JP6686733B2 - 動態解析システム - Google Patents

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Description

本発明は、動態解析システムに関する。
従来、Ｘ線の動態画像等を画像解析し、肺の換気能の診断に有効な情報を提供する装置が開示されている。例えば、特許文献１には、最大呼気位と最大吸気位間における絶対換気量の情報を取得し、当該絶対換気量と、動態画像のうち最大呼気位及び最大吸気位のフレーム画像間の信号値の変化量とから単位信号変化量当たりの推定換気量を算出し、この単位信号変化量あたりの推定換気量の値を各時間位相における最大呼気位又は最大吸気位からの信号値変化量に乗算することにより各時間位相における推定換気量を算出して提供する動態解析システムが記載されている。
特開２００９−１５３６７８号公報
ところで、肺野の換気量は、上肺野と下肺野で異なる。即ち、図１５の正面図に示すように、横隔膜に近い肺野下部の方が高さ方向の変化が大きいため換気量が多く、横隔膜から遠い肺野上部の方が高さ方向の変化が少ないため換気量が少ない。また、図１５の側面図に示すように、前後方向の奥行きが広い肺野下部の方が元々の容積が大きいので換気量が多く、前後方向の奥行きが狭い肺野上部の方が元々の容積が小さいので換気量が少ない。
そこで、特許文献１では、動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、領域毎に変化する推定換気量を算出している。しかし、領域毎の推定換気量を算出する基となる領域毎の絶対換気量の情報を得ることは困難であり、特許文献１には肺野全体の絶対換気量の情報を得る方法しか開示されていない。更に、特許文献１においては、分割された各領域の位置によらずに、肺野全体の絶対換気量に基づいて算出された単位信号変化量当たりの推定換気量を用いて各時間位相における推定換気量を求めており、必ずしも領域毎の換気状態を正確に表しているとは言えない。
図１６（ａ）は、健常者の領域Ａ〜Ｃ（図７（ａ）参照）の信号値変化量の時間変化を示す図、図１６（ｂ）は、領域Ｃに疾患がある患者の領域Ａ〜Ｃの信号値変化量の時間変化を示す図である。図１７（ａ）は、特許文献１の原理により図１６（ａ）に示す健常者の領域Ａ〜Ｃのそれぞれの信号値変化量を推定換気量に変換したときの信号値変化量の範囲と推定換気量の範囲を示す図、図１７（ｂ）は、特許文献１の原理により図１６（ｂ）に示す患者の領域Ａ〜Ｃのそれぞれの信号値変化量を推定換気量に変換したときの信号値変化量の範囲と推定換気量の範囲を示す図である。図１８（ａ）は、図１７（ａ）に示す関数により健常者の領域Ａ〜Ｃのそれぞれの信号値変化量から推定換気量を算出したときの推定換気量の時間変化を表したイメージ図である。図１８（ｂ）は、図１７（ｂ）に示す関数により領域Ｃに疾患がある患者の領域Ａ〜Ｃのそれぞれの信号値変化量から推定換気量を算出したときの推定換気量の時間変化を表したイメージ図である。図１８（ａ）、（ｂ）では、各領域が推定換気量に応じた色で表されている。
特許文献１では、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、領域によらずに同一の関数を用いて信号値変化量から推定換気量を表す指標値を算出している。その結果、図１７（ａ）に示すように、領域Ａの信号値変化量の範囲＜領域Ｂの信号値変化量の範囲＜領域Ｃの信号値変化量の範囲である場合、領域Ａの推定換気量の範囲＜領域Ｂの推定換気量の範囲＜領域Ｃの推定換気量の範囲となり、これをイメージで表すと、図１８（ａ）に示すように、各領域が同様に正常に機能している場合であっても、領域毎の換気状態が異なるかのように表示されてしまう。例えば、図１６（ａ）に示す肺野の場合、領域Ａは元々の絶対換気量が少ないため信号値変化量が小さいのであり、換気の機能が低いわけではないが、特許文献１では領域Ａが過小評価され、図１８（ａ）に示すように換気が十分に機能していないかのような誤解を与えてしまう。また、図１６（ｂ）に示すように、領域Ｃの換気が十分に機能していない肺野の場合、特許文献１の技術では、図１７（ｂ）に示すように、元々の絶対換気量が多い肺野下部の領域Ｃでは換気能が低い場合でも推定換気量の範囲はある程度大きく表現されるため、図１８（ｂ）に示すように、推定換気量が少ないことが表現されずに見落とされてしまう可能性がある。
本発明の課題は、肺野の領域毎の換気状態をより正確に把握できるようにすることである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の動態解析システムは、
被写体の胸部を動態撮影することにより取得された複数の時間位相における動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、分割した各領域内の画素信号値又は画素数の少なくとも一方に基づいて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値を算出する解析値算出手段と、
前記各領域に応じた異なる関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する換気状態算出手段と、
表示手段と、
前記複数の時間位相における前記各領域について算出された前記指標値を表示する制御手段と、
を備える。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記換気状態算出手段は、肺野上部の領域ほど傾きの絶対値が大きい関数を用い、肺野下部の領域ほど傾きの絶対値が小さい関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記換気状態算出手段は、前記領域毎に、最大吸気位、及び／又は最大呼気位におけるオフセット値が異なる関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、
前記各領域に応じた関数を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から前記各領域に応じた関数を取得する情報取得手段と、を備え、
