TW201737206A - Ｃｔ影像中的骨區域之自動推定 - Google Patents

Abstract

本發明係自CT影像中自動抽取骨區域。較佳之實施形態包括如下步驟：基於CT影像製作像素值之直方圖；決定直方圖中作為軟組織區域之峰的軟組織區域峰；及基於軟組織區域峰設定表示直方圖中之骨區域之組值之下限之臨限值。亦可包括自CT影像中自動去除床鋪部分之步驟。

Description

CT影像中的骨區域之自動推定

本案係關於一種自動推定CT影像中的骨區域之技術。

電腦斷層攝影(CT，Computed Tomography)係指使用放射線拍攝物體之斷層影像之技術。一般地，使用X射線拍攝斷層影像。CT特別用於醫療領域，用於製作骨骼或器官之斷層影像，或製作該等之三維影像。

於日本專利特開2013-088386號公報之段落0027中記載有藉由將CT影像二值化而獲得大腿骨之位置資訊。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2013-088386號公報

未加以影像再構成以外之處理之CT影像中亦顯示有骨、內臟及脂肪。因此，例如於欲觀察骨之情形時，較佳為使得可僅抽取並顯示顯現有骨之像素。又，為了減輕操作員之作業負擔，並且使得不出現抽取結果之個人差異，抽取骨區域之處理較佳為自動進行。

本發明為用於自動推定CT影像中的骨區域之技術，其特徵在於具備如下步驟：基於上述CT影像製作像素值之直方圖；決定上述直方圖中作為軟組織區域之峰的軟組織區域峰；及基於上述軟組織區域峰，設定表示上述直方圖中骨區域之組值之下限的臨限值。

根據實施形態，製作上述直方圖係包括如下步驟：自上述CT影像去除床鋪部分而製作僅保留有人體部分之作為二值化影像之參照影像；及僅使用上述CT影像之像素中於上述參照影像所對應之像素存在資料之像素，製作上述直方圖。

根據實施形態，上述臨限值係與較上述軟組織區域峰所對應之組值大之組值且其頻數值成為上述軟組織區域峰之頻數值之既定的比例之組值對應者。

本發明之實施形態中存在一種電腦程式，其具備程式命令，該程式命令構成為若由裝置之處理手段執行則使上述裝置執行上述特徵。又，本發明之實施形態中存在一種方法，其係藉由裝置之處理手段執行程式命令而由該裝置實行之方法，且包含上述特徵。

又，本發明之實施形態中存在一種裝置，其係具備處理手段與儲存程式命令之記憶手段者，且上述程式命令構成為若由上述處理手段執行則使上述裝置實行上述特徵。

100‧‧‧系統

102‧‧‧CPU

104‧‧‧主記憶裝置

106‧‧‧大容量記憶裝置

107‧‧‧顯示器介面

108‧‧‧周邊機器介面

109‧‧‧網路介面

110‧‧‧作業系統(OS)

120‧‧‧骨區域自動推定程式

130‧‧‧CT影像資料

200‧‧‧處理

圖1係用於說明可實施本發明之系統之硬體構成之圖。

圖2係用於說明自動推定CT影像中的骨區域之處理之較佳之 實施例的圖。

圖3A至C係用於說明參照影像製作之情況之圖。

圖4係用於說明CT影像之直方圖之情況之圖。

圖5係用於說明用以設定骨區域之像素值之下限之臨限值之處理的圖。

圖6係表示藉由基於上述臨限值所抽取之像素而製作之骨之影像之例的圖。

以下，一面參照隨附圖式，一面對本案所揭示之技術思想之較佳之實施形態之例進行說明。

圖1係用於說明可實施本發明之系統100之硬體構成之圖。如圖1所描述般，系統100於硬體方面與一般之電腦相同，可具備中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)102、主記憶裝置104、大容量記憶裝置106、顯示器介面107、周邊機器介面108及網路介面109等。與一般之電腦同樣地，作為主記憶裝置104，可使用高速之隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)，作為大容量記憶裝置106，可使用廉價且大容量之硬碟或固態硬碟(SSD，Solid State Disk)等。系統100可連接用於資訊顯示之顯示器，該顯示器經由顯示器介面107而連接。又，系統100可連接如鍵盤或滑鼠、觸控面板般之使用者介面，該使用者介面經由周邊機器介面108而連接。網路介面109可用於經由網路而連接於其他電腦或網際網路。

