JP5573674B2 - 医用画像処理装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、医用画像処理装置及びプログラムに関する。

従来、医用画像を画像解析することで、病変の可能性が高い画像領域を病変候補として検出する医用画像処理装置が開発されている。このような医用画像処理装置はＣＡＤ（Computer-Aided Diagnosis）と呼ばれている。ＣＡＤによれば、病変候補の検出結果を客観的な判断材料として医師に提供し、医師の読影作業の負担を軽減することができる。

胸部を撮影した医用画像については、間質性疾患と呼ばれる肺疾患について検出を行う方法が多々開示されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。間質性疾患が生じた画像領域は、一般にＸ線画像上ではすりガラス様の陰影、具体的には一様に白くぼやっとした陰影であることが特徴的である。ＣＡＤでは、このような特徴を有する画像領域を画像解析によって検出するのである。例えば、フーリエスペクトルによる特徴量や、濃度共起行列等のテクスチャ特徴量を用いて病変候補を検出する方法の他、上記特許文献２にも記載されているように人工ニューラルネットワークにより特徴量解析を行って間質性疾患の病変候補を検出するという方法がある。
特開平６−２３７９２５号公報 特開平１０−１７１９１０号公報 米国特許第５３１９５４９号

一方で、医師の間では、肋骨により囲まれる肺野領域、つまり肋間領域を左右で比較し、右の方が異常に面積が大きい等、左右で差があれば病変の可能性を疑うといった読影方法も一般的である。左右何れかの肺に病変が有る場合、正常の場合に比べて呼気量や吸気量に変化が生じ、肋間領域の大きさが左右の肺で異なるようになるからである。
従来、このような医師のアプローチに沿った方法で病変候補を検出するＣＡＤはなかった。

本発明の課題は、左右の肋間領域の大きさの差に基づいて病変候補の検出を行うことである。

請求項１に記載の発明によれば、
医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、前記左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求め、求めた各肋間領域の大きさを示す特徴量を算出し、前記複数の肋間領域のうち左右で対応する肋間領域の組合せ毎に前記算出された特徴量の差が大きいか否かを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する候補検出手段と、
表示手段と、
前記病変候補の検出結果を前記表示手段に表示する制御手段と、を備え、
前記特徴量は、肋間距離であり、
前記候補検出手段は、左右の肺野領域について、それぞれの肺野領域を左右に分割する基準線を設定し、前記求められた各肋間領域において前記設定された基準線上の距離を肋間距離として算出する医用画像処理装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、
前記制御手段は、前記病変候補の検出結果とともに、各肋間領域についての肋間距離の算出結果を表示する請求項１に記載の医用画像処理装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、
コンピュータを、
医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、前記左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求め、求めた各肋間領域の大きさを示す特徴量を算出し、前記複数の肋間領域のうち左右で対応する肋間領域の組合せ毎に前記算出された特徴量の差が大きいか否かを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する候補検出手段、
前記病変候補の検出結果を表示手段に表示する制御手段、として機能させるためのプログラムであって、
前記特徴量は、肋間距離であり、
前記候補検出手段は、左右の肺野領域について、それぞれの肺野領域を左右に分割する基準線を設定し、前記求められた各肋間領域において前記設定された基準線上の距離を肋間距離として算出するプログラムが提供される。

請求項４に記載の発明によれば、
前記制御手段は、前記病変候補の検出結果とともに、各肋間領域についての肋間距離の算出結果を表示する請求項３に記載のプログラムが提供される。

本発明によれば、左右の肋間領域の大きさの差に基づいて病変候補の検出を行うことができる。また、病変候補の検出結果を情報提供することができ、医師の読影作業を支援することができる。

第１又は第２の実施形態に係る医用画像処理装置の機能的構成を示す図である。 第１の実施形態に係る医用画像処理装置により実行される処理を示すフローチャートである。 肺野領域の抽出方法を説明する図である。 肺野領域、肋骨領域、肋間領域を示す図である。 基準線の設定方法を説明する図である。 病変候補の検出結果及び肋間距離の算出結果の表示例である。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置により実行される処理を示すフローチャートである。 病変候補の検出結果及び肋間領域の面積の算出結果の表示例である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