前記換気状態算出手段は、前記情報取得手段により取得された前記各領域に応じた関数を用いて、前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記記憶手段は、前記各領域に応じた関数の組み合わせを複数パターン記憶し、
前記記憶手段に記憶されている複数パターンの中から、前記換気状態算出手段による指標値の算出に用いるパターンを選択する選択手段を備え、
前記換気状態算出手段は、前記選択手段によって選択されたパターンの関数を用いて、前記各領域の前記指標値を算出する。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記選択手段は、前記被写体の撮影が立位状態で行われたか臥位状態で行われたかの情報に基づいて、前記換気状態算出手段による指標値の算出に用いるパターンを選択する。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、
前記選択手段は、前記被写体の撮影が臥位状態で行われた場合よりも立位状態で行われた場合のほうが、肺野上部の領域と肺野下部の領域における前記関数の傾きの絶対値の差が大きいパターンを選択する。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明において、
ユーザ操作に応じて前記各領域に応じた関数を設定する設定手段を備える。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、
前記換気状態算出手段は、呼気位相と吸気位相とで異なる関数を用いて前記解析値から前記指標値を算出する。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、
前記換気状態算出手段は、呼気位相と吸気位相とで前記解析値に対する前記指標値の増減が逆の関数を用いる。
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか一項に記載の発明において、
前記制御手段は、前記複数の時間位相の各動態画像において算出された前記各領域の指標値を示すイメージ画像を生成し、時間位相に応じて当該イメージ画像を連続的に切り替えて前記表示手段に表示させる。
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の発明において、
前記関数は線形関数である。
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の発明において、
前記関数は、非線形関数である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３の何れか一項に記載の発明において、
前記解析値算出手段は、前記各領域内の透過Ｘ線強度に基づいて前記解析値を算出する。
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４の何れか一項に記載の発明において、
前記換気状態算出手段は、前記指標値として相対換気量を算出する。
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５の何れか一項に記載の発明において、
被写体の胸部を動態撮影することにより複数の時間位相における動態画像を取得する撮影手段を備える。
本発明によれば、肺野の領域毎の換気状態をより正確に把握することが可能となる。
本実施形態における動態解析システムを示す図である。 図１の撮影装置、撮影用コンソール、診断用コンソールの機能的構成を示す図である。 図１の画像処理装置の機能的構成を示す図である。 動態解析システムにおける処理の流れを示す図である。 換気状態を表す指標値を算出する処理の流れを説明する図である。 複数の時間位相の動態画像を示す図である。 領域の分割例を示す図である。 解析値から指標値を算出する際に用いる関数の一例を示す図である。 図７（ａ）に示す領域Ａ〜Ｃのそれぞれに応じた関数の一例を示す図である。 関数の形状の例を示す図である。 （ａ）は、吸気位相における関数の一例を示す図、（ｂ）は、呼気位相における関数の一例を示す図である。 動態画像及び換気状態を表す指標値の表示例を示す図である。 換気状態を表す指標値と表示色を対応付けるためのユーザインターフェース画面の一例を示す図である。 健常者の換気状態を表す指標値のイメージ図である。 肺野下部に疾患のある患者の換気状態を表す指標値のイメージ図である。 正面及び側面から撮影した動態画像のうち最大呼気位及び最大吸気位の動態画像を示す図である。 （ａ）は、健常者の領域毎の信号値変化量を示す図、（ｂ）は、領域Ｃに疾患がある患者の領域毎の信号値変化量を示す図である。 （ａ）は、従来技術における信号値変化量から推定換気量を算出するための関数及び健常者の各領域の信号値変化量の範囲と各領域の推定換気量の範囲を示す図、（ｂ）は、従来技術における信号値変化量から推定換気量を算出するための関数及び領域Ｃに疾患のある患者の各領域の信号値変化量の範囲と各領域の推定換気量の範囲を示す図である。 （ａ）は、従来技術における健常者の推定換気量のイメージ図、（ｂ）は、従来技術における肺野下部に疾患のある患者の推定換気量のイメージ図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
まず、構成を説明する。
図１に、本実施形態における動態解析システム１を示す。
図１に示すように、動態解析システム１は、撮影装置１０、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０と、画像処理装置４０と、サーバ５０とを備えて構成されている。撮影装置１０と撮影用コンソール２０は、通信ケーブル等により接続され、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０、画像処理装置４０、サーバ５０は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークＮを介して接続されている。
