JP5521392B2 - 動態画像診断支援システム及びプログラム - Google Patents
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Description
呼吸時に放射線撮影された胸部動態画像から肺の呼吸運動を示す指標値として前記胸部動態画像における横隔膜の上下位置を示す値を取得し、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記胸部動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域内の画素信号値の時間変化を算出し、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する画像解析手段と、
前記各領域について算出された位相遅れ時間を表示する表示手段と、
を備える。
前記画像解析手段は、前記胸部動態画像から心臓の拍動を示す指標値として前記胸部動態画像における心臓壁位置を示す値、又は、大動脈弓若しくは肺動脈の画素信号値を取得し、前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記各領域について、前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する。
前記画像解析手段は、前記各領域について算出された位相遅れ時間が予め定められた閾値を超えるか否かに基づいて、前記各領域の機能が異常であるか否かを判断し、
前記表示手段は、前記各領域についての判断結果を表示する。
前記画像解析手段は、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値又は前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化と略同じ周波数の画素信号成分を抽出して前記位相遅れ時間を算出する。
コンピュータを、
呼吸時に放射線撮影された胸部動態画像から肺の呼吸運動を示す指標値として前記胸部動態画像における横隔膜の上下位置を示す値を取得し、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記胸部動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域内の画素信号値の時間変化を算出し、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する画像解析手段、
前記各領域について算出された位相遅れ時間を表示する表示手段、
として機能させる。
まず、構成を説明する。
図1に、本実施の形態における動態画像診断支援システム100の全体構成を示す。
図1に示すように、動態画像診断支援システム100は、撮影装置1と、撮影用コンソール2とが通信ケーブル等により接続され、撮影用コンソール2と、診断用コンソール3とがLAN(Local Area Network)等の通信ネットワークNTを介して接続されて構成されている。動態画像診断支援システム100を構成する各装置は、DICOM(Digital Image and Communications in Medicine)規格に準じており、各装置間の通信は、DICOMに則って行われる。
撮影装置1は、例えば、呼吸運動に伴う肺の膨張及び収縮の形態変化、心臓の拍動等の、周期性(サイクル)を持つ胸部の動態を撮影する装置である。動態撮影は、人体の胸部に対し、X線等の放射線を連続照射して複数の画像を取得(即ち、連続撮影)することにより行う。この連続撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。
撮影装置1は、図1に示すように、放射線源11、放射線照射制御装置12、放射線検出部13、読取制御装置14、サイクル検出センサ15、サイクル検出装置16等を備えて構成されている。
放射線照射制御装置12は、撮影用コンソール2に接続されており、撮影用コンソール2から入力された放射線照射条件に基づいて放射線源11を制御して放射線撮影を行う。撮影用コンソール2から入力される放射線照射条件は、例えば、連続照射時のパルスレート、パルス幅、パルス間隔、撮影開始/終了タイミング、X線管電流の値、X線管電圧の値、フィルタ種等である。パルスレートは、1秒あたりの放射線照射回数であり、後述するフレームレートと一致している。パルス幅は、放射線照射1回当たりの放射線照射時間である。パルス間隔は、連続撮影において、1回の放射線照射開始から次の放射線照射開始までの時間であり、後述するフレーム間隔と一致している。
