(57)【要約】  画像からシードを選択することによって部位を確定する方法を提供する。この方法は画像中の２つのエリア間の境界を確定し；部位を確定するシードとしてのピクセルを識別する突出部によって特徴づけられる境界上のピクセルを選択し；選択されたピクセルの１つが既に確定された部位の一部でなければ、選択されたピクセルの１つから第２部位を画定するステップから成る。
2007526578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像からシード（起点）を選択することによって部位を確定する方法において、
画像中の２つのエリア間の境界を確定し；
部位を確定するシードとしてのピクセルを識別する突出部によって特徴づけられる境界上のピクセルを選択し；
選択されたピクセルの１つが既に確定された部位の一部でなければ、選択されたピクセルの１つから第２部位を画定する
ことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
部位画定が成長、集合および分割のうちのいずれか１つのステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
２つのエリア間の境界画定が２つのエリア間のエッジを検出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
２つのエリア間の境界が面であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第２部位が境界を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
境界が第１部位と第２部位との間のあいまいな移り目であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
突出部によって特徴付けられる境界上のピクセル選択が、突出部を利用して境界面上の隅部を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
突出部を利用しての境界面上の隅部選択が、選択されたピクセルを横切る平面内の隅部を選択するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
突出部が（a）１次導関数、（b）２次導関数、および（c）導関数式を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
選択されたピクセルの１つからの部位成長が、選択されたピクセルの１つから凸部位を成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
選択されたピクセルの１つからの部位成長が、突出部およびホールのいずれか１つの成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
突出部によって特徴づけられる境界上のピクセル選択が、少なくとも１つのピクセルを選択して、断面がほぼ円形または楕円形の部位を成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
突出部によって特徴づけられる境界上のピクセル選択が、少なくとも１つのピクセルを選択して、断面がほぼ円筒形または方物面形の部位を成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
突出部によって特徴付けられる境界面上のピクセル選択が、少なくとも１つのピクセルを選択してほぼ平坦な部位を成長させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第１部位と第２部位との間の境界が広く且つ曖昧であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
広く且つ曖昧なエッジの部分部位に基づいて突出部を画定するステップをも含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
突出部によって特徴付けられる境界面上のピクセル選択が、広く且つ曖昧なエッジにおける隅部を識別するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
部位確定のため画像からシードを選択する方法を実施するためプロセッサによって実行される命令が記憶されている機械可読媒体において、前記方法が
画像中の２つのエリア間の境界を確定し；
部位確定のためのシードとしてのピクセルを識別する突出部によって特徴付けられる境界上のピクセルを選択し；
