(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の複数の画像から海綿骨領域を抽出する手段と、
前記海綿骨領域を梁領域と梁間の隙間領域に分離する手段と、
前記海綿骨領域に対する前記隙間領域の割合と前記海綿骨領域の画素値とに基づき骨粗鬆症の進行度を算出する手段と、
前記進行度を表示する手段と、
を備え、
前記隙間領域に対して求められるそれぞれ直交する３方向の隙間のランレングスの平均値がそれぞれＲＬｘ、ＲＬｙ、ＲＬｚであり、前記海綿骨領域の体積がＶであり、前記海綿骨領域の画素値の平均値をＡｖ１であり、前記隙間領域の画素値の平均値がＡｖ２であり、部位に依存する定数がＣであるとき、前記進行度Ｓが
0005280058.tif 000004
として算出されることを特徴とする画像診断支援システム。
【請求項２】
請求項１に記載の画像診断支援システムにおいて、
前記直交する３方向が前記画像の主軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に平行であることを特徴とする画像診断支援システム。
【請求項３】
請求項１に記載の画像診断支援システムにおいて、
前記進行度を表示する手段は、横軸には前記海綿骨領域の三次元画像を配置し、縦軸には前記進行度をとったグラフを表示することを特徴とする画像診断支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用画像に基づいて骨粗鬆症の進行度などに関する情報を画像処理する画像診断支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のX線CT装置などの医用画像診断装置を用いた骨粗鬆症の診断では、次の手順で行われている。被検体の画像の骨領域について所定のしきい値処理を行わせるための特徴量を設定する。前記被検体の画像を記憶する記憶手段から当該画像を読み出し、前記入力手段によって設定された特徴量により前記読み出された画像から骨領域を含む診断領域を抽出し、前記抽出された診断領域について骨部成分とその骨部以外の成分の成分識別情報により骨の構造分析情報を算出する。前記算出された骨の構造分析情報を前記被検体の画像と対応づけて表示する。(例えば、［特許文献1］参照。)。
【０００３】
【特許文献１】WO2006/085525号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近、骨の内部の構造分析が海綿骨の梁の三次元構造に依存することが判明してきた。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、骨の内部の構造分析が海綿骨の梁の構造に依存することまでを言及しておらず、海綿骨の梁構造への依存を考慮した骨の内部構造の分析については未解決の問題として、依然として残されていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、海綿骨内の梁の三次元構造の特徴を定量化することが可能な画像診断支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、被検体の画像から海綿骨領域を抽出する手段と、前記海綿骨領域を梁領域と梁間の隙間領域に分離する手段と、前記海綿骨領域に対する前記隙間領域の割合と前記海綿骨領域の画素値とに基づき骨粗鬆症の進行度を算出する手段と、前記進行度を表示する手段と、を備えることで達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、海綿骨内の梁の三次元構造の特徴を定量化することが可能な画像診断支援システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１０】
図1は、本発明が適用される画像診断支援システム全体のハードウエア構成を示すブロック図である。この画像診断支援システムは、例えばX線CT装置等で被検体の対象部位について収集した複数の断層像(CT画像など)に基づいて、脊椎の骨梁の構造を反映して定量化して表示するものである。
【００１１】
この画像診断支援システムは、各構成要素の動作を制御する中央処理装置(CPU)10と、装置の制御プログラムが格納された主メモリ11と、複数の断層像データ及びプログラム等が格納された磁気ディスク12と、表示用の画像データを一時記憶する表示メモリ13と、この表示メモリ13からの画像データに基づいて画像を表示する表示装置としてのCRTディスプレイ14と、画面上のソフトスイッチを操作するマウス15及びそのコントローラ16と、各種パラメータ設定用のキーやスイッチを備えたキーボード17と、スピーカ18と、上記各構成要素を接続する共通バス19とから構成される。