〈第１の実施形態〉
第１の実施形態では、肋間領域の大きさを示す特徴量として肋間距離を算出する例について説明する。
図１に、第１の実施形態に係る医用画像処理装置の機能的構成を示す。
図１に示すように、第１の実施形態に係る医用画像処理装置は、制御部１１、操作部１２、表示部１３、通信部１４、記憶部１５、候補検出部１６を備えて構成されている。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成される制御手段である。制御部１１は、記憶部１５に記憶されているプログラムとの協働により各種処理を実行する。処理において制御部１１は各種演算を行うとともに各部の動作を集中制御する。
例えば、候補検出部１６から病変候補の検出結果が入力されると、制御部１１は当該検出結果を示す表示画面を表示部１３に表示させる。

操作部１２はキーボードやマウス、表示部１３と一体に構成されたタッチパネル等を備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部１１に出力する。
表示部１３はディスプレイ等を備える表示手段であり、制御部１１の表示制御に従って医用画像や病変候補の検出結果等を表示する。

通信部１４は通信用のインターフェイスを備え、ネットワークに接続された外部機器と通信を行う。例えば、通信部１４は医用画像を撮影する撮影装置から病変候補の検出対象とする医用画像を受信する。また、通信部１４は医用画像を管理するサーバに、医用画像とともに当該医用画像に対する病変候補の検出結果を送信する。

記憶部１５はハードディスク等のメモリから構成され、プログラムやパラメータ等を記憶する。また、記憶部１５は病変候補の検出対象である医用画像を記憶する。

候補検出部１６は、医用画像のデータを用いて、医用画像に含まれる病変候補を検出する候補検出手段である。病変候補の検出結果の情報は制御部１１に出力される。病変候補の検出処理は、検出処理用のプログラムを記憶部１５に記憶しておき、当該記憶されたプログラムとＣＰＵとの協働によるソフトウェア処理によって実現することができる。或いは、検出処理用のハードウェア回路を構築し、当該ハードウェア回路によって実現することとしてもよい。

次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る医用画像処理装置により実行される処理について説明する。
医用画像処理装置では、最初に候補検出部１６によって病変候補の検出処理が行われる。
図２に示すように、候補検出部１６は医用画像から左右の肺野領域を抽出する（ステップＳ１１）。肺野領域の抽出方法としては特に限定せず、公知の方法を適用することができる。例えば、特許第２９８７６３３号に開示されているように、Ｘ線画像において肺野領域は左右の肺部分の画像濃度が周辺より高濃度となる。よって、候補検出部１６は図３に示すように医用画像を左右方向に走査して走査線上の濃度ヒストグラムを作成し、その濃度ヒストグラムの形状や面積から肺野領域に該当する高濃度領域の画像領域を求める。そして、候補検出部１６はその高濃度領域の画像領域を肺野領域として抽出する。

或いは、特開２００３−６６６１号公報に開示されているように、候補検出部１６において標準的な肺野領域の輪郭を定めたテンプレートを用いてテンプレートマッチングを行うことにより肺野領域の輪郭を検出し、その輪郭内の肺野領域を抽出することもできる。

次に、候補検出部１６は医用画像から肋骨領域を抽出する（ステップＳ１２）。肋骨領域の抽出方法についても特に限定せず、公知の方法を適用することができる。例えば、特開平５−１７６９１９号公報や米国特許第５６６８８８８号に開示されているように、候補検出部１６においてＸ線画像の肺野領域において上下方向（頭−足の方向）にいくつもの輪郭線を定め、この輪郭線を予め定められたモデル関数にあてはめることで肋骨領域の輪郭部分を推定する。

