JP5537346B2 - 画像診断支援装置、画像診断支援方法 - Google Patents

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Description

本発明は、骨粗鬆症の画像診断を支援する画像診断支援装置等に関する。
近年、人の壮年期の骨粗鬆症の発症が問題視されている。特に、女性は閉経後にホルモンバランスにより代謝による破骨機能が造骨機能を上回る結果、骨量が大幅に減少することが知られており、同年代の男性と比較して骨粗鬆症が発症しやすい傾向にある。
また、最近では「プレ更年期」と呼ばれる現象が若年期の女性に現れる傾向にあり、壮年期の人だけでなく若年期の人に対しても骨粗鬆症の発症が懸念される状況にある。
そのため、骨粗鬆症の画像診断支援、診断予測支援、治療計画支援の各技術の確立は、広い年齢層の人から望まれている。
そこで、従来技術では、X線CT装置などの医用画像診断装置を用いた骨粗鬆症の診断で海綿骨の骨密度を測定する方法が提案されている。この測定方法は、骨粗鬆症の診断の指標としてCT値の平均値を使用し、それを複数の骨密度測定用ファントムの結果と比較することによって間接的に骨密度を測定する(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、特許文献1に記載の技術は、骨の内部の構造分析がなされていないので、骨粗鬆症の進行度などの診断の指標を正確に測定するための配慮がなされていなかった。
そこで、本発明者らは、骨の構造分析情報により画像診断支援を可能とする画像診断支援システムを発明している(特許文献2参照)。
特開平11−155852号公報 特開2007−502607号公報
しかしながら、横軸が受診者の年齢、縦軸が骨粗鬆症進行度の散布図(特許文献2の図28参照)を表示して画像診断を行う際、明確な基準がなく、正常範囲と正常でない範囲を区分することが困難であった。
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、骨粗鬆症進行度の正常範囲と正常でない範囲を区分し、円滑な画像診断を支援する画像診断支援装置等を提供することである。
前述した目的を達成するために第1の発明は、骨粗鬆症の画像診断を支援する画像診断支援装置であって、複数の受診者に対して、前記受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出する第1の算出手段と、前記受診者の年齢ごとに、前記骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値を基準値とし、前記基準値以下のデータに基づいて全体の頻度のばらつきを示す対称の分布形を決定する決定手段と、前記受診者の年齢ごとに、前記分布形に基づいて正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値を算出する第2の算出手段と、一方の軸が受診者の年齢、前記軸と直交する他の軸が前記骨粗鬆症進行度の散布図を表示し、前記区分値を示す曲線を前記散布図に重ねて表示する表示手段と、を具備することを特徴とする画像診断支援装置である。
第2の発明は、骨粗鬆症の画像診断を支援する画像診断支援方法であって、複数の受診者に対して、前記受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出する第1の算出ステップと、前記受診者の年齢ごとに、前記骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値を基準値とし、前記基準値以下のデータに基づいて全体の頻度のばらつきを示す対称の分布形を決定する決定ステップと、前記受診者の年齢ごとに、前記分布形に基づいて正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値を算出する第2の算出ステップと、一方の軸が受診者の年齢、前記軸と直交する他の軸が前記骨粗鬆症進行度の散布図を表示し、前記区分値を示す曲線を前記散布図に重ねて表示する表示ステップと、を含むことを特徴とする画像診断支援方法である。
本発明により、骨粗鬆症進行度の正常範囲と正常でない範囲を区分し、円滑な画像診断を支援する画像診断支援装置等を提供することができる。
画像診断支援システム1の概略構成を示す図 曲線表示処理の詳細を示すフローチャート 分布形の決定処理を説明する図 画面操作の手順を示すフローチャート 散布図表示画面の一例を示す図 散布図表示画面の一例を示す図
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
最初に、図1を参照しながら、本発明の画像診断支援装置を適用した画像診断支援システム1の構成について説明する。
図1に示すように、画像診断支援システム1は、病院等に設置され、画像診断支援装置3、医用画像撮影装置5、画像データベース7等が、ネットワーク9を介して接続されている。
画像診断支援装置3は、画像診断の支援を行うコンピュータである。