選択されたピクセルの１つが既に確定された第１部位の一部でなければ、選択されたピクセルの前記１つから第２部位を確定するステップから成ることを特徴とする前記機械可読媒体。
【請求項１９】
部位成長のため画像からシードを選択する方法において、
画像中の２つの部位間の境界面を確定し；
より低次元の隅部である境界面のピクセルをフィルタし；
フィルタされたピクセルをシード・リストに記入し；
シード・リストから第１シードを選択して第１部位を成長させ；
シード・リストから第２シードを選択し、第２シードが第１部位の一部でない場合に限り、第２シードに基づいて第２部位を成長させるステップから成ることを特徴とする前記方法。
【請求項２０】
第１部位および第２部位が凸または凹部位のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願相互参照】
【０００１】
本願は、２００４年３月１日に出願され、その内容全体を一部として引用する米国仮出願第６０/５４９，０４７号に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
【技術分野】
【０００３】
本発明はコンピュータ画像処理に係わり、特に画像の突出部を利用してオブジェクト検出のためのシードを確定する方法に係わる。
【公知技術の説明】
【０００４】
２次元（“２Ｄ”）および３次元（“３Ｄ”）画像中のオブジェクト形状を検出することは種々の用途、例えば、コンピュータ援用検出および診断にとって必須のステップである。例えば、コンピュータ援用検出および診断において、問題となる（例えば、疾病を示唆する）可能性がある特異な構造を識別するための予備的ステップとして形状の位置特定が行われる。“形状の位置特定”とは体積部または空間における所与の位置に座標を連携させることを意味する。
【０００５】
形状の位置特定は典型的には下記の２段階で行われる：
（１）全体として、または個別的に形状を特徴付けるピクセル/ボクセルの集合（即ち、部位）の識別および抽出；および
（２）集合が検討中の形状を充分に表現しているかどうかを確認するために種々の形状デスクリプタ/メトリックスを利用する集合の評価および分析。
【０００６】
部位を確定するアプローチとしては、例えば、部位成長、部位集合および部位分割がある。公知の部位成長技術、例えば、「グリーディ・リージョン(greedy  region：貪欲部位）」には、部位を成長させるためのシード（即ち、起点）を選択する極めて簡単な基準がある。例えば、部位成長技術では、画像中のすべてのピクセル/ボクセルを検討し、特定のピクセル/ボクセルから抽出された部位が所要の形状と連携する形状特徴を表す所要の特徴（例えば、コンパクトさ、長円体構造など）を有するかどうかを検証する。もし、抽出された部位が所要の特徴を有するなら、抽出された部位を被検出形状の“インスタンス”であると考えることができる。
【０００７】
ここで使用する語「形状」とは隣接する物質または構造から空間または体積部を隔離する境界によって囲まれた前記空間または体積部を意味する。このような境界は鮮明な、または曖昧な移り目（即ち、エッジ)を有する。或る境界は移り目に対して垂直な方向に明確な範囲を有する特殊なタイプの移り目である。移り目の質はデータ取得に使用される材料および撮像方法に応じて異なる。１例として、表面を撮像するレーザー・レンジ・スキャナで取得する場合、エッジは２値で表されることがある（例えば、黒から白、またはその逆、というような直接的な移り目）。他の例として、例えば、コンピュータ断層撮影（“ＣＴ”)または物質（例えば、スーツケース）のｘ-線撮影または一般的な物理的試験の場合に見られるように、輝度の移り目として現れる鮮明なエッジである場合もある。さらに他の例として、例えば、超音波または磁気共鳴撮像の場合に観察されるように、エッジが局部的に不鮮明なこともある。しかし、上記境界の質に関係なく、不要な隣接構造からの所要構造の分離を確定する境界上の点をシードとして利用することによって、部位を成長させることができる。
【０００８】
図１は結腸１００の一部のコンピュータ断層撮影（“ＣＴ”）画像の１例を示す。図中、１０５（即ち、白色リボン状エリア）は２つの部位間の移り目；１１０は内腔（即ち、影付エリア）、１１５は分離組織（即ち、パターン化エリア）である。破線１２０で囲んだエリアは検出対象である突起（即ち、凸部位）の１例を示す。この凸部位は問題部位とも呼称することができる。結腸１００のＣＴ画像において、破線１２０で囲まれたエリアは、例えば、結腸ポリープまたは肋膜に付着している肺結節である可能性がある。
【０００９】