そして、候補検出部１６においてこの推定された輪郭部分に処理対象とする画像領域を複数定め、Ｓｏｂｅｌオペレータによって画像領域内の各画素の勾配とその勾配に対応する方位とを求め、求めた勾配のうちの最大値をその画像領域の勾配とする。各画像領域の勾配と方位を座標として座標空間にプロットすると、座標空間では肋骨の上縁、下縁、肋骨の辺縁内部、肋骨以外といったように同じ勾配の特徴を持つ画像領域毎に集合が形成される。よって、候補検出部１６は座標空間において肋骨の上縁、下縁等の辺縁に分類される画像領域を肋骨領域の輪郭とし、この輪郭により囲まれる領域を肋骨領域として抽出する。

次いで、候補検出部１６は、抽出された肋骨領域に囲まれる複数の肺野領域を、それぞれ肋間領域と決定する（ステップＳ１３）。例えば、図４に示すように医用画像から肺野領域及び肋骨領域が抽出された場合、候補検出部１６はまず肺野領域と肋骨領域の差分領域を求める。次に、候補検出部１６は標準的な肋間領域の位置が定められたテンプレートと差分領域とを照合し、テンプレートで定められた肋間領域と略一致する差分領域を肋間領域とする。これにより、肺野領域であって肋骨領域によって囲まれる複数の画像領域（図４に示す斜線部分）が肋間領域に決定される。

次いで、候補検出部１６は、抽出された左右の肺野領域のそれぞれについて基準線を設定する（ステップＳ１４）。基準線とは肋間距離を算出する基準として用いられる線である。
基準線としては、左右の肺野領域のそれぞれを、左右方向に２分割する中心線を用いることができる。中心線を用いる場合、候補検出部１６は図５に示すように左右の肺野領域のそれぞれにおいて左右方向の直線距離を算出し、その直線距離を２分する中点を求める。候補検出部１６はこの中点を求める処理を肺野領域の上端部から下端部まで一定間隔毎に行い、算出された各中点を結ぶ近似曲線を中心線として求める。

或いは、右の肺野領域であれば中心線よりも右寄りに基準線を設定し、左の肺野領域であれば中心線よりも左寄りに基準線を設定することとしてもよい。例えば、上記の方法により算出した中心線を左方向又は右方向に所定距離だけシフトさせた線を基準線としてもよい。また、上記中心線を求める方法において、直線距離を２分する中点ではなく、３：１の割合（背骨側が３の割合）に分ける点を結んだ３／４線を基準線としてもよい。この３／４線を基準線とする場合、図５に示すように、基準線の位置は右の肺野領域であれば中心線よりも右寄りに、左の肺野領域であれば中心線よりも左寄りになる。

このように、右肺であれば右寄り、左肺であれば左寄りに基準線を設定し、その基準線によって肋間距離を算出するのは、左右の肋間領域の比較を容易にするためである。吸気時、肺は膨張するが、背骨付近よりも胸壁付近の方が膨張の度合いが大きい。よって、吸気時に胸部を正面から撮影した医用画像の場合、胸壁付近で肋間距離を算出した方が、病変が生じているときの左右の肋間領域の肋間距離の差が生じやすく、左右の肋間領域を比較する上で比較しやすいものとなる。

次いで、候補検出部１６は、各肋間領域において設定されている基準線上の距離を、肋間距離としてそれぞれ算出する（ステップＳ１５）。
肋間距離が算出されると、候補検出部１６は左右で対応する肋間領域の組合せのうち、肋間距離の差が大きい組合せに係る肋間領域を、病変候補の領域として検出する（ステップＳ１６）。左右で対応する肋間領域の組合せとは、左右の肺野領域でそれぞれ決定された複数の肋間領域のうち、上下方向の位置が同程度の肋間領域の組合せをいう。例えば、図５に示すように、肺野領域上端から各肋間領域に設定された基準線までの最短の距離を制御部１１がそれぞれ算出し、算出した距離が左右で近い肋間領域の組合せを求めればよい。制御部１６は組合せに係る肋間領域について肋間距離の差を算出し、差が閾値以上となる場合に差が大きいと判断する。閾値は４ｍｍ等、任意に設定することができる。

病変候補の検出結果の情報は、各肋間領域の距離の算出結果の情報とともに、候補検出部１６から制御部１１に出力される。
制御部１１は、候補検出部１６から情報を受けると病変候補の検出結果とともに、肋間距離の算出結果を表示部１３に表示する（ステップＳ１７）。

