JP2006230910A - Image processor and image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method.
医療の分野においては、医用画像のデジタル化が実現され、CR(Computed Radiography)装置等により生成された医用画像データを表示モニタに表示し、この表示モニタに表示された医用画像を医師が読影して、病変部の状態や経時変化を観察して診断を行っている。 In the medical field, digitization of medical images has been realized, medical image data generated by a CR (Computed Radiography) device or the like is displayed on a display monitor, and a doctor interprets the medical image displayed on the display monitor. Diagnosis is made by observing the state of the lesion and changes over time.
従来、このような医師の読影に対する負担軽減を目的として、上記医用画像データを画像処理することにより、画像上に現れた病変部の陰影を異常陰影候補として自動的に検出するコンピュータ診断支援装置(Computed-Aided Diagnosis;以下、CADという。)と呼ばれる医用画像処理装置が開発されている。 Conventionally, for the purpose of reducing the burden on doctors' interpretation, computer diagnostic support apparatus that automatically detects the shadow of a lesion appearing on an image as an abnormal shadow candidate by performing image processing on the medical image data ( A medical image processing apparatus called Computed-Aided Diagnosis (hereinafter referred to as CAD) has been developed.
病変部の陰影は、特徴的な濃度分布を有することが多く、CADは、このような濃度特性に基づいて病変部と推測される画像領域を異常陰影候補領域として検出するものである。例えば、乳癌の癌化部分の特徴的なものとして腫瘤、微小石灰化クラスタが挙げられるが、乳房を撮影した医用画像(これをマンモグラフィという。)上では、腫瘤陰影はガウス分布に近い濃度変化を有する白っぽく丸い陰影として現れる一方、微小石灰化クラスタは、微小石灰化した部分が集まって(クラスタ化して)存在するものであり、マンモグラフィ上では略円錐構造の濃度変化を有する白っぽく丸い陰影として現れる。 The shadow of a lesion often has a characteristic density distribution, and the CAD detects an image area estimated as a lesion based on such density characteristics as an abnormal shadow candidate area. For example, tumors and microcalcification clusters can be mentioned as characteristic features of the cancerous part of breast cancer. On a medical image (which is called mammography) of the breast, the mass shadow shows a density change close to a Gaussian distribution. On the other hand, micro-calcified clusters are formed by collecting (clustered) micro-calcified portions and appear as whitish-round shadows having a substantially conical density change on mammography.
上記CADでは、検出目的とする病変種類に応じて様々な検出アルゴリズムが開発されており、腫瘤陰影の検出に最適なアルゴリズムとしては、アイリスフィルタを用いた手法等が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。また、微小石灰化クラスタ陰影の検出に最適なアルゴリズムとしては、モルフォルジーフィルタを用いた手法等が提案されている。
しかしながら、アイリスフィルタは、一般的に腫瘤陰影のように丸く周囲に比べて低濃度である領域に強く反応するため、円形度が高く厚みのある乳腺が塊状となって画像上に現れている場合、正常組織の乳腺をも異常陰影として誤検出してしまう場合がある。同様に、画像上にノイズのような高周波信号が発生している場合、微小石灰化クラスタ陰影とノイズの信号変化が類似しているため、判別がつきにくく、やはりノイズ領域を誤検出してしまうことがある。 However, the iris filter generally reacts strongly to a region that is round and has a lower concentration than the surrounding area, such as a shadow of a tumor, so that a mammary gland with a high degree of circularity and a thickness appears on the image. In some cases, the mammary gland of the normal tissue is erroneously detected as an abnormal shadow. Similarly, when a high-frequency signal such as noise is generated on the image, it is difficult to discriminate because the micro-calcification cluster shadow and the noise signal change are similar, and the noise region is erroneously detected. Sometimes.
また、画像信号を、画像位置(2次元座標)と濃度成分からなる3次元信号として見た場合、画像信号は濃度分布を示す曲面を構成する。異常陰影は上述したように円錐構造状等の濃度変化を示すので、異常陰影の画像領域は特徴的な曲面を構成するはずである。しかしながら、アイリスフィルタのようにある注目画素への濃度勾配の集中度に基づいて検出を行う等、濃度特性に基づいて異常陰影候補を検出する手法は開発されているが、画像信号を、濃度分布を表す曲面として見て陰影の曲面形状を考慮した手法はいまだ提案されていない。 When the image signal is viewed as a three-dimensional signal composed of an image position (two-dimensional coordinates) and a density component, the image signal forms a curved surface indicating a density distribution. As described above, since the abnormal shadow shows a change in density such as a conical structure, the image region of the abnormal shadow should form a characteristic curved surface. However, a method for detecting an abnormal shadow candidate based on density characteristics, such as detection based on the concentration degree of the density gradient on a pixel of interest such as an iris filter, has been developed. A method that takes into account the curved surface shape of the shadow when viewed as a curved surface representing the above has not yet been proposed.