図２も図１の結腸１００の一部を撮影したＣＴ画像を示す。図２は凸部位２０５およびこの凸部位２０５を区切る仮想面を図１よりも明確に示している。仮想面２１０は、もし突起（即ち、凸部位２０５）が存在しなければ、境界２１５と平滑に連続する面である。尚、図２に示した仮想面２１０は視覚的に理解を容易にするのがその目的である。
【００１０】
従来の貪欲アルゴリズム（ｇｒｅｅｄｙ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）では、境界面１０５上のすべての点をシードの候補として検討する。このような方法は、特に、大きい（例えば、数百万ピクセル・ボクセル）画像においては、いたずらに多大の時間を要し、非効率的である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は１つの課題として、画像からシード（起点）を選択することによって部位を確定する方法を提供する。この方法は画像中の２つのエリア間の境界を確定し；部位を確定するシードとしてピクセルを識別する突出部によって特徴づけられる境界上のピクセルを選択し；選択されたピクセルの１つが既に確定された部位の一部でなければ、選択されたピクセルの１つから第２部位を画定するステップを含む。
【００１２】
本発明は他の課題として、部位確定のため画像からシードを選択する方法を実施するためプロセッサによって実行される命令が記憶されている機械可読媒体において、下記の方法を提供する。この方法は画像中の２つのエリア間の境界を確定し；部位確定のためのシードとしてのピクセルを識別する突出部によって特徴付けられる境界上のピクセルを選択し；選択されたピクセルの１つが既に確定された第１部位の一部でなければ、選択されたピクセルの前記１つから第２部位を確定するステップから成る。
【００１３】
本発明はさらに他の課題として、部位成長のため画像からシードを選択する方法を提供する。この方法は画像中の２つの部位間の境界面を確定し；より低次元の隅部である境界面のピクセルをフィルタし；フィルタされたピクセルをシード・リストに記入し；シード・リストから第１シードを選択して第１部位を成長させ；シード・リストから第２シードを選択し、第２シードが第１部位の一部でない場合に限り、第２シードに基づいて第２部位を成長させるステップから成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の図示実施例を以下に説明する。煩雑になるのを避けるため、本明細書では実施態様の細部までは記述しない。このような実施態様の開発に際して、例えば、実施態様ごとに異なる開発者に特異な目標、例えば、システム関連またはビジネス関連の制約をクリヤーするという目標を達成するために、実施に特異な数多くの判断を下さねばならないことは言うまでもない。さらにまた、このような開発努力は複雑であり、多大の時間を要するにも係わらず、この開示内容を利用することができる当業者にとっては日常的な仕事である。
【００１５】
本発明には多様な実施態様が可能であるが、本願明細書では特定の態様を実施例として図示し、説明する。但し、本発明はここに記述する特定の実施態様に制限されるものではなく、後記する請求項が定義する発明の思想と範囲を逸脱しない限り、あらゆる変更態様、等価態様および代案態様を包含する。
【００１６】
本発明のシステムおよび方法はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセッサ、またはこれらの組み合わせなど、多様な形態で実施することができる。特に、本発明の少なくとも一部を、適当な構造から成る装置または機械、例えば、プロセッサ、メモリ、および入/出力インターフェースを有する汎用ディジタルコンピュータによって実行される、単数または複数のプログラム記憶装置（例えば、ハードディスク、磁気フロッピーディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＤ  ＲＯＭ、など）に具体化されたプログラム・インストラクションから成るアプリケーションとして実施することが好ましい。また、添付の図面に示すシステム・コンポーネントおよび方法ステップのうちの幾つかはソフトウェアの形で実施することが好ましいから、システム・モジュール（または方法ステップの論理流れ）間の接続は、本発明のプログラム態様に応じて異なることがある。当業者の中には、本願の教示内容に基づいて上記の、およびこれらに類似の態様を案出できる当業者が存在するであろう。
【００１７】