大容量記憶裝置106中儲存有作業系統(OS，Operating System)110及骨區域自動推定程式120。系統100之最基 本之功能係藉由OS110被CPU102執行而提供。骨區域自動推定程式120具備與本案所揭示之新穎處理相關之程式命令，藉由該等命令之至少一部分由CPU102執行，而系統100可執行本案所揭示之新穎處理。大容量記憶裝置106中進而可儲存CT影像130。該CT影像130為各像素值與CT值對應之三維影像資料，且為成為基於程式120進行之解析或操作之對象之影像資料。

系統100除圖1所描述之要素以外，亦可具備電源或冷卻裝置等與通常之電腦系統所具備之裝置相同之構成。對於電腦系統之安裝形態，已知有記憶裝置之分散、冗餘化或虛擬化、複數個CPU之利用、CPU虛擬化、特化為數位信號處理(DSP，Digital Signal Processing)等決定處理之處理器之使用、將決定之處理硬體化並組合於CPU等利用各種技術之各種形態。本案所揭示之發明可搭載於任意形態之電腦系統上，其範圍不受電腦系統之形態限定。本說明書所揭示之技術思想一般地能夠以如下形式實現：(1)具備命令之程式，上述命令構成為藉由被處理手段執行而使具備該處理手段之裝置或系統執行本說明書中說明之各種處理；(2)藉由該處理手段執行該程式而實現之裝置或系統之動作方法；(3)具備該程式及構成為執行該程式之處理手段之裝置或系統等。如上所述，亦存在軟體處理之一部分被硬體化之情形。

又，希望注意於系統100之製造出售時或啟動時CT影像130多數情形時未記憶於大容量記憶裝置106中的CT影像130亦可為例如經由周邊機器介面108或網路介面109自外部之裝置傳送至系統100之資料。為了明確起見，事先說明本案所揭示之發明範圍並不受CT影像資料是否儲存於記憶裝置中限定。

其次，利用圖2對本案所揭示之CT影像中的骨區域之自動推定處理200之流程進行說明。處理200可為藉由CPU102執行骨區域自動推定程式120而系統100實行之處理。

步驟204表示處理開始。於步驟208中，進行基於骨區域自動推定程式120進行之成為處理對象之資料之讀入(載入)。即，將影像資料130之全部或一部分自大容量記憶裝置106讀出，並儲存至主記憶裝置104中。再者，影像資料130亦可自外部之核醫學裝置經由網路介面109直接取入至主記憶裝置104。

再者，本實施例中成為處理200之處理對象之CT影像130以表示水之像素值成為零之方式預先進行修正。因此，亦存在具有負像素值之像素。

繼而，處理200製作CT影像130之像素值之直方圖(步驟212)。根據實施形態，亦可自CT影像130去除床鋪部分後再製作直方圖。步驟210表示用以製作用於去除床鋪部分之參照影像之步驟。步驟210以如下方式進行。

(步驟210A)首先，製作將CT影像130二值化所得之二值化影像。二值化之臨限值只要為儘可能抽取人體之臨限值即可。例如，於本實施例中，如上所述，CT影像130以表示水之像素值成為零之方式預先進行修正，故而例如亦可將-190設為臨限值而製作二值化影像。將所製作之二值化影像之例示於圖3A。

(步驟210B)其次，自所製作之二值化影像之中心朝體軸方向之上下切片搜尋存在資料之位置，並自此處進行區域生長處理，藉此製作去除床鋪部分後之二值化影像。將如此般處理圖3A之二值化影像而製作之二值化影像示於圖3B。