撮影用コンソール2は、放射線照射条件や画像読取条件を撮影装置1に出力して撮影装置1による放射線撮影及び放射線画像の読み取り動作を制御するとともに、撮影装置1により取得された動態画像を撮影技師によるポジショニングの確認や診断に適した画像であるか否かの確認用に表示する。
撮影用コンソール2は、図1に示すように、制御部21、記憶部22、操作部23、表示部24、通信部25を備えて構成され、各部はバス26により接続されている。
)等により構成される。制御部21のCPUは、操作部23の操作に応じて、記憶部22に記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してRAM内に展開し、展開されたプログラムに従って後述する撮影制御処理を始めとする各種処理を実行し、撮影用コンソール2各部の動作や、撮影装置1の放射線照射動作及び読み取り動作を集中制御する。
診断用コンソール3は、撮影用コンソール2から動態画像を取得し、取得した動態画像を表示して医師が読影診断するための動画像処理装置である。
診断用コンソール3は、図1に示すように、制御部31、記憶部32、操作部33、表示部34、通信部35を備えて構成され、各部はバス36により接続されている。
次に、上記動態画像診断支援システム100における動作について説明する。
まず、撮影装置1、撮影用コンソール2による撮影動作について説明する。
図2に、撮影用コンソール2の制御部21において実行される撮影制御処理を示す。撮影制御処理は、制御部21と記憶部22に記憶されている撮影制御処理プログラムとの協働により実行される。
次に、診断用コンソール3における動作について説明する。
診断用コンソール3においては、通信部35を介して撮影用コンソール2から動態画像の一連のフレーム画像が受信されると、制御部31と記憶部32に記憶されている画像解析処理プログラムとの協働により図3に示す画像解析処理が実行される。
はじめに、図6に示す左肺野及び右肺野の肺野領域Rの抽出が行われる。肺野領域Rは、放射線(X線)の透過量が多いため、その周辺の領域に比べて画素信号値(濃度値。以下、信号値という)が高くなる。そこで、まず、フレーム画像の各画素の信号値から濃度ヒストグラムを作成し、判別分析法等によって閾値を求める。次いで、求められた閾値より高信号の領域を肺野領域Rの候補として抽出する。次いで、候補領域の境界付近でエッジ検出を行い、境界付近の小領域でエッジが最大となる点を境界に沿って抽出していく。そして、抽出されたエッジ点を多項式関数で近似して肺野領域Rの境界線を取得する。
肺野領域Rが抽出されると、左右それぞれの肺野領域Rから肺尖及び横隔膜の基準位置P1、P2が特定される。例えば、肺尖の基準位置P1を肺野領域Rの最上端の位置と予め定義しておき、肺野領域Rにおける垂直方向の最も上方にある位置を抽出することによって肺尖の基準位置P1を特定する。また、横隔膜の基準位置P2を横隔膜のカーブC(図6に点線で示す)の垂直方向の平均位置と予め定義しておき、肺野領域Rから横隔膜のカーブCを抽出し、その垂直方向の平均位置を求め、求めた位置を横隔膜の基準位置P2として特定する。そして、特定された肺尖の基準位置P1と横隔膜の基準位置P2の垂直方向の位置(Y座標)の間の距離Dを算出する。
図8に、動態画像から取得された横隔膜の上下位置の時間変化を点線で示す。図8において横軸は、動態撮影開始からの経過時間tを、縦軸は距離Dを示している。
ステップS102では、例えば、肺尖と横隔膜の距離Dの最大値(ピーク)から次の最大値(ピーク)までの時間が周期T0として算出される。また、角周波数ω0は、ω0=2π/T0によって算出される。
図8に、ある小ブロックA1の平均信号値の時間変化を実線で示す。図8において横軸は動態撮影開始からの経過時間tを、縦軸は、小ブロックA1内の画素の平均信号値を示している。放射線(X線)画像における肺野の信号値は肺野のX線の透過量によって定まり、X線の透過量は肺の膨張・収縮によって変わる。従って、肺野のある領域の信号値が変化しているということは肺の膨張・収縮に伴ってその領域の肺胞に含まれる空気の量が変化している、つまり換気量が変化していると考えることができ、各小ブロックA1の平均信号値の変化はその小ブロックA1における換気量の変化と相関関係がある。
ステップS106における位相遅れ時間は、フーリエ級数展開による時間遅れ時間算出方法により算出することができる。