本発明の課題は、医用画像において検出対象とする画像領域を検出する検出精度を向上させることである。 The subject of this invention is improving the detection accuracy which detects the image area | region made into a detection target in a medical image.
請求項1に記載の発明は、医用画像の濃度分布を示す曲面の形状を表す特徴量を算出する第1の特徴量算出手段と、前記第1の特徴量算出手段により算出された特徴量を用いて、前記医用画像から異常陰影候補領域を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された異常陰影候補領域の特徴量を計算する第2の特徴量算出手段と、前記第2の特徴量算出手段により算出された特徴量に基づいて前記異常陰影候補領域の偽陽性を削除する偽陽性削除手段と、を備えることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, the first feature amount calculating means for calculating the feature amount representing the shape of the curved surface indicating the density distribution of the medical image, and the feature amount calculated by the first feature amount calculating means. A detecting unit for detecting an abnormal shadow candidate region from the medical image, a second feature amount calculating unit for calculating a feature amount of the abnormal shadow candidate region detected by the detecting unit, and the second feature amount. False positive deletion means for deleting false positives of the abnormal shadow candidate region based on the feature amount calculated by the calculation means.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像処理装置において、前記第1の特徴量算出手段は、前記曲面の形状を表す特徴量としてシェイプインデックスを算出することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the first aspect, the first feature amount calculating means calculates a shape index as a feature amount representing the shape of the curved surface.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の画像処理装置において、前記第2の特徴量算出手段により算出される特徴量には、シェイプインデックスが含まれることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the first or second aspect, the feature amount calculated by the second feature amount calculating means includes a shape index.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記検出手段は、前記第1の特徴量算出手段により算出された特徴量に基づいて、予め設定された当該特徴量の閾値を用いて前記医用画像を二値化することにより、異常陰影候補領域を検出し、
前記偽陽性削除手段は、前記二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除することを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to any one of the first to third aspects, the detection unit is based on the feature amount calculated by the first feature amount calculation unit. By detecting the abnormal shadow candidate area by binarizing the medical image using a threshold value of the feature amount set in advance,
The false positive deleting means deletes a false positive image region from the abnormal shadow candidate region obtained by the binarization.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段による偽陽性の削除により得られた画像を表示する表示手段を備えることを特徴としている。
Invention of
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の画像処理装置において、医用画像における任意の注目画素を設定するとともに、その注目画素から所定範囲内の画像領域を設定する設定手段を備え、前記第1の特徴量算出手段は、前記設定された画像領域における濃度分布の曲面形状を表す特徴量を算出することを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the image processing device according to any one of the first to fifth aspects, an arbitrary target pixel in a medical image is set, and an image region within a predetermined range from the target pixel is set. Setting means for setting is provided, wherein the first feature value calculating means calculates a feature value representing a curved surface shape of a density distribution in the set image area.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記医用画像の濃度分布を示す曲面上の注目画素における法線を回転軸として法平面を所定角度ずつ回転させ、その回転角度毎に、注目画素から所定範囲内の画像領域の曲面を法平面で切り出すことによって得られた曲線を近似する関数を算出する関数算出手段を備え、前記第1の特徴量算出手段は、前記関数算出手段により算出された近似関数に基づいて特徴量を算出することを特徴としている。 A seventh aspect of the present invention is the image processing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein a normal plane is defined with a normal line at a target pixel on a curved surface indicating a density distribution of the medical image as a rotation axis. A function calculating unit that rotates a predetermined angle and calculates a function that approximates a curve obtained by cutting out a curved surface of an image area within a predetermined range from a target pixel by a normal plane for each rotation angle; The feature quantity calculating means calculates the feature quantity based on the approximate function calculated by the function calculating means.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の画像処理装置において、前記関数算出手段は、最小二乗法を用いて前記曲線を近似する関数を算出することを特徴としている。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の画像処理装置において、前記関数算出手段は、前記近似関数として近似円を算出し、前記第1の特徴量算出手段は、回転角度毎に、前記算出された近似円の半径から前記曲線の注目画素における曲率を算出し、回転角度毎に算出された曲率に基づいて特徴量を算出することを特徴としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the seventh or eighth aspect, the function calculating unit calculates an approximate circle as the approximate function, and the first feature amount calculating unit includes a rotation angle. Each time, the curvature of the pixel of interest of the curve is calculated from the calculated radius of the approximate circle, and the feature amount is calculated based on the curvature calculated for each rotation angle.
