JP7461221B2 - 医用画像処理装置、および、医用撮像装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の医用撮像装置は、図1に示すように、大きく分けて、撮像部100とデータ処理部200から構成される。本実施形態において撮像部100は超音波を用いて被検体内部の構造を描出する撮像装置であり、図2に示すように、超音波探触子300が接続され、超音波探触子300を介して被検体30に超音波信号を送信する送信部110、超音波探触子300が受波した被検体30からの反射エコー信号を受信する受信部120、送信部110及び受信部120の動作を制御する超音波送受信制御部130、超音波信号の整相を行う整相加算部140、超音波画像生成部150等から構成される。データ処理部200は、画像処理部210、入力部220、出力部230、記憶装置240から構成される。
本実施形態は、乳がんなど乳房の悪性疾患は多くの場合、層状の乳腺組織の内部に発生し、病変と正常組織は水平方向に隣接しているという構造的な特徴を利用して、病変候補領域に対し水平方向に位置する領域のみを正常組織領域として抽出し、検出された病変候補領域の妥当性を評価する。
処理ステップS71において、乳房超音波画像700から病変候補領域710と正常組織領域720を抽出する処理の一例を図8(A)に示す。図8(A)に示すように、乳房超音波画像700は、例えば皮膚72、脂肪73、乳腺74、大胸筋75、病変71などから構成され、層状の構造を示している。病変71は典型的には乳腺74内に存在する。そこで、乳房超音波画像700に対して、検出部410が検出した病変候補領域710に対して水平方向に拡張した領域を正常組織領域720として抽出する。水平方向の幅は、画像の水平方向の全幅でもよいし、病変候補領域710の幅に対応した所定の幅としてもよい。
処理ステップS72は、病変組織と正常組織との、画像の特徴の差を強調するために特徴抽出部422が行う処理であり、図8(B)に示すように、病変候補領域710および正常組織領域720について、1フレーム前の超音波画像700Bにおける同一位置の領域との差分800を算出する。フレーム間の差分を取ると、概ね輝度値はゼロとなるが、乳腺組織のように水平方向に層状となった組織では、フレーム間の変化が水平方向に細長い画像となって現れる。一方、腫瘍のような病変組織では層状の特徴がなくなっているため、このような細長い画像は現れない。
この処理ステップS73では、差分画像を用いて病変-正常組織の変動特徴量を算出する。図9に処理の一例を示す。変動特徴量を算出するために用いる画像の特徴量としては、各領域の輝度分布、エッジ、テクスチャ特徴、周波数特徴等のうち1つもしくは複数を組み合わせて用いることができるが、ここでは、エッジと輝度を利用して変動特徴量を算出する。図8に示したように、差分800において、エッジは主に乳腺領域(正常組織領域)に細長い画像として現れる。このような乳腺の水平方向の輝度変動を強調するため、特徴抽出部422は、差分800に対して垂直方向にエッジを抽出する。エッジ抽出には、1次微分フィルタ、ブリューウィットフィルタ、ソーベルフィルタ、2次微分フィルタ、ラプラシアンフィルタのいずれか1つあるいは複数のフィルタを組み合わせて用いることができる。本実施形態では、ソーベルフィルタを用いる。
評価部423は、処理ステップS73で算出した変動特徴量を用いて、妥当性を評価する。評価の方法は、変動特徴量のみを用いて、変動特徴量が大きいほど妥当性が高い、変動特徴量が小さいほど妥当性が低い、と判断してもよいが、検出部410(例えばCNN)が病変候補領域とともに確信度を出力している場合には、変動特徴量とともに確信度を評価することもできる。
実施形態1では、病変領域の水平方向の左右の領域を正常組織領域とし、その領域全体の輝度の平均値を算出したが、水平方向の輝度特徴を損なわないために、正常組織領域を垂直方向に分割し、分割した領域毎に輝度平均値を算出してもよい。
本実施形態においても、基本的には組織の構造が層状であることを利用して正常組織を抽出するが、超音波画像の層構造の傾きを考慮することで正常組織領域をより正確に抽出し、高精度な誤検出抑制を可能にする。本実施形態においても装置の全体構成は、図1及び図4に示す構成と同様である。図14に、本実施形態における妥当性評価部420の構成の一例を示す。図14において図6と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の妥当性評価部420は、正常組織領域抽出部421の出力から、層構造を解析し、結果を正常組織領域抽出部421へ出力する層構造解析部424を備える構成とする。
実施形態1及び2では、病変領域候補の水平方向につながる領域を正常組織領域として抽出したが、本実施形態は、病変候補領域の水平方向に隣接する領域だけでなく、下層の領域も抽出し、下層の領域の変動特徴量も利用する。これにより高精度な誤検出抑制を可能にする。本実施形態においても装置の全体構成は図1及び図4に示す構成と同様である。
i=(i’-i_m)/(i_M - i_m)
実施形態1~3では、妥当性評価部420は検出部410が検出した病変候補組織の妥当性(Positive-true,Positive-false)を判断したが、本実施形態は検出漏れ(Negative-false)を判断する機能を追加したことが特徴である。
200 データ処理部
210 画像処理部
220 入力部
230 出力部
240 記憶装置
410 検出部
420 妥当性評価部
430 表示制御部
421 正常組織領域抽出部
422 特徴抽出部
423 評価部
424 層構造解析部
425 下層部領域抽出部
426 下層部領域特徴抽出部
