(57)【要約】【課題】断層画像内において高精度に脂肪を種別する。【解決手段】実組織画像形成部３１０は、実組織の筋肉と脂肪の区別に対応した実組織閾値を利用し、Ｘ線ＣＴ装置１０から得られた断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより実組織画像を形成する。参照画像形成部３２０は、実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用し、Ｘ線ＣＴ装置１０から得られた断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより参照画像を形成する。画像合成部３３０は、参照画像内において筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成する。膨張処理部３４０は、合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより実組織の内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する。【選択図】図１
2010042130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実組織の筋肉と脂肪の区別に対応した実組織閾値を利用して被検体の断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより実組織画像を形成する実組織画像形成部と、
実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用して前記断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより参照画像を形成する参照画像形成部と、
参照画像内において筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成する画像合成部と、
合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより実組織の内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する膨張処理部と、
を有する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置において、
前記参照画像形成部は、参照閾値を利用して筋肉画素と脂肪画素を識別してから筋肉画素を膨張させることにより参照画像を形成する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像処理装置において、
前記膨張処理部は、合成画像内において脂肪画素を取り囲む筋肉画素までを限界として脂肪画素を膨張させる、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
前記断層画像内には、被検体の精巣挙筋に対応した筋肉画素と精巣挙筋に取り囲まれた脂肪画素が含まれ、
前記画像合成部は、参照画像内において精巣挙筋に対応した筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における精巣挙筋に対応した筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成し、
前記膨張処理部は、合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
実組織の筋肉と脂肪の区別に対応した実組織閾値を利用して被検体の断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより実組織画像を形成する機能と、
実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用して前記断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより参照画像を形成する機能と、
参照画像内において筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成する機能と、
合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより実組織の内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に関し、特に脂肪を種別する画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脂肪は、皮下に形成される皮下脂肪と内臓周辺に形成される内臓脂肪とに大別され、このうち内臓脂肪は、生活習慣病等の診断において注目されている。そのため、脂肪全体の量を反映した体脂肪量の計測だけではなく、脂肪の種類を判別して各種類ごとに脂肪量などを計測できることが望ましい。
【０００３】
こうした事情から、本願発明者は、特許文献１において、Ｘ線ＣＴ装置などから得られる断層画像内で脂肪を種別する技術を提案している。特許文献１には、例えばＸ線ＣＴ装置の断層画像内において皮下脂肪と内臓脂肪とを識別することができる画期的な技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３９６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、特許文献１において提案した画期的な技術の改良について研究開発を重ねてきた。特に、さらに高精度な脂肪の種別を目標としつつ研究開発を重ねてきた。