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記第1の特徴量算出手段は、前記医用画像の全ての画素について特徴量を算出することを特徴としている。 According to a tenth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the first feature amount calculating unit calculates a feature amount for all pixels of the medical image. It is characterized by that.
請求項11に記載の発明は、請求項1〜10の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段は、前記異常陰影候補領域のうち、大きさが所定範囲外の画像領域を偽陽性の画像領域として削除することを特徴としている。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、請求項1〜10の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段は、前記異常陰影候補領域のうち、形状が所定の形状以外の画像領域を偽陽性の画像領域として削除することを特徴としている。
The invention according to
請求項13に記載の発明は、請求項1〜12の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段は、前記第1及び/又は第2の特徴量算出手段で算出された特徴量を含む前記医用画像の各種特徴量を入力データとし、真陽性の異常陰影の度合いを示す指標値を出力データとする多変量解析を用いて、偽陽性の画像領域を削除することを特徴としている。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image processing device according to any one of the first to twelfth aspects, the false positive deletion unit is calculated by the first and / or second feature amount calculation unit. Using a multivariate analysis that uses as input data the various feature quantities of the medical image including the feature quantities that are included and uses the index value indicating the degree of true-positive abnormal shadows as output data. It is a feature.
請求項14に記載の発明は、請求項1〜13の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記第1の特徴量算出手段は、特徴量を算出する曲面の領域範囲を変更し、その変更された領域範囲で特徴量を算出することを特徴としている。
The invention according to
請求項15に記載の発明は、請求項1〜13の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記第1の特徴量算出手段は、前記医用画像の解像度を変更し、その変更された解像度で特徴量を算出することを特徴としている。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image processing device according to any one of the first to thirteenth aspects, the first feature amount calculating unit changes a resolution of the medical image and changes the resolution. The feature is that the feature amount is calculated by the resolution.
請求項16に記載の発明は、請求項1〜15の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段による偽陽性の削除より、異常陰影としてガウス分布状の曲面を構成する画像領域が検出されることを特徴としている。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to any one of the first to fifteenth aspects, a Gaussian distribution-like curved surface is formed as an abnormal shadow from the false positive deletion by the false positive deletion means. It is characterized in that an image area is detected.
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載の画像処理装置において、前記偽陽性削除手段による偽陽性の削除より、異常陰影として腫瘤陰影の画像領域が検出されることを特徴としている。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the sixteenth aspect, an image area of a tumor shadow is detected as an abnormal shadow by the false positive deletion by the false positive deletion means.
請求項18に記載の発明は、医用画像の濃度分布を示す曲面の形状を表す特徴量を算出する第1の特徴量算出工程と、
前記第1の特徴量算出工程において算出された特徴量を用いて、前記医用画像から異常陰影候補領域を検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された異常陰影候補領域の特徴量を計算する第2の特徴量算出工程と、
前記第2の特徴量算出工程において算出された特徴量に基づいて前記異常陰影候補領域の偽陽性を削除する偽陽性削除工程と、を含むことを特徴としている。
The invention according to
A detection step of detecting an abnormal shadow candidate region from the medical image using the feature amount calculated in the first feature amount calculation step;
A second feature amount calculation step of calculating a feature amount of the abnormal shadow candidate region detected in the detection step;
And a false positive deletion step of deleting a false positive of the abnormal shadow candidate region based on the feature amount calculated in the second feature amount calculation step.
請求項19に記載の発明は、請求項18に記載の画像処理方法において、前記第1の特徴量算出工程では、前記曲面の形状を表す特徴量としてシェイプインデックスが算出されることを特徴としている。 According to a nineteenth aspect of the present invention, in the image processing method according to the eighteenth aspect, in the first feature amount calculating step, a shape index is calculated as a feature amount representing the shape of the curved surface. .