画像診断支援装置3は、CPU(Central Processing Unit)11、主メモリ12、記憶装置13、通信インタフェース(通信I/F)14、表示メモリ15、コントローラ16、表示装置17、マウス18、キーボード19等を備え、各部はバス20を介して接続されている。
CPU11は、主メモリ12または記憶装置13等に格納されるプログラムを主メモリ12のRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス20を介して接続された各部を駆動制御し、画像診断支援装置3が行う各種処理を実現する。
CPU11は、複数の受診者に対して、受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出する。
骨粗鬆症進行度は、濃度すかすか度、濃度欠落度、濃度欠損度など、骨粗鬆症の進行度を示すものであれば、どのような呼び方でも良い。
骨粗鬆症進行度の算出は、特開2007−502607号公報(特許文献2)に記載の方法によって行う。例えば、医用画像は、受診者の対象部位(脊椎海綿骨)について収集した複数の断層像(CT画像)とする。CPU11は、例えば、骨の空洞部分の平均面積を用いて、骨粗鬆症進行度を定量化する。空洞部分の形や大きさは一定ではないので、「ランレングス」と「濃度差」を用いて近似する。すなわち、CPU11は、断層像をそれぞれX、Y、Z方向に走査して、空洞部分のX、Y、Z方向のランレングスの平均X_RL、Y_RL、Z_RLを算出し、X_RLとY_RLの積によって空洞部分の平均面積を算出し、平均面積とZ_RLの積によって空洞部分の平均体積を算出する。
断層像のスライス厚が例えば5〜10[mm]と厚い場合、Z_RLが算出できないので、濃度差ΔCTによって代用する。ΔCTは、海綿骨の平均CT値と低濃度領域の平均CT値との差によって算出する。そして、平均体積は、平均面積、定数及びΔCTとの積によって近似する。
骨粗鬆症進行度は、{海綿骨のCT値の(1画像内の)平均値(avCT)−CTc}の逆数に比例する。ここで、CTcは、マイクロCT等での測定結果に対応するように調整する実験値であるが、軟部組織のCT値(例えば90程度)で近似しても良い。
再構成規格化定数:S=1/海綿骨面積の(N枚画像間の)平均値、スライス厚規格化定数:T1(厚さ)、スライス厚規格化定数(T1)に依存した加算値定数:T2(厚さ)、とすると、骨粗鬆症進行度は、例えば、以下の数式に従って算出される。
(骨粗鬆症の進行度)=〔(X_RL×Y_RL×ΔCT)/{(avCT−CTc)×S}〕×T1(厚さ)+T2(厚さ)
また、CPU11は、横軸が受診者の年齢、縦軸が骨粗鬆症進行度の散布図に重ねて、骨粗鬆症進行度の正常範囲と正常でない範囲を区分する明確な基準となる複数の曲線を表示する曲線表示処理を実行する。
主メモリ12は、ROM(Read Only Memory)、RAM( Access Memory)等により構成される。ROMは、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。また、RAMは、ROM、記憶装置13等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、CPU11が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
記憶装置13は、HDD(ハードディスクドライブ)や他の記録媒体へのデータの読み書きを行う装置であり、CPU11が実行するプログラム、プログラムの実行に必要なデータ、OS(オペレーティングシステム)等が格納される。プログラムに関しては、OSに相当する制御プログラムや、後述する処理を実行するためのアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、CPU11により必要に応じて読み出されて主メモリ12のRAMに移され、各種の手段として実行される。
通信I/F14は、通信制御装置、通信ポート等を有し、画像診断支援装置3とネットワーク9との通信を媒介する。また通信I/F14は、ネットワーク9を介して、画像データベース7や、他のコンピュータ、或いは、医用画像撮影装置5等との通信制御を行う。
表示メモリ15は、CPU11から入力される表示データを一時的に蓄積するバッファである。蓄積された表示データは所定のタイミングで表示装置17に出力される。
表示装置17は、液晶パネル、CRTモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、表示メモリ15を介してCPU11に接続される。表示装置17はCPU11の制御により表示メモリ15に蓄積された表示データをディスプレイ装置に表示する。
コントローラ16は、マウス18をバス20に接続させるためのインタフェースであり、マウス18とのデータの送受信を行う。
マウス18、キーボード19は、入力装置であり、ユーザからの指示を受け付けて、データの入力を行う。