【０００６】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、断層画像内において高精度に脂肪を種別することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の画像処理装置は、実組織の筋肉と脂肪の区別に対応した実組織閾値を利用して被検体の断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより実組織画像を形成する実組織画像形成部と、実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用して前記断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより参照画像を形成する参照画像形成部と、参照画像内において筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成する画像合成部と、合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより実組織の内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する膨張処理部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
望ましい態様において、前記参照画像形成部は、参照閾値を利用して筋肉画素と脂肪画素を識別してから筋肉画素を膨張させることにより参照画像を形成する、ことを特徴とする。
【０００９】
望ましい態様において、前記膨張処理部は、合成画像内において脂肪画素を取り囲む筋肉画素までを限界として脂肪画素を膨張させる、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記断層画像内には、被検体の精巣挙筋に対応した筋肉画素と精巣挙筋に取り囲まれた脂肪画素が含まれ、前記画像合成部は、参照画像内において精巣挙筋に対応した筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における精巣挙筋に対応した筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成し、前記膨張処理部は、合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様のプログラムは、実組織の筋肉と脂肪の区別に対応した実組織閾値を利用して被検体の断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより実組織画像を形成する機能と、実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用して前記断層画像内において筋肉画素と脂肪画素を識別することにより参照画像を形成する機能と、参照画像内において筋肉画素に取り囲まれた脂肪画素と実組織画像内における筋肉画素とを合成することにより合成画像を形成する機能と、合成画像内における脂肪画素を膨張させることにより実組織の内臓脂肪に対応した内臓脂肪画素を形成する機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１２】
上記態様のプログラムは、例えば、ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶され、これらの記憶媒体を介してコンピュータに読み込まれる。あるいは、ネットワークなどを介してプログラムがコンピュータに提供されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、断層画像内において高精度に脂肪を種別することが可能になる。例えば本発明の好適な態様によれば、精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪を識別することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の好適な実施形態を説明するための図であり、図１には、本発明に係る画像処理装置を利用した画像処理システムが示されている。図１に示すシステムは、Ｘ線ＣＴ装置１０および画像処理装置３０を含んでいる。本実施形態においては、図１に示すＸ線ＣＴ装置１０を利用するが、図１のＸ線ＣＴ装置１０に換えて、公知の他のＸ線ＣＴ装置を用いてもよい。さらに、Ｘ線ＣＴ装置に換えて、他の画像形成装置を用いてもよい。
【００１５】
Ｘ線ＣＴ装置１０は、倍率の動的な可変機能を具備し、例えば、マウスなどの動物が測定対象となる。もちろん、それ以外の検体を測定対象としてもよい。Ｘ線ＣＴ装置１０には、回転中心軸Ｏを間において、一方側にＸ線発生器５２が設けられ、他方側にＸ線検出器６０が設けられている。Ｘ線発生器５２の照射側にはコリメータ５４が設けられている。Ｘ線発生器５２は図示されるように末広あるいは扇状の（ここではファンビーム形状の）Ｘ線ビーム５６を生成する。一方、Ｘ線検出器６０は複数の（例えば１００個）のＸ線センサを一列に並べたものとして構成され、Ｘ線ビーム５６の開き角度に応じてＸ線の受光開口が設定される。ちなみに、複数のＸ線センサの配列は直線的であってもよいし、円弧状であってもよい。