発明者は部位成長のためのシードとなり得るピクセル/ボクセルを選択的に考察する方法およびシステムを提案する。境界に沿ったすべての位置（即ち、ピクセル/ボクセル）からの部位成長アプローチを試みるのではなく、より効率的なアプローチとして、選択された位置だけから部位を成長させることができる。例えば、医療分野において処理すべき画像が比較的広い場合がある（例えば、数百万ピクセル/ボクセル）。従って、部位成長のためのシードとしてのピクセルを考察する場合、慎重な注意が必要である。シード・ポイントを注意深く選択することによってかなりのスピードアップを達成することができる。
【００１８】
シード・ポイントを特定するキーとなるのは下記の４つの観察結果である。
【００１９】
（１）凸部位は部位の内側部分と外側部分との間の移り目を意味する境界でよって囲まれていなければならない。境界移り目（即ち、エッジ・エリア）の特徴は用途およびデータ様式（例えば、コンピュータ・トモグラフィ、磁気共鳴、超音波、など）に応じて異なることがある。
【００２０】
（２）ディスクや球体のように厳密な意味での凸オブジェクトの場合には、必ず隅部点としての点が少なくとも１個存在する。隅部点とはその最も目に付く近傍点が必ず１/２平面/ボリューム中に位置する表面点である。
【００２１】
（３）隅部点は多くの点のうち、突出部を利用して凸オブジェクトの表面上に位置特定できる点である。巣中の突出部を利用することによって部位を成長させるのにその他の好適な固有の位置を識別することができる。的を得たシード位置の特定を可能にする突出部の例としては、表面上に位置してガウスの曲率が最大または最小の突出部、法線交点の投影軌跡、などが挙げられる。
【００２２】
（４）凹部位は負の凸性と解釈することができ、この場合も上記の考え方が当てはまる。
【００２３】
ここに述べる実施例の場合、突出部は近傍の性質に基づき、選択される位置は表面上の隅部であることによって特徴付けられる。
【００２４】
隅部位置をより厳密に定義するため、接続性の表記法を導入する。位置“Ｃ”に左右に近傍が存在するなら、位置“Ｃ”の接続性＝２（Ｎ２‐接続と呼称）。もし上下の近傍とＮ２‐接続しているなら、位置“Ｃ”の接続性＝４（Ｎ４‐接続と呼称）。当業者には周知のように、その他の表記法を採用することも可能である。例えば、図３では、中心“Ｃ”はこの“Ｃ”から距離１の位置に８つの近傍ａ１−ａ８を有する。これはマトリックス近傍の１例である；但し、接続形態に応じて、当業者には周知の他のレイアウトを採用することもできる。
【００２５】
“Ｃ”を中心とする近傍について、近傍の１/２または１/２未満が互いに隣接し、Ｎ４-接続されているなら、隅部点が存在する。例えば、再び図３においては、最大限４つの近傍がＮ４接続性を有する（例えば、自身方向の順序でａ１−ａ４）８つの近傍が存在する。ａ１、ａ２、ａ３およびａ５ではＣが隅部とはならず、ブリッジとなるから、近傍のＮ４接続性が条件である。Ｎ４、Ｎ６、Ｎ８およびＮ２６は表面点に隣接する近傍の数を指す。例えば、Ｎ４は中心ピクセルおよび中心ピクセルの左右上下に位置するそれぞれのピクセルを指す。他の例として、Ｎ２６は３´３´３近傍における中心ボクセルに隣接するすべてのボクセルを指す。
【００２６】
煩雑になるのを避けるため、以下に述べる実施例では“ピクセル”という語を使用するが、実施態様によっては、ピクセルではなくボクセルを含む場合もある。
【００２７】
画像から境界ピクセル/ボクセルを含む凸部位を効率的に抽出するのが目標であるから、境界ピクセル/ボクセルからの選択的な成長を可能にする技術が望ましい。
【００２８】
結腸壁から内腔（空気）へ突出する結腸ポリープに関しては、例えば、ポリープの形状を検出するための部位成長技術を利用する場合に、結腸壁面上の任意の点を有効なシード・ポイントとして利用することができる。具体的には、図１および２から明らかなように、検出したい部位（即ち、凸オブジェクト）は境界エリアを有し、突出している。ピクセル/ボクセルが突出するには、ピクセル/ボクセルが湾曲して広がり、その結果隅部を形成しなければならない。これらの隅部は典型的には（ａ）境界の一部および（ｂ）凸部の一部である。
【００２９】
図４は隅部“ｃ”および“ｘ”を有する凸部位２０５を示す。図４は２Ｄ画像であるから、隅部“ｃ”も隅部“ｘ”も部位成長の起点としての候補となり得る。突出する境界隅部はいずれも２Ｄにおける部位を成長させる候補となることができる。但し、３Ｄにおける隣接するボクセルを検討する場合、図３において“ｘ”で示すこれらの候補の多くは最早図３において“ｃ”で示す有効な候補ではなく、境界におけるボクセルに過ぎない。
【００３０】
