(57)【要約】【課題】着目する断層画像と同位置の断層画像を比較先の断層画像群から高精度で抽出する処理の演算負荷を軽減する。【解決手段】各断層画像に位置情報が付された断層画像群から断面画像を生成する断面画像生成部と、異なる断層画像群から生成された断面画像同士のずれ量を示す位置調整値を算出する位置調整値算出部と、ある患者についての第１断層画像群から着目画像の指定を受け付けるとともに、同一の患者について第１断層画像群とは別に撮像した第２断層画像群の指定を受け付ける着目画像受付部と、位置調整値に基づいて第１断層画像群と第２断層画像群との相対位置調整値を算出し、着目画像に付された位置情報と相対位置調整値とから、着目画像と同位置の断層画像を第２断層画像群から抽出する同位置画像抽出部とを備える画像抽出システム。【選択図】図３
2017136242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各断層画像に位置情報が付された断層画像群から断面画像を生成する断面画像生成部と、
異なる断層画像群から生成された断面画像同士のずれ量を示す位置調整値を算出する位置調整値算出部と、
ある患者についての第１断層画像群から着目画像の指定を受け付けるとともに、同一の患者について前記第１断層画像群とは別に撮像した第２断層画像群の指定を受け付ける着目画像受付部と、
前記位置調整値に基づいて前記第１断層画像群と前記第２断層画像群との相対位置調整値を算出し、着目画像に付された位置情報と前記相対位置調整値とから、前記着目画像と同位置の断層画像を前記第２断層画像群から抽出する同位置画像抽出部と、
を備えることを特徴とする画像抽出システム。
【請求項２】
前記断面画像生成部が、
患者の正面と横面について断面画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の画像抽出システム。
【請求項３】
各断層画像に位置情報が付された断層画像群から断面画像を生成する断面画像生成ステップと、
異なる断層画像群から生成された断面画像同士のずれ量を示す位置調整値を算出する位置調整値算出ステップと、
ある患者についての第１断層画像群から着目画像の指定を受け付けるとともに、同一の患者について前記第１断層画像群とは別に撮像した第２断層画像群の指定を受け付ける着目画像受付ステップと、
前記位置調整値に基づいて前記第１断層画像群と前記第２断層画像群との相対位置調整値を算出し、着目画像に付された位置情報と前記相対位置調整値とから、前記着目画像と同位置の断層画像を前記第２断層画像群から抽出する同位置画像抽出ステップと、
を有することを特徴とする画像抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着目する断層画像と同位置の断層画像を別に撮影した断層画像群から抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等のモダリティを用いた検査で得られた断層画像を読影する際には、図９に示すように、ある検査時に撮影した一連の断層画像群から患部等の着目する画像を選定し、別に撮影した断層画像と比較し、疾患の変化等を把握する作業が頻繁に行なわれる。
【０００３】
この作業を行なうためには、別に撮影した一連の断層画像群から、着目する画像と同位置の画像を抽出する必要がある。しかしながら、近年のモダリティの技術進歩により１ｍｍといった極薄のスライス厚で断層画像が得られることから、１０００枚を超えるような多量の断層画像が取得されるようになっており、目視による手作業での位置合わせは困難である。このため、同位置の断層画像の抽出作業を支援するための手法が従来から提案されている。
【０００４】
例えば、画像ファイルに付帯するタグ情報を利用する手法が挙げられる。一般に、医用の断層画像は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）フォーマットで記録されている。ＤＩＣＯＭフォーマットでは、画像ファイル内にタグで示される種々の情報が記録されており、この手法は、その中のタグ番号（００２０，００３２）で示される"Image Position (Patient)"の座標をキーに同位置の断層画像を抽出するものである。
【０００５】
ここで、ＤＩＣＯＭフォーマットでは、図１０に示すように、患者の右手から左手方向をＸ軸、前から背中方向をＹ軸、足から頭方向をＺ軸とする座標系が一般に採用されている。
【０００６】
