JP5640280B2 - Osteoporosis diagnosis support device and osteoporosis diagnosis support program - Google Patents

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Description

本発明は、骨粗鬆症診断支援装置及び骨粗鬆症診断支援プログラムに関する。   The present invention relates to an osteoporosis diagnosis support apparatus and an osteoporosis diagnosis support program.

高齢者人口の増加に伴い、骨粗鬆症を判別する装置が求められている。特許文献1には、X線画像に写った下顎の皮質骨の厚みから骨粗鬆症を判別する骨粗鬆症診断支援装置が開示されている。   With the increase in the elderly population, there is a need for a device that discriminates osteoporosis. Patent Document 1 discloses an osteoporosis diagnosis support apparatus that discriminates osteoporosis from the thickness of the cortical bone of the lower jaw shown in an X-ray image.

国際公開第2006/043523号International Publication No. 2006/043523

しかしながら、特許文献1の骨粗鬆症診断支援装置は、下顎の一箇所のみで皮質骨の厚みを測定しているため、皮質骨厚の測定精度があまり高くない。そのため、場合によっては、誤差の大きい測定結果を基に骨粗鬆症と誤って判別してしまうという問題がある。   However, since the osteoporosis diagnosis support apparatus of Patent Document 1 measures the thickness of the cortical bone only at one part of the lower jaw, the measurement accuracy of the cortical bone thickness is not so high. Therefore, in some cases, there is a problem in that it is erroneously determined as osteoporosis based on a measurement result having a large error.

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、高精度に皮質骨等の骨の厚みを測定できる骨粗鬆症診断支援装置及び骨粗鬆症診断支援プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described matters, and an object thereof is to provide an osteoporosis diagnosis support apparatus and an osteoporosis diagnosis support program that can measure the thickness of bone such as cortical bone with high accuracy.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る骨粗鬆症診断支援装置は、
X線画像に帯状に写った皮質骨と他の部分との2本の境界線を特定する境界線特定手段と、
前記境界線上に設けた複数の点に基づいて、前記境界線に近似する直線または曲線である近似線を求める近似線算出手段と、
前記近似線上に複数の測定点を設定し、設定した前記測定点からそれぞれ前記近似線の法線方向に伸ばした測定補助線上において前記2本の境界線間の距離を測定し、複数の測定値を取得する測定値群取得手段と、
前記測定値に基づいて皮質骨の厚みを算出する皮質骨厚算出手段と、
前記皮質骨厚算出手段で算出した皮質骨の厚みに基づいて骨粗鬆症を判別する骨粗鬆症判別手段と、を備える、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an osteoporosis diagnosis support apparatus according to the first aspect of the present invention provides:
Boundary line specifying means for specifying two boundary lines between cortical bone and other portions reflected in a band shape in an X-ray image;
Based on a plurality of points provided on the boundary line, approximate line calculating means for obtaining an approximate line that is a straight line or a curve that approximates the boundary line;
A plurality of measurement points are set on the approximate line, a distance between the two boundary lines is measured on a measurement auxiliary line extending from the set measurement point in a normal direction of the approximate line, and a plurality of measurement values are measured. Measurement value group acquisition means for acquiring
Cortical bone thickness calculating means for calculating the thickness of cortical bone based on the measured value;
Osteoporosis discriminating means for discriminating osteoporosis based on the cortical bone thickness calculated by the cortical bone thickness calculating means,
It is characterized by that.

前記境界線特定手段は、
前記X線画像の濃淡を基に皮質骨部分とその他の背景部分とを特定する皮質骨部分特定手段と、
前記皮質骨部分に属する画素それぞれについて前記背景部分までの最短距離を算出し、算出した前記最短距離と該当画素とを関連づける最短距離取得手段と、
前記最短距離の極大値を追跡することによって、皮質骨の中心線を求める中心線取得手段と、
前記中心線上に設けた複数の点を中心点とした複数の円の包絡線を前記境界線として取得する境界線取得手段と、を備え、
前記境界線取得手段は、
前記中心点に位置する画素に関連付けられた前記最短距離をそれぞれの円の半径とすることが望ましい。
The boundary line specifying means includes:
Cortical bone part specifying means for specifying a cortical bone part and other background parts based on the density of the X-ray image;
For each pixel belonging to the cortical bone part, to calculate the shortest distance to the background part, the shortest distance acquisition means for associating the calculated shortest distance and the corresponding pixel,
By tracking the maximum value of the shortest distance, centerline acquisition means for obtaining the centerline of cortical bone,
Boundary line acquisition means for acquiring, as the boundary line, envelopes of a plurality of circles centered on a plurality of points provided on the center line,
The boundary line acquisition means includes
It is desirable that the shortest distance associated with the pixel located at the center point is a radius of each circle.

前記皮質骨厚算出手段は、
前記複数の測定値から、測定値域とその出現回数とのヒストグラムを取得する手段と、
前記ヒストグラムの前記値域に複数の区分を設け、前記区分に基づいて前記ヒストグラムを分割するヒストグラム分割手段と、
分割された複数のヒストグラムのうち、出現回数の合計が最大となるヒストグラムを選択する手段と、
選択された前記出現回数の合計が最大となるヒストグラムにおいて測定値の期待値を算出し、算出した期待値を皮質骨の厚みとして取得する手段と、を備え、
前記ヒストグラム分割手段は、
ヒストグラム分割後に、出現回数の合計が最大となるヒストグラムと、出現回数の合計が2番目に大きいヒストグラムとの、出現回数の合計の差が最大となるように、区分の数を設定することが望ましい。
The cortical bone thickness calculating means includes
Means for obtaining a histogram of the measurement value range and the number of occurrences thereof from the plurality of measurement values;
A plurality of sections in the range of the histogram, and a histogram dividing means for dividing the histogram based on the sections;
Means for selecting a histogram having the maximum total number of appearances among the plurality of divided histograms;
A means for calculating an expected value of a measured value in a histogram in which the sum of the selected number of appearances is maximum, and obtaining the calculated expected value as a thickness of cortical bone, and
The histogram dividing means includes
It is desirable to set the number of divisions so that the difference in the total number of appearances between the histogram having the maximum total number of appearances and the histogram having the second largest total number of appearances after the histogram division is maximized. .

前記皮質骨厚算出手段は、
前記複数の測定値の平均値を皮質骨の厚みとして取得する手段、を備え、
前記骨粗鬆症判別手段は、
前記皮質骨厚算出手段で取得した皮質骨の厚みと、前記測定値の分散値とに基づいて骨粗鬆症を判別することが望ましい。
The cortical bone thickness calculating means includes
Means for obtaining an average value of the plurality of measured values as the thickness of the cortical bone,
The osteoporosis discrimination means is
It is desirable to discriminate osteoporosis based on the cortical bone thickness acquired by the cortical bone thickness calculating means and the dispersion value of the measured value.

前記ヒストグラム分割手段は、
前記複数の測定値の取りうる数値を、所定の数の集合にそれぞれランダムに関連づけ、複数の集合を取得する集合取得手段と、
前記複数の集合のそれぞれについて、測定値と測定値出現回数とを乗じた値の集合内合計を求め、期待値とする期待値取得手段と、
前記測定値の取りうる数値から1つを選んで、前記期待値と比較し、最も近い期待値を有する集合に選択した数値を再配分する操作を、全ての前記測定値の取りうる数値について行う再配分手段と、
前記期待値取得手段と前記再配分手段とを交互に繰り返して、前記再配分が起こらなくなるまで続ける繰り返し手段と、を備えることが望ましい。
The histogram dividing means includes
Set acquisition means for randomly associating numerical values of the plurality of measurement values with a predetermined number of sets, and acquiring a plurality of sets;
For each of the plurality of sets, an expected value acquisition means for obtaining a sum within a set of values obtained by multiplying the measured value and the number of times the measured value appears, and an expected value;
One of the numerical values that can be taken by the measured value is selected, compared with the expected value, and the operation of redistributing the selected numerical value to the set having the closest expected value is performed for all possible numerical values of the measured value. Redistribution means,
It is desirable to include a repeating unit that repeats the expected value acquisition unit and the redistribution unit alternately and continues until the redistribution does not occur.

前記近似線は、多項式で表現される直線または曲線であることが望ましい。   The approximate line is preferably a straight line or a curve expressed by a polynomial.

前記近似線は、2次関数で表現される曲線であってよい。   The approximate line may be a curve expressed by a quadratic function.

前記X線画像は、人の下顎部分が含まれる歯科パノラマX線画像であることが望ましい。   The X-ray image is preferably a dental panoramic X-ray image including a mandibular portion of a person.

上記目的を達成するため、本発明の第2の観点にかかる骨粗鬆症診断支援プログラムは、
X線画像に帯状に写った皮質骨と他の部分との2本の境界線を特定する境界線特定ステップと、
前記境界線上に設けた複数の点に基づいて、前記境界線に近似する直線または曲線である近似線を求める近似線算出ステップと、
前記近似線上に複数の測定点を設定し、設定した前記測定点からそれぞれ前記近似線の法線方向に伸ばした測定補助線上において前記2本の境界線間の距離を測定し、複数の測定値を取得する測定値群取得ステップと、
前記測定値に基づいて皮質骨の厚みを算出する皮質骨厚算出ステップと、
前記皮質骨厚算出ステップで算出した皮質骨の厚みに基づいて骨粗鬆症を判別する骨粗鬆症判別ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an osteoporosis diagnosis support program according to the second aspect of the present invention provides:
A boundary line specifying step for specifying two boundary lines between the cortical bone and the other part appearing in a band shape in the X-ray image;
An approximate line calculation step for obtaining an approximate line that is a straight line or a curve that approximates the boundary line based on a plurality of points provided on the boundary line;
A plurality of measurement points are set on the approximate line, a distance between the two boundary lines is measured on a measurement auxiliary line extending from the set measurement point in a normal direction of the approximate line, and a plurality of measurement values are measured. A measurement value group acquisition step for acquiring
Cortical bone thickness calculating step for calculating the thickness of cortical bone based on the measured value;
It is characterized by causing a computer to execute an osteoporosis determining step of determining osteoporosis based on the cortical bone thickness calculated in the cortical bone thickness calculating step.

本発明の骨粗鬆症診断支援装置及び骨粗鬆症診断支援プログラムによれば、高精度に皮質骨等の骨の厚みを測定できる。   According to the osteoporosis diagnosis support apparatus and the osteoporosis diagnosis support program of the present invention, the thickness of bones such as cortical bone can be measured with high accuracy.