ユーザは、表示装置17、マウス18、キーボード19等を使用して対話的に画像診断支援装置3を操作する。
ネットワーク9は、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)、イントラネット、インターネット等の各種通信網を含み、画像診断支援装置3、医用画像撮影装置5、画像データベース7等の通信接続を媒介する。
画像データベース7は、医用画像撮影装置5によって撮影された医用画像を蓄積して記憶するものであり、例えば病院や医療センター等のサーバ等に設けられる。
図1に示す画像処理システム1では、画像データベース7はネットワーク9を介して画像診断支援装置3に接続される構成であるが、画像診断支援装置3の記憶装置13に画像データベース7を設けるようにしてもよい。
医用画像撮影装置5は、本発明の実施の形態ではX線CT装置であり、受診者の対象部位(脊椎海綿骨)を撮影し、複数の断層像(CT画像)を再構成する為の画像を撮影する。
次に、図2、図3を参照しながら、画像診断支援装置3による曲線表示処理について説明する。
図3(a)は、横軸を受診者の年齢、縦軸を骨粗鬆症進行度とした散布図31を示している。図3(a)では、プロットした点が重複し、複数のデータが1つの点のように見える箇所が存在する。特に、骨粗鬆症進行度が1〜3の範囲に数多く存在する。実際には、散布図31は、約1000名のデータをプロットしたものであり、骨粗鬆症進行度が1〜3の範囲にデータが集中している例となっている。
図3(b)は、横軸(一方の軸)を頻度、縦軸(前記軸と直交する他の軸)を骨粗鬆症進行度とした受診者の年齢ごとのヒストグラム32を示している。ここで、散布図31の縦軸が骨粗鬆症進行度である為、視覚的に理解し易いように、ヒストグラム32においても、縦軸を骨粗鬆症進行度として図示している。尚、ヒストグラム32の刻み幅は、図3(b)の例に限定されるものではない。
また、図3(b)は、図2に示す処理によって決定される分布形37もヒストグラム32に重ねて示している。
画像診断支援装置3は、図2に示す処理を行う前提として、図3(a)に示す散布図31のデータを記憶装置13に記憶している。
図2に示すように、画像診断支援装置3のCPU11は、処理対象年齢を選択する(S21)。図3(a)に示す例では、処理対象年齢を直線33によって示しており、処理対象年齢は62歳である。
次に、CPU11は、骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値(最頻値:モード)を基準値として決定する(S22)。ここで、誤解が生じないように敢えて記載すると、基準値は、頻度を示す値ではなく、骨粗鬆症進行度を示す値である。図3(b)に示す例では、基準値を直線34によって示している。
次に、CPU11は、基準値以下のデータに基づいて、全体の頻度のばらつきを示す分布形を決定する(S23)。図3(b)に示す例では、基準値以下のデータは、左中括弧35によって示す範囲である。
CPU11は、基準値以下のデータのみを用いて、基準値に対して対称(図3(b)では上下対称)の分布形を決定する。例えば、分布形を正規分布とする場合、CPU11は、基準値を平均値μとし、基準値以下のデータのみを用いて分散σを算出する。基準値以下のデータをdi(i=1、・・・、n)(diは骨粗鬆症進行度を示す値)とすると、分散σは次式によって算出される。
Figure 0005537346
前述の説明では、分布形を正規分布としたが、本発明の技術的思想は、対称の分布形(例えば、ロジスティック分布など)であれば適用可能である。また、後述するように、骨粗鬆症進行度の正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値の算出に必要な値は、平均値μと分散σ(標準偏差σ)であるから、必ずしも分布関数を特定する必要はない。
図3(b)に示す例では、決定された分布形は、曲線37によって示している。尚、曲線37のうち、実線によって示す部分は、骨粗鬆症進行度が基準値以下の範囲の分布である。また、曲線37のうち、点線によって示す部分は、骨粗鬆症進行度が基準値より大きい範囲の分布である。いずれの部分も、左中括弧36によって示す範囲のデータとは無関係に、左中括弧35によって示す範囲のデータのみに基づいて決定されている。
前述のように分布形を決定した意義は、次の通りである。図3(b)を参照すれば分かるように、左中括弧36によって示す範囲は、左中括弧35によって示す範囲と比較して極端に長く、分布のばらつきが大きい。仮に、左中括弧36によって示す範囲のデータも用いて、通常の統計手法によって全体の頻度のばらつきを示す分布形を決定すると、平均値μと分散σは大きくなる。そして、例えば、(μ+σ)を正常範囲と正常でない範囲の区分値とする場合、正常でない受診者を誤って正常と判断してしまう可能性が高くなる。
そこで、本発明の実施の形態では、左中括弧36によって示す範囲(骨粗鬆症進行度が基準値より大きい範囲)のデータを用いず、左中括弧35によって示す範囲(骨粗鬆症進行度が基準値以下の範囲)のデータのみを用いて、分布形を決定している。
