自動セグメント化するために高輝度管状構造物とその働きを自動検出する方法およびシステムを含む。本発明の一実施形態による方法は、形状テンソルの固有値(eigenvalue)に基づき、極めて低い信号対雑音(SN)比で構造物を確実に復元することにより画像を閾値処理しなくてもよくする。本発明の一実施形態による方法は、平均構造テンソルの固有値に基づく方法のような一次の画像導関数やヘッシアンの固有値に基づく方法のような二次の画像導関数に依存せず、またヘッシアンまたは構造テンソルに基づく手法に固有の出力の平滑回路が回避される。本発明の一実施形態による方法は、迅速に実行することができ、1シーケンス当たり数秒しかかからない。動き補正胸部MRシーケンスに基づく結果を調べると、本発明の一実施形態による方法が、病変をそのままにして血管を確実にセグメント化し、また感度と局在化精度の両方が異なる方法を実行し、スケール選択パラメータの影響をあまり受けないことが分かる。   The exemplary embodiments of the invention described herein generally provide a high intensity tubular structure for automatic segmentation of blood vessels in a chest MR sequence based on geometric moments for extracting the tubular structure from an image. And a method and system for automatically detecting its function. The method according to an embodiment of the present invention eliminates thresholding of the image by reliably restoring the structure with a very low signal-to-noise (SN) ratio based on the eigenvalue of the shape tensor. The method according to an embodiment of the present invention does not depend on the first order image derivative, such as a method based on the eigenvalue of the average structure tensor, or the second order image derivative, such as a method based on the Hessian eigenvalue, and the Hessian or An output smoothing circuit inherent in the structure tensor based approach is avoided. The method according to an embodiment of the invention can be performed quickly and only takes a few seconds per sequence. Examining the results based on the motion compensated chest MR sequence, the method according to one embodiment of the present invention performs a method that reliably segments the blood vessel while leaving the lesion intact, and that differs in both sensitivity and localization accuracy, It can be seen that there is not much influence from the scale selection parameter.

発明によれば、三次元グリッド上の複数のポイントのドメインに対応する複数の輝度を含むデジタル画像を準備するステップと、前記画像内の1つの選択されたポイントの形状行列(shape matrix)を、前記選択されたポイントのまわりの複数のポイントのウィンドウ内の輝度のモーメントから定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、前記固有値からの前記ポイントの下にある構造物の偏心率を決定するステップと、前記偏心率値に基づいて前記画像をセグメント化するステップとを含み、前記形状行列を定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、基礎構造物の偏心率を決定するステップとが、前記画像内の全ポイントに対して繰り返され、前記選択されたポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強を有し、造影剤が、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容物に適用されているデジタル画像のセグメント化方法が提供される。 According to the present invention, providing a digital image including a plurality of intensities corresponding to a plurality of point domains on a three-dimensional grid; and a shape matrix of one selected point in the image. a step of defining the luminance moment in the window of a plurality of points around the selected points, and calculating the eigenvalues of the shape matrix, the eccentricity of the structure underlying the points from the eigenvalues Determining the rate; segmenting the image based on the eccentricity value; defining the shape matrix; calculating eigenvalues of the shape matrix; and eccentricity of the substructure determining the rate may be repeated for all points in the image, wherein the selected point, defined in advance An intermediate enhancement greater than the value, the contrast agent, segmentation method for a digital image that is applied to the contents of said digital image before the acquisition of the image is provided.

本発明の更に他の態様によれば、選択したポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強(median enhancement)を有し、ここで、造影剤は、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容に適用された。   According to yet another aspect of the present invention, the selected point has a median enhancement that is greater than a predetermined threshold, wherein the contrast agent is the digital image prior to acquisition of the image. Applied to the content.

本発明の更に他の態様によれば、中間増強は、前記造影剤を適用された画像の中間値と造影剤を適用する前の画像の中間値との差を求め、前記差を事前に定められた範囲内になるように正規化することにより計算される。   According to still another aspect of the present invention, the intermediate enhancement determines a difference between an intermediate value of the image to which the contrast agent is applied and an intermediate value of the image before the contrast agent is applied, and determines the difference in advance. It is calculated by normalizing to be within the specified range.

本発明の更に他の態様によれば、形状行列Sαは、次のように定義される。   According to yet another aspect of the present invention, the shape matrix Sα is defined as follows.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、 here,

Figure 0005132559
Figure 0005132559

モーメントmp,q,r,αは、次のように定義される。 The moments m p, q, r, α are defined as follows:

Figure 0005132559
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wは、コンパクトな台(compact support)p,q,rμ0およびαμ1を有するウィンドウ関数である。 w is a window function with compact support p, q, rμ0 and αμ1.

本発明の更に他の態様によれば、積分は、各ポイントのまわりの有限の近傍全体の和によって計算される。   According to yet another aspect of the invention, the integral is calculated by the sum of the entire finite neighborhood around each point.

本発明の更に他の態様によれば、ウィンドウ関数は、次のように定義される。   According to yet another aspect of the invention, the window function is defined as follows.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、vx、vy、vzは画像ポイント間隔、Nx、Ny、Nzは負でない定められた整数であり、ウィンドウサイズは、関心最大径で構成される。 Here, v x , v y , and v z are image point intervals, N x , N y , and N z are non-negative defined integers, and the window size is configured by the maximum diameter of interest.

本発明の更に他の態様によれば、方法は、最近隣補間(nearest neighbor interpolation)を使用して前記モーメントを計算し、前記形状行列を次の式に従って補正するステップを含む。   According to yet another aspect of the invention, the method includes calculating the moment using nearest neighbor interpolation and correcting the shape matrix according to the following equation:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

x、vy、vzは画像ポイント間隔である。 v x , v y , v z are image point intervals.