本実施の形態に係る骨粗鬆症診断支援装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the osteoporosis diagnosis assistance apparatus which concerns on this Embodiment. 歯科パノラマX線画像の図である。It is a figure of a dental panoramic X-ray image. 本実施の形態に係る骨粗鬆症診断支援装置が行う診断支援処理の手順の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the procedure of the diagnostic assistance process which the osteoporosis diagnostic assistance apparatus which concerns on this Embodiment performs. 下顎骨領域抽出処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a mandible area extraction process. 下顎骨領域が選別され、2値化された画像を示す図である。It is a figure which shows the image which the mandible area | region was selected and binarized. 皮質骨輪郭明確化処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a cortical bone outline clarification process. 原画像を図5の2値化画像をマスクとして切り出し、ハイパスフィルタリングを適用してエッジ強調を行った画像を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an image obtained by cutting out an original image using the binarized image of FIG. 5 as a mask and applying edge enhancement by applying high-pass filtering. 8近傍の距離に基づいて、起点となる画素(黒)からの距離を表示した図である。It is the figure which displayed the distance from the pixel (black) used as the starting point based on the distance of 8 vicinity. 図7の画像に距離変換、ノイズ除去、2値化、モルフォロジカル・クロージングとオープニングを施した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which performed distance conversion, noise removal, binarization, morphological closing, and opening to the image of FIG. 皮質骨境界線特定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a cortical bone boundary line specific process. 図9の画像に距離変換を施した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which performed distance conversion to the image of FIG. 皮質骨中心線を表示した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which displayed the cortical bone centerline. 皮質骨中心線上の画素を中心として配置した円のうちのいくつかを表示した図である。より多くの円を配置した場合の、円とその内部が占める領域は、灰色で示されている。It is the figure which displayed some of the circles arranged centering on the pixel on the cortical bone center line. When more circles are placed, the circle and the area occupied by it are shown in gray. 皮質骨厚測定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a cortical bone thickness measurement process. 皮質骨境界線及びこれにあてはめを行った二次関数を表示した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which displayed the cortical bone boundary line and the quadratic function which applied to this. 近似線の法線を示した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which showed the normal line of the approximate line. 厚み測定値群のヒストグラムを表す図である。It is a figure showing the histogram of a thickness measurement value group. 骨粗鬆症判別処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of an osteoporosis discrimination | determination process. ステップS505において選択された最大クラスタを表示した図である。It is the figure which displayed the largest cluster selected in step S505. 図17のヒストグラムから最大及び最小10%のデータを除去した図である。FIG. 18 is a diagram obtained by removing maximum and minimum 10% data from the histogram of FIG. 17. 下顎骨右側についてのROC曲線を示す図である。It is a figure which shows the ROC curve about the mandible right side. 厚み測定値群の平均値及び分散値のプロットと、サポートベクタマシンを用いて決定した境界線を示す図である。It is a figure which shows the boundary line determined using the support vector machine and the plot of the average value and dispersion value of a thickness measurement value group.

以下、本実施の形態に係る骨粗鬆症診断支援装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の骨粗鬆症診断支援装置1は、X線画像に写った下顎骨の皮質骨の厚みから、骨粗鬆症であるか否かの診断を支援する情報を生成する診断支援装置である。骨粗鬆症診断支援装置1は、図1に示すように、X線画像取得部11と、制御部12と、記憶部13と、出力部14と、操作部15とから構成される。   Hereinafter, the osteoporosis diagnosis support apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The osteoporosis diagnosis support apparatus 1 according to the present embodiment is a diagnosis support apparatus that generates information for supporting diagnosis of whether or not osteoporosis is based on the thickness of the cortical bone of the mandible captured in an X-ray image. As shown in FIG. 1, the osteoporosis diagnosis support apparatus 1 includes an X-ray image acquisition unit 11, a control unit 12, a storage unit 13, an output unit 14, and an operation unit 15.

X線画像取得部11は、レントゲン装置(不図示)で撮影したX線画像を取得するための入力装置であり、例えば、X線画像が格納された半導体メモリ等から情報を読み取るためのUSB(Universal Serial Bus)コネクタである。X線画像取得部11が制御部12に接続されると、制御部12は半導体メモリからX線画像を読み取り、記憶部13に格納する。   The X-ray image acquisition unit 11 is an input device for acquiring an X-ray image captured by an X-ray device (not shown). For example, a USB (for reading information from a semiconductor memory or the like in which an X-ray image is stored) (Universal Serial Bus) connector. When the X-ray image acquisition unit 11 is connected to the control unit 12, the control unit 12 reads an X-ray image from the semiconductor memory and stores it in the storage unit 13.

なお、以下の説明では、記憶部13に格納されるX線画像は、歯科パノラマX線画像であるものとする。歯科パノラマX線画像とは、レントゲン装置を顔の周りに回転させ、顎と歯全体を撮影したX線画像である。なお、本実施の形態では、歯科パノラマX線画像は、図2に示すような、グレースケール画像であるものとする。   In the following description, it is assumed that the X-ray image stored in the storage unit 13 is a dental panoramic X-ray image. The dental panoramic X-ray image is an X-ray image obtained by rotating the X-ray apparatus around the face and photographing the entire jaw and teeth. In this embodiment, it is assumed that the dental panoramic X-ray image is a gray scale image as shown in FIG.

また、本実施形態は、顎の骨の皮質骨部分の厚みから診断支援情報を生成するものであるので、歯科パノラマX線画像には、図2の白枠で囲った部分のように、顎の骨の皮質骨(帯状部分)が写っているものとする。   Further, in the present embodiment, diagnosis support information is generated from the thickness of the cortical bone portion of the jaw bone. Therefore, in the dental panoramic X-ray image, as in the portion surrounded by the white frame in FIG. It is assumed that the cortical bone (band-like part) of the bone is shown.

さらに、後述の画像処理における皮質骨の誤認識を避けるために、歯科パノラマX線画像には、図2の白枠で囲った部分のように、原則として皮質骨以外の構造物が写っていないものとする。ただし、皮質骨の幅よりも明らかに小さい幅の構造物であれば画像内に写っていてもよい。例えば、海綿骨の骨梁は、その幅が皮質骨の幅に比べて実質的に小さいので、画像内に写っていてもよい。なお「皮質骨」とは骨密度の高い骨の外側周縁部分のことであり、「海綿骨」とは骨内部にあって皮質骨に囲まれた骨密度の低いスポンジ状の部分のことである。   Furthermore, in order to avoid erroneous recognition of cortical bone in image processing to be described later, in principle, structures other than cortical bone are not reflected in the dental panoramic X-ray image, as shown by the white frame in FIG. Shall. However, a structure having a width that is clearly smaller than the width of the cortical bone may be reflected in the image. For example, the trabecular bone of the cancellous bone is substantially smaller than the width of the cortical bone, and may be shown in the image. “Cortical bone” refers to the outer peripheral edge of bone with high bone density, and “cancellous bone” refers to a sponge-like portion within bone that is surrounded by cortical bone and has low bone density. .

制御部12は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ等から構成され、骨粗鬆症診断支援装置1の各部を制御する。また、制御部12は、ワークメモリ(不図示)に格納されたプログラムに従って、診断支援情報を生成するための診断支援処理を開始する。また、制御部12は、後述の記憶部13に格納している照合データと診断支援情報とを照合することによって、検査対象の患者が骨粗鬆症であるか否かの判別を行う。   The control unit 12 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and controls each unit of the osteoporosis diagnosis support apparatus 1. Further, the control unit 12 starts a diagnosis support process for generating diagnosis support information in accordance with a program stored in a work memory (not shown). In addition, the control unit 12 determines whether or not the patient to be examined has osteoporosis by comparing verification data stored in a storage unit 13 described later and diagnosis support information.

記憶部13は、ハードディスク等の記憶装置から構成され、歯科パノラマX線画像や、骨粗鬆症を判別するための基となる照合データ(例えば、複数人の皮質骨の厚みを測定したデータであって、骨粗鬆症患者とそうでない人とで関連付けて分類したデータ)等の各種データを記憶する。   The storage unit 13 is composed of a storage device such as a hard disk and is a dental panoramic X-ray image or collation data that is a basis for determining osteoporosis (for example, data obtained by measuring the thickness of cortical bone of a plurality of persons, Various data such as data associated with classification between osteoporosis patients and those who do not are stored.

出力部14は、ディスプレイ等の表示装置から構成され、骨粗鬆症の診断支援情報や骨粗鬆症の判別結果等を表示する。   The output unit 14 includes a display device such as a display, and displays osteoporosis diagnosis support information, osteoporosis discrimination results, and the like.

操作部15は、キーボードやマウス等の入力装置等から構成され、ユーザーがマウス等を使って出力部14に表示された操作ウィンドウを操作することによって、制御部12に対して診断支援処理等の実行を命令する。   The operation unit 15 is composed of an input device such as a keyboard and a mouse, and the user operates the operation window displayed on the output unit 14 using the mouse or the like, so that the control unit 12 performs diagnosis support processing and the like. Command execution.

以上、骨粗鬆症診断支援装置1の構成について説明したが、次に、骨粗鬆症診断支援装置1の動作について説明する。制御部12は、操作部15から処理の実行が命令されると、骨粗鬆症の診断支援情報を表示するための診断支援処理を開始する。以下、図3のフローチャートを参照して診断支援処理について説明する。   The configuration of the osteoporosis diagnosis support apparatus 1 has been described above. Next, the operation of the osteoporosis diagnosis support apparatus 1 will be described. When the execution of the process is instructed from the operation unit 15, the control unit 12 starts a diagnosis support process for displaying osteoporosis diagnosis support information. Hereinafter, the diagnosis support processing will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初に、制御部12は、記憶部13からX線画像を取得する(ステップS100)。ここで取得するX線画像は、図2の白枠で囲った部分のような、顎の一部分の画像である。なお、歯科パノラマX線画像にはコントラストの低いものが多いので、取得したX線画像に、適宜、コントラスト強調処理を実行する。   First, the control unit 12 acquires an X-ray image from the storage unit 13 (step S100). The X-ray image acquired here is an image of a part of the jaw, such as a part surrounded by a white frame in FIG. Since many dental panoramic X-ray images have low contrast, a contrast enhancement process is appropriately performed on the acquired X-ray image.

X線画像の取得が完了すると、次に、制御部12は、下顎骨領域を抽出するための下顎骨領域抽出処理を開始する(ステップS200)。ここで、「下顎骨」とは、皮質骨と海綿骨から構成される下顎の骨のことである。この処理は、画像処理対象とならない背景部分をX線画像から除去することを目的としたものである。なお、ここで「背景部分」とは、X線画像中の下顎骨以外の部分のことである。この処理によって、X線画像から下顎骨部分のみが切り出される。以下、図4のフローチャートを参照して下顎骨領域抽出処理について説明する。   When the acquisition of the X-ray image is completed, the control unit 12 then starts a mandible region extraction process for extracting the mandible region (step S200). Here, the “mandible” is a mandibular bone composed of cortical bone and cancellous bone. This process is intended to remove a background portion that is not an image processing target from the X-ray image. Here, the “background portion” is a portion other than the mandible in the X-ray image. By this processing, only the mandible part is cut out from the X-ray image. Hereinafter, the mandible region extraction processing will be described with reference to the flowchart of FIG.