【００１２】
この実施の形態では、主メモリ11以外の記憶装置として、磁気ディスク12のみが接続されている場合を示しているが、これ以外にフロッピディスクドライブ、ハードディスクドライブ、CD-ROMドライブ、光磁気ディスク(MO)ドライブ、ZIPドライブ、PDドライブ、DVDドライブ、USBメモリなどが接続されていてもよい。さらに、図示していない通信インターフェイスを介してLAN(ローカルエリアネットワーク)やインターネット、電話回線などの種々の通信ネットワーク1a上に接続可能とし、他のコンピュータやCT装置/MR装置/US装置1bなどとの間で画像データの送受信を行えるようにしてもよい。また、画像データの送受信は、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置などの被検体の断層像が収集可能な医用画像診断装置を上記LAN等の通信ネットワーク1aと接続して行ってもよい。
【００１３】
まず、骨梁の構造を反映して定量化して表示する場合について説明する。第1の方法としては。図2では、脊椎海綿骨の形状を線対称で分割したときの左右の非対称性を利用して骨梁の構造を定量化して表示する場合の一例を示す図である。図3は、正常な場合と骨粗鬆症の場合のCT画像の一例を示す図である。図3(a)は、正常な場合の海綿骨21及び皮質骨22を示し、図3(b)は、骨粗鬆症の場合を示す。図3(b)に示すように、骨粗鬆症の初期症状で主な症状は、腰背部痛であり、その後、脊椎骨の微少骨折を繰り返し、潰れ、徐々に背骨が曲がり、身長が低くなっていく。骨粗鬆症の人は、脊椎海綿骨の濃度分布が左右非対称となって、脊椎骨が破壊されていく様子が見られる。そこで、簡易的な方法としては、この濃度分布の非対称性の度合を測定し、それを骨粗鬆症の進行度として骨梁の構造を定量化して測定することができる。
【００１４】
まず、図2(a)(b)に示すように海綿骨30は左右対象に分割する中央線31で分割する。分割後の右側領域33及び左側領域32のそれぞれについて次式に従って
・右側領域のCT値−左側領域のCT値＞しきい値
となる領域の面積S1を求める。同様に次式に従って
・左側領域のCT値−右側領域のCT値＞しきい値
となる領域の面積S2をそれぞれ求める。ここで、CT値は画像の濃度値の具体例を示すもので、X線CT画像以外の画像を用いるときはその画像の濃度値を意味する。
【００１５】
求められた面積S1，S2を次式に代入して変数δを求める。
・δ＝abs(骨部の標準CT値−S1，S2を除く領域の平均CT値)
ここでabsは絶対値を意味する。このようにして求められた変数δに基づいて次のような判断を行い、これを骨粗鬆症の進行度として定義する。
・if(δ＜一定値)｛骨粗鬆症の進行度＝定数×(S1＋S2)/S｝else｛計測不可能｝
ここで、Sは海綿骨30の全体面積である。
【００１６】
これによって、一般的な低線量CT画像を利用して脊椎の骨粗鬆症の進行度が計算できる。つまり骨梁の構造を定量化ができる。
【００１７】
図2は、脊椎海綿骨の濃度分布が左右非対称である場合に基づいて骨粗鬆症の進行度を定義している。
【００１８】
骨粗鬆症の進行度としてさらに精度を高める場合には、図3に示されたように骨粗鬆症によって破壊された骨の空洞部分の面積や体積を骨粗鬆症の進行度の指標に反映させる。これらは、骨には空洞部分が見られるがこの空洞部分の形や大きさは一定でないので、断層像における所定の骨領域の平均濃度値より低濃度の領域に関する情報を用いて算出した値を空洞部分の大きさとし、この空洞部分の大きさを特徴量として骨粗鬆症の進行度の要因として用いる。
【００１９】
これにより、空洞部分の大きさが被検者の骨折などの障害を予見するための指標とすることで、より詳細な診断支援ができる。
【００２０】
以下の説明では、破壊された骨の空洞部分の面積や体積を抽出するために、しきい値処理や領域拡張法を用いている。
【００２１】
図4は、破壊された骨の空洞部分の面積や体積を抽出する処理の一例を示すフローチャート図である。
【００２２】
図5は海綿骨の陰影づけ三次元画像の例である。図5(b)のように矢印で示したように梁の間51が大きくなると、骨は脆くなるといわれている。また、三次元画像では、図6のように複数の断層像61のうちの二値化した海綿骨領域62を積み上げて構成する。以下では、図4の手順に従って説明する。
【００２３】
(ステップ1)