次に、CPU11は、パラメータを読み込んで、正常範囲と正常でない範囲の区分値を算出する(S24)。本発明の実施の形態では、S23において決定された分布形に基づいて、区分値を算出する。図3(b)に示す例では、区分値は、直線38a、38bによって示している。図3(b)に示すように、区分値は、1つだけでなく複数でも良い。例えば、直線38aによって示される区分値よりも骨粗鬆症進行度が大きい場合は「やや異常」、直線38bによって示される区分値よりも骨粗鬆症進行度が大きい場合は「異常」と判断するようにしても良い。
以下、区分値の算出方法について、2通りの方法を例示する。
1つ目の算出方法では、区分値は、基準値に分布形の標準偏差σの実数R(R≧0)倍を加えた値である。すなわち、区分値は、μ+Rσとなる。S24におけるパラメータは、実数Rである。
区分値は、直観的に分かり易いものが望ましい為、例えば、μ+σ、μ+2σ、μ+3σなどが考えられる。以下では、実数Rの特別な場合として、自然数Nを用いることにする。
2つ目の算出方法では、区分値は、基準値の頻度fを実数R(R≧1)によって除した値を頻度とする値であって、基準値より大きい値である。すなわち、区分値は、f/Rを頻度とする値であって、基準値より大きい値である。
S23によって決定された分布形は、対称であるから、頻度がf/Rとなる値(骨粗鬆症進行度)は、基準値より小さい値と大きい値の2つ存在する。但し、基準値より小さい値は正常範囲であるから、正常範囲と正常でない範囲の区分値は、基準値より大きい値となる。
区分値は、直観的に分かり易いものが望ましい為、例えば、頻度がf/2、f/4となる値などが考えられる。以下では、実数Rの特別な場合として、自然数Nを用いることにする。
次に、CPU11は、全年齢の処理が終了したかどうか確認する(S25)。処理が終了していない場合、CPU11はS21から繰り返す(S25のNo)。処理が終了している場合、CPU11はS26に進む(S25のYes)。
次に、CPU11は、横軸が受診者の年齢、縦軸が骨粗鬆症進行度の散布図を表示装置17に表示し(S26)、区分値を示す曲線を散布図に重ねて表示する(S27)。区分値を示す曲線は、例えば、S24において算出された複数の区分値を用いて、曲線あてはめ(カーブフィッティング)を行うことで算出する。曲線当てはめの手法は特に限定されないが、例えば、内挿(補間)や回帰分析などが考えられる。回帰分析で曲線を求める場合、曲線はデータを必ず通るわけではなく、曲線とデータ点群の距離が最小になるようにする。尚、必要に応じて、外挿(補外)を用いても良い。
前述の説明では、全年齢に対して同じ処理を行ったが、年齢ごとにパラメータを変えても良い。
また、図3(b)に示す例のように、データが少ない年齢層が存在する場合、データが充実している年齢層(図3(b)に示す例であれば、50歳〜65歳)のみ分布形を決定するようにしても良い。そして、データが充実している年齢層の分布形の分散σの平均を、データが少ない年齢層(図3(b)に示す例であれば、50歳以下および65歳以上)の分布形の分散σとしても良い。この場合、平均値μは、各年齢の基準値とする。
また、データが充実している年齢層のみ区分値を算出し、内挿(補間)や外挿(補外)を用いて、データが少ない年齢層の区分値を推定するようにしても良い。この場合、データが少ない年齢層の分布形は決定されない。
次に、図4から図6を参照しながら、画面表示の詳細について説明する。
図4に示すように、マウス16等を介して、図5に示す「Nσ設定」のラジオボタンが選択されると(S41)、CPU11は、選択結果をパラメータとして読み込み、区分値を示す曲線を算出する(S42)。区分値を示す曲線の算出処理は、図2、図3を参照して前述した通りである。
図5に示す例では、「σ」が選択されており、区分値は(μ+σ)である。
次に、CPU11は、区分値を示す曲線を散布図に重ねて表示装置17に表示する(S43)。
図5に示す例では、曲線51が区分値を示す曲線、すなわち、(μ+σ)を示す曲線である。また、曲線52は、分布形の平均値μを示す曲線、すなわち、基準値を示す曲線である。また、曲線53は、分布形の平均値μから標準偏差σを引いた値を示す曲線、すなわち、(μ−σ)を示す曲線である。
CPU11は、基準値を示す曲線および(μ−σ)を示す曲線についても、区分値を示す曲線と同様、S23によって決定される分布形に基づいて算出する。
図5に示すように、区分値を示す曲線(曲線51)を表示することで、正常範囲と正常でない範囲の区分が容易となる。また、基準値を示す曲線(曲線52)や(μ−σ)を示す曲線(曲線53)も合わせて表示することで、相対的な骨粗鬆症の進行度を直感的に把握することができる。
前述の説明では、区分値は「基準値に分布形の標準偏差σのN倍を加えた値」としたが、区分値が「基準値の頻度fをNによって除した値を頻度とする値であって基準値より大きい値」の場合にも、同様にNの選択が可能である。
