JP7204951B2 - 輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラム - Google Patents
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Description
本開示は、輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムに関する。
断層画像に対して予め定められた一定の処理を施すことによって、断層画像中の対象物の輪郭を抽出する超音波診断装置が開示されている（特許文献１参照）。この超音波診断装置は、過去の異なる２つの時点のそれぞれにおいて断層画像から抽出された２つの輪郭を用いた補間処理によって、時間的に２つの輪郭の中間に位置する輪郭を断層画像から抽出する。
特許文献１に記載の技術は、補間処理によって時間的に２つの輪郭の中間に位置する輪郭を断層画像から抽出するものであるため、必ずしも輪郭を精度良く抽出できない場合があった。
本開示は、以上の事情を鑑みてなされたものであり、断層画像から関心領域の輪郭を精度良く抽出することができる輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを提供する。
本開示の輪郭抽出装置は、少なくとも一つのプロセッサを備える輪郭抽出装置であって、プロセッサが、それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭を抽出し、第１の断層画像と第２の断層画像との間の第３の断層画像における第１の輪郭と第２の輪郭との差が閾値以上の場合、第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する輪郭抽出装置である。
なお、本開示の輪郭抽出装置は、プロセッサが、上記差が閾値未満の場合、抽出した各断層画像の輪郭を出力してもよい。
また、本開示の輪郭抽出装置は、プロセッサが、上記差が閾値以上の場合、第１の断層画像から第３の断層画像までの断層画像群においては修正指示に従って修正された輪郭を第２の断層画像の関心領域の輪郭として第１の輪郭及び第２の輪郭を抽出し、かつ第３の断層画像から第２の断層画像までの断層画像群においては修正指示に従って修正された輪郭を第１の断層画像の関心領域の輪郭として第１の輪郭及び第２の輪郭を抽出してもよい。
また、本開示の輪郭抽出装置は、第３の断層画像が、複数の断層画像における第１の断層画像と第２の断層画像との中央の断層画像であってもよい。
また、本開示の輪郭抽出装置は、プロセッサが、動的輪郭法を用いて、第１の輪郭及び第２の輪郭を抽出してもよい。
また、本開示の輪郭抽出方法は、それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭を抽出し、第１の断層画像と第２の断層画像との間の第３の断層画像における第１の輪郭と第２の輪郭との差が閾値以上の場合、第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する処理を輪郭抽出装置が備えるプロセッサが実行するものである。
また、本開示の輪郭抽出プログラムは、それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭を抽出し、第１の断層画像と第２の断層画像との間の第３の断層画像における第１の輪郭と第２の輪郭との差が閾値以上の場合、第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する処理を輪郭抽出装置が備えるプロセッサに実行させるためのものである。
本開示によれば、断層画像から関心領域の輪郭を精度良く抽出することができる。
以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態に係る診断支援システム１０の構成を説明する。図１に示すように、診断支援システム１０は、輪郭抽出装置１２、撮影装置１４、及び画像保管装置１６を含む。輪郭抽出装置１２、撮影装置１４、及び画像保管装置１６は、それぞれネットワークＮに接続され、ネットワークＮを介して互いに通信が可能とされる。
撮影装置１４は、被検体の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す３次元の医用画像を生成する装置である。撮影装置１４により撮影された３次元の医用画像は、複数の断層画像を含んで構成される。本実施形態では、撮影装置１４として、ＣＴ（Computed Tomography）装置を適用した例を説明するが、これに限定されない。例えば、撮影装置１４として、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置又はＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置等のＣＴ装置以外の３次元の医用画像を生成する装置を適用してもよい。また、本実施形態では、３次元の医用画像を構成する断層画像として、アキシャル断面の断層画像を適用した例を説明するが、これに限定されない。３次元の医用画像を構成する断層画像として、サジタル断面及びコロナル断面等のアキシャル断面以外の断面の断層画像を適用してもよい。
画像保管装置１６は、医用画像を保存して管理するコンピュータであり、医用画像が記憶される記憶装置等を備える。画像保管装置１６は、ネットワークＮを介して、輪郭抽出装置１２及び撮影装置１４との間で、撮影装置１４により生成された医用画像を送受信する。なお、医用画像の格納形式及びネットワークＮ経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）等の予め定められたプロトコルに基づいている。