着目画像に付された"Image Position (Patient)"の座標に対応する座標の断層画像を別の断層画像群から抽出することで、着目画像とほぼ同位置の比較先の断層画像を抽出できることが期待される。しかし、撮影時の状況やモダリティ等により座標のぶれが生じ、必ずしも精度は高くない。
【０００７】
また、特許文献１には、断層画像から得られる３次元データから、第１段階として椎骨の位置を検出しておき、第２段階として検出した椎骨同士の位置を合わせる手法が開示されているが、特徴的な形状の椎骨を含む画像の位置合わせに特化したものであり、汎用性に欠ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−４５３１３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「バイオメディカル融合３次元画像処理」小山博史、金太一、中島義和、斎藤季、齊藤延人  著（東京大学出版会）初版、ｐ．１２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
汎用的で精度の高い位置合わせ手法として、非特許文献１には、着目画像を含む断層画像群と別の断層画像群のそれぞれについて、２次元画像を元に３次元のボクセルを作成し、３次元ボクセル同士で位置合わせを行なって断層画像の位置を対応させることが記載されている。
【００１１】
しかしながら２次元画像から３次元のボクセルを構成するためには、多量の画像データを処理しなければならず、必要なメモリ量や演算負荷が過大となる。読影の際には、次々に着目画像を差し替えることが多いため、演算負荷が過大であるとリアルタイムの応答性に欠け、作業効率が低下する。
【００１２】
そこで、本発明は、着目する断層画像と同位置の断層画像を比較先の断層画像群から高精度で抽出する処理の演算負荷を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である画像抽出システムは、各断層画像に位置情報が付された断層画像群から断面画像を生成する断面画像生成部と、異なる断層画像群から生成された断面画像同士のずれ量を示す位置調整値を算出する位置調整値算出部と、ある患者についての第１断層画像群から着目画像の指定を受け付けるとともに、同一の患者について前記第１断層画像群とは別に撮像した第２断層画像群の指定を受け付ける着目画像受付部と、前記位置調整値に基づいて前記第１断層画像群と前記第２断層画像群との相対位置調整値を算出し、着目画像に付された位置情報と前記相対位置調整値とから、前記着目画像と同位置の断層画像を前記第２断層画像群から抽出する同位置画像抽出部と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記断面画像生成部が、患者の正面と横面について断面画像を生成してもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である画像抽出方法は、各断層画像に位置情報が付された断層画像群から断面画像を生成する断面画像生成ステップと、異なる断層画像群から生成された断面画像同士のずれ量を示す位置調整値を算出する位置調整値算出ステップと、ある患者についての第１断層画像群から着目画像の指定を受け付けるとともに、同一の患者について前記第１断層画像群とは別に撮像した第２断層画像群の指定を受け付ける着目画像受付ステップと、前記位置調整値に基づいて前記第１断層画像群と前記第２断層画像群との相対位置調整値を算出し、着目画像に付された位置情報と前記相対位置調整値とから、前記着目画像と同位置の断層画像を前記第２断層画像群から抽出する同位置画像抽出ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、着目する断層画像と同位置の断層画像を比較先の断層画像群から高精度で抽出する処理の演算負荷を軽減し、結果として処理の高速化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る断層画像読影システムの構成を示すブロック図である。
【図２】断層画像群から生成される正面と横の２枚の断面画像を説明する図である。
【図３】画像抽出システムの構成を示すブロック図である。
【図４】断面画像生成部の動作を説明するフローチャートである。
【図５】断層画像の切り出しを説明する図である。
【図６】位置調整値を説明する図である。
【図７】位置調整値算出部の動作を説明するフローチャートである。
【図８】同位置画像抽出部の動作を説明するフローチャートである。
【図９】断層画像を用いて疾患の変化等を把握する作業を説明する図である。