制御部12は、下顎骨部分の画素を1(白)、背景部分の画素を0(黒)として2値化した、図5に示すような「マスク画像」を生成する(ステップS201)。マスク画像は、後述の処理(ステップS202)において、下顎骨部分をX線画像から切り出すために使用する。2値化の手法は様々あり、1つの手法に限定されるものではないが、本実施形態では画素のクラスタ化に基づく手法を用いる。以下、クラスタ化を用いた2値化手法について詳述する。   The control unit 12 generates a “mask image” as shown in FIG. 5 that is binarized by setting the pixel of the mandible part to 1 (white) and the pixel of the background part to 0 (black) (step S201). The mask image is used to cut out the mandibular portion from the X-ray image in a process (step S202) described later. There are various methods of binarization, and the method is not limited to one method, but in the present embodiment, a method based on pixel clustering is used. Hereinafter, the binarization method using clustering will be described in detail.

クラスタとは、所定の定義によって分類された画素の集合のことをいう。本手法においては、まず、測定領域内の全ての画素を画素値に基づいて分類し、画素値ごとのクラスタを作る。すなわち、画素値がzである画像内のすべての画素は、クラスタCに所属する。この分類によるクラスタ数は、画像内における画素値の数に等しいため、クラスタ数の上限は256となる。得られた全クラスタは、各クラスタを特徴づける画素値に基づいて並べる。以後、次に説明する手法でクラスタの統合を繰り返し行い、最終的に全画素を2つのクラスタに統合する。 A cluster refers to a set of pixels classified according to a predetermined definition. In this method, first, all the pixels in the measurement region are classified based on the pixel values, and a cluster for each pixel value is created. That is, all the pixels in the image whose pixel value is z belong to the cluster C z . Since the number of clusters by this classification is equal to the number of pixel values in the image, the upper limit of the number of clusters is 256. All the obtained clusters are arranged based on the pixel value characterizing each cluster. Thereafter, cluster integration is repeatedly performed by the method described below, and finally all pixels are integrated into two clusters.

まず、2つのクラスタにおいて、クラスタ内分散とクラスタ間分散という概念を導入する。クラスタ間分散とは、クラスタA、クラスタBが存在するとき、それらの和集合において計算した画素値の分散である。クラスタ内分散は、クラスタAに所属する画素値の平均値をmA、クラスタBに属する画素値の平均値をmBとするとき、クラスタAの画素値が全てmA、クラスタBの画素値が全てmBであるとして求めた、クラスタAとクラスタBとの和集合における画素値の分散である。また、クラスタ内分散とクラスタ間分散との積を、「クラスタ間距離」と定義する。   First, in two clusters, the concepts of intra-cluster dispersion and inter-cluster dispersion are introduced. The inter-cluster variance is a variance of pixel values calculated in the union of clusters A and B when they exist. The intra-cluster dispersion is such that when the average value of pixel values belonging to cluster A is mA and the average value of pixel values belonging to cluster B is mB, all pixel values of cluster A are mA and all pixel values of cluster B are mB. Is the variance of the pixel values in the union of cluster A and cluster B. Also, the product of intra-cluster variance and inter-cluster variance is defined as “inter-cluster distance”.

次に、上記で定義した画素値に基づくクラスタの並びにおいて、隣接する2つのクラスタの組み合わせ全てにおいて、クラスタ間距離を計算する。得られたクラスタ間距離が最小値となるような2つのクラスタの組み合わせを探し、この2つのクラスタを統合する。以降、クラスタ間距離計算及び統合の操作を、クラスタ数が2になるまで繰り返す。得られた2つのクラスタのうち、画素値の大きいクラスタに属する画素に、画素値1を与え、もう一方のクラスタに属する画素に、画素値0を与える。この処理によって、画像を2値化することができる。この結果生成されるデータが、下顎骨部分の画素値が1、背景部分の画素値が0として表現されたマスク画像である。   Next, in the array of clusters based on the pixel values defined above, the inter-cluster distance is calculated for all the combinations of two adjacent clusters. A combination of two clusters that minimizes the obtained inter-cluster distance is searched, and the two clusters are integrated. Thereafter, the inter-cluster distance calculation and integration operations are repeated until the number of clusters reaches 2. Of the obtained two clusters, a pixel value 1 is given to a pixel belonging to a cluster having a large pixel value, and a pixel value 0 is given to a pixel belonging to the other cluster. By this processing, the image can be binarized. The data generated as a result is a mask image in which the pixel value of the mandible is 1 and the pixel value of the background is 0.

マスク画像の生成が完了すると、次に、制御部12は、元のX線画像(以下、「原画像」という)にマスク画像を適用して、背景部分を取り除く(ステップS202)。具体的には、原画像の各画素において、その画素値とマスク画像の画素値との積をとり、新たな画素値とする。この処理によって、背景部分が完全に黒色となったグレースケール画像が生成される。背景部分が黒となったグレースケール画像を取得したら、制御部12は下顎骨領域抽出処理を終了する。   When the generation of the mask image is completed, the control unit 12 then applies the mask image to the original X-ray image (hereinafter referred to as “original image”) to remove the background portion (step S202). Specifically, for each pixel of the original image, the product of the pixel value and the pixel value of the mask image is taken as a new pixel value. By this process, a grayscale image in which the background portion is completely black is generated. When the gray scale image with the background portion being black is acquired, the control unit 12 ends the mandible region extraction process.

下顎骨領域抽出処理を終了したら、制御部12は、図3のフローに戻り、皮質骨輪郭明瞭化処理を開始する(ステップS300)。この処理は、皮質骨の輪郭を明瞭化し、また輪郭を平滑にすることを目的としている。以下、図6のフローチャートを参照して皮質骨明瞭化処理について説明する。   When the mandible region extraction process is completed, the control unit 12 returns to the flow of FIG. 3 and starts the cortical bone outline clarification process (step S300). This process aims to clarify the contour of the cortical bone and to smooth the contour. Hereinafter, the cortical bone clarification process will be described with reference to the flowchart of FIG.

制御部12は、ステップS202で生成したグレースケール画像に、ハイパスフィルタリングを施してエッジ強調を行う(ステップS301)。この処理によって、図7に示すような画像が得られる。   The control unit 12 performs edge enhancement by applying high-pass filtering to the grayscale image generated in step S202 (step S301). By this processing, an image as shown in FIG. 7 is obtained.

次に、制御部12は、ステップS301で処理を施した画像に、さらに、ステップS201と同様のクラスタ化の手法を適用して、帯状の皮質骨部分を中心とする構造体の画素値を1(白)、その他の背景部分の画素値を0(黒)とした、2値化画像を生成する(ステップS302)。なお、2値化の手法はステップS201で説明した手法とは別の手法であってもよい。   Next, the control unit 12 applies the same clustering method as in step S201 to the image processed in step S301, and sets the pixel value of the structure centered on the belt-like cortical bone portion to 1 A binary image is generated with the pixel values of (white) and other background portions set to 0 (black) (step S302). The binarization method may be a method different from the method described in step S201.

次に、制御部12は、2値化画像の白で表示された領域の全ての画素について、後述する方法で距離変換の処理を行う(ステップS303)。距離変換処理の結果、処理前には白であった画像領域については画素値が距離値に等しく、処理前には黒であった画像領域は画素値は0(黒)のままであるグレースケール画像が生成される。   Next, the control unit 12 performs distance conversion processing on all the pixels in the region displayed in white of the binarized image by a method described later (step S303). As a result of the distance conversion process, the pixel value is equal to the distance value for the image area that was white before the process, and the pixel value remains 0 (black) for the image area that was black before the process. An image is generated.

距離変換は、次のように行われる。帯状の皮質骨部分を中心とする構造体部分(白部分)の全画素において、もっとも近い背景部分(黒部分)の画素までの距離を算出する。このとき、制御部12は、8近傍の距離変換に基づいて距離を算出する。ここで、8近傍の距離変換とは、図8に示すように、起点となる画素(中央の黒い画素)に隣接する8つの画素までの距離を1として、終点となる画素までの画素数を2つの画素間の距離とする手法のことである。制御部12は、得られた距離値を下顎骨部分の各画素値と置き換え、新たなグレースケール画像を生成する(ステップS303)。   The distance conversion is performed as follows. The distance to the pixel of the nearest background part (black part) is calculated in all the pixels of the structure part (white part) centering on the belt-like cortical bone part. At this time, the control unit 12 calculates the distance based on the distance conversion in the vicinity of 8. Here, the distance conversion in the vicinity of 8 is, as shown in FIG. 8, the distance to the 8 pixels adjacent to the starting pixel (center black pixel) is 1, and the number of pixels to the end pixel is This is a method for determining the distance between two pixels. The control unit 12 replaces the obtained distance value with each pixel value of the mandible part, and generates a new grayscale image (step S303).

次に、制御部12は、皮質骨周辺の骨梁像(海綿骨を形成する細かな骨組織)、及び小さな島状の構造物を取り除くため、グレースケール画像から、所定の閾値より小さな画素値の画素を、黒色(画素値0)に置き換えていく(ステップS304)。なお、閾値は、画像中の最大画素値の10%程度の値とするのが望ましい。値の小さな画素は、背景部分と距離の近い画素を意味するから、この処理によって、グレースケール画像内の小さな島状の構造物や、皮質骨周縁の骨梁像などが取り除かれる。   Next, in order to remove the trabecular image around the cortical bone (the fine bone tissue forming the cancellous bone) and the small island-like structure, the control unit 12 removes a pixel value smaller than a predetermined threshold value from the grayscale image. Are replaced with black (pixel value 0) (step S304). Note that the threshold value is desirably about 10% of the maximum pixel value in the image. Since a pixel having a small value means a pixel that is close to the background portion, a small island-like structure in the gray scale image, a trabecular image around the cortical bone, and the like are removed by this processing.

次に、制御部12は、ステップS304で生成した画像に、ステップS201と同様の手法を適用するなどして、再び、2値化画像を生成する(ステップS305)。   Next, the control unit 12 generates a binarized image again by applying the same method as in step S201 to the image generated in step S304 (step S305).

さらに、制御部12は、ステップS305で生成した2値化画像に、モルフォロジカル・オープニングやモルフォロジカル・クロージングを適用することによって、皮質骨内の空洞や欠けを取り除き、図9に示すような、新たな2値化画像を生成する(ステップS306)。ここで、モルフォロジカル・オープニングとは、適切に選択した小さな構成要素(図形)を画素値1(白)の部分の内部におさまるように隈無く配置し、この構成要素が配置されなかった部分を取り除くことによって、境界線を平滑にする方法のことである。小さな構成要素として用いる図形の例は円である。また、モルフォロジカル・クロージングとは、モルフォロジカル・オープニングと同じ操作を画素値0(黒)の部分に対して行う方法のことである。この処理によって、皮質骨内の空洞や欠けが取り除かれ、輪郭が平滑となる。ステップS306の処理が終了したら、制御部12は皮質骨輪郭明確化処理を終了する。   Furthermore, the controller 12 removes cavities and chips in the cortical bone by applying morphological opening and morphological closing to the binarized image generated in step S305, as shown in FIG. A new binarized image is generated (step S306). Here, the morphological opening means that a small component (figure) selected appropriately is arranged so as to fit inside the portion of pixel value 1 (white), and the portion where this component is not arranged It is a method of smoothing the boundary line by removing it. An example of a figure used as a small component is a circle. Morphological closing is a method of performing the same operation as morphological opening on a pixel value 0 (black) portion. By this process, cavities and chips in the cortical bone are removed, and the contour becomes smooth. When the process of step S306 ends, the control unit 12 ends the cortical bone contour clarification process.