図６に、表示例を示す。
図６に示すように、制御部１１は医用画像ｄ１１を表示し、この医用画像ｄ１１上に病変候補の領域として検出された肋間領域を指し示す矢印のマーカを表示する。また、制御部１１はこの肋間領域においてそれぞれ算出された肋間距離を示す数字と、その肋間距離が算出された基準線部分を示す矢印を表示する。さらに、制御部１１は、左右で肋間距離に差がある肋間領域があることを通知する情報ｄ１２を表示し、病変候補の領域として検出された、対応する左右の肋間領域の組合せ毎に、肋間距離の差の情報ｄ１３を表示する。

なお、図６の表示例では病変候補として検出された肋間領域のみ肋間距離を示す数字を表示しているが、指示に応じて全ての肋間領域について肋間距離を示す数字を表示する構成としてもよい。例えば、全ての肋間領域について肋間距離を表示する指示操作がなされた場合、制御部１１は全ての肋間領域について図６に示したような肋間距離と、その肋間距離が算出された基準線部分を示す矢印とを表示する表示画面に切り替えればよい。切り替えられた表示により、医師は各肋間領域について肋間距離を把握することができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、候補検出部１６が医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、前記左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求める。また、候補検出部１６が左右の肺野領域において基準線を設定し、各肋間領域において前記設定された基準線上の距離を肋間距離として算出する。候補検出部１６は、左右で対応する肋間領域の組合せ毎に肋間距離の差が大きい組合せを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する。これにより、左右の肋間領域の大きさの差に基づいて病変候補の検出を行うことができる。

制御部１１は病変候補の検出結果を表示部１３に表示するので、客観的な参考情報として医師に情報提供することができ、医師の読影作業を支援することができる。
また、制御部１１は病変候補の検出結果とともに各肋間領域について肋間距離の算出結果を表示する。肋間距離は肋間領域の大きさを示す指標であるので、医師は肋間距離の情報を参照することにより、左右の肋間領域の大きさの比較を客観的かつ容易に行うことができる。

〈第２の実施形態〉
第２の実施形態では、肋間領域の大きさを示す特徴量として肋間領域の面積を算出する例について説明する。
第２の実施形態に係る医用画像処理装置の構成は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置と同じである。すなわち、第２の実施形態に係る医用画像処理装置は、図１に示すように制御部１１、操作部１２、表示部１３、通信部１４、記憶部１５、候補検出部１６を備えて構成されている。

以下、図７を参照して、第２の実施形態に係る医用画像処理装置により実行される処理について説明する。
医用画像処理装置では、最初に候補検出部１６によって病変候補の検出処理が行われる。
図７に示すように、候補検出部１６は医用画像から左右の肺野領域を抽出する（ステップＳ２１）。また、候補検出部１６は医用画像から肋骨領域を抽出する（ステップＳ２２）。肺野領域、肋骨領域の抽出方法は、第１の実施形態で説明した通りである。

次いで、候補検出部１６は、図４に示すように抽出された肋骨領域に囲まれる複数の肺野領域を、それぞれ肋間領域と決定する（ステップＳ２３）。肋間領域が決定されると、候補検出部１６は各肋間領域の面積をそれぞれ算出する（ステップＳ２４）。ここでは、簡便に面積を示すため、候補検出部１６は肋間領域を構成する画素数を面積として求める。
なお、求めた画素数と１画素分の面積とを乗じた値を面積として求めてもよい。この場合、実際の面積に近い値により情報提供することができる。

次いで、候補検出部１６は、左右で対応する肋間領域の組合せのうち、面積の差が大きい肋間領域の組合せを、病変候補の領域として検出する（ステップＳ２５）。具体的には、制御部１６は左右で対応する肋間領域の組合せ毎に面積の差を算出し、差が閾値以上となる場合に面積の差が大きいと判断する。閾値は任意に設定することができる。

病変候補の検出結果の情報は、各肋間領域の面積の算出結果の情報とともに、候補検出部１６から制御部１１に出力される。
制御部１１は、候補検出部１６から情報を受けると病変候補の検出結果とともに、肋間領域の面積の算出結果を表示部１３に表示する（ステップＳ２６）。