まず、指標値の時間変化の位相α1と、各小ブロックA1の平均信号値の時間変化の位相α2が算出される。位相α1は、下記の〔数1〕により算出される。
位相α1、α2が算出されると、指標値の時間変化に対する各小ブロックA1の平均信号値の時間変化の位相遅れ時間αTが算出される。αTは、下記の〔数2〕により算出される。
そして、上述の基準画像における異常と判断された小ブロックA1を他のブロックとは異なる色で表示した異常判定結果M2が遅れ度合いマップM1に並べて表示される(ステップS109)。
図9の標準遅れ度合いマップM0及び遅れ度合いマップM1では、白(最高輝度値)は呼吸運動の指標値である横隔膜の上下位置の時間変化から遅れがないことを示し、所定ミリ秒(例えば、33ミリ秒)遅れる毎に輝度値を1段階下げて表示される。
心臓壁の位置は、心臓の拍動によって変化するものであるため、胸部動態画像において、心臓壁の位置の時間変化は、心臓の拍動を示す指標値として用いることができる。
まず、図11に示す左肺野及び右肺野の肺野領域Rの抽出、及び左肺野における肺尖の位置P1の特定が行われる。
次いで、心臓領域Hが認識される。心臓領域Hの認識においては、まず、肺野領域Rの外接矩形領域から探索領域を限定する。次いで、探索領域の各画素の信号値から濃度ヒストグラムを作成し、判別分析法等によって閾値を求め、閾値より低信号の領域を心臓の候補領域として抽出する。次いで、候補領域内でエッジ検出を行い、所定の大きさ以上の微分値の極大値を追跡することで、心臓領域の輪郭線を抽出する。このとき、背景若しくは心臓内部のエッジを追跡しないように、近似的心臓領域の形状をもとに輪郭エッジ点の探索領域を限定する。そして、抽出された心臓領域の輪郭線画像に対して、心臓輪郭線テンプレートでテンプレートマッチングを行い、相関値が最大となる位置でのテンプレート領域を心臓領域Hとして認識する。
次いで、左心室の心臓壁の基準位置P3が特定される。例えば、肺尖の基準位置P1から垂直方向が所定の距離にある心臓領域Hの最も左側のエッジ点を心臓壁の基準位置P3として特定する。なお、心臓領域Hの左側エッジの緩やかな湾曲部分が左心室に相当するので、上から下に向かって、垂直方向の座標(Y座標)に対する心臓エッジの勾配(傾きの絶対値(図12のΔX/ΔYの絶対値)を求めていき、その勾配が、所定の閾値以下となってから初めて肺尖からの距離が所定の閾値以上となる点の位置を心臓壁の基準位置P3として特定してもよい。
図13に、動態画像から算出された心臓壁位置の時間変化を点線で示す。図13において横軸は、動態撮影開始からの経過時間tを、縦軸は心臓壁の基準位置P3の水平方向の位置を示している。
ステップS202では、例えば、心臓壁位置の最大値(ピーク)から次の最大値(ピーク)までの時間が周期T0として算出される。また、角周波数ω0は、ω0=2π/T0によって算出される。
図13に、ある小ブロックA1の平均信号値の時間変化を実線で示す。図13において横軸は動態撮影開始からの経過時間tを、縦軸は、小ブロックA1内の画素の平均信号値を示している。放射線(X線)画像における肺野の信号値は、心臓の拍動によって生じる肺血流量によって変わる。従って、各小ブロックA1の平均信号値の変化はその小ブロックA1における肺血流量の変化と相関関係がある。
ステップS206における位相遅れ時間は、例えば、上述の〔数1〕〔数2〕に示すフーリエ級数展開による時間遅れ時間算出方法により算出することができる。または、相互相関により位相遅れ時間を算出することができる。相互相関による位相遅れ時間の算出では、まず、心臓壁位置の時間変化を時間方向のハイパスフィルタ(例えば、カットオフ周波数0.7Hz)でフィルタリングする。また、各小ブロックA1の平均信号値の時間変化を時間方向のハイパスフィルタ(例えば、カットオフ周波数0.7Hz)でフィルタリングする。次いで、フィルタリング後の心臓壁位置の時間変化と、フィルタリング後の各小ブロックA1の平均信号値の時間変化との相互相関値を算出する。そして、相互相関値が最大となる時間を各小ブロックA1の位相遅れ時間として算出する。
そして、上述の基準画像における異常と判断された小ブロックA1を他のブロックとは異なる色で表示した異常判定結果M12が遅れ度合いマップM11に並べて表示される(ステップS209)。
図14の標準遅れ度合いマップM10及び遅れ度合いマップM11では、各小ブロックA1の位相遅れ時間を輝度で表示しているが、白(最高輝度値)は心臓の拍動の指標値である心臓壁の時間変化から遅れがないことを示し、所定ミリ秒(例えば、33ミリ秒)遅れる毎に輝度値が1段階下げて表示される。