図２を参照して、撮影装置１０、撮影用コンソール２０及び診断用コンソール３０についてさらに説明する。撮影装置１０はＸ線源１１、検出器１２、読取部１３、サイクル検出部１４を備えて構成されている。一方、撮影用コンソール２０は、制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４、通信部２５を備えて構成されている。診断用コンソール３０も同様に、制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４、通信部３５を備えて構成されている。
まず、撮影装置１０について説明する。
撮影装置１０は、被写体Ｍに対しＸ線を照射し、検出器１２からＸ線画像を読み取る。撮影装置１０では動態撮影が可能である。動態撮影とは撮影を連続的に行い、複数の時間位相における動態画像（フレーム画像）を得る撮影方法である。動態画像とは動態撮影により得られた撮影画像をいい、本実施形態では動態画像はＸ線画像である。
Ｘ線源１１は、撮影用コンソール２０の制御部２１の制御に従って、Ｘ線を照射する。制御されるＸ線照射条件としては、例えば動態撮影における連続撮影時のパルスレート、パルス幅、パルス間隔、照射開始／終了タイミング、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、フィルタ値等が挙げられる。パルスレートとは単位時間あたりの撮影回数をいい。パルス幅は撮影１回あたりのＸ線照射時間である。パルス間隔は、連続撮影においてあるＸ線照射開始から次の撮影でのＸ線照射を開始するまでの時間である。
検出器１２は、被写体Ｍを挟んでＸ線源１１と対向する位置に配置される。検出器１２はＸ線の検出センサがマトリクス状に配置されたＦＰＤ（Flat Panel Detector）等であ
る。すなわち、Ｘ線をその強度に応じた電気信号に変換して画素（検出センサ）毎に蓄積するので、検出器１２にはＸ線画像が記録されることとなる。
読取部１３は、検出器１２からＸ線画像を読み取る処理を行い、読み取られたＸ線画像を撮影用コンソール２０に送信する。なお、読取動作は制御部２１により制御される。制御される画像読取条件としては、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ等がある。フレームレート、フレーム間隔は上記パルスレート、パルス間隔と同意義である。
サイクル検出部１４は、被写体Ｍの撮影部位について生体反応のサイクルを検出する。例えば、本実施形態のように、撮影部位が肺を含む胸部である場合には、呼吸モニタベルト、ＣＣＤカメラ、光学カメラ、スパイロメータ等を適用して呼吸サイクルを検出する。
サイクル検出部１４は、検出したサイクルの情報を、撮影用コンソール２０の制御部２１に出力する。
次に、撮影用コンソール２０及び診断用コンソール３０について説明する。
撮影用コンソール２０は技師の撮影操作用として用いられ、撮影条件等の入力を受け付けたり、撮影装置１０のＸ線画像を技師の確認用に表示したりする。診断用コンソール３０は、医師の操作用として用いられ、撮影用コンソール２０から送信されるＸ線画像を医師の確認用に表示したりする。
診断用コンソール３０の各部（制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４、通信部３５）の機能は、撮影用コンソール２０の各部（制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４、通信部２５）と基本的に同一である。よって、ここでは撮影用コンソール２０の各部を代表として説明し、診断用コンソール３０の各部の説明を省略する。
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory
）等により構成されている。制御部２１は記憶部２２に記憶されている各種プログラムをＣＰＵにより読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムとの協働により各種演算を行ったり、各部の動作を集中制御したりして処理を実行する。
なお、制御部２１はＣＰＵクロックを利用して時間を計時するタイマ機能を有する。
記憶部２２は、ハードディスク等のメモリであり、制御部２１により用いられる各種プログラムやプログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶している。例えば、撮影部位毎に最適化された撮影条件（Ｘ線照射条件やＸ線画像の画像読取条件等）を記憶している。
操作部２３は、キーボードやマウス等を備えて構成され、これらの操作に応じて操作信号を生成して制御部２１に出力する。
表示部２４はディスプレイを備え、制御部２１の表示制御に従って各種操作画面や撮影により得られたＸ線画像等を表示する。
通信部２５は、通信用のインターフェイスを備え、ネットワークＮに接続された外部装置と通信を行う。
次に、画像処理装置４０及びサーバ５０について説明する。
画像処理装置４０及びサーバ５０は、撮影により得られたＸ線画像を提供するために用いられる。
図３を参照して、画像処理装置４０について説明する。
画像処理装置４０は、Ｘ線画像に対して、画像処理を施したり画像解析を行ったりするものである。図３に示すように、画像処理装置４０は、制御部４１、操作部４２、表示部４３、記憶部４４、通信部４５、画像処理部４６、画像解析部４７、情報取得部４８を備えて構成されている。
制御部４１〜通信部４５については、上記説明した撮影用コンソール２０の制御部２１〜通信部２５と基本的な機能は同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、記憶部４４には、図５のステップＳ１２で分割される各領域毎に、解析値Ｘから換気状態を表す指標値Ｙを算出するための関数が記憶されている。
画像処理部４６は、Ｘ線画像に対し、階調変換処理、周波数調整処理等の各種画像処理を施す。画像処理は撮影部位に応じた種類のものを、撮影部位に応じた画像処理条件により施す。
画像解析部４７は、胸部を動態撮影して得られた複数の時間位相における動態画像を解析し、各時間位相における解析値Ｘ及び換気状態を表す指標値Ｙを算出する。即ち、画像解析部４７は、解析値算出手段及び換気状態算出手段として機能する。具体的な算出方法については後述する。
情報取得部４８は、図５のステップＳ１２で分割される各領域に応じた関数を記憶部４４から読み出して取得し、画像解析部４７に出力する。