本発明の更に他の態様によれば、方法は、前記モーメントをトリリニア補間(trilinear interpolation)を使用して計算するステップを含む。   According to yet another aspect of the invention, the method includes calculating the moment using trilinear interpolation.

本発明の更に他の態様によれば、α=1であり、次の式に従って前記形状行列を補正する。   According to yet another aspect of the invention, α = 1 and the shape matrix is corrected according to the following equation:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

x、vy、vzは画像ポイント間隔である。 v x , v y , v z are image point intervals.

発明によれば、コンピュータによって読み取り可能でかつデジタル画像をセグメント化する方法ステップを実行するためにコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを有形的に記録したコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置が提供される。
すなわち、本発明によれば、デジタル画像をセグメント化する方法ステップを実行するために、コンピュータによって読み取り可能でありかつコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置であって、三次元グリッド上の複数のポイントのドメインに対応する複数の輝度を含むデジタル画像を準備するステップと、前記画像内の1つの選択されたポイントの形状行列を、前記選択されたポイントのまわりの複数のポイントのウィンドウ内の輝度のモーメントから定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、前記固有値から前記ポイントの基礎となる構造物の偏心率を決定するステップと、前記偏心率値に基づいて前記画像をセグメント化するステップとを含み、形状行列を定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、基礎構造物の偏心率を決定するステップが、前記画像内の全ポイントに対して繰り返され、前記選択されたポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強を有し、造影剤が、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容に適用されるコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置が提案される
In accordance with the present invention, there is provided a computer readable program storage device tangibly recorded with a program of instructions readable by a computer and executable by a computer to perform the method steps for segmenting a digital image. .
That is, according to the present invention, there is provided a computer readable program storage device recording a program of instructions readable by a computer and executable by a computer to perform the method steps for segmenting a digital image. Providing a digital image including a plurality of intensities corresponding to a plurality of point domains on a three-dimensional grid; and a shape matrix of one selected point in the image around the selected point Defining from moments of brightness within a window of a plurality of points; calculating an eigenvalue of the shape matrix; determining an eccentricity of a structure underlying the point from the eigenvalue; and the eccentricity Segmenting the image based on values; Including the step of defining a shape matrix, calculating eigenvalues of the shape matrix, and determining an eccentricity of a substructure are repeated for all points in the image and the selected point Is proposed a computer readable program storage device having an intermediate enhancement greater than a predetermined threshold and in which a contrast agent is applied to the contents of the digital image prior to acquisition of the image .

本明細書で述べる本発明の例示的な実施形態は、一般に、胸部MRシーケンスにおいて高輝度管状構造物を自動検出し血管の自動セグメント化を行うシステムおよび方法を含む。本発明の一実施形態による方法は、形状テンソル(shape tensor)の固有値に基づく。この方法は、平均ヘッシアン(mean Hessian)の固有値に基づく方法および平均構造テンソル(mean structure tensor)の固有値に基づく方法と比較することができる。ヘッシアンは、二次導関数から定義され、次数2の構造記述子(structure descriptor)と見なすことができる。同様に、構造テンソルは、次数1の構造記述子である。形状テンソルは、次数0の構造記述子と見なすことができる。   Exemplary embodiments of the invention described herein generally include systems and methods for automatically detecting high brightness tubular structures and automatically segmenting blood vessels in a chest MR sequence. The method according to an embodiment of the invention is based on the eigenvalues of a shape tensor. This method can be compared to a method based on the mean Hessian eigenvalue and a method based on the mean structure tensor eigenvalue. A Hessian is defined from a second derivative and can be regarded as a structure descriptor of order 2. Similarly, a structure tensor is a degree 1 structure descriptor. The shape tensor can be regarded as a structure descriptor of degree 0.

本明細書で使用される用語「画像」は、離散的イメージ要素(例えば、二次元画像のピクセルと三次元画像のボクセル)からなる多次元データを指す。画像は、例えば、コンピュータトモグラフィ、核磁気共鳴画像化法、超音波、または当業者に知られている他の画像診断システムによって収集される被者の医用画像である。画像は、また、例えばリモートセンシングシステムや電子顕微鏡などの非医学的状況から提供されてもよい。画像をR3からRへの関数(function from R3 to R)と見なすことができるが、本発明の方法は、そのような画像に限定されず、任意の次元の画像(例えば、二次元画像や三次元ボリューム)に適用することができる。二次元または三次元画像の場合、画像のドメインは、通常、二次元または三次元の長方形配列であり、各ピクセルまたはボクセルは、2つまたは3つの互いに直交する1組の軸を基準にしてアドレス指定することができる。用語「デジタル」と「デジタル化」は、本明細書で使用されるとき、必要に応じて、デジタル画像取得システムまたはアナログ画像からの変換によって得たデジタルまたはデジタル化形式の画像またはボリュームを指す。 As used herein, the term “image” refers to multidimensional data composed of discrete image elements (eg, pixels of a two-dimensional image and voxels of a three-dimensional image). Image is, for example, computer tomography, nuclear magnetic resonance imaging, an ultrasonic or subject of the medical image acquired by another image diagnostic systems known to those skilled in the art. Images may also be provided from non-medical situations such as remote sensing systems and electron microscopes. Images can be regarded from R 3 and functions to R (function from R 3 to R ) , the methods of the present invention is not limited to such images, any dimension image (e.g., two-dimensional image Or three-dimensional volume). For a two-dimensional or three-dimensional image, the domain of the image is typically a two-dimensional or three-dimensional rectangular array, and each pixel or voxel is addressed relative to a set of two or three mutually orthogonal axes. Can be specified. The terms “digital” and “digitizing”, as used herein, refer to an image or volume in a digital or digitized format obtained by conversion from a digital image acquisition system or analog image, as appropriate.