皮質骨輪郭明確化処理を終了したら、制御部12は、図3のフローに戻り、皮質骨境界線特定処理を開始する(ステップS400)。この処理は、皮質骨とそれ以外の部分との境界であって略平行にはしる2本の境界線を特定することを目的としている。以下、図10のフローチャートを参照して皮質骨境界線特定処理について説明する。   When the cortical bone contour clarification process is completed, the control unit 12 returns to the flow of FIG. 3 and starts the cortical bone boundary line specifying process (step S400). The purpose of this processing is to specify two boundary lines that are boundaries between the cortical bone and the other parts and are substantially parallel to each other. Hereinafter, the cortical bone boundary line specifying process will be described with reference to the flowchart of FIG.

制御部12は、ステップS306で生成した画像に、再び、ステップS303で説明した8近傍の距離変換を適用し、図11に示すようなグレースケール画像を生成する(ステップS401)。   The control unit 12 again applies the 8-neighbor distance transform described in step S303 to the image generated in step S306 to generate a grayscale image as shown in FIG. 11 (step S401).

制御部12は、ステップS401で得られたグレースケール画像を基に、帯状の皮質骨の中心を長手方向に貫く中心線を特定する(ステップS402)。この処理によって、図12に示すように、皮質骨の中心を貫く中心線が特定される。なお、中心線は、距離値(グレースケール画像の画素値)の極大値を追跡することによって特定される。以下、中心線を特定する方法について詳述する。   Based on the grayscale image obtained in step S401, the control unit 12 specifies a center line that penetrates the center of the belt-like cortical bone in the longitudinal direction (step S402). By this processing, as shown in FIG. 12, a center line that penetrates the center of the cortical bone is specified. The center line is specified by tracking the maximum value of the distance value (the pixel value of the grayscale image). Hereinafter, a method for specifying the center line will be described in detail.

中心線は、皮質骨部分を左右に横切る多数の経路を所定の方法で生成し、その中から最適な経路を選択することによって特定される。経路の生成は、起点の選択と起点の移動とによってなされる。ここでは、起点を画面の右端にとって移動を右端から左端に行う場合について説明するが、左右を反転させてもよい。起点としては、皮質骨部分を構成する画素のうち右端にある画素全てが選択される。また、一つの起点に着目した場合の起点の移動は次のように行う。
(1)起点となる画素の左隣、左上、左下の3画素の画素値を比較する。
(2)3画素のうち最も画素値の大きい画素を選択し、新たな起点画素とする。
(3)起点画素が画面の左端に到達するまで(1)及び(2)を繰り返す。
この移動を選択された起点全てに適用することによって、多数の経路が得られる。次に、全ての経路について、経路上での画素値の合計をとる。画素値の合計が最大となる経路を、中心線として特定する。
The center line is specified by generating a number of paths crossing the cortical bone portion from side to side in a predetermined method, and selecting an optimal path from among the paths. The route is generated by selecting the starting point and moving the starting point. Here, the case where the starting point is the right end of the screen and the movement is performed from the right end to the left end will be described, but the left and right may be reversed. As the starting point, all the pixels at the right end among the pixels constituting the cortical bone portion are selected. The movement of the starting point when focusing on one starting point is performed as follows.
(1) The pixel values of the three pixels on the left side, the upper left side, and the lower left side of the starting pixel are compared.
(2) A pixel having the largest pixel value is selected from the three pixels and set as a new starting pixel.
(3) Repeat (1) and (2) until the starting pixel reaches the left edge of the screen.
By applying this movement to all selected origins, multiple paths are obtained. Next, for all paths, the sum of pixel values on the path is taken. A route that maximizes the sum of pixel values is specified as a center line.

中心線の特定が完了したら、制御部12は、中心線上に複数の点を配置し、その点を中心点として、図13に示すように、複数の円を描く。なお、描く円の半径は、それぞれ、中心点の画素値、すなわち、中心点となる画素から背景部分(黒色部分)までの最短距離とする。制御部12は、複数の円によって形成される上下2本のエンベロープ(Envelope:包絡線)を、皮質骨の境界線として特定する(ステップS403)。これにより、制御部12は、より平滑な線を皮質骨の境界線として特定することができる。皮質骨の境界線を特定したら、制御部12は、皮質骨境界線特定処理を終了する。   When the specification of the center line is completed, the control unit 12 arranges a plurality of points on the center line, and draws a plurality of circles with the points as the center points as shown in FIG. The radius of the circle to be drawn is the pixel value of the center point, that is, the shortest distance from the pixel serving as the center point to the background portion (black portion). The control unit 12 specifies the upper and lower envelopes (envelope) formed by a plurality of circles as the boundary line of the cortical bone (step S403). Thereby, the control part 12 can specify a smoother line as a boundary line of a cortical bone. When the boundary line of the cortical bone is specified, the control unit 12 ends the cortical bone boundary line specifying process.

皮質骨境界線特定処理を終了したら、制御部12は、図3のフローに戻り、皮質骨厚測定処理を開始する(ステップS500)。以下、図14のフローチャートを参照して皮質骨厚計測処理について説明する。   When the cortical bone boundary line specifying process is completed, the control unit 12 returns to the flow of FIG. 3 and starts the cortical bone thickness measurement process (step S500). Hereinafter, the cortical bone thickness measurement process will be described with reference to the flowchart of FIG.

2本の境界線は、いずれも凹凸を有しているため、このままでは皮質骨と直交する方向を適切に決定できない。そこで制御部12は、2本の境界線のうちいずれか1本について、境界線上に設けた複数の点に対して最小二乗法を適用し、図15のaに示すような境界線の近似線を求める(ステップS501)。近似線は解析的な関数であり、多項式等、どのような関数であってもよいが、皮質骨の形状、特に曲率を良く再現する関数であることが望ましい。関数の好適な例の一つは、二次関数である。なお、近似線は、後述の処理(ステップS502)において、皮質骨の長手方向と直交する方向に伸びる直線(以下、「測定補助線」という)を特定するために使用される。   Since the two boundary lines have irregularities, the direction perpendicular to the cortical bone cannot be determined appropriately. Therefore, the control unit 12 applies the least square method to a plurality of points provided on the boundary line for any one of the two boundary lines, and approximates the boundary line as shown in FIG. Is obtained (step S501). The approximate line is an analytical function and may be any function such as a polynomial, but is preferably a function that well reproduces the shape of the cortical bone, particularly the curvature. One suitable example of a function is a quadratic function. The approximate line is used to specify a straight line (hereinafter referred to as “measurement auxiliary line”) extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cortical bone in the process (step S502) described later.

制御部12は、近似線上に複数の測定点を設定し、図15に示すように、設定した測定点からそれぞれ近似線(図16、a)の法線方向に伸ばした直線を測定補助線(図16、c)として決定する(ステップS502)。なお、測定精度を高めるため、近似線上に設定する測定点の数は、できる限り多くとることが望ましい。   The control unit 12 sets a plurality of measurement points on the approximate line, and, as shown in FIG. 15, a straight line extending from the set measurement point in the normal line direction of the approximate line (FIG. 16A), respectively, as a measurement auxiliary line ( It determines as FIG. 16, c) (step S502). In order to improve the measurement accuracy, it is desirable to take as many measurement points as possible on the approximate line.

制御部12は、決定した複数の測定補助線上において、2本の境界線間の距離を測定したデータを、皮質骨厚の測定データ(測定値群)として取得する(ステップS503)。   The control unit 12 acquires data obtained by measuring the distance between the two boundary lines on the determined plurality of measurement auxiliary lines as measurement data (measurement value group) of cortical bone thickness (step S503).

この測定データにはノイズが含まれている可能性が高い。なぜなら、皮質骨部分を2値化によって分離する際に、皮質骨内に画素値の低い領域があった場合には、2値化によって空洞が発生し、その後の処理によっても取り除くことができない場合があるからである。ノイズが含まれた測定データを基に皮質骨厚を算出すると、誤った値を皮質骨厚として算出することになる。そこで、制御部12は、以下の処理(ステップS504〜S505)を実行して、測定データからノイズを除去する。   This measurement data is likely to contain noise. Because, when the cortical bone part is separated by binarization, if there is a region with a low pixel value in the cortical bone, a cavity is generated by the binarization and cannot be removed by subsequent processing. Because there is. If the cortical bone thickness is calculated based on the measurement data including noise, an incorrect value is calculated as the cortical bone thickness. Therefore, the control unit 12 executes the following processing (steps S504 to S505) to remove noise from the measurement data.

制御部12は、ピクセル単位で表された皮質骨の厚みの値と、その値が測定された回数とから、図17に示すようなヒストグラムを作成する(ステップS504)。   The control unit 12 creates a histogram as shown in FIG. 17 from the value of the cortical bone thickness expressed in pixel units and the number of times the value has been measured (step S504).

ここで、ヒストグラム内において、厚みの値に基づく分類を定義する。分類によって生じた集合の一つ一つをクラスタと呼ぶ。あるクラスタは、そのクラスタを定義する値域に属する測定値の集合で、クラスタのサイズとは、クラスタの構成要素数で定義される。最もサイズの大きいクラスタ(以下、「最大クラスタ」という)、すなわち、測定回数の最も多いクラスタが、皮質骨の厚みを最も正確に反映する測定値群である。   Here, the classification based on the thickness value is defined in the histogram. Each set generated by classification is called a cluster. A certain cluster is a set of measurement values belonging to a range defining the cluster, and the size of the cluster is defined by the number of components of the cluster. The cluster with the largest size (hereinafter referred to as “maximum cluster”), that is, the cluster with the largest number of measurements, is the measurement value group that most accurately reflects the thickness of the cortical bone.

そこで、制御部12は、クラスタの数を2〜10に変化させながら、ヒストグラムをクラスタリングすることによって、最大クラスタを選択する(ステップS505)。   Therefore, the control unit 12 selects the maximum cluster by clustering the histogram while changing the number of clusters from 2 to 10 (step S505).