画像処理部４６、画像解析部４７、情報取得部４８は、制御部４１とプログラムとの協働により実現されてもよいし、専用のハードウエアにより実現されてもよい。
サーバ５０は、大容量メモリを備えてこのメモリに画像処理装置４０によって画像処理されたＸ線画像を保存し、管理する。サーバ５０に保存されたＸ線画像は診断用コンソール３０からの要求に応じて配信され、診察に供される。
次に、動作について説明する。
本実施形態に係る動態解析システム１は、胸部の動態撮影を行い、得られた複数の時間位相における動態画像を画像解析し、各時間位相における換気状態を表す指標値Ｙを算出、表示する。
図４は、その際に主に機能する撮影装置１０、診断用コンソール３０、画像処理装置４０における処理の流れを示すフローチャートである。
図４に示すように、まず撮影装置１０において動態撮影を行い、複数の時間位相における動態画像を生成する（ステップＳ１）。動態撮影は少なくとも１つの呼吸位相について複数の時間位相の動態画像を生成するように行う。
撮影にあたっては、撮影技師が撮影用コンソール２０の操作部２３を介して、被写体Ｍに関する患者情報の入力、検査情報（撮影部位（ここでは、胸部）、体位（立位、臥位）等）の指定操作等を行う。患者情報には被写体Ｍつまり患者の氏名の他、年齢、性別、体重、身長等の患者の属性を示す情報が含まれる。
撮影用コンソール２０では、制御部２１が指定された撮影部位に応じた撮影条件を記憶部２２から読み出し、撮影装置１０のＸ線源１１におけるＸ線照射条件、読取部１３における画像読取条件として設定する。以下、撮影技師により撮影部位として「胸部（肺）」の撮影が指定されたとして説明する。換気能を見るために肺を撮影する場合、呼吸サイクルは平均０．３回／秒程度であることから、これを考慮して複数の時間位相の動態画像を少なくとも１つの呼吸位相について撮影できるように、例えば下記の撮影条件が設定される。
フレームレート（パルスレート）：３フレーム／秒（つまり１秒あたり３回の撮影）
画素サイズ：４００μｍ
画像サイズ：４０ｃｍ×３０ｃｍ
管電圧：１２０ｋＶ
管電流：５０ｍＡ
撮影タイミング：吸気から呼気への変換点のタイミング（撮影開始タイミング）からフレーム間隔時間毎
なお、制御部２１はサイクル検出部１４により検出された呼吸サイクルの情報に基づいて、フレームレート等の条件を修正する。例えば、検出された呼吸サイクルに基づいて、１つの呼吸位相が所定のフレーム数（例えば、１０フレーム）で撮影されるように制御部２１がフレームレートを算出し、設定し直す。上記のフレームレートの条件例でいえば、サイクル検出部１４により検出された呼吸サイクル数が０．２５回／秒であった場合、フレームレートは２．５フレーム／秒に修正される。
撮影条件を設定後、制御部２１はサイクル検出部１４により検出される呼吸サイクルの情報に基づいて、撮影開始タイミングかどうか、つまり１つの呼吸位相が始まるタイミング（例えば、吸気→呼気の変換点）かどうかを判断する。撮影開始タイミングであれば、制御部２１はＸ線源１１及び読取部１３を制御して動態撮影を開始させる。また、制御部２１は動態撮影開始に合わせて撮影の開始から終了までに要した撮影時間を経時する。
撮影装置１０では、設定されたＸ線照射条件に従って所定のパルスレートでＸ線を照射する。同様に、読取部１３は設定された画像読取条件に従って、所定フレームレートで検出器１２からＸ線画像の読取処理を行う。このＸ線照射動作と画像読取動作は制御部２１が同期させる。これにより、複数の時間位相における動態画像が生成され、撮影用コンソール２０に出力される。
撮影用コンソール２０では、制御部２１の表示制御により動態撮影により得られた各時間位相の動態画像を表示部２４に表示する。撮影技師が画質等を確認するためである。撮影技師により操作部２３を介して承認操作がなされると、制御部２１は各時間位相の動態画像に一連の撮影を識別するためのＩＤや、撮影順を示す番号、患者情報、検査情報、撮影時間の情報等を付帯して診断用コンソール３０に送信する。診断用コンソール３０でも同様に確認用の表示を行う（ステップＳ２）。そして、承認操作がなされると、各時間位相の動態画像を画像処理装置４０に送信する。
画像処理装置４０では、各時間位相の動態画像に対し、画像処理部４６により撮影部位（ここでは胸部）に応じた画像処理を施した後、画像解析部４７により各時間位相の動態画像について換気状態を表す指標値Ｙを算出する処理を行う（ステップＳ３）。
換気状態を表す指標値Ｙを算出する処理については、図５を参照して説明する。
図５に示すように、まず、画像解析部４７は、複数の時間位相における各動態画像について呼吸位相を判別する（ステップＳ１１）。呼気時には肺下部が収縮し、吸気時には肺下部が伸張するので、画像解析部４７は各時間位相に係る動態画像の肺野領域の面積（画素数）を算出し、この面積が最大となる時間位相から最小となる時間位相までの動態画像を呼気位相、面積が最小の時間位相から最大の時間位相までの動態画像を吸気位相のものと判別する。図６に、各時間位相Ｔ（Ｔ＝ｔ０〜ｔ６）の動態画像について呼吸位相を判別した結果を示す。
なお、肺野領域の認識はどのような方法を適用してもよいが、例えば、基準画像の信号値のヒストグラムから判別分析によって閾値を求め、この閾値より高信号の領域を肺野領域として１次検出する。次いで、１次検出された領域の境界付近でエッジ検出を行い、境界付近の小領域でエッジが最大となる点を境界に沿って抽出すれば肺野領域の境界を検出することができる。
次いで、画像解析部４７は、各動態画像の肺野領域を複数の領域に分割する（ステップＳ１２）。
本実施形態では、図７（ａ）に示すように肺野領域を上下に３つの領域（上から領域Ａ、Ｂ、Ｃ）に分割する。上述のように、肺野上部と肺野下部とでは絶対換気量が異なるためである。図７（ｂ）に示すように、肺野領域を複数の小領域（例えば、０．４〜４ｃｍ角）に分割することとしてもよい。
複数の時間位相の動態画像間での各領域の対応付けはローカルマッチングにより行うことができる。ローカルマッチングはある動態画像（例えば、最大呼気位の画像）を基準とし、この基準画像を分割した各領域と他の動態画像のマッチング度が高い領域とを対応付ける方法である。マッチング度とは画像の一致性を示す度合いをいい、最小二乗法や相互相関によって求めることができる。