【００１６】
なお、図１においては、Ｘ線発生器５２と共に用いられる高電圧源や、Ｘ線検出器６０と共に用いられるデータ処理回路などについては図示省略されている。
【００１７】
図１において符号５８は有効視野を示している。これは、Ｘ線ビーム５６を回転走査させた場合におけるＣＴ画像が構成可能な円形の領域である。ちなみに、この有効視野５８は、被検体あるいは回転中心軸Ｏと、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０のそれぞれの位置関係に応じて定まるものである。本実施形態においては以下に説明する変位機構６２が設けられているため、それらの位置関係を変更してＣＴ画像の倍率を機械的に可変することが可能である。
【００１８】
すなわち、変位機構６２には、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０が連結されており、本実施形態では、変位機構６２は、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０の間の距離を維持したまま、それら（つまり測定ユニット）をＸ線ビーム５６のビーム軸方向に変位させる機能を有する。この場合において、回転中心軸Ｏは不変であり、すなわち被検体を何ら移動させることなく測定ユニット側を移動させて倍率の変更を行い得る。なお、変位機構６２は変位力を発生するためのモータ６２Ａを備えている。本実施形態では、各ＣＴ撮影ごとに個別的に変位量を設定でき、つまり個別的に計測倍率を設定できる。そのような制御を行う場合に、上記収容部材の形状（特にＣＴ撮影位置での外径）が基準とされており、倍率可変時において収容部材がガントリあるいは測定ユニットへ接触あるいは衝突することが防止されている。
【００１９】
ガントリ回転機構６６は、回転ベースを回転させることにより、それに搭載された変位機構を含む各構成の全体を回転駆動する機構である。変位機構６２には、測定ユニットが搭載されているため、変位機構６２によって所望の位置に位置決めされた測定ユニットがその位置を保持したまま回転駆動されることになる。ガントリ回転機構６６は、その駆動力を発生するためのモータ６６Ａを有する。なお、１回転中では計測倍率は不変である。スライド機構６８は、図示しないアームをスライド運動させる移動機構であり、その駆動力はモータ６８Ａによって発生される。アームは被検体が載せられる載置台を回転中心軸方向にスライド運動させる。そして、各スライド位置において被検体のＣＴ撮影が行われる。
【００２０】
ちなみに、図１には、様々な機構６２，６６，６８などが示されていたが、それらの機構による位置あるいは変化を検出するためにセンサを設けるのが望ましい。そして、それらのセンサの出力信号に基づいて図示しない演算制御部がいわゆるフィードバック制御を行うようにするのが望ましい。なお、図１に示す例では、スライド機構６８が駆動源としてのモータ６８Ａを有していたが、そのスライド力を人為的に発生させるようにしてもよい。また、Ｘ線ＣＴ装置１０の全体の動作は、図示しない動作制御部によって制御される。動作制御部はＸ線ＣＴ装置１０内部に設けられることが望ましい。
【００２１】
画像処理装置３０は、ＣＰＵやメモリやハードディスクなどのハードウェアと、動作制御プログラムなどのソフトウェアとによって構成されるものである。図１には、そのハードウェアとソフトウェアとが協働して実現する代表的な機能が示されている。つまり、画像処理装置３０は、実組織画像形成部３１０、参照画像形成部３２０、画像合成部３３０、膨張処理部３４０などを有している。これらの機能に対応したプログラムを用いてコンピュータを画像処理装置３０として動作させてもよい。
【００２２】
なお、画像処理装置３０には、表示器３２、記憶装置３４、キーボード３６、マウス３８、プリンタ４０などが接続されている。記憶装置３４には必要に応じてＸ線ＣＴの断層画像データ３４Ａが格納される。
【００２３】
本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置１０により得られた断層画像が画像処理装置３０により処理され、断層画像内において精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪が識別される。そこで、画像処理装置３０内の各機能を以下に詳述する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
【００２４】
図２は、画像処理装置３０において処理される画像例を示す図である。図２に示す断層画像１００は、Ｘ線ＣＴ装置１０により被検体（例えばマウスなどの動物）の下腹部を撮影して得られるＸ線ＣＴ画像を模式化したものである。
【００２５】
断層画像１００内には、被検体の下腹部の断面が映し出されており、精巣挙筋１１２、精巣挙筋１１２に取り囲まれた内臓脂肪１２２、大腿部脂肪１２４などが含まれている。なお、Ｘ線ＣＴ装置１０により得られた画像には、骨などの組織も映し出されるが、図２においては図示省略されている。