次に、図２を参照して、本実施形態に係る輪郭抽出装置１２のハードウェア構成を説明する。輪郭抽出装置１２の例としては、パーソナルコンピュータ又はサーバコンピュータ等が挙げられる。輪郭抽出装置１２は、クラウドサーバであってもよい。
図２に示すように、輪郭抽出装置１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、一時記憶領域としてのメモリ２１、及び不揮発性の記憶部２２を含む。また、輪郭抽出装置１２は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ２３、キーボードとマウス等の入力部２４、及びネットワークＮに接続されるネットワークＩ／Ｆ（InterFace）２５を含む。ＣＰＵ２０、メモリ２１、記憶部２２、ディスプレイ２３、入力部２４、及びネットワークＩ／Ｆ２５は、バス２６に接続される。
記憶部２２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はフラッシュメモリ等によって実現される。記憶媒体としての記憶部２２には、輪郭抽出プログラム３０が記憶される。ＣＰＵ２０は、記憶部２２から輪郭抽出プログラム３０を読み出してからメモリ２１に展開し、展開した輪郭抽出プログラム３０を実行する。
次に、図３を参照して、本実施形態に係る輪郭抽出装置１２の機能的な構成について説明する。図３に示すように、輪郭抽出装置１２は、受付部４０、抽出部４２、及び出力部４４を含む。ＣＰＵ２０が輪郭抽出プログラム３０を実行することで、受付部４０、抽出部４２、及び出力部４４として機能する。
図４に示すように、医師等のユーザは、撮影装置１４により撮影された３次元の医用画像を構成し、かつそれぞれ関心領域を含む複数の断層画像から、例えば、関心領域の抽出対象とする断層画像群のうちの位置的に両端の断層画像である２枚の断層画像を選択する。選択した２枚の断層画像は互いに異なる断層画像であり、選択した２枚の断層画像の間には複数の断層画像が存在することになる。そして、ここでいう関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）とは、腫瘤等の病変の領域及び臓器の領域等のユーザが注目する領域を意味する。
以下では、ユーザにより選択された２枚の断層画像のうち、一方の断層画像を「第１の断層画像」といい、他方の断層画像を「第２の断層画像」という。第１の断層画像及び第２の断層画像に含まれる関心領域が小さすぎると、後述する関心領域の輪郭の抽出処理の精度が低下する場合もあるため、本実施形態では、ユーザは、一定以上の大きさの関心領域を含む断層画像を選択する。
次に、ユーザは、入力部２４を介して、第１の断層画像の関心領域の輪郭、及び第２の断層画像の輪郭を指定する。受付部４０は、ユーザにより指定された第１の断層画像の関心領域の輪郭、及び第２の断層画像の関心領域の輪郭を受け付ける。また、受付部４０は、後述する出力部４４による修正指示に従ってユーザにより指定された輪郭を受け付ける。
抽出部４２は、受付部４０により受け付けられた第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭Ｏ１を抽出する。本実施形態では、図５に示すように、抽出部４２は、第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から、第１の断層画像と第２の断層画像との中央の断層画像である第３の断層画像へ伝搬する。これにより、抽出部４２は、第１の断層画像と第３の断層画像との間の断層画像及び第３の断層画像の関心領域の第１の輪郭Ｏ１を抽出する。図５では、第１の輪郭Ｏ１が一点鎖線で示されている。なお、例えば、抽出部４２は、第１の断層画像と第２の断層画像との間の全ての断層画像から第１の輪郭Ｏ１を抽出してもよい。
また、抽出部４２は、受付部４０により受け付けられた第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭Ｏ２を抽出する。本実施形態では、図５に示すように、抽出部４２は、第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第３の断層画像へ伝搬する。これにより、抽出部４２は、第２の断層画像と第３の断層画像との間の断層画像及び第３の断層画像の関心領域の第２の輪郭Ｏ２を抽出する。図５では、第２の輪郭Ｏ２が二点鎖線で示されている。なお、例えば、抽出部４２は、第１の断層画像と第２の断層画像との間の全ての断層画像から第２の輪郭Ｏ２を抽出してもよい。
本実施形態に係る抽出部４２は、前述した第１の断層画像の関心領域の伝搬及び第２の断層画像の関心領域の伝搬に、レベルセット法等の動的輪郭法を用いることによって、第１の輪郭Ｏ１及び第２の輪郭Ｏ２を抽出する。
出力部４４は、図５に示すように、抽出部４２により抽出された、第３の断層画像における第１の輪郭Ｏ１と第２の輪郭Ｏ２との差が閾値ＴＨ未満の場合、抽出部４２により抽出された各断層画像の輪郭を記憶部２２に出力する。これにより、各断層画像の輪郭が記憶部２２に記憶される。この場合の閾値ＴＨは、例えば、要求される輪郭の抽出精度等に応じて予め定められている。また、第１の輪郭Ｏ１と第２の輪郭Ｏ２との差の例としては、第１の輪郭Ｏ１と第２の輪郭Ｏ２との面積の差、曲率の差、及び重心の位置の差の何れか又は複数の組み合わせが挙げられる。なお、出力部４４は、抽出部４２により抽出された各断層画像の輪郭をディスプレイ２３に出力することによってディスプレイ２３に表示してもよい。