また、図７（ｃ）に示すように、肺野領域を右上葉、左上葉等の肺の解剖学的構造毎に分割しもよい。この場合は、解剖学的構造毎に換気状態をとらえることが可能となる。分割時には、解剖学的構造の位置及び名称が予め定められた参照画像を用いて、当該参照画像の肺野領域と各動態画像の肺野領域とが略一致するように非線形ワーピング処理等により画像変換することにより各解剖学的構造の領域を認識し、分割すればよい。
なお、本実施形態においては、ステップＳ１２で分割された領域は、それぞれ複数の画素からなることとするが、１画素ごとであっても良い。
次いで、画像解析部４７は、各動態画像の分割された各領域の信号値に基づいて、複数の時間位相のそれぞれにおける各領域の解析値Ｘを算出する（ステップＳ１３）。
ここで、信号値は、動態画像の各画素の値（画素信号値）である。信号値としては、被写体を透過したＸ線強度（透過Ｘ線強度）を用いることができる。透過Ｘ線強度の単位、例えば、mR、mGyの値でも良いし、それらの値と線形関係を有する数値に変換したものでも良い。例えば、透過Ｘ線強度0mRから1000mRまでを12bit(0〜4095)の整数に割り当てたものを信号値として用いることができる。または、信号値として、透過Ｘ線強度又はそれと線形関係を有する値を所定の関数で変換したものを用いても良い。例えば、透過Ｘ線強度を対数変換したものを信号値としても構わない。また、本実施形態は、透過Ｘ線強度が強いほど信号値が大きくなる場合について記載しているが、透過Ｘ強度が強いほど信号値が小さくなっても良い、例えば、透過Ｘ線強度0mRから1000mRまでを4095〜0に割り当てたものを信号値としても良い。
また、解析値Ｘは、分割された各領域内の信号値に基づいて算出される値であり、領域内のＸ線透過状態を表すものであれば、特に限定されない。例えば、領域毎に、信号値のヒストグラムを算出し、肺野に相当する信号値にその頻度を乗じて求めた総和を解析値Ｘとして算出しても良い。または、領域内の信号値の代表値、例えば、平均値、中央値、最頻値などを解析値Ｘとして算出してもよい。平均値は、単純平均でも良いし、重み付け平均でも良い。または、算出した代表値を時間方向のローパスフィルタでフィルタリングした値を解析値Ｘとしてもよい。また、解析値Ｘは、算出された値そのものでも良いし、各フレーム（動態画像）に対して算出された解析値と所定のフレームに対して算出された解析値との相対値（例えば差分や比）を用いても良い。
また、解析値Ｘは、分割された各領域内の画素数に基づいて算出される値としてもよい。例えば、解析値Ｘは、各領域の画素数を計数することにより得られる面積と肺野の厚みを乗じて得られる体積としてもよい。
次いで、情報取得部４８により、記憶部４４に記憶されている、換気状態を表す指標値Ｙを算出する際に用いる、分割された各領域に応じた関数を取得する（ステップＳ１４）。ここで、記憶部４４には、ステップＳ１２で分割された各領域に応じた異なる関数が、各領域の識別情報に対応付けて記憶されている。「各領域に応じた異なる関数」とは、分割された領域のうち少なくとも２つ以上の領域の関数が互いに異なっていることを指し、例えば、領域を細かく設定した場合等においては、必ずしも全ての領域の関数が互いに異なっている必要はない。即ち、記憶部４４には、各領域に応じた異なる２以上の関数が記憶されている。本実施形態においては、情報取得部４８は、記憶部４４からステップＳ１２で分割された各領域に応じた関数を読み出すこととするが、サーバ５０に各領域に応じた関数を記憶しておき、情報取得部４８がサーバ５０から取得することとしてもよい。
ここで、図８に、ステップＳ１４において取得される関数の一例を示す。ステップＳ１４において取得される関数は、図８に示すように、解析値Ｘを横軸、換気状態を表す指標値Ｙを縦軸とし、最大呼気位における解析値ＸをＸ１、最大吸気位における解析値ＸをＸ２、最大呼気位における換気状態を表す指標値ＹをＹ１、最大吸気位における換気状態を表す指標値ＹをＹ２としたとき、解析値Ｘ１とＸ２の間の解析値Ｘから指標値Ｙ１とＹ２の間の指標値Ｙを算出する際に用いる関数である。Ｘ１とＸ２、Ｙ１とＹ２の範囲は健常者の代表的な解析値Ｘと指標値Ｙとの関係に基づいて決定することができるが、これに限られるものではない。
換気状態を表す指標値Ｙは、本実施形態においては相対換気量とするが、換気状態を表す数値であれば特に限定されない。ここで、換気量とは１つの呼吸位相において、図６に示す最大呼気位（最大限に排気したときの位相）と最大吸気位（最大限に吸気したときの位相）間で変化した空気量をいい、特に呼気位相では最大呼気位から最大吸気位までの間に排気された呼気量、吸気位相では最大呼気位から最大吸気位までの間に吸気された吸気量をいう。相対換気量は、肺野全体又は肺野内の所定領域における空気量の大小を相対的に表す数値である。例えば、０〜１の間の実数でも良いし、０〜４０９５（2bit）の整数値でも良い。
図９に、図７（ａ）の領域Ａ〜Ｃのそれぞれに応じた関数の一例を示す。図９に示すように、肺野内の領域によらず指標値Ｙの変化する範囲を一定にすることで、肺野内のどの領域でも同じ基準で換気状態を判断できるようになる。そこで、肺野内の領域によらず指標値Ｙの変化する範囲を一定にするため、図９に示すように、換気による解析値Ｘの変化の小さい肺野上部の領域Ａに応じた関数は傾きの絶対値Ｒが大きく、換気による解析値Ｘの変化の大きい肺野下部の領域Ｃに応じた関数は傾きの絶対値Ｒが小さい関数を用いることが好ましい。ここで、関数の傾きの絶対値Ｒとは、最大呼気位における解析値Ｘ１と最大吸気位における解析値Ｘ２の差｜Ｘ２−Ｘ１｜に対する、最大呼気位における換気状態を表す指標値Ｙ１と最大吸気位における換気状態を表す指標値Ｙ２の差｜Ｙ２−Ｙ１｜の比（｜Ｙ２−Ｙ１｜÷｜Ｘ２−Ｘ１｜）を指す。
関数の形状は、領域によって異なるものでもよく、図１０に示すように、線形でも非線形でもよい。傾きの異なる直線の組み合わせでもよい。また、最大吸気位及び／又は最大呼気位におけるオフセット値（図１０参照）が異なる組み合わせでもよい。各領域に応じた関数がどのような形状となるかは、解析値Ｘと指標値Ｙの組み合わせによって決まる。