本発明の一実施形態による方法は、基礎(高輝度)構造の二次幾何学的モーメント(second-order geometric moment)を計算することによって画像輝度を処理する。初期の造影剤適用後の画像に閾値を適用することにより得られた二値画像に方法を適用することができるが、この閾値なしに方法を適用することができる。二次幾何学的モーメントの固有値は、物体認識において形状の特徴付けを行う古典的ツールである。しかしながら、そのような固有値は、これまで画像構造物を抽出するフィルタとして利用されていなかった。二値画像が与えられた場合、各ピクセルのまわりの小さなサブボリューム(そのサイズが所定の構造物と関連付けられている)が検討され、形状テンソルは、その場所におけて、サブボリュームの中心に対する高輝度ボクセルの位置の二次モーメントとして定義される。中心ピクセルが明るくかつ基礎形状の中心の十分近くにあるボクセルについて、形状テンソルの固有値が計算され、フィルタ応答に値λ12/(λ1+λ2)が割り当てられる。ここでλ2>λ1は最大固有値である。 A method according to an embodiment of the present invention processes image luminance by calculating a second-order geometric moment of a base (high luminance) structure. Although the method can be applied to a binary image obtained by applying a threshold value to an image after the initial application of a contrast agent, the method can be applied without this threshold value. The eigenvalue of the secondary geometric moment is a classic tool for characterizing shapes in object recognition. However, such an eigenvalue has not been used as a filter for extracting an image structure until now. Given a binary image, a small subvolume around each pixel (whose size is associated with a given structure) is considered, and the shape tensor is in that location relative to the center of the subvolume. It is defined as the second moment of the position of the high brightness voxel. For voxels whose center pixel is bright and close enough to the center of the base shape, the eigenvalues of the shape tensor are calculated and the filter response is assigned the value λ 12 / (λ 1 + λ 2 ). Here, λ 2 > λ 1 is the maximum eigenvalue.

本発明の一実施形態によれば、幾何学的三次元モーメントを次のように定義することができる。   According to one embodiment of the present invention, a geometric three-dimensional moment can be defined as follows:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、wは、局在化p、q、rμ0およびαμ1を提供するコンパクトな台(compact support)を有する正で対称なウィンドウ関数である。次数αの形状テンソルは、これらのモーメントの観点から次のように定義される。   Where w is a positive and symmetric window function with a compact support that provides localization p, q, rμ0 and αμ1. The shape tensor of order α is defined as follows from the viewpoint of these moments.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、 here,

Figure 0005132559
Figure 0005132559

この行列は対称であり、従ってその固有値は全て実数である。3つの固有値をλ3>λ2>λ1μ0とすると、フィルタ応答を次のように定義することができる。 This matrix is symmetric, so all its eigenvalues are real. Assuming that the three eigenvalues are λ 3 > λ 2 > λ 1 μ0, the filter response can be defined as follows.

Figure 0005132559
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血管などの線状または円筒状構造物の場合は、Clineλ1である。 In the case of a linear or cylindrical structure such as a blood vessel, C line λ1.

本発明の一実施形態によれば、基礎形状の偏心は、Sαの固有値0[λ123に基づいて計算される。ここでα>>1である。αが大きくなるほど高い輝度値に大きい重要性が与えられ、これはほとんど閾値処理のように働く。αの値が高いと、図1(b)のシミュレートした実験に示したようにSN比が極めて低くなり、均一なノイズが追加された合成管状構造物が、従来の慣性行列(matrix of inertia)とα=15の形状テンソルにより検出される。 According to an embodiment of the invention, the eccentricity of the basic shape is calculated based on the eigenvalue of Sα 0 [λ 123] . Here, α >> 1. The greater α is, the greater importance is given to the higher luminance value, which acts almost like threshold processing. When the value of α is high, the S / N ratio becomes extremely low as shown in the simulated experiment of FIG. 1 (b), and the synthetic tubular structure to which uniform noise is added becomes a conventional matrix of inertia (matrix of inertia). ) And α = 15 shape tensor.

図1(b)は、閾値処理をしない標準慣性モーメントとα=15の形状テンソルでシミュレートした血管とその検出を示す。列は、左から右に、(1)オリジナルの合成ボリュームの中心スライス、(2)その最大輝度投影画像(MIP)、(3)標準モーメント法により血管を除去したボリュームの血管のMIP、(4)モーメント法により検出した血管のMIP、(5)α=15の形状テンソルを使って血管を除去したボリュームのMIP、および(6)α=15の形状テンソルを使って検出した血管のMIPを示す。6つの行は、次第に高くなるレベルの加法均一ノイズを表わし、それぞれ上から下に(1)56.3、(2)36.7、(3)20.4、(4)11.6、(5)5.5および(6)0.8dBのSN比を示す。形状の偏心率の閾値は、各アルゴリズムごとに行全体で同じである。全てのケースで、検出基準は、慣性行列がS15に対応する場合は(λ3/λ2)>15、S1に対応する場合は(λ3/λ2)>2であった。この検出性能の改善は、実際のケースで見られた。 FIG. 1B shows a blood vessel simulated with a standard moment of inertia without threshold processing and a shape tensor of α = 15, and its detection. The columns are, from left to right, (1) the central slice of the original composite volume, (2) its maximum intensity projection image (MIP), (3) the blood vessel MIP with the blood vessel removed by the standard moment method, (4 ) Shows the MIP of the blood vessel detected by the moment method, (5) the MIP of the volume from which the blood vessel has been removed using the shape tensor of α = 15, and (6) the MIP of the blood vessel detected using the shape tensor of α = 15. . The six rows represent progressively higher levels of additive uniform noise, from top to bottom (1) 56.3, (2) 36.7, (3) 20.4, (4) 11.6, ( 5) The SN ratio of 5.5 and (6) 0.8 dB is shown. The shape eccentricity threshold is the same for the entire row for each algorithm. In all cases, the detection criterion, if the inertia matrix corresponds to S 15 is (λ 3 / λ 2)> 15, when corresponding to S 1 was (λ 3 / λ 2)> 2. This improvement in detection performance was seen in actual cases.