於區域生長失敗之情形時，藉由3D標記處理而製作去除床鋪後之二值化影像。藉由將最大之標記設為人體並將除此以外之部分去除，而僅抽出人體部分。

(步驟210C)去除床鋪後，進行於體內之孔洞部分插入值之孔洞填充處理，並進行形態學運算之開運算處理，藉此將未完全去除之床鋪等去除。將如此般處理圖3B之二值化影像而製作之影像示於圖3C。將藉由步驟210C之處理而獲得之影像設為參照影像。

於步驟212中，如上述般製作CT影像130之像素值之直方圖。於本實施例中，僅使用CT影像130之像素中於步驟210中所製作之參照影像所對應之像素存在資料之像素而製作直方圖。將所製作之直方圖之例記載於圖4。如上所述，CT影像130以表示水之像素值成為零之方式預先進行修正。又，CT影像130以像素值之範圍分佈於-1024至+1024之範圍之方式預先標準化。因此，所例示之直方圖之橫軸(組值)之範圍亦成為-1024至+1024。

於不進行步驟210之實施形態之情形時，亦可使用CT影像130整體而製作直方圖。

於步驟216中，檢測所製作之直方圖之峰。如圖4所示，以活體為對象之X射線CT影像之直方圖通常於中央附近(於本例中為作為與水對應之組值之組值0附近)觀察到2個峰。組值較小之峰(畫面左側之峰)之周圍之資料與脂肪區域對應，組值較大之峰(畫面右側之峰)之周圍之資料與軟組織區域(內臟或肌肉)對應。於本說明書中將該組值較大之峰暫時稱為軟組織區域峰。軟組織區域峰之右側之平坦區域與骨對應。

由於步驟216中欲檢測之峰為軟組織區域峰，故而峰檢測處理無須遍及組值之整個範圍進行，若軟組織區域峰存在則於根據經驗可明確之組值範圍進行即可。例如，於將與水對應之像素值設為0並將像素值範圍修正、標準化為-1024至+1024之CT影像之情形時，發明者確認直方圖之軟組織區域峰於大多數情形時分佈於組值0-256之範圍。因此，步驟216之軟組織區域峰檢測處理亦可於組值0-256之範圍進行。

根據實施形態，亦可於認為包含脂肪區域及軟組織區域之組值範圍進行峰檢測。而且，如上文聯繫圖4所敍述般，峰通常發現2個，故而亦可將其中像素值較大之峰決定為軟組織區域峰。

根據實施形態，亦可於對原始直方圖實施平滑化處理後再進行峰之決定。

於步驟220中，基於步驟216中所決定之軟組織區域峰自動設定骨區域之組值之下限之臨限值。基於軟組織區域峰設定該臨限值之原因在於：如上所述，軟組織區域峰之右側之平坦區域之像素與骨對應。只要基於軟組織區域峰，則具體之設定方法可為各種方法。

作為一例，該臨限值亦可規定為較軟組織區域峰所對應之組值大之組值且其頻數值成為軟組織區域峰之頻數值之既定之比例之組值。將以如此方式決定之臨限值之情況示於圖5。

作為上述既定之比例，發明者確認例如5%為適當值之一。然而，亦可為10%等其他值。又，亦可使用基於複數個受驗者之資料預先設定之比例。於將上述既定之比例設為5%之情形時，圖4所示之直方圖之臨限值為108。

步驟224為選擇步驟。於該步驟中，僅使用具有步驟220中所設定之臨限值以上之像素值之像素(且於參照影像所對應之像素存在資料之像素)進行CT影像130之顯示。如此一來，可顯示例如如圖6般僅顯現有骨骼之影像。再者，此時，亦可如圖5之骨骼影像之下方之直方圖所表示般，設定表示骨區域之像素之像素值之上限值。該上限值例如可設為500。即，圖6之骨骼影像為僅使用CT影像130所包含之像素中像素值處於108-500之間之像素而製作之影像。