また、各領域に対し、呼気位相と吸気位相とで異なる関数を用いてもよい。例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、呼気位相と吸気位相で解析値Ｘの増減に対する指標値Ｙの増減を逆にしてもよい。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、呼気位相と吸気位相で解析値Ｘの増減に対する指標値Ｙの増減を逆にした関数を用いることで、吸気位相については、最大呼気位の換気状態を表す指標値Ｙを基準（例えば、０）とした場合の各時間位相の換気状態を表す指標値Ｙ（即ち、吸気量）を算出することができ、呼気位相については、最大吸気位の換気状態を表す指標値Ｙを基準（例えば、０）とした場合の各時間位相の換気状態を表す指標値Ｙ（即ち、呼気量）を算出することができる。
次いで、画像解析部４７は、情報取得部４８により取得された関数を用いて、各動態画像の領域毎に、解析値Ｘから換気状態を表す指標値Ｙを算出する（ステップＳ１５）。
そして、画像解析部４７は、吸気位相、呼気位相の各動態画像の領域毎にそれぞれ算出した換気状態を表す指標値Ｙの情報を、当該動態画像に付帯させる（ステップＳ１６）。その後、各領域の換気状態を表す指標値Ｙの情報が付帯された各時間位相の動態画像は通信部４５を介してサーバ５０に送信される。
サーバ５０では、付帯情報とともに各時間位相の動態画像をデータベース化してメモリに保存する。診断用コンソール３０から要求があれば、サーバ５０は要求に係る患者の動態画像群を送信する。
図４に戻り、診断用コンソール３０では、制御部３１の表示制御により、サーバ５０から取得した各時間位相の動態画像を表示部３４に表示する（ステップＳ４）。このとき、制御部３１は時間位相に応じて各動態画像を連続的に切り替えて動画として表示させる。医師は肺の呼吸運動について動的な変化を把握することが可能である。
ここで、信号値や解析値Ｘを表示装置に表示する際、単純Ｘ線画像診断においては、透過Ｘ線強度が弱いほど輝度が高く（白く）、透過Ｘ線強度が強いほど輝度が低く（黒く）表示するのが一般的であるが、白黒が逆になるように表示しても良く、用途や好みに応じて両者の表示方法を切り替えても良い。
次いで、制御部３１は表示した動態画像の付帯情報に基づいて、換気状態を表す指標値Ｙの情報を表示部３４に表示させる（ステップＳ５：制御手段）。
図１２Ａに、動態画像の表示例と換気状態を表す指標値Ｙの表示例を示す。
図１２Ａに示す表示画面ｄ１では、動態画像の表示領域ｄ１１と換気状態を表す指標値Ｙの表示領域ｄ１２とを表示させる。表示領域ｄ１１では、制御部３１は各動態画像を時間位相に応じて連続的に切り替えて表示させる。一方、換気状態を表す指標値Ｙの表示領域ｄ１２では、制御部３１は各動態画像において算出された換気状態を表す指標値Ｙを示すイメージ図を生成してこれを表示させる。換気状態を表す指標値Ｙを示すイメージ図は、各動態画像において、分割された各領域の換気状態を表す指標値Ｙを、その指標値Ｙに応じた色で表したものである。表示領域ｄ１２に隣接して、色の濃度がどのぐらいの換気量にあたるのかを指し示すインジケータｄ１３が表示される。インジケータｄ１３において、指標値Ｙである相対換気量の下限には０を表示し、上限にはＭａｘの値を表示する。さらに、制御部３１は各動態画像について算出された領域毎の換気状態を表す指標値Ｙを数値により表示させることとしてもよい。
イメージ図における、換気状態を表す指標値Ｙに応じた色は、白、赤、青、緑などの単一色相の色の濃淡の違いで表しても良いし、複数の異なる色相の色で表しても良い。例えば、相対換気量(0〜1)の内、0〜0.2を青色、0.2〜0.4を緑色、0.4〜0.6を黄色、0.6〜0.8を橙色、0.8〜1.0を赤色で表示することができる。換気状態を表す指標値Ｙと表示する色（濃淡、色相）との対応付けについては、例えば、図１２Ｂのようなユーザインターフェース画面ｄ２を表示し、ユーザが好みに応じて選択できるように構成すると好ましい。
図１３、図１４に、換気状態を表す指標値Ｙを示すイメージ図の例を示す。図１３、図１４は、図１１（ａ）、（ｂ）に示す呼気位相と吸気位相とで解析値Ｘに対する指標値Ｙの増減が異なる関数を用いて算出した指標値Ｙを示したものである。図１３は、健常者の換気状態を表す指標値Ｙを示すイメージ図であり、図１４は、肺野下部に疾患がある患者の換気状態を表す指標値Ｙを示すイメージ図である。図１３、図１４の上段は、呼気位相の相対換気量（呼気量）の場合、図１３、図１４の下段は吸気位の相対換気量（吸気量）の場合を示している。
図１３、図１４に示すように、呼気位相の場合は、各時間位相Ｔ＝ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３の動態画像における各領域が、最大吸気位の動態画像（時間位相Ｔ＝ｔ０）の呼気量を０としたときの各領域の呼気量に応じた色で表されている。これにより、領域毎に、最大吸気位の呼気量を基準として変化した呼気量を視覚的に示すことができる。なお、最大吸気位の動態画像の呼気量を０とするには、指標値ＹからＹ１を引けばよい。
吸気位相の場合も同様である。図１３、図１４に示すように、吸気位相の場合は、各時間位相Ｔ＝ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の動態画像における各領域が、最大呼気位の動態画像（時間位相Ｔ＝ｔ３）の吸気量を０としたときの各領域の吸気量に応じた色で表されている。これにより、領域毎に、最大呼気位の吸気量を基準として変化した吸気量を視覚的に示すことができる。なお、最大呼気位の動態画像の吸気量を０とするには、指標値ＹからＹ１を引けばよい。
従来のように、肺野全体に同じ関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出した場合、健常者に対するイメージ図を表示すると、肺野の領域によって絶対換気量が異なるため、各領域の換気状態が同様に正常であっても、領域によって換気状態が異なるかのように表示されていた。例えば、もともと絶対換気量の少ない肺野上部の換気が十分に機能していないという誤解を与える可能性があった（図１８（ａ）参照）。本実施形態では、各領域に応じた関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出しているので、領域による絶対換気量の違いを考慮して換気状態を評価することができ、各領域の換気状態が同様に正常である場合には、図１３に示すように、同様の表示態様で各領域を示すことができる。