427 病変候補領域抽出部
71 病変
710 病変候補領域
720 正常組織領域
Claims (14)
- 医用画像撮像装置が取得した医用画像を処理する画像処理部を備えた医用画像処理装置であって、
前記画像処理部は、前記医用画像から病変候補領域を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果の妥当性を評価する妥当性評価部と、を備え、
前記妥当性評価部は、前記検出部が検出した病変候補領域の位置情報を用いて、前記医用画像から、前記病変候補領域に隣接する領域を正常組織領域として抽出する正常組織抽出部と、前記病変候補領域および前記正常組織領域の特徴の差を表す変動特徴量を算出する特徴抽出部と、を有し、前記特徴抽出部が算出した変動特徴量を用いて前記検出結果の妥当性の評価を行うことを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記正常組織抽出部は、前記病変候補領域に対し水平方向に隣接する領域を正常組織領域として抽出することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記妥当性評価部は、前記正常組織抽出部が抽出した正常組織領域の水平方向に対する傾きを解析する層構造解析部をさらに備え、
前記正常組織抽出部は、前記層構造解析部が取得した傾きを用いて正常組織領域を修正し、前記特徴抽出部に渡すことを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記妥当性評価部は、前記検出部が検出した病変候補領域および前記正常組織抽出部が抽出した正常組織領域の下側の領域を抽出する下層部領域抽出部と、前記下層部領域抽出部が抽出した下層部領域について、病変候補領域下層及び正常組織領域下層の特徴の差を表す下層部変動特徴量を算出する下層部領域特徴抽出部とを備え、前記下層部変動特徴量を用いて前記検出結果の妥当性の評価を行うことを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記特徴抽出部は、前記病変候補領域および前記正常組織領域をそれぞれ小領域に分割し、小領域毎の特徴を表す集合又はベクトルを算出し、前記病変候補領域について算出した集合又はベクトルと、前記正常組織領域について算出した集合又はベクトルとの類似度から前記変動特徴量を算出することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記医用画像は超音波撮像装置が取得した超音波画像であることを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項6に記載の医用画像処理装置であって、
前記特徴抽出部は、フレーム間の前記超音波画像の差分を用いて前記病変候補領域および前記正常組織領域の特徴を抽出することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記妥当性評価部は、前記検出部の検出結果をもとに、病変候補領域を抽出する病変候補領域抽出部をさらに備えることを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項8に記載の医用画像処理装置であって、
前記病変候補領域抽出部は、時間的に前後して取得した医用画像に対する検出結果を比較し、妥当性を評価する評価基準を変更することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記特徴抽出部は、前記医用画像の輝度、時系列画像間の差分、エッジ特徴、テクスチャ特徴、周波数特徴のうちいずれか1つまたは複数の組合せにより前記変動特徴量を算出することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記検出部は、多数の畳み込み処理から構成される畳み込みニューラルネットワークを含み、当該畳み込みニューラルネットワークは検出した病変候補領域の位置情報及び検出結果の確信度を出力することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項11に記載の医用画像処理装置であって、
前記妥当性評価部は、前記変動特徴量とともに前記検出部が出力した確信度を用いて、前記検出結果の妥当性を評価することを特徴とする医用画像処理装置。 - 請求項1に記載の医用画像処理装置であって、
前記妥当性評価部の評価結果を表示装置に表示させる表示制御部をさらに備え、前記表示制御部は、前記検出部による検出結果とともに前記妥当性評価部による評価結果を表示させることを特徴とする医用画像処理装置。 - 被検体の医用画像を取得する撮像部と、
前記撮像部が取得した医用画像を処理する画像処理部と、を備えた医用撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記医用画像から病変候補領域を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果の妥当性を評価する妥当性評価部と、を備え、
前記妥当性評価部は、前記検出部が検出した病変候補領域の位置情報を用いて、前記医用画像から、前記病変候補領域に隣接する領域を正常組織領域として抽出する正常組織抽出部と、前記病変候補領域および前記正常組織領域の特徴の差を表す変動特徴量を算出する特徴抽出部と、を有し、前記特徴抽出部が算出した変動特徴量を用いて前記検出結果の妥当性の評価を行うことを特徴とする医用撮像装置。
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