実際には、上記の積分は、一般に、ボクセル位置でfだけが分かっているので、各ボクセルのまわりの有限の近傍にわたる合計によって置き換えられる。全ての実験について、局所化関数(localization function)が次の式で与えられると仮定することができる。   In practice, the above integral is generally replaced by a sum over a finite neighborhood around each voxel, since only f is known at the voxel location. For all experiments, it can be assumed that the localization function is given by:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、vx、vy、vzは、画像のボクセル間隔であり、Nx、Ny、Nzは、ウィンドウサイズが関心最大径で構成されているように負でない定められた整数である。次に、ある画像に関して、各ピクセルのまわりの小さなサブボリュームを検討し、次のように定義する。 Where v x , v y , v z are voxel intervals of the image, and N x , N y , N z are defined integers that are not negative such that the window size is composed of the maximum diameter of interest. is there. Next, for a given image, consider a small subvolume around each pixel and define:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、ρijkは、インデックスi、j、kに対応するボクセルでの画像の値である。 Here, ρ ijk is the value of the image at the voxel corresponding to the index i, j, k.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

上記行列の固有値0[λ123が計算され、ここで、値^μ…は、前述と同じであるが合計モーメントを使って計算される。基礎構造物の偏心率または伸び率は、0〜1の値をとる典型的な偏心率基準ε=(λ3−λ2)/(λ3+λ2)によって、あるいはλ2>0の場合は単に比λ3/λ2によって測定することができる。 The eigenvalues 0 [λ 123 ] of the above matrix are calculated, where the values ^ μ... Are the same as described above but using the total moment. The eccentricity or elongation of the substructure is determined according to a typical eccentricity criterion ε = (λ 3 −λ 2 ) / (λ 3 + λ 2 ) taking a value of 0 to 1 or when λ 2 > 0. It can be measured simply by the ratio λ 3 / λ 2 .

モーメントベースの方法は、画像輝度関数fの可微分性を想定しないので、最近隣補間法やトリリニア(tri-linear)補間法などの単純な補間方式を使用して、ボクセル値の和の代わりに補間関数の積分を計算することができる。特にトリリニア補間の場合には、これらの積分の値を使用してより高い精度を期待できる。   Since the moment-based method does not assume the differentiability of the image brightness function f, a simple interpolation method such as nearest neighbor or tri-linear interpolation is used instead of the sum of voxel values. The integral of the interpolation function can be calculated. In particular, in the case of trilinear interpolation, higher accuracy can be expected by using these integration values.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

最近隣補間積分の場合は、次の式を使用して、上記行列^Sαを次の式と置き換えなければならないことが分かる。   In the case of nearest neighbor interpolation, it can be seen that the following equation must be used to replace the matrix ^ Sα with the following equation:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

トリリニア補間の場合は、関数fは、次に式で与えられる。   In the case of trilinear interpolation, the function f is then given by:

Figure 0005132559
Figure 0005132559

ここで、i、j、kは、画像ボクセルのインデックスであり、ρijkはボクセルでの画像値であり、gijkは次の通りである。 Here, i, j, and k are indices of the image voxel, ρ ijk is an image value in the voxel, and g ijk is as follows.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

次に、次のように記述することができる。   Next, it can be described as follows.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

従って、α=1の場合のトリリニア補間では、行列^Sαは、次の式で置き換えられるはずである。   Therefore, in the trilinear interpolation when α = 1, the matrix Sα should be replaced by the following equation.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

状況は、トリリニア補間を使用する一般形状テンソル(α>1)の場合にはもっと複雑になり、fαは、(Σi,j,kρijkijk)αによって与えられる。 The situation becomes more complicated for general shape tensors using trilinear interpolation (α> 1), where fα is given by (Σ i, j, k ρ ijk g ijk ) α.

対応する積分は、閉じた形でも計算可能であるが、かなり複雑になる。本発明の一実施形態によれば、対応する形状テンソルを計算するには、前述のα=1の場合と同じようにgαijkのモーメントの計算はもう有効でないことに注意されたい。始めに、あまり直接的ではないがα>1に一般化することができる方法を使用して前述のモーメントを求めることができる。これを一次元のケースで行うことができ、二次元と三次元のケースは、それを単純に一般化したものである。k<i−2またはk>i+2の場合にρk=0と仮定すると、次の式が得られる。 The corresponding integral can be calculated in closed form, but is considerably more complicated. Note that according to one embodiment of the present invention, the calculation of the moment of gα ijk is no longer valid for calculating the corresponding shape tensor, as in the case of α = 1 described above. Initially, the aforementioned moment can be determined using a method that is not very straightforward but can be generalized to α> 1. This can be done in a one-dimensional case, and the two-dimensional and three-dimensional cases are simply generalizations of it. Assuming that ρ k = 0 for k <i−2 or k> i + 2, the following equation is obtained.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

上記の4つの積分は、図2に示した3区分線形基底関数(3 piecewise-linear basis functions)から得ることができる。図を参照すると、第1の基底関数gi-1は、ドメイン(i−2)vxからivxにわたって定義され、第2の基底関数giは、ドメイン(i−1)vxから(i+1)vxにわたって定義され、第3の関数gi+1は、ドメインivxから(i+2)vxにわたって定義される。 The above four integrals can be obtained from the three piecewise-linear basis functions shown in FIG. Referring to the figure, the first basis function g i-1 is defined from domain (i-2) v x to iv x , and the second basis function g i is defined from domain (i-1) v x ( i + 1) v x and the third function g i + 1 is defined from domain iv x to (i + 2) v x .

この積分の計算方法は、α>1に一般化することができる。例えば、次のように計算することができる。   This integral calculation method can be generalized to α> 1. For example, it can be calculated as follows.