一方、出力部４４は、第３の断層画像における第１の輪郭Ｏ１と第２の輪郭Ｏ２との差が閾値ＴＨ以上の場合、第３の断層画像における輪郭の修正指示をディスプレイ２３に出力する。具体的には、この場合、例えば、出力部４４は、第３の断層画像と、第１の輪郭Ｏ１及び第２の輪郭Ｏ２の少なくとも一方とをディスプレイ２３に出力することによってディスプレイ２３に表示する。ユーザは、入力部２４を介して、ディスプレイ２３に表示された第３の断層画像上において関心領域の輪郭を修正する。前述したように、この第３の断層画像の関心領域の輪郭は、受付部４０により受け付けられる。
この場合、図６に示すように、第１の断層画像から第２の断層画像までの断層画像群が、第１の断層画像から第３の断層画像までの第１の断層画像群と、第３の断層画像から第２の断層画像までの第２の断層画像群と、の２つの断層画像群に分けられる。そして、抽出部４２は、第１の断層画像群及び第２の断層画像群に対して、第１の断層画像から第２の断層画像までの断層画像群と同様に、第１の輪郭Ｏ１及び第２の輪郭Ｏ２を抽出する処理を行う。この処理は、第３の断層画像における第１の輪郭Ｏ１と第２の輪郭Ｏ２との差が閾値ＴＨ未満となるまで繰り返される。
すなわち、抽出部４２は、第１の断層画像群においては、出力部４４による修正指示に従って修正された輪郭を第２の断層画像の関心領域の輪郭として第１の輪郭Ｏ１及び第２の輪郭Ｏ２を抽出する。また、抽出部４２は、第２の断層画像群においては、出力部４４による修正指示に従って修正された輪郭を第１の断層画像の関心領域の輪郭として第１の輪郭Ｏ１及び第２の輪郭Ｏ２を抽出する。
次に、図７を参照して、本実施形態に係る輪郭抽出装置１２の作用を説明する。ＣＰＵ２０が輪郭抽出プログラム３０を実行することによって、図７に示す輪郭抽出処理が実行される。輪郭抽出処理は、例えば、ユーザによって入力部２４を介して実行指示が入力された場合に実行される。
図７のステップＳ１０で、受付部４０は、ユーザにより指定された第１の断層画像の関心領域の輪郭、及び第２の断層画像の関心領域の輪郭を受け付ける。ステップＳ１２で、抽出部４２は、前述したように、第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭Ｏ１を抽出する。
ステップＳ１４で、抽出部４２は、前述したように、第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭Ｏ２を抽出する。ステップＳ１６で、出力部４４は、前述したように、第３の断層画像におけるステップＳ１２で抽出された第１の輪郭Ｏ１とステップＳ１４で抽出された第２の輪郭Ｏ２との差が閾値ＴＨ未満であるか否かを判定する。この判定が否定判定となった場合、処理はステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１８で、出力部４４は、前述したように、第３の断層画像における輪郭の修正指示をディスプレイ２３に出力する。ステップＳ２０で、受付部４０は、ステップＳ１８で出力された修正指示に従ってユーザにより修正された輪郭を受け付ける。ステップＳ２０の処理が終了すると、処理はステップＳ１２に戻る。この場合、第１の断層画像から第３の断層画像までの第１の断層画像群については、第３の断層画像を第２の断層画像としてステップＳ１２以降の処理が実行される。また、この場合、第３の断層画像から第２の断層画像までの第２の断層画像群については、第３の断層画像を第１の断層画像としてステップＳ１２以降の処理が実行される。
一方、ステップＳ１６の判定が肯定判定となった場合、処理はステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２で、出力部４４は、前述したように、各断層画像の輪郭を記憶部２２に出力する。ステップＳ２２の処理が終了すると輪郭抽出処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の断層画像の関心領域の輪郭を第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第１の輪郭を抽出する。また、第２の断層画像の関心領域の輪郭を第２の断層画像から第１の断層画像の方向へ伝搬することによって第１の断層画像と第２の断層画像との間の断層画像の関心領域の第２の輪郭を抽出する。そして、第１の断層画像と第２の断層画像との間の第３の断層画像における第１の輪郭と第２の輪郭との差が閾値以上の場合、第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する。従って、断層画像から関心領域の輪郭を精度良く抽出することができる。
なお、上記実施形態では、第３の断層画像として、第１の断層画像と第２の断層画像との中央の断層画像を適用しているが、これに限定されない。例えば、第３の断層画像として、第１の断層画像と第２の断層画像との間の中央以外の断層画像を適用してもよい。この場合、例えば、第３の断層画像として、抽出部４２により抽出された輪郭の面積が最も大きい断層画像を適用することができる。
また、上記実施形態において、例えば、受付部４０、抽出部４２、及び出力部４４といった各種の処理を実行する処理部（processing unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、前述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせや、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。