図８に、表示例を示す。
図８に示すように、制御部１１は医用画像ｄ２１を表示し、この医用画像ｄ２１上に病変候補の領域として検出された肋間領域を指し示す矢印のマーカを表示し、この肋間領域においてそれぞれ算出された面積を示す数字を表示する。また、制御部１１は、左右で面積に差がある肋間領域があることを通知する情報ｄ２２を表示し、病変候補の領域として検出された、対応する左右の肋間領域の組合せ毎に、面積の差の情報ｄ２３を表示する。

なお、図８の表示例では病変候補として検出された肋間領域のみ面積を示す数字を表示しているが、指示に応じて全ての肋間領域について面積を示す数字を表示する構成としてもよい。例えば、全ての肋間領域について面積を表示する指示操作がなされた場合、制御部１１は全ての肋間領域について図８に示したような方法で面積を表示する表示画面に切り替えればよい。切り替えられた表示により、医師は各肋間領域について面積を把握することができる。

以上のように、第２の実施形態によれば、候補検出部１６が医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求め、各肋間領域の面積を算出する。また、候補検出部１６は、左右で対応する肋間領域の組合せ毎に肋間領域の面積の差が大きい組合せを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する。これにより、左右の肋間領域の大きさの差に基づいて病変候補の検出を行うことができる。

制御部１１は病変候補の検出結果を表示部１３に表示するので、客観的な参考情報として医師に情報提供することができ、医師の読影作業を支援することができる。
また、制御部１１は病変候補の検出結果とともに各肋間領域について肋間領域の面積の算出結果を表示する。面積は肋間領域の大きさを示す指標であるので、医師は肋間領域の面積の情報を参照することにより、左右の肋間領域の大きさの比較を客観的かつ容易に行うことができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としては、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＣＤ-ＲＯＭ等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)も本発明に適用される。

画像処理の分野において利用することが可能であり、医用画像を画像解析し、病変候補の領域を検出する医用画像処理装置に適用することができる。

符号の説明

１１ 制御部
１２ 操作部
１３ 表示部
１４ 通信部
１５ 記憶部
１６ 候補検出部

Claims (4)

1. 医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、前記左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求め、求めた各肋間領域の大きさを示す特徴量を算出し、前記複数の肋間領域のうち左右で対応する肋間領域の組合せ毎に前記算出された特徴量の差が大きいか否かを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する候補検出手段と、
   表示手段と、
   前記病変候補の検出結果を前記表示手段に表示する制御手段と、を備え、
   前記特徴量は、肋間距離であり、
   前記候補検出手段は、左右の肺野領域について、それぞれの肺野領域を左右に分割する基準線を設定し、前記求められた各肋間領域において前記設定された基準線上の距離を肋間距離として算出する医用画像処理装置。
2. 前記制御手段は、前記病変候補の検出結果とともに、各肋間領域についての肋間距離の算出結果を表示する請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. コンピュータを、
   医用画像に含まれる左右の肺野領域及び肋骨領域を抽出し、前記左右の肺野領域のそれぞれについて肋骨領域により囲まれる複数の肋間領域を求め、求めた各肋間領域の大きさを示す特徴量を算出し、前記複数の肋間領域のうち左右で対応する肋間領域の組合せ毎に前記算出された特徴量の差が大きいか否かを閾値により判断し、差が大きいと判断された組合せに係る肋間領域を病変候補の領域として検出する候補検出手段、
   前記病変候補の検出結果を表示手段に表示する制御手段、として機能させるためのプログラムであって、
   前記特徴量は、肋間距離であり、
   前記候補検出手段は、左右の肺野領域について、それぞれの肺野領域を左右に分割する基準線を設定し、前記求められた各肋間領域において前記設定された基準線上の距離を肋間距離として算出するプログラム。
4. 前記制御手段は、前記病変候補の検出結果とともに、各肋間領域についての肋間距離の算出結果を表示する請求項３に記載のプログラム。

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