CPU10は、例えば背骨の骨部(椎骨)を含む画像から海綿骨領域を濃度ヒストグラムとしきい値を用いて抽出する。しきい値は医師等の操作者がマウス15等を用いて画像を参照しながら設定してもよいし、CT値(濃度値)が既知の場合は予めCPU10が読み出せる主メモリ11や磁気ディスク12に記憶させておいて、その記憶させたデータを読み出せるようにしてもよい。海綿骨領域の抽出は、皮質骨を含めた領域から行われる。また、椎骨は皮質骨と海綿骨からなるから、CT値の高い領域として椎骨を抽出し、椎骨領域のヒストグラムからしきい値を決定して、しきい値処理により海面骨領域を求める。
【００２４】
(ステップ2)
CPU10は、海綿骨領域の体積(V)を求める。しきい値としては、海綿骨領域内の梁とそうでない領域(梁間の隙間)を区別するための値であるので、ヒストグラムをとり、分布の境界付近のCT値をしきい値とする。しかし、スライス厚が厚い場合などは、近似的に、海綿骨領域の梁でないCT値(濃度値)平均値をしきい値としてもよい。
【００２５】
(ステップ3)
CPU10は、海綿骨領域を梁領域と梁領域でない領域(梁間の隙間)にしきい値処理をして、二値画像を得る。
【００２６】
(ステップ4)
CPU10は、前ステップで求めた、しきい値より低い領域(図5の梁間の隙間51を表す二値画像)に対して、それぞれ直交する3方向の隙間のランレングス52の平均値(RLx,RLy,RLz)を、それぞれ求める。ランレングス52を求める3方向は主軸X，Y，Z軸に平行である必要はない。
【００２７】
(ステップ5)
CPU10は、海綿骨のしきい値(＝ステップ2で求めた平均値)より低い領域の、CT値の平均値を求める。
【００２８】
(ステップ6)
CPU10は、次の式を用いて、骨粗鬆症の進行度、あるいはすかすか度(スパース値)を求める。
0005280058.tif 000002
スライス厚が厚い場合などでは、
0005280058.tif 000003
のように、近似してもよい。  
ここで定数は、例えば、90とする。一般には、部位に依存する。
【００２９】
図7はすかすか度をグラフとして表示した例を示す。  
グラフ横軸には対象とする骨の三次元画像を配置して、縦軸には、“すかすか度”をとる。
【００３０】
なお、ステップS52からステップ55までのしきい値処理においては、以下のような特徴量1〜特徴量4を用いるようにしてもよい。
・特徴量1：海面骨領域内の海綿骨部分を除く部分の統計値より低いCT値のランレングス値の平均値
・特徴量2：特徴量1において、海面骨領域内の海綿骨部分を除く部分の統計値より低いCT値を持つ領域の互いに直交する三次元方向により算出した値
・特徴量3：海面骨領域内の海綿骨海綿骨部分を除く部分のCT値の平均値
・特徴量4：海面骨領域内の海綿骨海綿骨部分を除く部分の体積の値 
これにより、海綿骨内の梁の三次元構造の特徴を定量化することが可能な画像診断支援システム、画像診断支援プログラムを提供することができる。
【００３１】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる画像診断支援システムの好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用される画像診断支援システム全体のハードウエア構成を示すブロック図。
【図２】脊椎海綿骨の左右の非対称性を利用して骨粗鬆症の進行度を測定する場合の一例を示す図。
【図３】正常な場合と骨粗鬆症の場合のCT画像の一例を示す図。
【図４】破壊された骨の空洞部分の面積や体積を抽出する処理の一例を示すフローチャート図。
【図５】海綿骨の三次元画像の表示例を示す図。
【図６】図5の三次元画像構成の原理図。
【図７】脊椎の位置と骨粗鬆症の進行度の関係のグラフの表示例を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
10  中央処理装置(CPU)、11  主メモリ、12  磁気ディスク、13  表示メモリ、14  CRTディスプレイ、15  マウス、16  コントローラ、17  キーボード、18  スピーカ、19  共通バス、1a  通信ネットワーク、1b  他のコンピュータやCT装置。
【図１】
0005280058.tif 000005
【図２】
0005280058.tif 000006
【図３】
0005280058.tif 000007
【図４】
0005280058.tif 000008
【図５】
0005280058.tif 000009
【図６】
0005280058.tif 000010
【図７】
0005280058.tif 000011