なお、クラスタリングの手法としては、k−means法が好適である。具体的には、下記(1)〜(5)の処理を上述のヒストグラムに対し順次実行する。クラスタリングが適切に実行されれば、最大クラスタと2番目に大きいクラスタとの構成要素数の差が最大となる。
(1)分類するクラスタの数を設定する。設定したクラスタ数をNとする。
(2)ピクセル単位で表された、測定値の取りうる数値すべてにおいて、測定値1つに対してクラスタのうち1つをランダムに関連づける。
(3)N個のクラスタそれぞれについて、そのクラスタに所属する測定値と、ヒストグラム内における該当測定値の出現回数とを乗じて、そのクラスタにおける期待値とする。
(4)測定値から1つを選び、N個のクラスタの期待値と比較し、最も近い期待値を持つクラスタに、その測定値を再配分(関連づけの修正)する。この操作を、全ての測定値について行う。
(5)(3)と(4)の処理を繰り返し行い、再配分が起こらなくなるまで続ける。
Note that the k-means method is preferable as a clustering method. Specifically, the following processes (1) to (5) are sequentially performed on the above-described histogram. If clustering is performed properly, the difference in the number of components between the largest cluster and the second largest cluster is maximized.
(1) Set the number of clusters to be classified. Let N be the number of clusters set.
(2) Randomly associate one of the clusters with one measurement value in all the numerical values that can be taken by the measurement value expressed in pixel units.
(3) For each of the N clusters, the expected value in that cluster is obtained by multiplying the measured value belonging to that cluster by the number of occurrences of the corresponding measured value in the histogram.
(4) One is selected from the measured values, compared with the expected values of N clusters, and the measured values are redistributed (correction of association) to the cluster having the closest expected value. This operation is performed for all measured values.
(5) The processes of (3) and (4) are repeated until no reallocation occurs.

制御部12は、選択された最大クラスタ内において、測定値の平均値を求め、皮質骨厚の推定値とする。また、制御部12は、医師等に判断材料を提供するため、ステップS503で取得した測定値の平均値と分散値を算出する。制御部12は、算出した3つの値(推定値、平均値、分散値)を診断支援情報として記憶部13に格納する(ステップS506)。診断支援情報の格納が完了したら、制御部12は、皮質骨厚測定処理を終了する。   The control unit 12 obtains an average value of the measured values in the selected maximum cluster, and uses it as an estimated value of cortical bone thickness. In addition, the control unit 12 calculates an average value and a variance value of the measurement values acquired in step S503 in order to provide a determination material to a doctor or the like. The control unit 12 stores the calculated three values (estimated value, average value, and variance value) in the storage unit 13 as diagnosis support information (step S506). When the storage of the diagnosis support information is completed, the control unit 12 ends the cortical bone thickness measurement process.

皮質骨厚測定処理を終了したら、制御部12は、図3のフローに戻り、骨粗鬆症判別処理を開始する(ステップS600)。皮質骨の厚みは、骨粗鬆症の進行と強い関連を持っており、制御部12は、診断支援情報から対象患者が骨粗鬆症であるか否かを判別できる。以下、図18のフローチャートを参照して骨粗鬆症判別処理について説明する。   When the cortical bone thickness measurement process is completed, the control unit 12 returns to the flow of FIG. 3 and starts the osteoporosis determination process (step S600). The thickness of the cortical bone has a strong relationship with the progression of osteoporosis, and the control unit 12 can determine whether the target patient has osteoporosis from the diagnosis support information. Hereinafter, the osteoporosis discrimination process will be described with reference to the flowchart of FIG.

制御部12は、記憶部13から、記憶部13に予め格納してある照合データを取得する(ステップS601)。照合データは、基準手法(例えばDXA、二重エネルギーX線吸収測定法)による骨粗鬆症の診断結果と診断支援情報(皮質骨厚の推定値、厚み値の平均値、分散値)とを、多数の被験者から取得し、これらを関連付けてデータベース化したものである。   The control unit 12 acquires collation data stored in advance in the storage unit 13 from the storage unit 13 (step S601). The collation data includes a number of results of diagnosis of osteoporosis and diagnostic support information (estimated cortical bone thickness, average thickness value, variance value) by a reference method (for example, DXA, dual energy X-ray absorption measurement method). It is obtained from the subject and is made into a database by associating them.

制御部12は、この照合データに基づき、後述の処理において骨粗鬆症の判別に用いるための閾値を決定する(ステップS602)。具体的には、次のように閾値を決定する。まず、任意の閾値を仮決定する。そして、皮質骨の厚み推定値がこの仮決定した閾値よりも小さい被験者を「骨粗鬆症陽性」、そうでない被験者を「陰性」として仮判別を下す。この仮判別を全ての被験者に対して行う。次に、基準手法による骨粗鬆症の診断結果と照合し、感度と特異度を算出する。ここで、感度とは、基準手法によって骨粗鬆症陽性と診断された人のうち、皮質骨の厚み推定値に基づいて陽性と判別された人の割合であり、特異度とは、基準手法によって陰性と診断された人のうち、皮質骨の厚み推定値に基づいて陰性と判別された人の割合である。最後に、閾値を上下させ、感度と特異度の双方を考慮に入れながら、基準手法による診断結果とできる限り一致するように閾値を決定する。   Based on this collation data, the control unit 12 determines a threshold value used for discrimination of osteoporosis in the processing described later (step S602). Specifically, the threshold value is determined as follows. First, an arbitrary threshold value is provisionally determined. Then, a subject whose cortical bone thickness estimate is smaller than the provisionally determined threshold is determined as “osteoporosis positive”, and a subject who is not so is determined as “negative”. This provisional discrimination is performed for all subjects. Next, the sensitivity and specificity are calculated by collating with the diagnosis result of osteoporosis by the reference method. Here, the sensitivity is the proportion of people diagnosed as positive for osteoporosis by the standard method, and determined to be positive based on the estimated cortical bone thickness, and the specificity is negative by the standard method. This is the percentage of people diagnosed as negative based on the estimated cortical bone thickness. Finally, the threshold value is raised and lowered, and the threshold value is determined so as to match the diagnosis result by the reference method as much as possible while taking into consideration both sensitivity and specificity.

制御部12は、記憶部13から、ステップS500で生成した診断支援情報を取得する(ステップS603)。   The control unit 12 acquires the diagnosis support information generated in step S500 from the storage unit 13 (step S603).

制御部12は、診断支援情報から皮質骨厚の推定値を抽出し、ステップS602で生成した閾値と照合する。そして、制御部12は、皮質骨厚の推定値が閾値よりも小さいときには「骨粗鬆症陽性」、そうでないときには「陰性」と判別し、ワークメモリ(不図示)等にその判別結果を格納する(ステップS604)。判別結果の格納が完了したら、制御部12は、骨粗鬆症判別処理を終了する。   The control unit 12 extracts an estimated value of cortical bone thickness from the diagnosis support information and collates it with the threshold value generated in step S602. Then, the control unit 12 determines “osteoporosis positive” when the estimated value of cortical bone thickness is smaller than the threshold, and “negative” otherwise, and stores the determination result in a work memory (not shown) or the like (step) S604). When the storage of the determination result is completed, the control unit 12 ends the osteoporosis determination process.

骨粗鬆症判別処理を終了したら、制御部12は、図3のフローに戻り、皮質骨厚の推定値、及び、判別結果を、ワークメモリ等から取得して、出力部14に出力する(ステップS700)。医師等は、出力部14に表示された判別結果等を基に、患者が骨粗鬆症であるか否かを診断する。出力部14に皮質骨厚の推定値、及び判別結果の出力が完了したら、制御部12は、診断支援処理を終了する。   When the osteoporosis discrimination process is completed, the control unit 12 returns to the flow of FIG. 3, acquires the estimated value of the cortical bone thickness and the discrimination result from the work memory or the like, and outputs them to the output unit 14 (step S700). . A doctor or the like diagnoses whether or not the patient has osteoporosis based on the determination result displayed on the output unit 14. When the output of the estimated cortical bone thickness and the discrimination result to the output unit 14 is completed, the control unit 12 ends the diagnosis support process.

本実施の形態によれば、皮質骨の厚みを正確に予測することが可能である。皮質骨の厚み測定を複数の測定点において行っており、複数の測定値から統計処理によって厚み推定値を算出しているためである。   According to the present embodiment, it is possible to accurately predict the thickness of cortical bone. This is because the thickness of the cortical bone is measured at a plurality of measurement points, and the estimated thickness value is calculated by statistical processing from the plurality of measurement values.

また、本実施の形態によれば、皮質骨中心線を取得し、中心線上に設けた複数の点を中心とする複数の円の包絡線を皮質骨の境界線として取得するため、皮質骨の境界線は滑らかである。このため、皮質骨の厚み測定の際にノイズによる影響を受けにくい。   Further, according to the present embodiment, the cortical bone centerline is acquired, and the envelopes of a plurality of circles centered on a plurality of points provided on the centerline are acquired as the boundary lines of the cortical bone. The boundary line is smooth. For this reason, it is hard to be influenced by noise when measuring the thickness of cortical bone.

また、本実施の形態において、皮質骨の厚み測定の際に測定補助線を使用している。測定補助線として用いるのは、皮質骨の境界線を好適に再現する近似曲線の法線であって、皮質骨の長手方向に直行する方向を好適に反映するものである。このような方法をとることは、皮質骨のような湾曲した帯状構造物の厚みを測定する方法として好適である。   In the present embodiment, a measurement auxiliary line is used when measuring the thickness of the cortical bone. What is used as the measurement auxiliary line is a normal line of an approximate curve that suitably reproduces the boundary line of the cortical bone, and preferably reflects the direction orthogonal to the longitudinal direction of the cortical bone. Taking such a method is suitable as a method for measuring the thickness of a curved belt-like structure such as cortical bone.

本実施の形態に係る骨粗鬆症診断支援装置は、プログラムによって全て自動化されており、診断支援処理を行う人が誰であっても同一の結果を与える。   The osteoporosis diagnosis support apparatus according to the present embodiment is entirely automated by a program, and gives the same result regardless of who performs the diagnosis support process.

なお、骨粗鬆症の判別は、次のように行ってもよい。ここでは、診断支援情報のうち、皮質骨厚みの平均値及び分散値の2つの値を用いた骨粗鬆症の判別を行う。まず、照合データから、骨粗鬆症の有無に関連づけられた多数の被験者の皮質骨厚みの平均値と分散値を取得する。次に、分散値と平均値をそれぞれ縦軸と横軸にとって、被験者のデータをプロットする。この平面において、骨粗鬆症患者とそうでない人を分離するための境界線を、次に述べる方法を用いて定める。   In addition, you may perform osteoporosis discrimination as follows. Here, osteoporosis is determined using two values of the average value and the variance value of the cortical bone thickness in the diagnosis support information. First, an average value and a variance value of cortical bone thicknesses of a large number of subjects associated with the presence or absence of osteoporosis are acquired from the collation data. Next, the subject's data is plotted with the variance value and the average value as the vertical axis and the horizontal axis, respectively. In this plane, a boundary line for separating an osteoporosis patient from a person who does not is determined using the method described below.