【図１０】一般的な座標系を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る断層画像読影システム１００の構成を示すブロック図である。本図に示すように断層画像読影システム１００は、ＤＩＣＯＭモダリティ１１０、画像サーバ装置１２０、端末装置２００を備えている。画像サーバ装置１２０と端末装置２００とは院内ＬＡＮ等のコンピュータネットワーク１５０を介して接続されている。
【００１７】
ＤＩＣＯＭモダリティ１１０は、ＤＩＣＯＭフォーマットの断層画像を撮影し、画像サーバ装置１２０に出力する装置であり、本図の例では、ＣＴ装置１１０ａとＭＲＩ装置１１０ｂとが用いられている。ＤＩＣＯＭモダリティ１１０は、１回の検査で、複数枚の一連の断層画像群を撮影することができる。このひとまとまりの断層画像群は「シリーズ」とも呼ばれている。同日に複数回の撮影が行なわれる場合は、それぞれの断層画像群を区別するものとする。ＤＩＣＯＭモダリティ１１０が出力するＤＩＣＯＭフォーマットの断層画像は、氏名、患者ＩＤ、生年月日等の患者情報、"Image Position (Patient)"等の画像情報、その他の各種情報をタグ情報として含んでいる。
【００１８】
画像サーバ装置１２０は、データベース機能を備えたサーバコンピュータ等で構成することができ、ＤＩＣＯＭモダリティ１１０が出力したＤＩＣＯＭフォーマットの断層画像を保存する断層画像群格納部１２１を備えている。断層画像群格納部１２１は、端末装置２００からの断層画像の読み出し要求に応答する。
【００１９】
端末装置２００は、読影を行なう者が利用する装置である。端末装置２００は、ＣＰＵ、メモリ、入出力装置等を備えた、一般的な情報処理装置を用いて構成することができ、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。端末装置２００は、読影用のアプリケーションソフトウェアの機能を利用することができる構成となっている。例えば、アプリケーションソフトウェアが端末装置２００にインストールされていてもよいし、シンクライアント方式を採用して端末装置２００がクライアント端末という位置づけとなる場合は、サーバコンピュータにおいてアプリケーションソフトウェアが管理されていてもよい。
【００２０】
本図に示すように、端末装置２００は、画像閲覧部２１０、着目画像受付部２２０を備えている。画像閲覧部２１０は、読影を行なうための断層画像を表示する機能部である。画像閲覧部２１０は、例えば、最新に撮影した断層画像群に含まれる断層画像を順次表示する。着目画像受付部２２０は、読影中の読影者から着目する断層画像の選択を受け付ける。また、着目画像と比較を行なうための着目画像とは別に撮影された断層画像群の指定も受け付けることができる。
【００２１】
ここで、ある検査で撮影された着目画像を含む断層画像群を「第１の断層画像群」と称する。一方、別に撮影された断層画像群であって、着目画像と同位置の断層画像を抽出する断層画像群を「第２の断層画像群」と称する。第２の断層画像群は、例えば、撮影した日付により指定することができる。同日に複数回の撮影を行なった場合には、さらに時刻や撮影方法等により指定することができる。
【００２２】
本実施形態では、図２に示すように、断層画像群から正面と横の２枚の断面画像を生成する。そして、着目画像を含む第１の断層画像群から生成された断面画像と、第１の断層画像群とは別に撮影された第２の断層画像群から生成された断面画像とのずれ量を把握し、このずれ量に基づいて位置合わせを行なって、第２の断層画像群から着目画像と同位置の断層画像を抽出する。
【００２３】
例えば、身長が１７０ｃｍの患者を１ｍｍ単位の間隔で撮影すると、約１７０／０．１＝１７００枚の体の軸（Ｚ軸）と交差する断層画像が生成される。１枚の断層画像の画素数を５１２×５１２、１画素２バイトとすると、断層画像群のデータ量は８９１ＭＢとなるが、断面画像（正面）と断面画像（横面）の２枚で位置合わせ処理を行なうことで、参照するデータ量を圧倒的に減らすことができる。さらに、断層画像を所定間隔で間引くことで利用するデータ量を少なくし、高速な処理を行なってもよい。
【００２４】
ＤＩＣＯＭモダリティ１１０、画像サーバ装置１２０、端末装置２００を備える断層画像読影システム１００には、図３に示すような画像抽出システム３００が形成される。画像抽出システム３００は、断層画像群格納部１２１、断面画像生成部３１０、位置調整値算出部３２０、同位置画像抽出部３３０、画像閲覧部２１０、着目画像受付部２２０を備えている。
【００２５】