また、図5に示す例では、散布図として、全ての受診者のデータを表示しているが、画面表示はこの例に限定されない。例えば、散布図として、特定の受診者の経年変化を表示するようにしても良い。
図6に示す例では、特定の受診者の3年分の経年変化を表示している。点61、62、63は、それぞれ、48歳時、49歳時、50歳時の骨粗鬆症進行度を示している。図6に示すように、特定の受診者の経年変化(点61、62、63)に重ねて区分値を示す曲線(曲線51)、基準値を示す曲線(曲線52)、(μ−σ)を示す曲線(曲線53)を表示することで、相対的な骨粗鬆症進行度の変化率を把握することができる。例えば、正常範囲の受診者であっても、骨粗鬆症進行度の変化率が、基準値を示す曲線の変化率よりも大きい場合には「要注意」と判断するようにしても良い。
以上、本発明の実施の形態では、画像診断支援装置3のCPU11が、複数の受診者に対して、受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出し、受診者の年齢ごとに、骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値を基準値とし、基準値以下のデータに基づいて全体の頻度のばらつきを示す対称の分布形を決定し、受診者の年齢ごとに、決定された分布形に基づいて正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値を算出し、横軸(一方の軸)が受診者の年齢、縦軸(前記軸と直交する他の軸)が骨粗鬆症進行度の散布図を表示し、区分値を示す曲線を散布図に重ねて表示する。これによって、骨粗鬆症進行度の正常範囲と正常でない範囲を区分し、円滑な画像診断を支援することができる。
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像診断支援装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1………画像診断支援システム
3………画像診断支援装置
5………医用画像撮影装置5
7………画像データベース
9………ネットワーク
11………CPU
12………主メモリ
13………記憶装置
14………通信I/F
15………表示メモリ
16………コントローラ
17………表示装置
18………マウス
19………キーボード
20………バス
31………散布図
32………ヒストグラム

Claims (6)

  1. 骨粗鬆症の画像診断を支援する画像診断支援装置であって、
    複数の受診者に対して、前記受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出する第1の算出手段と、
    前記受診者の年齢ごとに、前記骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値を基準値とし、前記基準値以下のデータに基づいて全体の頻度のばらつきを示す対称の分布形を決定する決定手段と、
    前記受診者の年齢ごとに、前記分布形に基づいて正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値を算出する第2の算出手段と、
    一方の軸が受診者の年齢、前記軸と直交する他の軸が前記骨粗鬆症進行度の散布図を表示し、前記区分値を示す曲線を前記散布図に重ねて表示する表示手段と、
    を具備することを特徴とする画像診断支援装置。
  2. 前記区分値は、前記基準値に前記分布形の標準偏差の実数倍を加えた値であることを特徴とする請求項1に記載の画像診断支援装置。
  3. 前記区分値は、前記基準値の頻度を実数によって除した値を頻度とする値であって、基準値より大きい値であることを特徴とする請求項1に記載の画像診断支援装置。
  4. 前記実数を選択する選択手段、を更に具備することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の画像診断支援装置。
  5. 前記表示手段は、前記散布図として、特定の受診者の経年変化を表示することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像診断支援装置。
  6. 骨粗鬆症の画像診断を支援する画像診断支援方法であって、
    複数の受診者に対して、前記受診者ごとに医用画像から骨粗鬆症進行度を算出する第1の算出ステップと、
    前記受診者の年齢ごとに、前記骨粗鬆症進行度の頻度が最も高い値を基準値とし、前記基準値以下のデータに基づいて全体の頻度のばらつきを示す対称の分布形を決定する決定ステップと、
    前記受診者の年齢ごとに、前記分布形に基づいて正常範囲と正常でない範囲を区分する区分値を算出する第2の算出ステップと、
    一方の軸が受診者の年齢、前記軸と直交する他の軸が前記骨粗鬆症進行度の散布図を表示し、前記区分値を示す曲線を前記散布図に重ねて表示する表示ステップと、
    を含むことを特徴とする画像診断支援方法。
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