骨粗鬆症患者とそうでない人を分離するための境界線は、サポートベクタマシンを用いて決定する。以下、サポートベクタマシンを2次元平面に適用する場合について説明する。サポートベクタマシンは、平面上で2値に分類された多数のベクトル(サンプルベクトル)に基づいて、この平面を2つに分離する境界線を求める手法である。境界線は重みベクトルと閾値とを設定することによって定義され、重みベクトルとの内積が所定の閾値と等しくなるベクトルの集合として定義される。ただし、サポートベクタマシンにおいては、距離の計算の際に、ユークリッド距離ではなく、カーネル関数によって定義される距離を用いてもよい。カーネル関数によって定義される距離を用いることによって、非線形の境界線を求めることができる。重みベクトル及び閾値は、以下の条件を満たすように決定される。
(1)重みベクトルとの内積が所定の閾値を超えるか否か、によるサンプルベクトルの分類と、上記の2値分類との一致の度合いが最大となること。
(2)生成した境界線と、境界線に最も近いサンプルベクトル(サポートベクトル)との距離が最も大きくなること。
この方法を診断支援情報に適用する場合には、個々のサンプルベクトルとは皮質骨厚みの平均値及び分散値を要素に持つベクトルであり、2値分類とは骨粗鬆症の有無による分類である。このようにして、骨粗鬆症患者とそうでない人を分離するための境界線が求められる。
The boundaries for separating osteoporotic patients from those who are not are determined using a support vector machine. Hereinafter, a case where the support vector machine is applied to a two-dimensional plane will be described. The support vector machine is a technique for obtaining a boundary line that separates this plane into two based on a large number of vectors (sample vectors) classified into binary on the plane. The boundary line is defined by setting a weight vector and a threshold value, and is defined as a set of vectors whose inner product with the weight vector is equal to a predetermined threshold value. However, in the support vector machine, the distance defined by the kernel function may be used instead of the Euclidean distance when calculating the distance. By using the distance defined by the kernel function, a non-linear boundary line can be obtained. The weight vector and the threshold are determined so as to satisfy the following conditions.
(1) The degree of coincidence between the classification of the sample vectors based on whether or not the inner product with the weight vector exceeds a predetermined threshold and the above binary classification.
(2) The distance between the generated boundary line and the sample vector (support vector) closest to the boundary line is the largest.
When this method is applied to diagnosis support information, each sample vector is a vector having an average value and a variance value of cortical bone thickness as elements, and a binary classification is a classification based on the presence or absence of osteoporosis. In this way, a boundary line for separating osteoporosis patients from those who are not is required.

このような領域の区分を決定し、新たな患者について判別を行う時は、その患者の測定値の平均値と分散値をこの図にあてはめ、骨粗鬆症の領域に入っていれば骨粗鬆症陽性、入っていなければ陰性であると判別する。   When categorizing such an area and discriminating for a new patient, the average and variance values of the patient's measurements are applied to this figure, and if it is in the osteoporosis area, it is positive for osteoporosis. If not, it is determined to be negative.

この判別方法においては、皮質骨厚みの平均値のみでなく、分散値も考慮に入れた判別を行っている。皮質骨の分散値も、骨粗鬆症と相関する情報を与える可能性が高く、この方法によって、骨粗鬆症の判別の精度がさらに高くなる。   In this discrimination method, discrimination is performed in consideration of not only the average value of cortical bone thickness but also the variance value. The variance of cortical bone is also likely to give information correlating with osteoporosis, and this method further increases the accuracy of osteoporosis discrimination.

ステップS402の中心線の特定において、距離値の極大値の追跡には動的計画法を用いたアルゴリズムを用いてもよい。   In specifying the center line in step S402, an algorithm using dynamic programming may be used for tracking the maximum value of the distance value.

ステップS402において中心線上に複数の円を生成する際、円の円周は画素の集合として構成されてもよい。円周を画素の集合として得る際には、例えば、円周上に角度0.001ラジアン毎に点を生成し、これらの点のX、Y座標を四捨五入、切り上げ、切り捨て等により整数化する。これによって位置が特定される画素の集合を円周としてもよい。   When generating a plurality of circles on the center line in step S402, the circumference of the circle may be configured as a set of pixels. When obtaining the circumference as a set of pixels, for example, points are generated on the circumference for each angle of 0.001 radians, and the X and Y coordinates of these points are rounded, rounded up, rounded down, etc. to be converted into integers. A set of pixels whose positions are specified in this way may be a circumference.

ステップS403において複数の円によって形成される上下2本のエンベロープもまた、画素列として構成されてよい。たとえば画素集合として構成される複数の円の円周のうち、他の円の内部と重ならない画素から構成される画素列を、エンベロープとしてもよい。   The upper and lower envelopes formed by a plurality of circles in step S403 may also be configured as pixel columns. For example, out of the circumferences of a plurality of circles configured as a pixel set, a pixel column including pixels that do not overlap with the inside of another circle may be used as an envelope.

ステップS501において近似線を決定する際に境界線上に設ける複数の点は、できるだけ多いことが望ましい。境界線が画素列で構成される場合には、例えば境界線を構成する全ての画素を用いることが望ましい。   It is desirable that the number of points provided on the boundary line when determining the approximate line in step S501 is as many as possible. When the boundary line is composed of pixel columns, for example, it is desirable to use all the pixels constituting the boundary line.

ステップS502において、近似線上に設ける測定補助線はなるべく多いことが望ましい。例えば、近似線のX座標が2画素間の距離の整数倍となる点を全て測定点として選択し、測定補助線を決定することが望ましい。   In step S502, it is desirable that as many measurement auxiliary lines as possible be provided on the approximate line. For example, it is desirable to select all points where the X coordinate of the approximate line is an integral multiple of the distance between the two pixels as the measurement point and determine the measurement auxiliary line.

ステップS503において、測定補助線上における2本の境界線間の距離の算出は次のように行ってもよい。境界線が画素列である場合、上側境界線の中で測定補助線に最も近い画素と、下側境界線の中で測定補助線に最も近い画素とが、測定補助線と境界線との2つの交点を代表すると見なしてもよい。そこでこれら2画素間のユークリッド距離を、この測定補助線上の皮質骨厚としてもよい。皮質骨厚の測定データは、後の処理のために整数化してピクセル単位としてもよい。   In step S503, the distance between the two boundary lines on the measurement auxiliary line may be calculated as follows. When the boundary line is a pixel column, the pixel closest to the measurement auxiliary line in the upper boundary line and the pixel closest to the measurement auxiliary line in the lower boundary line are two of the measurement auxiliary line and the boundary line. It may be considered to represent one intersection. Therefore, the Euclidean distance between these two pixels may be the cortical bone thickness on the measurement auxiliary line. Cortical bone thickness measurement data may be converted into integers for pixel processing for later processing.

ステップS602において、骨粗鬆症の診断結果として照合に用いる基準手法は、DXA(二重エネルギーX線吸収測定法)による腰椎や大腿骨頸部の骨密度測定であってもよい。   In step S602, the reference method used for collation as the diagnosis result of osteoporosis may be bone density measurement of the lumbar spine and the femoral neck by DXA (dual energy X-ray absorption measurement method).

上記で説明した骨粗鬆症診断支援装置1は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いても実現可能である。例えば、上述の動作を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、該プログラムをコンピュータにインストールして、上述の処理を実行することによって装置を構成してもよい。また、インターネット等のネットワーク上のサーバ装置が備えるディスク装置に格納しておき、例えばコンピュータにダウンロード等できるようにしてもよい。また、上述の機能を、OSとアプリケーションソフトの共同より実現してもよい。この場合には、OS以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。   The osteoporosis diagnosis support apparatus 1 described above can be realized not only by a dedicated system but also by using a normal computer system. For example, the apparatus may be configured by storing and distributing a program for executing the above-described operation in a computer-readable recording medium, installing the program in a computer, and executing the above-described processing. Further, it may be stored in a disk device provided in a server device on a network such as the Internet so that it can be downloaded to a computer, for example. Further, the above-described functions may be realized by the collaboration of the OS and application software. In this case, only the part other than the OS may be stored and distributed in a medium, or may be downloaded to a computer.

上記のプログラムを記録する記録媒体としては、USBメモリ、フレキシブルディスク、CD、DVD、Blu−ray Disc(登録商標)、MO、SDカード、MS(メモリースティック)(登録商標)、その他、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、磁気テープ等のコンピュータ読取可能な記録媒体を使用することができる。また、HDD(ハードディスク)やSSD(ソリッドステートドライブ)等、通常、システム又は装置に固定して使用する記録媒体を使用することもできる。   As a recording medium for recording the above program, USB memory, flexible disk, CD, DVD, Blu-ray Disc (registered trademark), MO, SD card, MS (memory stick) (registered trademark), magnetic disk, optical disk A computer-readable recording medium such as a magneto-optical disk, a semiconductor memory, or a magnetic tape can be used. In addition, it is also possible to use a recording medium that is usually fixed to a system or apparatus, such as an HDD (hard disk) or an SSD (solid state drive).

以下に示すように、図2に示す歯科パノラマX線画像を用いて、皮質骨の厚み測定を行った。図2のパノラマX線画像は、フィルム式装置(朝日レントゲン AZ−3000)で撮影されたものを、300dpiの解像度でスキャンし、デジタル画像に変換したものである。この画像から、長方形で囲まれたオトガイ孔周辺の幅300ピクセルの領域を左右の二箇所抽出し、それぞれ診断支援処理を施した。   As shown below, cortical bone thickness was measured using the dental panoramic X-ray image shown in FIG. The panoramic X-ray image in FIG. 2 is obtained by scanning a film-type device (Asahi X-ray AZ-3000) at a resolution of 300 dpi and converting it into a digital image. From this image, a region with a width of 300 pixels around the pit hole surrounded by a rectangle was extracted at two locations on the left and right sides, and subjected to a diagnosis support process.

図17に、左側についての皮質骨厚み測定値群のヒストグラムを示す。図17のヒストグラムには、41ピクセル付近に主要なピークが見られ、また20ピクセル付近にノイズと見られる値の集合がある。   FIG. 17 shows a histogram of cortical bone thickness measurement values for the left side. In the histogram of FIG. 17, there is a set of values in which a major peak is seen around 41 pixels and noise is seen around 20 pixels.

図17のヒストグラムにクラスタリングを施し、主要クラスタを抽出した。図19に、抽出した主要クラスタのヒストグラムを示す。ここにおいて、ノイズが除去され、主要なクラスタが好適に選択されていることが分かる。   Clustering was performed on the histogram of FIG. 17 to extract main clusters. FIG. 19 shows a histogram of the extracted main cluster. Here, it can be seen that the noise is removed and the main cluster is suitably selected.