図５は隅部ボクセルを有する画像例を示し、ここでは、ｚｙ-平面（例えば、ｘ２およびｃ１を含む平面）における２Ｄ隅部は３Ｄでは明らかに最早適切な隅部でないのに対して、その他の隅部は３Ｄにおいても依然として適切な隅部である。隅部ボクセル“ｘ”は２Ｄ平面を検討する場合には隅部であるが、３Ｄ以上においても隅部であるのは隅部ボクセル“ｃ”だけである。
【００３１】
即ち、図５から明らかなように、ｘ２はｚｙ-平面において隅部であるが、ｚｘ-平面において隅部ではない。従って、３Ｄ（または３Ｄ以上）における隅部は、Ｃが該位置を通るすべての平面（または超平面）における隅部であるようなピクセルであると考えることができる。このように特徴付ければ、図５において、隅部Ｃだけが３Ｄにおける真の隅部であることが理解される。候補数をさらに減らすことになるから、この特徴付けは重要である。該位置を通る平面（または超平面）必ずしも直交ｘｙ-、ｚｙ-、およびｚｘ-平面とは限らず、その他の平面も含まれる。例えば、３´３´３近傍を検討する場合、１３個の離散型の、異なる平面がこの点と交差する。本発明の他の実施態様として、近傍がもっと大きいか、または異なる形状を呈し、平面のより個別的な特徴付けを可能にする態様もあり得る。本発明のさらに他の実施態様として、これらの超平面が離散型ではなく、正確にボクセル中心を通る態様もあり得る。本発明の皿の他の実施態様として、平面または超平面によってではなく線または線分によって確定される３Ｄ隅部によって交点を特徴付ける態様もあり得る。
【００３２】
図６は部位を成長させるため、画像中の適当なシード位置を選択する方法の実施例を示す。境界面は２つの部位の間に確定される（ステップ６０５）。このアプローチの１実施例として、２つの部位の性質および両部位間の移り目に応じて異なることがある「Ｃａｎｎｙ  ｅｄｇｅｄ検出」を実施することがある。低次元における隅部である境界面のピクセルをフィルタする(ステップ６１０）。フィルタされたピクセルをシード・リストに記入する（ステップ６１５）。シード・リストから第１シードを選択することによって第１凸部位を成長させる。第２シードが第２リストから第２シードを選択する（ステップ６２５）。第２シードが第１凸部位の一部でない場合に限り、第２シードから凸部位を成長させる。
【００３３】
図４はシードｃ２およびｃ３を含む突出する凸部位の例を示す。この場合、ｃ１の処理後、ｃ２を第１シードとして選択すると、抽出された凸部位はｃ３をも含む。従って、ｃ２で開始された部位成長を完了した後、ｃ３を新しいシードとして検討され、観察されることになるが、これは既に凸部位の一部であり、部位成長プロセスはｃ４へスキップし、以下同様に進行する。
【００３４】
シード位置から成長する凸または凹部位は実際の凸部位の表面であることがある。例えば、再び図２において、シード・ポイントから成長した部位はリボン・エリアであり、線がリボンと交差するピクセルにまで達することがあり得る。従って、凸部位はシード・ポイントから成長した表面自体を含む、または表面によって特徴付けられるだけの内側部位全体から成ることがあり得る。
【００３５】
本発明はその教示内容を利用する機会がある当業者には明らかな上記実施態様とは異なる、但し等価の態様で本発明を実施できるから、以上に開示した特定の実施態様はあくまでも説明を目的とするものである。また、本発明は後記する記載されている事項以外の図示の構成または設計の細部に制限されるものではない。従って、上記特定の実施態様に変更を加えることができることはいうまでなく、このような変更はすべて本発明の範囲および思想の範囲に含まれると考えられる。従って、請求される保護権は後記する請求の範囲によって定義される。
【００３６】
本発明を添付の図面に従って以下に説明する。尚、図中類似のエレメントには参照番号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】結腸の一部のＣＴ画像例を示す。
【図２】図１に示した結腸の前記部分のＣＴ画像例を示す。
【図３】本発明の実施例として、中心Ｃおよびこの中心Ｃから距離１を隔てる近傍ａ１−ａ８を示す２Ｄ図である。
【図４】本発明の実施例として、図２の突出部２０５を、その隅部“ｃ”および“ｘ”と共に示す２Ｄ図である。
【図５】本発明の実施例にとして、ｚｙ平面における２Ｄ隅部は３Ｄ画像では最早正常な隅部ではなく、その他の隅部は３Ｄ画像においても正常なままのボクセル隅部を有する３Ｄ画像である。
【図６】本発明の実施例として、部位成長に好適なシード位置選択方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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