Figure 0005132559
Figure 0005132559

同様に、 Similarly,

Figure 0005132559
Figure 0005132559

また Also

Figure 0005132559
Figure 0005132559

三次元のケースでα>1の場合に一般式を求めることができる可能性があるが、得られる多項式は、精度の改善に対してかなり複雑になる。二次元のケースでは、上記の4つの積分は16つの積分になり、三次元では64の積分になる。   In the three-dimensional case, it may be possible to find a general expression when α> 1, but the resulting polynomial is quite complex for accuracy improvement. In the two-dimensional case, the above four integrals are 16 integrals, and in three dimensions, there are 64 integrals.

本発明の一実施形態による方法を、100を超える動き補正乳房MRダイナミックシーケンスで試験した。得た結果から、病変をそのままの状態にして血管を確実にセグメント化できることが分かる。本発明の一実施形態によれば、モーメントは、固定サイズのスライディングウィンドウ上で計算されるが、中間増強が所定の閾値より高いポイントだけが考慮される。この閾値は、小さな血管でも検出できるほど十分に低く選択することができる。計算では閾値に依存しないので設定するのは難しくないが、処理するボクセルを少なくすることによって処理全体が速くなる。中間増強は、各画像ボクセルにおいて造影剤適用後の取得画像の中間値から造影剤を適用する前の取得画像の値を引くことによって計算される。次に、この差を、得られる増強が範囲[0,200]内になるようにアフィン関数(affine function)を適用することによって正規化する。図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)および図5は、結果のいくつかの代表例を示す。   The method according to one embodiment of the present invention was tested with over 100 motion corrected breast MR dynamic sequences. From the obtained results, it can be seen that the blood vessels can be reliably segmented while leaving the lesion intact. According to one embodiment of the invention, moments are calculated over a fixed size sliding window, but only points where the intermediate enhancement is above a predetermined threshold are considered. This threshold can be selected low enough to detect even small blood vessels. The calculation does not depend on the threshold value, so it is not difficult to set. The intermediate enhancement is calculated by subtracting the value of the acquired image before applying the contrast agent from the intermediate value of the acquired image after applying the contrast agent in each image voxel. This difference is then normalized by applying an affine function so that the resulting enhancement is in the range [0,200]. 3 (a)-(c), 4 (a)-(c) and FIG. 5 show some representative examples of the results.

図3(a)〜(c)は大きな病変のセグメント化を示し、図4(a)〜(c)は、複数の小さな病変のセグメント化を示している。これらの図の両方において、パネル(a)は、閾値処理した最初の造影剤適用後の画像を示し、パネル(b)は検出された血管を示し、パネル(c)は血管が除去された状態の病変を示す。   3 (a)-(c) show segmentation of large lesions, and FIGS. 4 (a)-(c) show segmentation of multiple small lesions. In both of these figures, panel (a) shows the image after thresholding the first contrast agent application, panel (b) shows the detected blood vessel and panel (c) shows the blood vessel removed. Showing lesions.

図5は、α=6の形状テンソルを使用した胸部MRIにおける血管構造のセグメント化を示す。3つの列は、同じ患者の直交する図を示す。第1行は、中間増強のオリジナルのMIPを示す。第2行は、血管が自動的に除去された状態の同じボリュームを示す。第3行は、除去された血管だけのMIPを示す。全く異なる径と増強レベルの血管が正確にセグメント化されていることに注意されたい。形状テンソルの固有値が(λ3/λ2)>3になる場所を取ることによって検出を行った。 FIG. 5 shows segmentation of the vasculature in chest MRI using a shape tensor with α = 6. Three columns show orthogonal views of the same patient. The first line shows the original MIP with intermediate enhancement. The second row shows the same volume with the blood vessels automatically removed. The third line shows the MIP of only the removed blood vessel. Note that completely different diameters and enhancement levels of blood vessels are accurately segmented. Detection was performed by taking a place where the eigenvalue of the shape tensor was (λ 3 / λ 2 )> 3.

これらの各図において、細い血管も正確にセグメント化され、小さい球状構造物もそのままの状態にされていることに注意されたい。更なる検証として、本発明の一実施形態による方法は、合計75の病変をマークした3人の放射線技師によって調査された40のケースで血管構造物を抽出した。全てのケースで血管は正確にセグメント化され、マークされた病変は全て完全な状態のままにされた。   Note that in each of these figures, the thin blood vessels are also accurately segmented and the small spherical structures are left intact. As further verification, the method according to one embodiment of the present invention extracted vascular structures in 40 cases investigated by three radiologists who marked a total of 75 lesions. In all cases, the blood vessels were correctly segmented and all marked lesions remained intact.

図6に、本発明の一実施形態によるモーメントベースのセグメント化の方法のフローチャートを示す。図を参照すると、ステップ61で、セグメント化する画像が提供される。ステップ62の決定に従って、中間造影増強があらかじめ定義された閾値を超える画像内のボクセルの形状テンソルを計算する。ステップ63で、形状テンソルを定義するのに使用するモーメントが、選択したボクセルのまわりの固定サイズのウィンドウ上で計算される。ステップ64で、形状テンソルの固有値を計算し、ステップ65で、基礎構造物の偏心率を決定する。プロセスは、ステップ66で、全てのボクセルが処理されるまでループする。ステップ67で、画像は、形状テンソルから得た偏心率値に基づいてセグメント化される。   FIG. 6 shows a flowchart of a method for moment-based segmentation according to an embodiment of the present invention. Referring to the figure, in step 61, an image to be segmented is provided. According to the determination of step 62, the shape tensor of the voxel in the image where the intermediate contrast enhancement exceeds a predefined threshold is calculated. At step 63, the moments used to define the shape tensor are calculated over a fixed size window around the selected voxel. In step 64, the eigenvalue of the shape tensor is calculated, and in step 65, the eccentricity of the substructure is determined. The process loops at step 66 until all voxels have been processed. At step 67, the image is segmented based on the eccentricity value obtained from the shape tensor.