上記のノイズ除去方法の有効性を検証するために、他の方法によってもノイズ除去を行い、比較した。ここでは、最大10%及び最小10%の測定値を除去する方法を用いた。このノイズ除去によって得られたヒストグラムを図20に示す。厚み測定値20ピクセル付近に小さなクラスタが残っており、ノイズが完全には除去できていないことが分かる。このように、本実施例のクラスタリングに基づく方法を用いれば、ノイズの除去が有効に行えることが分かる。   In order to verify the effectiveness of the above-described noise removal method, noise removal was also performed by other methods and compared. Here, a method of removing the measured values of the maximum 10% and the minimum 10% was used. A histogram obtained by this noise removal is shown in FIG. It can be seen that a small cluster remains in the vicinity of the thickness measurement value of 20 pixels, and noise has not been completely removed. Thus, it can be seen that noise removal can be effectively performed by using the method based on clustering of the present embodiment.

上記のクラスタリングの方法で得られた皮質骨の厚み推定値を用いて、骨粗鬆症の判別を行った。   Osteoporosis was determined using the estimated cortical bone thickness obtained by the above clustering method.

まず、照合データ作成のための被験者の選択を次のように行った。1996年から2001年の間に歯科パノラマX線画像とDXAによる腰椎・大腿骨頸部での骨密度測定を行った531人の女性から、骨粗鬆症の診断歴のない50歳以上の閉経後女性に限定して100人を抽出し、被験者とした。この抽出に際しては、条件を均一にするため、過去1年以内の月経・代謝性骨疾患やがんの骨転移の診断、女性ホルモンなど骨代謝に影響する可能性のある投薬、子宮や卵巣の摘出がいずれも無く、喫煙歴がなく、顎骨に骨破壊病変のない被験者に限定した。   First, subjects were selected for the creation of collation data as follows. From 531 women who underwent bone density measurements at the lumbar and femoral neck by dental panoramic X-ray images and DXA between 1996 and 2001, from postmenopausal women over 50 years old with no history of osteoporosis A limited number of 100 people were extracted as subjects. In this extraction, in order to make the conditions uniform, the diagnosis of menstrual / metabolic bone diseases and cancer bone metastases within the past year, medications that may affect bone metabolism such as female hormones, uterine and ovarian Limited to subjects with no excision, no history of smoking, and no bone destruction in the jawbone.

次に、骨粗鬆症の判断の閾値の設定を次のように行った。上記の照合データに対して、感度が92.0%となるように閾値を設定すると、下顎骨右側については、腰椎骨密度を基準とするとき閾値は34.3ピクセル、大腿骨頸部骨密度を基準とするとき36.6ピクセルとなった。下顎骨左側については、腰椎骨密度を基準とするとき37.4ピクセル、大腿骨頸部骨密度を基準とするとき33.6ピクセルとなった。   Next, the threshold value for determining osteoporosis was set as follows. When the threshold is set so that the sensitivity is 92.0% with respect to the above collation data, the threshold on the right side of the mandible is 34.3 pixels when the lumbar bone density is used as a reference, and the femoral neck bone density Was 36.6 pixels. As for the left side of the mandible, it was 37.4 pixels when the lumbar bone density was used as a reference, and 33.6 pixels when the femoral neck bone density was used as a reference.

表1に、上記の100人の被験者の診断結果の特異度、感度、陽性適中率、陰性適中率、正確度を示す。ここで陽性的中率とは、歯科パノラマX線画像によって骨粗鬆症陽性と判別された人のうち、DXAによって陽性と診断された人の割合であって、陰性的中率とは、歯科パノラマX線画像によって陰性と判別された人のうち、DXAによって陰性と診断された人の割合である。正確度とは、全診断数に対する、DXAによる診断結果と歯科パノラマX線画像による診断結果が一致した人の割合である。   Table 1 shows the specificity, sensitivity, positive predictive value, negative predictive value, and accuracy of the diagnostic results of the above 100 subjects. Here, the positive predictive value is the ratio of those diagnosed as positive by DXA among the persons identified as positive for osteoporosis by the dental panoramic X-ray image, and the negative predictive value is the dental panoramic X-ray. This is the ratio of people diagnosed as negative by DXA among the people judged negative by the image. The accuracy is the percentage of people who have a diagnosis result by DXA and a diagnosis result by a dental panoramic X-ray image corresponding to the total number of diagnoses.

表1に示す通り、いずれも感度が92.0%のとき、特異度(骨粗鬆症患者でない者のうち、誤検出されなかった者の割合)は、下顎骨右側については腰椎骨密度を基準とするとき67.0%、大腿骨頸部骨密度を基準とするとき55.0%となり、左側についてはそれぞれ64.0%、75.0%となった。   As shown in Table 1, when sensitivity is 92.0%, the specificity (the proportion of those who were not detected falsely among those who are not osteoporotic patients) is based on the lumbar bone density for the right side of the mandible 67.0% and 55.0% based on the femoral neck bone density, and 64.0% and 75.0% on the left side, respectively.

上記の結果を、特許文献1に記載の1点測定による診断方法と比較した(Agus Zainal Arifin, A. Asano, A. Taguchi, T. Nakamoto, M. Ohtsuka, M. Tsuda, Y. Kudo, and K. Tanimoto, ”Computer−aided system for measuring the mandibular cortical width on dental panoramic radiographs in idenifying postmenopausal women with low bone mineral density,” Osteoporosis International, Vol. 17, No. 5, pp. 753−759, 2006)。1点測定による診断では、感度と特異度は、腰椎骨密度を基準とするときそれぞれ88.0%と58.7%、大腿骨頸部骨密度を基準とするときそれぞれ87.5%と56.3%であった。また、上記の文献に記載されている、熟練歯科放射線科医の手動測定による診断結果では、感度と特異度が腰椎骨密度を基準とするときそれぞれ92.0%と60.0%、大腿骨頸部骨密度を基準とするときそれぞれ87.5%と64.8%であった。以上のことから、本発明の骨粗鬆症診断支援装置は、1点測定による特許文献1に記載の方法をほとんどの場合上回り、熟練者の手動測定と比べても同等以上の診断能力を持つことが分かった。   The above results were compared with a diagnostic method based on one-point measurement described in Patent Document 1 (Agus Zainal Arifin, A. Asano, A. Taguchi, T. Nakamoto, M. Ohtsuka, M. Tsuda, Y. Kudo, and K. Tanimoto, "Computer-aided system for measuring the mandibular cortical width on dental panoramic radiographs in idenifying postmenopausal women with low bone mineral density," Osteoporosis International, Vol. 17, No. 5, pp 753-759, 2006). In a one-point diagnosis, the sensitivity and specificity are 88.0% and 58.7%, respectively, based on lumbar bone density, and 87.5% and 56, respectively, based on femoral neck bone density. 3%. In addition, in the diagnosis results obtained by manual measurement by skilled dental radiologists described in the above-mentioned literature, the sensitivity and specificity are 92.0% and 60.0%, respectively, when the lumbar bone density is a reference, and the femur They were 87.5% and 64.8%, respectively, based on the neck bone density. From the above, it can be seen that the osteoporosis diagnosis support apparatus of the present invention exceeds the method described in Patent Document 1 by one-point measurement in most cases, and has the same or better diagnostic ability than the manual measurement by skilled persons. It was.

本実施例における骨粗鬆症の判別の精度を検証するため、受診者動作特性解析を行った。受信者動作特性(Reveiver Operating Characteristic,ROC)解析は、さまざまな閾値に対する感度と特異度を総合的に取り扱い、診断方法の能力を評価する方法である。ROC解析では、(1−特異度)を横軸、感度を縦軸として、閾値を変化させたときの両者の関係をプロット(ROC曲線)に表す。理想的には、感度が高く、(1−特異度)が低いほうが望ましい。したがって、ROC曲線の下側部分の面積が大きい方が、感度がより高く、(1−特異度)が低いところをROC曲線が通ることになり、閾値を適切に定めればより高い診断能力を得ることができる。   In order to verify the accuracy of discrimination of osteoporosis in the present example, an operation characteristic analysis of the examinee was performed. Receiver operating characteristic (ROC) analysis is a method for comprehensively handling sensitivity and specificity for various thresholds and evaluating the ability of a diagnostic method. In ROC analysis, (1-specificity) is plotted on the horizontal axis and sensitivity is plotted on the vertical axis, and the relationship between the two when the threshold value is changed is represented in a plot (ROC curve). Ideally, higher sensitivity and lower (1-specificity) are desirable. Therefore, when the area of the lower part of the ROC curve is larger, the sensitivity is higher and the ROC curve passes through a place where (1-specificity) is lower. Can be obtained.

図21に、本実施例により得られたROC曲線(下顎骨右側の例)を示す。図21(a)は腰椎骨密度を基準とした場合、(b)は大腿骨頸部骨密度を基準した場合に相当する。ROC曲線の下側の面積は、下顎骨右側については腰椎骨密度を基準とするとき0.851、大腿骨頸部骨密度を基準とするとき0.830となり、左側についてはそれぞれ0.841、0.863となった。一点測定による方法では、腰椎骨密度を基準とするとき0.777、大腿骨頸部骨密度を基準とするとき0.803であったので、この点からも本発明による方法がより優れた診断能力を持つことが分かる。   FIG. 21 shows an ROC curve (example on the right side of the mandible) obtained by this example. FIG. 21A corresponds to the case where the lumbar bone density is used as a reference, and FIG. 21B corresponds to the case where the femoral neck bone density is used as a reference. The area under the ROC curve is 0.851 for the right side of the mandible when based on the lumbar bone density, 0.830 when the base for the femoral neck bone density, and 0.841 for the left side, respectively. It was 0.863. In the method based on the single point measurement, 0.777 was obtained when the lumbar bone density was used as a reference, and 0.803 when the femoral neck bone density was used as a reference. From this point, the method according to the present invention can provide a better diagnosis. You can see that you have the ability.

また、厚み測定値群の平均値及び分散値の双方を用いた方法によっても、骨粗鬆症の判別を行った。図22に、厚み測定値群の平均値及び分散値のプロットを示す。   Further, osteoporosis was also determined by a method using both the average value and the dispersion value of the thickness measurement value group. In FIG. 22, the plot of the average value and dispersion value of a thickness measurement value group is shown.

図22において0はDXAによって診断された骨粗鬆症患者、1はそうでない人、であり、図22(a)は腰椎骨密度を基準とした場合、(b)は大腿骨頸部骨密度を基準とした場合に相当する。プロットにおいては、基本的には骨粗鬆症患者とそうでない人の領域がおおまかに存在し、両者が入り交じっている領域も見られる。サポートベクタマシンを用いて求めた、二つの領域の最適な境界線もまた図22に示されている。trainingはすでに診断された学習データ、classifiedは得られた境界線に基づいて診断を行ったデータである。このように、あらかじめ多数の学習データによって境界線を定めておけば、骨粗鬆症の判別を行うことが可能である。   In FIG. 22, 0 is a patient with osteoporosis diagnosed by DXA, 1 is a person who is not, FIG. 22 (a) is based on the lumbar bone density, and (b) is based on the femoral neck bone density. It corresponds to the case. In the plot, there are basically areas of osteoporosis patients and those who are not, and there are also areas where both are mixed. The optimal boundary between the two regions determined using the support vector machine is also shown in FIG. “training” is learning data that has already been diagnosed, and “classified” is data that has been diagnosed based on the obtained boundary line. As described above, if the boundary line is determined in advance by a large number of learning data, it is possible to determine osteoporosis.