步驟228表示處理結束。

根據處理200，由於自動推定CT影像中的骨區域之像素值之下限值，故而能夠自動抽取骨區域，而減輕操作員之作業負擔。又，由於自動進行骨抽取處理，故而可防止因操作員之個人差異導致骨抽取結果發生變化。

再者，骨區域之像素值之下限值(或上限值)較佳為預先構成為之後可由操作員手動變更，以使操作員能夠靈活地觀察CT影像。

以上，使用較佳之實施例對本案發明進行了詳細說明，但上述說明或隨附圖式並非以限定本案發明之範圍之意圖而提出，而是為了滿足法律之要求而提出。本案發明之實施形態中除存在此處所介紹者以外，亦存在各種變化。例如，說明書或圖式所表示之各種數值均為例示，該等數值並非以限定發明範圍之意圖而提出。說明書或圖式中所介紹之各種實施例所包含之各個特徵並非僅可與直接記載有包含該特徵之實施例一起使用，亦能夠於此處所說明之其他實施例或未說明之各種實現例中組合使用。尤其是，流程 圖中所介紹之處理順序並非必須按照所介紹之順序執行，亦可根據實施者之喜好或必要性，調換順序或並列地同時執行，或進而將複數個塊體一體不可分地安裝，或以作為適當之循環執行之方式進行安裝。該等變化全部包含於本案所揭示之發明範圍中，發明範圍不受處理之安裝形態限定。請求項中所決定之處理之記載順序亦並非決定處理之必需之順序，例如處理順序不同之實施形態或包含循環而執行處理般之實施形態等亦包含於請求項之發明範圍中。

進而，例如，骨區域自動推定程式120之實施形態中可包含作為單一程式者、或作為包含複數個獨立程式之程式群組者。眾所周知，程式之安裝形態存在多種形態，該等變化全部包含於本案所揭示之發明範圍中。

事先說明，不管是否根據當前之申請專利範圍完成專利申請，申請人均對不脫離本案所揭示之發明之思想之所有形態主張具有授予專利之權利。

200‧‧‧處理

Claims (8)

1. 一種方法，其係自動推定CT影像中的骨區域者，其包括如下步驟：基於上述CT影像，製作像素值之直方圖；決定上述直方圖中作為軟組織區域之峰的軟組織區域峰；及基於上述軟組織區域峰，設定表示上述直方圖中骨區域之組值之下限的臨限值。
2. 如請求項1之方法，其中，製作上述直方圖係包括如下步驟：自上述CT影像中去除床鋪部分而製作僅保留有人體部分之作為二值化影像之參照影像；及僅使用上述CT影像之像素中於上述參照影像所對應之像素存在資料之像素，製作上述直方圖。
3. 如請求項1之方法，其中，於決定上述軟組織區域峰之前，對上述直方圖實施平滑化處理。
4. 如請求項1之方法，其中，決定上述軟組織區域峰係包括於既定之組值範圍內進行峰檢測處理。
5. 如請求項1之方法，其中，決定上述軟組織區域峰係包括如下步驟，即，於包含脂肪區域及軟組織區域之組值範圍內，檢測上述直方圖之峰，並且將上述檢測出之峰中對應之組值最大之峰，決定為上述軟組織區域峰。
6. 如請求項1之方法，其中，上述臨限值係與較上述軟組織區域峰所對應之組值大之組值，且其頻數值與成為上述軟組織區域峰之頻數值之既定的比例之組值對應。
7. 一種裝置，其係具備處理手段與記憶手段者，上述記憶手段具 備程式命令，該程式命令構成為若由上述處理手段執行則使上述裝置執行請求項1至6中任一項之方法。
8. 一種電腦程式，其具備程式命令，該程式命令構成為若利用裝置之手段執行則使上述裝置執行請求項1至6中任一項之方法。