また、従来のように、肺野全体に同じ関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出した場合、肺野下部に疾患のある患者に対するイメージ図を表示すると、元々の絶対的な換気量の多い肺野下部についての換気が過大評価され、十分に機能しているような誤解を与える可能性があったが（図１８（ｂ）参照）、本実施形態では、各領域に応じた関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出しているので、領域による絶対換気量の違いを考慮して換気状態を評価することができ、図１４に示すように、肺野下部の換気が十分に機能していないことを示すことができる。
制御部３１は、各動態画像において各領域を換気状態を表す指標値Ｙに応じた色で表したイメージ図を、時間位相に応じて連続的に切替ながら表示領域ｄ１２に表示させる。イメージ図における色の変化によって、医師は時間の経過に伴う換気状態を表す指標値Ｙの変化を視覚的に把握することが可能となる。
なお、切替表示は表示領域ｄ１１における元の動態画像の時間位相に一致させて行う。元の動態画像の表示と動態を連動させることにより、元の動態画像を観察しつつ、換気状態を表す指標値Ｙの情報を参考にすることが可能となる。
なお、指標値Ｙとして相対換気量を求めた場合、相対換気量に基づいて、解析値Ｘに対応する絶対換気量の値を求めることも可能である。絶対換気量は、換気量の実測値又は実測値と実質同一といえる値であり、例えば、スパイロメータにより測定した換気量（１回換気量や努力肺活量等）である。また、最大呼気位及び最大吸気位の動態画像から肺底を検出し、この肺底の位置の差からΔｈを求めるとともに、肺底の長さａと厚みｂを求めて体積Ｖを算出し（図１５参照）、求めた体積Ｖを絶対換気量とみなすこともできる。解析値Ｘに対応する絶対換気量は、例えば、解析値Ｘから求めた相対換気量（指標値Ｙ）の最大吸気位と最大呼気位の指標値Ｙの差が別の方法で（例えば、スパイロメータによる計測により）取得した絶対換気量に対応するように縦軸に所定の係数を掛けることにより求めることができる。複数の領域毎に絶対換気量を求める場合には、各領域の最大吸気位と最大呼気位の指標値Ｙの差の合計が上述の別の方法で取得した絶対換気量に等しくなるようにすればよい。
以上のように、本実施形態によれば、画像処理装置４０の画像解析部４７は、被写体の胸部を動態撮影することにより生成された複数の時間位相における動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、分割した各領域内の画素信号値又は画素数の少なくとも一方に基づいて、複数の時間位相における各領域の解析値Ｘを算出し、各領域に応じた異なる関数を用いて、各領域の解析値Ｘから各領域の換気状態を表す指標値Ｙを算出する。制御部４１は、複数の時間位相における各領域の換気状態を表す指標値Ｙを表示部４３に表示させる。従って、肺野の各領域に応じた関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出するので、各領域の換気状態をより正確に表示することが可能となり、医師等は、肺野の領域毎の換気状態をより正確に把握することが可能となる。
例えば、画像解析部４７は、肺野上部の領域ほど傾きの絶対値が大きい関数を用い、肺野下部の領域ほど傾きの絶対値が小さい関数を用いることで、例えば、各領域について算出される指標値Ｙの範囲を一定に揃えることができ、肺野内の領域によらず、どの領域でも同じ基準で換気状態を表すことが可能となる。従って、医師等は、肺野の領域毎の換気状態をより正確に把握することが可能となる。
なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、上記実施形態においては、記憶部４４に記憶されている各領域に応じた関数の組み合わせは１つであったが、各領域に応じた関数の組み合わせを記憶部４４に複数パターン記憶させておき、図示しない選択手段により、記憶部４４に記憶されている複数パターンの中から、実際に指標値Ｙを算出する際に用いるパターンを選択し、選択されたパターンの関数を情報取得部４８により取得することとしてもよい。選択手段は、動態画像の付帯情報等に基づいて指標値Ｙの算出に用いるパターンを自動的に選択してもよいし、操作部４２の操作に応じて選択してもよい。
例えば、被写体の撮影が立位状態で行われる場合、重力の影響で上肺野と下肺野の肺胞の伸縮状態が臥位の場合よりも大きく異なる。そこで、例えば、記憶部４４に、上肺野の関数の傾きの絶対値Ｒと下肺野の関数の傾きの絶対値Ｒの差が大きいパターンと、小さいパターンを記憶しておき、動態画像に付帯されている検査情報に立位状態での撮影であることが記載されている場合には、選択手段は上肺野の関数の傾きの絶対値Ｒと下肺野の関数の傾きの絶対値Ｒの差が大きい方のパターンを選択し、動態画像に付帯されている検査情報に臥位状態での撮影であることが記載されている場合には、選択手段は、上肺野の関数の傾きの絶対値Ｒと下肺野の関数の傾きの絶対値Ｒの差が小さい方のパターンを選択することとしてもよい。これにより、撮影時における重力の影響をより一層考慮して換気状態を表す指標値Ｙを算出することが可能となる。
また、例えば、領域毎に関数を変えた組み合わせからなるパターンと、領域毎の関数が同じ組み合わせからなるパターンを記憶部４４に記憶させておき、操作部４２の操作により選択されたパターンを実際に指標値Ｙを算出する際に用いるパターンとして選択することとしてもよい。これにより、例えば、ユーザ（医師）の見やすい手法で換気状態を表す指標値Ｙを表示することができる。
また、上記実施形態においては、記憶部４４に予め各領域に応じた関数が記憶されていることとしたが、画像処理装置４０は、ユーザ操作に応じて各領域に応じた関数を設定する設定手段を備える構成としてもよい。例えば、傾きや形状の異なる関数を予め記憶部４４に複数記憶しておき、制御部４１は、ユーザによる操作部４２の指示に応じて記憶部４４に記憶されている複数の関数の中から各領域に応じた関数を設定するためのユーザインターフェースを表示部４３に表示し、画像解析部４７は、ユーザインターフェース上で操作部４２により各領域について設定された関数を用いて換気状態を表す指標値Ｙを算出することとしてもよい。