局所的な形状情報を抽出するモーメントベースの方法は、より高次の画像導関数に基づく方法と比較することができる。例えば、勾配スクエアテンソル(GST:Gradient Square Tensor)、即ち構造テンソルは、局所的な構造次元を評価する頑強な方法として提案されている。これは、一次導関数に基づき、従って次数1の構造記述子と呼ばれることがある。また、ヘッシアンの固有値は、局所的な画像構造情報と、所定のポイントにおける分離レベル(isolevel)の主曲率を提供する。ヘッシアンと主曲率は、二次導関数から定義され、従って次数2の構造記述子と呼ばれることがある。形状テンソルは、次数0の構造記述子と見なすことができる。これは、積分に基づいており、従って一次または二次導関数のどちらかに基づく方法と比べてノイズに極めて強いという特性を有する。更に、画像関数で、モデリングを単純化する可微分性を想定しなくてもよい。形状テンソルベースの方法に関する問題は、接合部が検出されないことである。また、α>1の形状テンソルの固有値から幾何学的形状特性を計算することができるかを判定するためによりよい理解が必要である。   The moment-based method of extracting local shape information can be compared with a method based on higher order image derivatives. For example, Gradient Square Tensor (GST), or structural tensor, has been proposed as a robust method for evaluating local structural dimensions. This is based on the first derivative and is therefore sometimes referred to as a degree 1 structure descriptor. The Hessian eigenvalue also provides local image structure information and the principal curvature of the isolevel at a given point. The Hessian and principal curvature are defined from the second derivative and are therefore sometimes referred to as degree 2 structure descriptors. The shape tensor can be regarded as a structure descriptor of degree 0. It is based on integration and thus has the property that it is extremely resistant to noise compared to methods based on either the first or second derivative. Furthermore, the image function need not assume differentiability that simplifies modeling. The problem with the shape tensor based method is that the joint is not detected. A better understanding is also needed to determine if the geometric shape characteristics can be calculated from the eigenvalues of the shape tensor with α> 1.

本発明は、様々な形態のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセス、またはこれらの組み合わせで実現できることを理解されたい。一実施形態において、本発明は、コンピュータ可読プログラム記憶装置上に具体化された有形的アプリケーションプログラムとして、ソフトウェアで実現することができる。アプリケーションプログラムは、任意の適切なアーキテクチャも含む装置にアップロードされまた実行されてもよい。   It should be understood that the present invention can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, dedicated processes, or combinations thereof. In one embodiment, the present invention can be implemented in software as a tangible application program embodied on a computer readable program storage device. The application program may be uploaded and executed on a device that includes any suitable architecture.

図7は、本発明の一実施形態によるモーメントベースのセグメント化方法を実施するための例示的なコンピュータシステムのブロック図である。図7を参照すると、本発明を実施するためのコンピュータシステム71は、特に、中央処理装置(CPU)72、メモリ73、および入出力(I/O)インタフェース74を含むことができる。コンピュータシステム71は、一般に、入出力インタフェース74を介して、表示装置75と、マウスやキーボードなどの各種の入力装置76とに接続される。支援回路は、キャッシュ、電源、クロック回路および通信バスなどの回路を含むことができる。メモリ73は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、ディスクドライブ、テープドライブなど、あるいはこれらの組み合わせを含むことができる。本発明は、信号源78からの信号を処理するためにメモリ73に記憶されCPU72によって実行されるルーチン77として実現することができる。従って、コンピュータシステム71は、本発明のルーチン77を実行するときに専用コンピュータシステムになる汎用コンピュータシステムである。   FIG. 7 is a block diagram of an exemplary computer system for implementing a moment-based segmentation method according to one embodiment of the invention. Referring to FIG. 7, a computer system 71 for implementing the present invention may include a central processing unit (CPU) 72, a memory 73, and an input / output (I / O) interface 74, among others. The computer system 71 is generally connected to a display device 75 and various input devices 76 such as a mouse and a keyboard via an input / output interface 74. The support circuit can include circuits such as a cache, a power supply, a clock circuit, and a communication bus. Memory 73 may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), disk drive, tape drive, etc., or a combination thereof. The present invention can be implemented as a routine 77 that is stored in the memory 73 and executed by the CPU 72 to process signals from the signal source 78. Accordingly, the computer system 71 is a general-purpose computer system that becomes a dedicated computer system when executing the routine 77 of the present invention.

コンピュータシステム71は、また、オペレーティングシステムとマイクロ命令のコードを含む。本明細書で述べる様々なプロセスと関数は、オペレーティングシステムを介して実行されるマイクロ命令コードの一部またはアプリケーションプログラムの一部(あるいはこれらの組み合わせ)でよい。更に、追加のデータ記憶装置や印刷装置などの様々な他の周辺装置をコンピュータプラットフォームに接続することができる。   The computer system 71 also includes an operating system and microinstruction code. The various processes and functions described herein may be part of microinstruction code or part of an application program (or a combination thereof) that is executed via an operating system. In addition, various other peripheral devices may be connected to the computer platform such as an additional data storage device and a printing device.

更に、添付図面に示したシステム構成要素および方法ステップのいくつかは、ソフトウェアで実現することができるので、システム構成要素(または、工程ステップ)間の実際の接続は、本発明をプログラムする方式により異なってよいことを理解されたい。本明細書に提供する本発明の教示から、当業者は、本発明の以上および類似の実施態様または構成を検討することができるであろう。   Further, since some of the system components and method steps shown in the accompanying drawings can be implemented in software, the actual connections between the system components (or process steps) can depend on the manner in which the invention is programmed. Please understand that it may be different. From the teachings of the invention provided herein, one of ordinary skill in the related art will be able to review these and similar embodiments or configurations of the invention.