図15に示すように、大動脈弓は、通常、胸部正面X線画像上では、左肺野縦隔側の中央よりやや上に見られ、形状が左向きに凸状に湾曲した陰影として現れる。胸部正面X線画像(即ち、各フレーム画像)からエッジを抽出した上で、大動脈弓陰影のテンプレートを用いてテンプレートマッチングすることで、その位置を認識することができる。この認識した大動脈弓陰影内にROI(Region Of Interest)を設定し、ROI内の平均信号値を心臓の拍動を示す指標値として用いる。
左肺動脈は、左肺野内の大動脈弓やや下に位置し、肺紋理と呼ばれる白い紋様の陰影に含まれ、その中でも太い動脈は縦隔部から若干左側に突き出て、下側に向かって走行する陰影として現れる。大動脈弓と同様、エッジを抽出した上で、この太い動脈の陰影のテンプレートを用いてテンプレートマッチングをすることで、その位置を認識することができる。認識した左肺動脈陰影内の極力縦隔に近い部分にROIを設定し、ROI内の平均信号値を心臓の拍動を示す指標値として用いる。
例えば、上記実施の形態においては、標準遅れ度合いマップM0、M10、遅れ度合いマップM1、M11を位相遅れ時間に応じた輝度値により表示することとしたが、位相遅れ時間に応じた色で表示することとしてもよい。
の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。
1 撮影装置
11 放射線源
12 放射線照射制御装置
13 放射線検出部
14 読取制御装置
15 サイクル検出センサ
16 サイクル検出装置
2 撮影用コンソール
21 制御部
22 記憶部
23 操作部
24 表示部
25 通信部
26 バス
3 診断用コンソール
31 制御部
32 記憶部
33 操作部
34 表示部
35 通信部
36 バス
Claims (5)
- 呼吸時に放射線撮影された胸部動態画像から肺の呼吸運動を示す指標値として前記胸部動態画像における横隔膜の上下位置を示す値を取得し、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記胸部動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域内の画素信号値の時間変化を算出し、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する画像解析手段と、
前記各領域について算出された位相遅れ時間を表示する表示手段と、
を備える動態画像診断支援システム。 - 前記画像解析手段は、前記胸部動態画像から心臓の拍動を示す指標値として前記胸部動態画像における心臓壁位置を示す値、又は、大動脈弓若しくは肺動脈の画素信号値を取得し、前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記各領域について、前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する請求項1に記載の動態画像診断支援システム。
- 前記画像解析手段は、前記各領域について算出された位相遅れ時間が予め定められた閾値を超えるか否かに基づいて、前記各領域の機能が異常であるか否かを判断し、
前記表示手段は、前記各領域についての判断結果を表示する請求項1又は2に記載の動態画像診断支援システム。 - 前記画像解析手段は、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値又は前記心臓の拍動を示す指標値の時間変化と略同じ周波数の画素信号成分を抽出して前記位相遅れ時間を算出する請求項1〜3の何れか一項に記載の動態画像診断支援システム。
- コンピュータを、
呼吸時に放射線撮影された胸部動態画像から肺の呼吸運動を示す指標値として前記胸部動態画像における横隔膜の上下位置を示す値を取得し、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化を算出するとともに、前記胸部動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域内の画素信号値の時間変化を算出し、前記各領域について、前記肺の呼吸運動を示す指標値の時間変化に対する領域内の画素信号値の時間変化の位相遅れ時間を算出する画像解析手段、
前記各領域について算出された位相遅れ時間を表示する表示手段、
として機能させるためのプログラム。
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