なお、上述の選択手段及び設定手段の機能は、例えば、制御部４１とプログラムとの協働により実現することができる。
また、診断用コンソール３０において換気状態を表す指標値Ｙを表示する構成を説明したが、撮影用コンソール２０や他の装置（診断用に用いられるＰＣ等）において表示することとしてもよい。また、画像解析を行う画像処理装置４０を設けて画像処理装置４０において換気状態を表す指標値Ｙを算出する構成を説明したが、診断用コンソール３０や他の装置において上記換気状態を表す指標値Ｙを算出するプログラムをインストールし、算出を行うこととしてもよい。
また、上記説明した処理に係るプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としては、ＲＯＭ等のメモリの他、ＤＶＤ等の可搬型のものも適用可能である。また、プログラムのデータをネットワークを介して提供する媒体として、キャリアウェーブ（搬送波）も適用可能である。
その他、動態解析システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
１ 動態解析システム
１０ 撮影装置
１１ Ｘ線源
１２ 検出器
１３ 読取部
１４ サイクル検出部
２０ 撮影用コンソール
２１ 制御部
２３ 操作部
３０ 診断用コンソール
３１ 制御部
３４ 表示部
４０ 画像処理装置
４１ 制御部
４６ 画像処理部
４７ 画像解析部
４８ 情報取得部
５０ サーバ

Claims (16)

  1. 被写体の胸部を動態撮影することにより取得された複数の時間位相における動態画像に含まれる肺野領域を複数の領域に分割し、分割した各領域内の画素信号値又は画素数の少なくとも一方に基づいて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値を算出する解析値算出手段と、
    前記各領域に応じた異なる関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する換気状態算出手段と、
    表示手段と、
    前記複数の時間位相における前記各領域の換気状態を表す指標値を前記表示手段に表示させる制御手段と、
    を備える動態解析システム。
  2. 前記換気状態算出手段は、肺野上部の領域ほど傾きの絶対値が大きい関数を用い、肺野下部の領域ほど傾きの絶対値が小さい関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する請求項１に記載の動態解析システム。
  3. 前記換気状態算出手段は、前記領域毎に、最大吸気位、及び／又は最大呼気位におけるオフセット値が異なる関数を用いて、前記複数の時間位相における前記各領域の解析値から前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する請求項１又は２に記載の動態解析システム。
  4. 前記各領域に応じた関数を記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段から前記各領域に応じた関数を取得する情報取得手段と、を備え、
    前記換気状態算出手段は、前記情報取得手段により取得された前記各領域に応じた関数を用いて、前記各領域の換気状態を表す指標値を算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の動態解析システム。
  5. 前記記憶手段は、前記各領域に応じた関数の組み合わせを複数パターン記憶し、
    前記記憶手段に記憶されている複数パターンの中から、前記換気状態算出手段による前記指標値の算出に用いるパターンを選択する選択手段を備え、
    前記換気状態算出手段は、前記選択手段によって選択されたパターンの関数を用いて、前記各領域の前記指標値を算出する請求項４に記載の動態解析システム。
  6. 前記選択手段は、前記被写体の撮影が立位状態で行われたか臥位状態で行われたかの情報に基づいて、前記換気状態算出手段による前記指標値の算出に用いるパターンを選択する請求項５に記載の動態解析システム。
  7. 前記選択手段は、前記被写体の撮影が臥位状態で行われた場合よりも立位状態で行われた場合のほうが、肺野上部の領域と肺野下部の領域における前記関数の傾きの絶対値の差が大きいパターンを選択する請求項６に記載の動態解析システム。
  8. ユーザ操作に応じて前記各領域に応じた関数を設定する設定手段を備える請求項１〜７の何れか一項に記載の動態解析システム。
  9. 前記換気状態算出手段は、呼気位相と吸気位相とで異なる関数を用いて前記解析値から前記指標値を算出する請求項１〜８の何れか一項に記載の動態解析システム。
  10. 前記換気状態算出手段は、呼気位相と吸気位相とで前記解析値に対する前記指標値の増減が逆の関数を用いる請求項９に記載の動態解析システム。
  11. 前記制御手段は、前記複数の時間位相の各動態画像において算出された前記各領域の指標値を示すイメージ画像を生成し、時間位相に応じて当該イメージ画像を連続的に切り替えて前記表示手段に表示させる請求項１〜１０の何れか一項に記載の動態解析システム。
  12. 前記関数は線形関数である請求項１〜１１の何れか一項に記載の動態解析システム。
  13. 前記関数は、非線形関数である請求項１〜１１の何れか一項に記載の動態解析システム。
  14. 前記解析値算出手段は、前記各領域内の透過Ｘ線強度に基づいて前記解析値を算出する請求項１〜１３の何れか一項に記載の動態解析システム。
  15. 前記換気状態算出手段は、前記指標値として相対換気量を算出する請求項１〜１４の何れか一項に記載の動態解析システム。
  16. 被写体の胸部を動態撮影することにより複数の時間位相における動態画像を生成する撮影手段を備える請求項１〜１５の何れか一項に記載の動態解析システム。
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