上述のように、断層画像群格納部１２１は、画像サーバ装置１２０に形成され、画像閲覧部２１０および着目画像受付部２２０は、端末装置２００に形成されるが、断面画像生成部３１０、位置調整値算出部３２０、同位置画像抽出部３３０については、断層画像読影システム１００を構成するＤＩＣＯＭモダリティ１１０、画像サーバ装置１２０、端末装置２００の各装置に任意に配置することができる。各機能部は、複数の装置に分散させてもよいし、単一の装置に集約してもよい。
【００２６】
断面画像生成部３１０は、図２に示したように、断層画像群から断面画像を生成する処理を行なう。生成する断面画像は正面と横面とする。ただし、他の面であってもよい。断面画像は、全身断面図でなくてもよく、頭部断面画像、上半身断面画像、胴体部断面画像等であってもよい。
【００２７】
図４は、断面画像生成部３１０の動作を説明するフローチャートである。本図に示すように、まず、処理対象の断層画像群を取得する（Ｓ１０１）。そして、図５に示すように、各断層画像に含まれる人体輪郭が、Ｘ切り出し線と交わる点（Ｘ１，Ｘ２）と、Ｙ切り出し線と交わる点（Ｙ１，Ｙ２）を、スライス厚で重ねていくことにより、断面画像（正面）と断面画像（横面）とを作成する（Ｓ１０２）。人体輪郭の検出時には各種フィルタによる画像処理を行なうようにしてもよい。
【００２８】
Ｘ切り出し線の位置とＹ切り出し線の位置とは任意に定めることができる。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向の重心位置を求め、重心を含む線を切り出し線として定めることができる。あるいは、患者の所定の部位を通る線を切り出し線として定めるようにしてもよい。さらには、切り出し線方向にＭＩＰ（最大値投影法）や平均化処理を行なうことで切り出し線の位置を定めるようにしてもよい。
【００２９】
そして、作成した断面画像を断層画像群と関連付けて保存する（Ｓ１０３）。保存先は、断面画像生成部３１０内であってもよいし、画像サーバ装置１２０の断層画像群格納部１２１であってもよい。
【００３０】
断面画像生成部３１０を、画像サーバ装置１２０に配置した場合には、例えば、ＤＩＣＯＭモダリティ１１０が撮影した断層画像群を断層画像群格納部１２１に格納した時点で断面画像生成処理を行なうようにする。また、断面画像生成部３１０を、ＤＩＣＯＭモダリティ１１０に配置した場合には、撮影した時点で断面画像生成処理を行ない、断層画像群とともに画像サーバ装置１２０に送信するようにする。
【００３１】
位置調整値算出部３２０は、基準とする断層画像群から生成された基準断面画像と、処理対象の断層画像群から生成された処理対象断面画像とのずれ量を示す位置調整値を算出する。断面画像（正面）では、図６に示すように、位置調整値として、Ｘ軸方向のｄＸと、Ｚ軸方向のｄＺが算出される。また、断面画像（横）からは、Ｙ軸方向のｄＹと、Ｚ軸方向のｄＺが算出される。
【００３２】
基準とする断層画像群は、例えば、最初に取得した断層画像群とすることができ、処理対象の断層画像群は、例えば、最新に取得した断層画像群とすることができる。これにより、新たに取得される断層画像群それぞれについて、最初に取得された断層画像群に対する位置調整値を付加することになるため、各断層画像群の位置調整値を同じ基準とすることができる。
【００３３】
図７は、位置調整値算出部３２０の動作を説明するフローチャートである。本図に示すように、処理対象断面画像と基準断面画像とを取得する（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。そして、断面画像同士をずらして、断層画像同士の類似度が最も高くなるときのずれ量を位置調整値とする（Ｓ２０３）。
【００３４】
なお、類似度の評価は、種々の手法を用いることができる。例えば、［数１］に示すような画像同士の差分の自乗和ＳＳＤ（Sum of Squared Differences）の最小値をその断層画像の評価とする方法を用いることができる。本式は、処理対象断面画像Ａ、基準断面画像Ｂについて、両画像が重なった領域にわたって画素値の差の２乗和を計算することを意味している。
【数１】
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あるいは、［数２］に示すような断面画像同士の正規化相関ＮＣＣ（Normalized Cross Correlation）の最大値をその断層画像の評価とする方法を用いてもよい。
【数２】
2017136242.tif 000004
これらの方法により、自乗和の評価値が最小となるずれ量、または、相関の評価値が最良となるずれ量を求めることで位置調整値を算出することができる。もちろん、これらの手法には限られない。なお、類似度の評価に先立って、輪郭を抽出するための微分演算、ローパスフィルタ等のフィルタを適用する等の画像処理や正規化等を行なって、類似度評価の精度を高めるようにしてもよい。