本発明の骨粗鬆症診断支援装置は、歯科検診において撮影されるパノラマX線画像を用いることを前提としており、新たに画像の撮影を行う必要がない。このため、骨粗鬆症診断に必要なコストが大幅に削減できる。   The osteoporosis diagnosis support apparatus of the present invention is premised on the use of a panoramic X-ray image taken in a dental examination, and it is not necessary to newly take an image. For this reason, the cost required for osteoporosis diagnosis can be significantly reduced.

1 骨粗鬆症診断支援装置
11 X線画像取得部
12 制御部
13 記憶部
14 出力部
15 操作部
1 Osteoporosis diagnosis support device 11 X-ray image acquisition unit 12 Control unit 13 Storage unit 14 Output unit 15 Operation unit

Claims (9)

X線画像に帯状に写った皮質骨と他の部分との2本の境界線を特定する境界線特定手段と、
前記境界線上に設けた複数の点に基づいて、前記境界線に近似する直線または曲線である近似線を求める近似線算出手段と、
前記近似線上に複数の測定点を設定し、設定した前記測定点からそれぞれ前記近似線の法線方向に伸ばした測定補助線上において前記2本の境界線間の距離を測定し、複数の測定値を取得する測定値群取得手段と、
前記測定値に基づいて皮質骨の厚みを算出する皮質骨厚算出手段と、
前記皮質骨厚算出手段で算出した皮質骨の厚みに基づいて骨粗鬆症を判別する骨粗鬆症判別手段と、を備える、
ことを特徴とする骨粗鬆症診断支援装置。
Boundary line specifying means for specifying two boundary lines between cortical bone and other portions reflected in a band shape in an X-ray image;
Based on a plurality of points provided on the boundary line, approximate line calculating means for obtaining an approximate line that is a straight line or a curve that approximates the boundary line;
A plurality of measurement points are set on the approximate line, a distance between the two boundary lines is measured on a measurement auxiliary line extending from the set measurement point in a normal direction of the approximate line, and a plurality of measurement values are measured. Measurement value group acquisition means for acquiring
Cortical bone thickness calculating means for calculating the thickness of cortical bone based on the measured value;
Osteoporosis discriminating means for discriminating osteoporosis based on the cortical bone thickness calculated by the cortical bone thickness calculating means,
An osteoporosis diagnosis support apparatus characterized by the above.
前記境界線特定手段は、
前記X線画像の濃淡を基に皮質骨部分とその他の背景部分とを特定する皮質骨部分特定手段と、
前記皮質骨部分に属する画素それぞれについて前記背景部分までの最短距離を算出し、算出した前記最短距離と該当画素とを関連づける最短距離取得手段と、
前記最短距離の極大値を追跡することによって、皮質骨の中心線を求める中心線取得手段と、
前記中心線上に設けた複数の点を中心点とした複数の円の包絡線を前記境界線として取得する境界線取得手段と、を備え、
前記境界線取得手段は、
前記中心点に位置する画素に関連付けられた前記最短距離をそれぞれの円の半径とする、
ことを特徴とする請求項1に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The boundary line specifying means includes:
Cortical bone part specifying means for specifying a cortical bone part and other background parts based on the density of the X-ray image;
For each pixel belonging to the cortical bone part, to calculate the shortest distance to the background part, the shortest distance acquisition means for associating the calculated shortest distance and the corresponding pixel,
By tracking the maximum value of the shortest distance, centerline acquisition means for obtaining the centerline of cortical bone,
Boundary line acquisition means for acquiring, as the boundary line, envelopes of a plurality of circles centered on a plurality of points provided on the center line,
The boundary line acquisition means includes
The shortest distance associated with the pixel located at the center point is the radius of each circle,
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to claim 1.
前記皮質骨厚算出手段は、
前記複数の測定値から、測定値域とその出現回数とのヒストグラムを取得する手段と、
前記ヒストグラムの前記値域に複数の区分を設け、前記区分に基づいて前記ヒストグラムを分割するヒストグラム分割手段と、
分割された複数のヒストグラムのうち、出現回数の合計が最大となるヒストグラムを選択する手段と、
選択された前記出現回数の合計が最大となるヒストグラムにおいて測定値の期待値を算出し、算出した期待値を皮質骨の厚みとして取得する手段と、を備え、
前記ヒストグラム分割手段は、
ヒストグラム分割後に、出現回数の合計が最大となるヒストグラムと、出現回数の合計が2番目に大きいヒストグラムとの、出現回数の合計の差が最大となるように、区分の数を設定する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The cortical bone thickness calculating means includes
Means for obtaining a histogram of the measurement value range and the number of occurrences thereof from the plurality of measurement values;
A plurality of sections in the range of the histogram, and a histogram dividing means for dividing the histogram based on the sections;
Means for selecting a histogram having the maximum total number of appearances among the plurality of divided histograms;
A means for calculating an expected value of a measured value in a histogram in which the sum of the selected number of appearances is maximum, and obtaining the calculated expected value as a thickness of cortical bone, and
The histogram dividing means includes
After dividing the histogram, set the number of categories so that the difference between the total number of appearances of the histogram with the maximum number of appearances and the histogram with the second largest total number of appearances is maximized.
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to claim 1 or 2.
前記皮質骨厚算出手段は、
前記複数の測定値の平均値を皮質骨の厚みとして取得する手段、を備え、
前記骨粗鬆症判別手段は、
前記皮質骨厚算出手段で取得した皮質骨の厚みと、前記測定値の分散値とに基づいて骨粗鬆症を判別する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The cortical bone thickness calculating means includes
Means for obtaining an average value of the plurality of measured values as the thickness of the cortical bone,
The osteoporosis discrimination means is
Discriminate osteoporosis based on the thickness of the cortical bone obtained by the cortical bone thickness calculating means and the variance of the measured value,
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to claim 1 or 2.
前記ヒストグラム分割手段は、
前記複数の測定値の取りうる数値を、所定の数の集合にそれぞれランダムに関連づけ、複数の集合を取得する集合取得手段と、
前記複数の集合のそれぞれについて、測定値と測定値出現回数とを乗じた値の集合内合計を求め、期待値とする期待値取得手段と、
前記測定値の取りうる数値から1つを選んで、前記期待値と比較し、最も近い期待値を有する集合に選択した数値を再配分する操作を、全ての前記測定値の取りうる数値について行う再配分手段と、
前記期待値取得手段と前記再配分手段とを交互に繰り返して、前記再配分が起こらなくなるまで続ける繰り返し手段と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The histogram dividing means includes
Set acquisition means for randomly associating numerical values of the plurality of measurement values with a predetermined number of sets, and acquiring a plurality of sets;
For each of the plurality of sets, an expected value acquisition means for obtaining a sum within a set of values obtained by multiplying the measured value and the number of times the measured value appears, and an expected value;
One of the numerical values that can be taken by the measured value is selected, compared with the expected value, and the operation of redistributing the selected numerical value to the set having the closest expected value is performed for all possible numerical values of the measured value. Redistribution means,
Repeating the expected value acquisition means and the redistribution means alternately, and continuing until the redistribution does not occur;
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to claim 3, further comprising:
前記近似線は、多項式で表現される直線または曲線である、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The approximate line is a straight line or a curve expressed by a polynomial.
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記近似線は、2次関数で表現される曲線である、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The approximate line is a curve expressed by a quadratic function.
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記X線画像は、人の下顎部分が含まれる歯科パノラマX線画像である、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の骨粗鬆症診断支援装置。
The X-ray image is a dental panoramic X-ray image including a mandibular portion of a person.
The osteoporosis diagnosis support apparatus according to any one of claims 1 to 7.
X線画像に帯状に写った皮質骨と他の部分との2本の境界線を特定する境界線特定ステップと、
前記境界線上に設けた複数の点に基づいて、前記境界線に近似する直線または曲線である近似線を求める近似線算出ステップと、
前記近似線上に複数の測定点を設定し、設定した前記測定点からそれぞれ前記近似線の法線方向に伸ばした測定補助線上において前記2本の境界線間の距離を測定し、複数の測定値を取得する測定値群取得ステップと、
前記測定値に基づいて皮質骨の厚みを算出する皮質骨厚算出ステップと、
前記皮質骨厚算出ステップで算出した皮質骨の厚みに基づいて骨粗鬆症を判別する骨粗鬆症判別ステップと、をコンピュータに実行させる、
ことを特徴とする骨粗鬆症診断支援プログラム。
A boundary line specifying step for specifying two boundary lines between the cortical bone and the other part appearing in a band shape in the X-ray image;
An approximate line calculation step for obtaining an approximate line that is a straight line or a curve that approximates the boundary line based on a plurality of points provided on the boundary line;
A plurality of measurement points are set on the approximate line, a distance between the two boundary lines is measured on a measurement auxiliary line extending from the set measurement point in a normal direction of the approximate line, and a plurality of measurement values are measured. A measurement value group acquisition step for acquiring
Cortical bone thickness calculating step for calculating the thickness of cortical bone based on the measured value;
Causing the computer to execute an osteoporosis determining step of determining osteoporosis based on the thickness of the cortical bone calculated in the cortical bone thickness calculating step.
An osteoporosis diagnosis support program characterized by that.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5722414B1 (en) 2013-11-25 2015-05-20 メディア株式会社 Osteoporosis diagnosis support device
JP6836250B2 (en) * 2017-01-05 2021-02-24 佳知 高石 Bone quality assessment device, method and program
KR101991452B1 (en) * 2018-03-08 2019-06-20 주식회사 디알텍 Method for detecting nipple location, method for displaying breast image and apparatus for detecting nipple location
KR20200095859A (en) 2019-02-01 2020-08-11 삼성전자주식회사 Method for processing of a x-ray image and apparatus for processing a x-ray image performing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2793502B2 (en) * 1994-04-20 1998-09-03 浜松ホトニクス株式会社 Method and apparatus for measuring bone mineral density
JP3229200B2 (en) * 1996-05-07 2001-11-12 帝人株式会社 Bone measurement method
WO2006043523A1 (en) * 2004-10-19 2006-04-27 Hiroshima University Independent Administrative Agency Apparatus for assisting diagnosis of osteoporosis
JP2008036068A (en) * 2006-08-04 2008-02-21 Hiroshima Univ Osteoporosis diagnosis support apparatus, method and program, computer-readable recording medium recorded with osteoporosis diagnosis support program and lsi for supporting osteoporosis diagnosis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11540785B2 (en) 2019-01-25 2023-01-03 Samsung Electronics Co., Ltd. X-ray image processing method and x-ray image processing apparatus

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