【００２６】
Ｘ線ＣＴ装置１０により断層画像１００が形成されると、断層画像１００に対応した画像データが画像処理装置３０に供給される。画像処理装置３０は、まず、断層画像１００内において、画像処理の対象領域を示すカーソル２００を設定する。カーソル２００は、例えば、表示器３２に映し出される断層画像１００を見るユーザの操作に応じて、精巣挙筋１１２を囲むように設定される。これにより、大腿部脂肪１２４などが処理の対象から除外される。
【００２７】
なお、カーソル２００は、図２に示すような矩形状のものに限定されない。例えば、カーソル２００を楕円状に形成してもよい。また、同じ被検体から得られる互いに近接した複数の断層画像１００に対してカーソル２００を設定する場合には、例えば、両端の断層画像１００に対してユーザ操作に応じてカーソル２００を設定し、既に設定されたカーソル２００を基準として、残りの断層画像１００に対しては補間処理などによりカーソル２００が自動設定されてもよい。
【００２８】
図３は、実組織画像を示す図である。実組織画像形成部３１０は、Ｘ線ＣＴ装置１０から得られた断層画像のカーソル２００に囲まれた被検体の画像内において筋肉画素１１０と脂肪画素１２０を識別することにより実組織画像を形成する。実組織画像形成部３１０は、カーソル２００内において各画素の画素値（ＣＴ値）に基づいて、筋肉画素１１０と脂肪画素１２０を識別する。
【００２９】
Ｘ線ＣＴ装置１０により得られた断層画像内における各画素に注目すると、その画素部分におけるＸ線吸収の度合いに応じたＣＴ値が対応する。水のＣＴ値が０、空気のＣＴ値が−１０００と定義され、例えば、筋肉などの肉質の組織のＣＴ値は−１２０〜＋３５０程度となり、脂肪のＣＴ値は−５００〜−１２０程度となる。
【００３０】
そこで、実組織画像形成部３１０は、実際の組織である筋肉や脂肪を区別する場合の目安となる上記ＣＴ値に応じた実組織閾値を利用する。実組織閾値は、例えば、筋肉の下限値を−１２０として筋肉の上限値を＋３５０とする。また、脂肪の下限値を−５００として脂肪の上限値を−１２０とする。これにより、ＣＴ値が−１２０〜＋３５０の画素が筋肉画素１１０と判定され、ＣＴ値が−５００〜−１２０の画素が脂肪画素１２０と判定される。
【００３１】
実組織画像形成部３１０により形成された実組織画像においては、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線を形成していない場合がある。精巣挙筋は薄い筋肉層（例えば１〜３画素程度の厚さ）であるため、実組織閾値による弁別では、周囲の脂肪の影響を受けて薄い筋肉層を忠実に識別できずに、精巣挙筋の一部が脂肪と認識されてしまう場合がある。この場合、図３に示すように、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が例えば上側において途切れてしまう。
【００３２】
精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪を識別するためには、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線を形成していることが望ましい。そこで、本実施形態においては、参照画像形成部３２０により、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線を形成するように参照画像が形成される。
【００３３】
図４は、参照画像を示す図である。参照画像形成部３２０は、Ｘ線ＣＴ装置１０から得られた断層画像のカーソル２００に囲まれた被検体の画像内において、参照閾値を利用して筋肉画素１１０と脂肪画素１２０を識別することにより参照画像を形成する。
【００３４】
参照閾値は、実組織画像（図３）を形成する際の実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた閾値である。先の例において、実組織閾値は、筋肉の下限値を−１２０として筋肉の上限値を＋３５０とし、また、脂肪の下限値を−５００として脂肪の上限値を−１２０とした。そこで、参照閾値は、例えば、筋肉の下限値を−１８０にシフトさせて筋肉の上限値を＋３５０とし、また、脂肪の下限値を−５００として脂肪の上限値を−１８０にシフトする。つまり、筋肉と脂肪の境界に相当する閾値を−１２０から−１８０へと脂肪側へシフトさせる。
【００３５】
そのため、参照閾値を用いて得られた図４の参照画像内においては、実組織画像（図３）に比べて、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が太く明瞭になり、また、精巣挙筋の一部が脂肪と認識されて途切れる部分も小さくなる。なお、実組織画像（図３）との比較において、図４の参照画像内には、精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪に相当する領域などに筋肉画素１１０が出現している。これは、実組織閾値よりも脂肪側へシフトさせた参照閾値を利用しているため、本来脂肪に相当する画素の一部が、筋肉画素１１０と認識されたためである。
【００３６】
次に、参照画像形成部３２０は、参照画像内において、筋肉画素１１０に対して膨張処理を施す。
【００３７】