【００３５】
そして、算出した位置調整値を、処理対象断層画像群の識別情報、基準断層画像群の識別情報とともに位置調整値情報として記録する（Ｓ２０４）。位置調整値情報の記録先は、位置調整値算出部３２０内であってもよいし、画像サーバ装置１２０の断層画像群格納部１２１であってもよい。算出した位置調整値情報は、データベース形式等で記録することにより、再利用可能とすることが好ましい。この場合、位置調整値算出部３２０は、位置調整値算出処理に先立ち、処理対象断層画像群の位置調整値が記録されているかを判定し、すでに記録されている場合には、位置調整値算出処理を省くようにする。これにより、一層演算負荷が軽減され、処理が高速化される。
【００３６】
位置調整値算出部３２０は、例えば、断面画像生成部３１０と同じ装置に配置し、断面画像生成処理に引き続いて行なうことができる。例えば、位置調整値算出部３２０をモダリティ１１０に配置した場合には、算出した位置調整値情報を用いて断層画像群のタグ情報を修正して画像サーバ装置１２０に出力してもよい。また、位置調整値算出部３２０を画像サーバ装置１２０に配置した場合には、算出した位置調整値情報を用いて断層画像群格納部１２１に格納された断層画像群のタグ情報を修正してもよい。
【００３７】
同位置画像抽出部３３０は、読影者が着目画像受付部２２０を利用して指定した着目画像と第２の断層画像群について、着目画像と同位置の断層画像を第２の断層画像群から抽出する処理を行なう。同位置画像抽出部３３０は、例えば、端末装置２００に配置する。
【００３８】
図８は、同位置画像抽出部３３０の動作を説明するフローチャートである。同位置画像抽出部３３０が動作を行なう前に、位置調整値算出部３２０による第１の断層画像群および第２の断層画像群を対象とした位置調整値算出処理を行なっておくようにする。
【００３９】
まず、着目画像を含む第１の断層画像群の位置調整値情報と、第２断層画像群の位置調整値情報を参照する（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。そして、第１の断層画像群の位置調整値と第２断層画像群の位置調整値とから第１の断層画像群と第２の断層画像群との相対位置調整値を算出する（Ｓ３０３）。
【００４０】
第１の断層画像群、第２の断層画像群とも同一の断層画像群を基準断層画像群として位置調整値を算出しておけば、それぞれの位置調整値の差分が相対位置調整値となる。また、第１の断層画像群の位置調整値が、第２断層画像群を基準断層画像群として算出されたものであれば、第１の断層画像群の位置調整値がそのまま相対位置調整値となる。
【００４１】
相対位置調整値が算出されると、算出された相対位置調整値と、着目画像のタグ情報および第２の断層画像群に含まれる各断層画像のタグ情報とから着目画像と同位置の断層画像を第２の断層画像群から抽出する（Ｓ３０４）。タグ情報は、例えば、"Image Position (Patient)"を利用することができる。この場合、着目画像のタグ情報が示す位置から相対位置調整値分ずれた位置を示すタグ情報を有する断層画像を第２の断層画像群から抽出すればよい。
【００４２】
なお、位置調整値によりタグ情報が修正済であれば、相対位置調整値を算出することなく、同じ位置を示すタグ情報を検索することで着目画像と同位置の断層画像を第２の断層画像群から抽出することができる。
【００４３】
第２の断層画像群から抽出された着目画像と同位置の断層画像は、端末装置２００の画像閲覧部２１０で表示される。これにより、読影者は着目画像と抽出された同位置の断層画像とを比較することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の画像抽出システム３００によれば、断層画像群から断面画像を生成し、断面画像を用いて位置合わせのための位置調整値を算出するため、演算負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００…断層画像読影システム、１１０…ＤＩＣＯＭモダリティ、１２０…画像サーバ装置、１２１…断層画像群格納部、１５０…コンピュータネットワーク、２００…端末装置、２１０…画像閲覧部、２２０…着目画像受付部、３００…画像抽出システム、３１０…断面画像生成部、３２０…位置調整値算出部、３３０…同位置画像抽出部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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