本発明を好ましい実施形態で詳細に説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に示したような本発明の精神と範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対して様々な補正と代替を行うことができることを理解されたい。   Although the invention has been described in detail in the preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications and changes may be made to these embodiments without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. It should be understood that alternatives can be made.

(a)は本発明の一実施形態による血管分岐のまわりの実像から抽出したサブボリュームのMIPを示す図、(b)は本発明の一実施形態による、閾値処理をせずに慣性モーメントを使用してシミュレートした血管とその検出を示す図(A) is a diagram showing the MIP of a subvolume extracted from a real image around a blood vessel branch according to an embodiment of the present invention, and (b) is a moment of inertia without threshold processing according to an embodiment of the present invention. Of a simulated blood vessel and its detection 本発明の一実施形態による1Dリニア補間に使用される基底関数を示す図FIG. 6 shows basis functions used for 1D linear interpolation according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による大きな病変のセグメント化を示す図Diagram showing segmentation of large lesions according to one embodiment of the invention 本発明の一実施形態による複数の小さな病変のセグメント化を示す図FIG. 4 illustrates segmentation of multiple small lesions according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による形状テンソルを使用する胸部MRIにおける血管構造のセグメント化を示す図FIG. 4 illustrates segmentation of vascular structures in chest MRI using shape tensors according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるモーメントベースのセグメント化の方法のフローチャートFlowchart of a method for moment-based segmentation according to an embodiment of the invention 本発明の一実施形態によるモーメントベースのセグメント化の方法を実現する例示的なコンピュータシステムのブロック図1 is a block diagram of an exemplary computer system that implements a method of moment-based segmentation according to one embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

75 表示装置
76 入力装置
77 メモリ
78 信号源
75 Display device 76 Input device 77 Memory 78 Signal source

Claims (18)