複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip：SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。
更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。
また、上記実施形態では、輪郭抽出プログラム３０が記憶部２２に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。輪郭抽出プログラム３０は、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、輪郭抽出プログラム３０は、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
１０ 診断支援システム
１２ 輪郭抽出装置
１４ 撮影装置
１６ 画像保管装置
２０ ＣＰＵ
２１ メモリ
２２ 記憶部
２３ ディスプレイ
２４ 入力部
２５ ネットワークＩ／Ｆ
２６ バス
３０ 輪郭抽出プログラム
４０ 受付部
４２ 抽出部
４４ 出力部
Ｎ ネットワーク
Ｏ１、Ｏ２ 輪郭
１２ 輪郭抽出装置
１４ 撮影装置
１６ 画像保管装置
２０ ＣＰＵ
２１ メモリ
２２ 記憶部
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２６ バス
３０ 輪郭抽出プログラム
４０ 受付部
４２ 抽出部
４４ 出力部
Ｎ ネットワーク
Ｏ１、Ｏ２ 輪郭
Claims (7)
- 少なくとも一つのプロセッサを備える輪郭抽出装置であって、
前記プロセッサは、
それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ前記第２の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第２の断層画像から前記第１の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第２の輪郭を抽出し、
前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の第３の断層画像における前記第１の輪郭と前記第２の輪郭との差が閾値以上の場合、前記第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する
輪郭抽出装置。 - 前記プロセッサは、前記差が前記閾値未満の場合、抽出した各断層画像の輪郭を出力する
請求項１に記載の輪郭抽出装置。 - 前記プロセッサは、前記差が前記閾値以上の場合、前記第１の断層画像から前記第３の断層画像までの断層画像群においては前記修正指示に従って修正された輪郭を前記第２の断層画像の前記関心領域の輪郭として前記第１の輪郭及び前記第２の輪郭を抽出し、
かつ前記第３の断層画像から前記第２の断層画像までの断層画像群においては前記修正指示に従って修正された輪郭を前記第１の断層画像の前記関心領域の輪郭として前記第１の輪郭及び前記第２の輪郭を抽出する
請求項１又は請求項２に記載の輪郭抽出装置。 - 前記第３の断層画像は、前記複数の断層画像における前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との中央の断層画像である
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の輪郭抽出装置。 - 前記プロセッサは、動的輪郭法を用いて、前記第１の輪郭及び前記第２の輪郭を抽出する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の輪郭抽出装置。 - それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ前記第２の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第２の断層画像から前記第１の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第２の輪郭を抽出し、
前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の第３の断層画像における前記第１の輪郭と前記第２の輪郭との差が閾値以上の場合、前記第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する
処理を輪郭抽出装置が備えるプロセッサが実行する輪郭抽出方法。 - それぞれ関心領域を含む複数の断層画像を含んで構成される３次元画像における第１の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第１の断層画像から第２の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第１の輪郭を抽出し、かつ前記第２の断層画像の前記関心領域の輪郭を前記第２の断層画像から前記第１の断層画像の方向へ伝搬することによって前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の断層画像の前記関心領域の第２の輪郭を抽出し、
前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との間の第３の断層画像における前記第１の輪郭と前記第２の輪郭との差が閾値以上の場合、前記第３の断層画像における輪郭の修正指示を出力する
処理を輪郭抽出装置が備えるプロセッサに実行させるための輪郭抽出プログラム。
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