図５は、膨張処理された参照画像を示す図である。参照画像形成部３２０は、参照画像に含まれる筋肉画素１１０に対して膨張処理を施す。これにより、図５の膨張後の参照画像内においては、膨張前の参照画像（図４）に比べて、筋肉画素１１０のみが全体的に膨らんでいる。特に、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０がさらに太く明瞭になり、精巣挙筋の一部の途切れていた部分が消えている。こうして、参照画像形成部３２０により、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線を成すように参照画像が形成される。
【００３８】
なお、参照閾値を利用して形成された参照画像（図４）の段階において、精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線を形成している場合には、筋肉画素１１０に対する膨張処理を省略することも可能である。
【００３９】
精巣挙筋に相当する筋肉画素１１０が閉曲線となるように参照画像が形成されると、画像合成部３３０により合成画像が形成される。
【００４０】
図６は、合成画像を示す図である。画像合成部３３０は、図５の参照画像内において閉曲線を成す筋肉画素１１０に取り囲まれた脂肪画素１２０と、図３の実組織画像内における筋肉画素１１０とを合成することにより、図６の合成画像を形成する。
【００４１】
合成画像内において、脂肪画素１２０は、それを取り囲む筋肉画素１１０からやや内側に収縮されている。これは、図６の脂肪画素１２０が、参照画像（図５）内から得られたものであり、その参照画像内において、筋肉画素１１０が参照閾値により識別されてさらに膨張処理されて膨張しているため、その逆効果として脂肪画素１２０が収縮しているためである。また、図６の脂肪画素１２０の内部において欠けている数箇所の部分は、参照画像（図５）内において筋肉画素１１０と誤認された部分である。
【００４２】
画像合成部３３０により合成画像が形成されると、膨張処理部３４０において合成画像内の脂肪画素１２０に対して膨張処理が施される。
【００４３】
図７は、膨張処理された合成画像を示す図である。膨張処理部３４０は、図６の合成画像に含まれる脂肪画素１２０に対して膨張処理を施す。例えば、経験的に設定される画素数（例えば２画素）だけ、脂肪画素１２０を膨張させる。その際、脂肪画素１２０を取り囲む筋肉画素１１０までを限界として脂肪画素１２０を膨張させる。つまり、脂肪画素１２０が膨張して筋肉画素１１０に接した部分においては、それ以上の膨張が禁止される。
【００４４】
図６の脂肪画素１２０に対して膨張処理を施した結果が図７における内臓脂肪（画素）１２２である。図７の膨張後の合成画像内においては、内臓脂肪（画素）１２２が筋肉画素１１０に接するまで膨張されている。また、図６の脂肪画素１２０の内部において、誤認により欠けていた数箇所の部分が膨張処理の効果により脂肪画素１２０となり、図７の内臓脂肪（画素）１２２内に含まれている。
【００４５】
こうして、画像処理装置３０により、図３の実組織画像から得られる実際の精巣挙筋に対応した筋肉画素１１０に接するように、図７の合成画像における内臓脂肪（画素）１２２が形成され、実組織の精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪に相当する画素が識別される。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態によれば、精巣挙筋に取り囲まれた内臓脂肪を比較的正確に識別することが可能になる。また、例えば操作者による手動修正などを加えて内臓脂肪を認識する場合に比べて、認識のための処理時間を短縮することが可能になる。また、上述した実施形態によれば、一定の規則に従って内臓脂肪が自動認識されているため、客観的で高い再現性のある計測が可能になる。
【００４７】
なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上腹部において腹筋が薄く識別される場合に、腹筋に取り囲まれた内臓脂肪を識別する際などに、本発明を利用することも可能である。このように、本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る画像処理装置を利用した画像処理システムを示す図である。
【図２】画像処理装置３０において処理される画像例を示す図である。
【図３】実組織画像を示す図である。
【図４】参照画像を示す図である。
【図５】膨張処理された参照画像を示す図である。
【図６】合成画像を示す図である。
【図７】膨張処理された合成画像を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
３０  画像処理装置、３１０  実組織画像形成部、３２０  参照画像形成部、３３０  画像合成部、３４０  膨張処理部。
【図１】
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【図２】
2010042130.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010042130.tif 000007
【図６】
2010042130.tif 000008
【図７】
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