三次元グリッド上の複数のポイントのドメインに対応する複数の輝度を含むデジタル画像を準備するステップと、
前記画像内の1つの選択されたポイントの形状行列を、前記選択されたポイントのまわりの複数のポイントのウィンドウ内の輝度のモーメントから定義するステップと、
前記形状行列の固有値を計算するステップと、
前記固有値から前記ポイントの基礎となる構造物の偏心率を決定するステップと、
前記偏心率値に基づいて前記画像をセグメント化するステップとを含み、
形状行列を定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、基礎構造物の偏心率を決定するステップとが、前記画像内の全ポイントに対して繰り返され、
前記選択されたポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強を有し、造影剤が、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容物に適用されている
デジタル画像のセグメント化方法。
Providing a digital image including a plurality of intensities corresponding to a plurality of point domains on a three-dimensional grid;
Defining a shape matrix of one selected point in the image from a moment of intensity in a window of points around the selected point;
Calculating eigenvalues of the shape matrix;
Determining the eccentricity of the structure underlying the point from the eigenvalue;
Segmenting the image based on the eccentricity value;
A step of defining the shape matrix, calculating the eigenvalues of the shape matrix, determining the eccentricity of the substructure is, is repeated for all points in the image,
The selected point has an intermediate enhancement greater than a predetermined threshold and a contrast agent is applied to the contents of the digital image prior to acquisition of the image Method.
前記中間増強は、前記造影剤を適用した画像の中間値と造影剤を適用する前の画像の中間値との差を求め、前記差を事前に定められた範囲内になるように正規化することによって計算される請求項に記載の方法。The intermediate enhancement obtains a difference between an intermediate value of an image to which the contrast agent is applied and an intermediate value of an image before the application of the contrast agent, and normalizes the difference to be within a predetermined range. the method of claim 1 which is calculated by. 前記形状行列Sαは、次のように定義され、
Figure 0005132559
ここで、
Figure 0005132559
であり、モーメントmp,q,r,αは、次のように定義され、
Figure 0005132559
wは、コンパクトな台p、q、rμ0およびαμ1を有するウィンドウ関数である請求項1に記載の方法。
The shape matrix Sα is defined as follows:
Figure 0005132559
here,
Figure 0005132559
And moments m p, q, r, α are defined as follows:
Figure 0005132559
2. A method according to claim 1, wherein w is a window function with compact stands p, q, r [mu] 0 and [alpha] [mu] 1.
積分は、各ポイントのまわりの有限の近傍全体にわたる和によって計算される請求項に記載の方法。4. The method of claim 3 , wherein the integral is calculated by a sum over a finite neighborhood around each point. 前記ウィンドウ関数は、次の式によって定義され
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔であり、Nx、Ny、Nzは負でない定められた整数であり、ウィンドウサイズは関心最大径を含む請求項に記載の方法。
The window function is defined by
Figure 0005132559
v x, v y, v z is the image point spacing, N x, N y, N z is an integer defined nonnegative The method of claim 3 window size including the maximum diameter interest.
最近隣補間を使用して前記モーメントを計算し、次の式に従って前記形状行列を補正するステップを更に含み
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔である請求項に記載の方法。
Calculating the moment using nearest neighbor interpolation and correcting the shape matrix according to the following equation:
Figure 0005132559
v x, v y, v z The method of claim 3 is the image point spacing.
前記モーメントをトリリニア補間を使用して計算するステップを更に含む請求項に記載の方法。The method of claim 3 , further comprising calculating the moment using trilinear interpolation. α=1であり、次の式に従って前記形状行列を補正するステップを含み、
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔である請求項に記載の方法。
α = 1, and correcting the shape matrix according to the following equation:
Figure 0005132559
v x, v y, v z A method according to claim 7 is an image point spacing.
三次元グリッド上の複数のポイントのドメインに対応する複数の輝度を含むデジタル画像を準備するステップと、
前記画像内の1つの選択されたポイントの形状行列を、前記選択されたポイントのまわりの複数のポイントのウィンドウ内の輝度のモーメントから定義するステップと、
前記形状行列の固有値を計算するステップと、
前記固有値から前記ポイントの基礎となる構造物の偏心率を決定するステップとを含み、
前記形状行列Sαは、次の式のように定義され、
Figure 0005132559
ここで、
Figure 0005132559
モーメントmp,q,r,αは、次の式のように定義され、
Figure 0005132559
wは、コンパクトな台p、q、rμ0およびαμ1を有するウィンドウ関数であり、
前記選択されたポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強を有し、造影剤が、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容物に適用されている
デジタル画像のセグメント化方法。
Providing a digital image including a plurality of intensities corresponding to a plurality of point domains on a three-dimensional grid;
Defining a shape matrix of one selected point in the image from a moment of intensity in a window of points around the selected point;
Calculating eigenvalues of the shape matrix;
Determining the eccentricity of the structure underlying the point from the eigenvalue,
The shape matrix Sα is defined as follows:
Figure 0005132559
here,
Figure 0005132559
The moment m p, q, r, α is defined as:
Figure 0005132559
w is a compact table p, q, Ri window function der with rμ0 and αμ1,
The selected point has an intermediate enhancement greater than a predetermined threshold and a contrast agent is applied to the contents of the digital image prior to acquisition of the image Method.
形状行列を定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、前記画像内の全てのポイントの基礎構造物の偏心率を決定するステップと、前記偏心率値に基づいて前記画像をセグメント化するステップとを繰り返すステップを更に含む請求項9に記載の方法。Defining a shape matrix; calculating eigenvalues of the shape matrix; determining an eccentricity of a substructure of all points in the image; and segmenting the image based on the eccentricity value The method of claim 9, further comprising repeating the step of converting. デジタル画像をセグメント化する方法ステップを実行するために、コンピュータによって読み取り可能でありかつコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置であって、
三次元グリッド上の複数のポイントのドメインに対応する複数の輝度を含むデジタル画像を準備するステップと、
前記画像内の1つの選択されたポイントの形状行列を、前記選択されたポイントのまわりの複数のポイントのウィンドウ内の輝度のモーメントから定義するステップと、
前記形状行列の固有値を計算するステップと、
前記固有値から前記ポイントの基礎となる構造物の偏心率を決定するステップと、
前記偏心率値に基づいて前記画像をセグメント化するステップとを含み、
形状行列を定義するステップと、前記形状行列の固有値を計算するステップと、基礎構造物の偏心率を決定するステップが、前記画像内の全ポイントに対して繰り返され、
前記選択されたポイントは、事前に定められた閾値より大きい中間増強を有し、造影剤が、前記画像の取得前に前記デジタル画像の内容に適用されている
コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
To perform the method steps for segmenting a digital image, a computer readable program storage device which records a program of instructions executable by read-possible and and computer by a computer,
Providing a digital image including a plurality of intensities corresponding to a plurality of point domains on a three-dimensional grid;
Defining a shape matrix of one selected point in the image from a moment of intensity in a window of points around the selected point;
Calculating eigenvalues of the shape matrix;
Determining the eccentricity of the structure underlying the point from the eigenvalue;
Segmenting the image based on the eccentricity value;
A step of defining the shape matrix, calculating the eigenvalues of the shape matrix, the step of determining the eccentricity of the substructure, is repeated for all points in the image,
The selected point has an intermediate enhancement greater than a predetermined threshold and a contrast agent is applied to the content of the digital image prior to acquisition of the image
Computer readable program storage device.
前記中間増強は、前記造影剤を適用した画像の中間値と造影剤を適用する前の画像の中間値との差を求め、前記差を事前に定められた範囲内で正規化することによって計算される請求項11に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。The intermediate enhancement is calculated by obtaining a difference between an intermediate value of the image to which the contrast agent is applied and an intermediate value of the image before the contrast agent is applied, and normalizing the difference within a predetermined range. A computer readable program storage device according to claim 11 . 前記形状行列Sαは、次の式のように定義され、
Figure 0005132559
ここで
Figure 0005132559
モーメントmp,q,r,αは、次の式のように定義され、
Figure 0005132559
wは、コンパクトな台p、q、rμ0およびαμ1を有するウィンドウ関数である請求項11に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
The shape matrix Sα is defined as follows:
Figure 0005132559
here
Figure 0005132559
The moment m p, q, r, α is defined as:
Figure 0005132559
12. A computer readable program storage device according to claim 11 , wherein w is a window function having compact stands p, q, r [mu] 0 and [alpha] [mu] 1.
積分は、各ポイントのまわりの有限の近傍全体にわたる和によって計算される請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。14. The computer readable program storage device of claim 13 , wherein the integral is calculated by a sum over a finite neighborhood around each point. 前記ウィンドウ関数は、次の式によって定義され、
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔であり、Nx、Ny、Nzは、負でない定められた整数であり、ウィンドウサイズは関心最大径で構成された請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
The window function is defined by the following equation:
Figure 0005132559
v x, v y, v z is the image point spacing, N x, N y, N z is an integer defined nonnegative, window size according to claim 13, which is constituted by the maximum diameter interest Computer readable program storage device.
方法は、更に、前記モーメントを最近隣補間を使用して計算するステップと、前記形状行列を次の式に従って補正するステップとを含み、
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔である請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
The method further includes calculating the moment using nearest neighbor interpolation and correcting the shape matrix according to the following equation:
Figure 0005132559
v x, v y, v z is a computer readable program storage device of claim 13 is an image point spacing.
方法は、更に、前記モーメントをトリリニア補間を使用して計算するステップを含む請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。The computer readable program storage device of claim 13 , further comprising calculating the moment using trilinear interpolation. α=1であり、前記形状行列を、次の式に従って補正し、
Figure 0005132559
x、vy、vzは画像ポイント間隔である請求項17に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
α = 1, and the shape matrix is corrected according to the following equation:
Figure 0005132559
v x, v y, v z is a computer readable program storage device of claim 17 is an image point spacing.
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