請求項20に記載の発明は、請求項18又は19に記載の画像処理方法において、前記第2の特徴量算出工程において算出される特徴量には、シェイプインデックスが含まれることを特徴としている。 According to a twentieth aspect of the present invention, in the image processing method according to the twentieth or nineteenth aspect, the feature amount calculated in the second feature amount calculating step includes a shape index.
請求項21に記載の発明は、請求項18〜20の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記検出工程では、前記第1の特徴量算出工程において算出された特徴量に基づいて、予め設定された当該特徴量の閾値を用いて前記医用画像を二値化することにより、異常陰影候補領域が検出され、前記偽陽性削除工程では、前記二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域が削除されることを特徴としている。
The invention according to
請求項22に記載の発明は、請求項18〜21の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程による偽陽性の削除により得られた画像を表示する表示工程を含むことを特徴としている。
The invention according to
請求項23に記載の発明は、請求項18〜22の何れか一項に記載の画像処理方法において、医用画像における任意の注目画素を設定するとともに、その注目画素から所定範囲内の画像領域を設定する設定工程を含み、前記第1の特徴量算出工程では、前記設定された画像領域における濃度分布の曲面形状を表す特徴量が算出されることを特徴としている。 According to a twenty-third aspect of the present invention, in the image processing method according to any one of the eighteenth to twenty-second aspects, an arbitrary target pixel in a medical image is set, and an image region within a predetermined range from the target pixel is set. Including a setting step for setting, and in the first feature amount calculating step, a feature amount representing a curved surface shape of a density distribution in the set image region is calculated.
請求項24に記載の発明は、請求項18〜23の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記医用画像の濃度分布を示す曲面上の注目画素における法線を回転軸として法平面を所定角度ずつ回転させ、その回転角度毎に、注目画素から所定範囲内の画像領域の曲面を法平面で切り出すことによって得られた曲線を近似する関数を算出する関数算出工程を含み、前記第1の特徴量算出工程では、前記関数算出工程において算出された近似関数に基づいて特徴量が算出されることを特徴としている。
The invention according to
請求項25に記載の発明は、請求項24に記載の画像処理方法において、前記関数算出工程では、最小二乗法を用いて前記曲線を近似する関数が算出されることを特徴としている。 According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the image processing method according to the twenty-fourth aspect, in the function calculating step, a function that approximates the curve is calculated using a least square method.
請求項26に記載の発明は、請求項24又は25に記載の画像処理方法において、前記関数算出工程では、前記近似関数として近似円が算出され、前記第1の特徴量算出工程では、回転角度毎に、前記算出された近似円の半径から前記曲線の注目画素における曲率が算出され、回転角度毎に算出された曲率に基づいて特徴量が算出されることを特徴としている。 According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the image processing method according to the twenty-fourth or twenty-fifth aspect, an approximate circle is calculated as the approximate function in the function calculating step, and a rotation angle is calculated in the first feature amount calculating step. Each time, the curvature of the target pixel of the curve is calculated from the calculated radius of the approximate circle, and the feature amount is calculated based on the curvature calculated for each rotation angle.
請求項27に記載の発明は、請求項18〜26の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記第1の特徴量算出工程では、前記医用画像の全ての画素について特徴量が算出されることを特徴としている。 According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the image processing method according to any one of the eighteenth to twenty-sixth aspects, in the first feature amount calculating step, feature amounts are calculated for all pixels of the medical image. It is characterized by that.
請求項28に記載の発明は、請求項18〜27の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程では、前記異常陰影候補領域のうち、大きさが所定範囲外の画像領域が偽陽性の画像領域として削除されることを特徴としている。
The invention according to claim 28 is the image processing method according to any one of
請求項29に記載の発明は、請求項18〜27の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程では、前記異常陰影候補領域のうち、形状が所定の形状以外の画像領域が偽陽性の画像領域として削除されることを特徴としている。
The invention according to claim 29 is the image processing method according to any one of
請求項30に記載の発明は、請求項18〜29の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程では、前記第1及び/又は第2の特徴量算出工程で算出された特徴量を含む前記医用画像の各種特徴量を入力データとし、真陽性の異常陰影の度合いを示す指標値を出力データとする多変量解析を用いて、偽陽性の画像領域が削除されることを特徴としている。
The invention according to claim 30 is the image processing method according to any one of
請求項31に記載の発明は、請求項18〜30の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記第1の特徴量算出工程では、特徴量を算出する曲面の領域範囲が変更され、その変更された領域範囲で特徴量が算出されることを特徴としている。
The invention according to claim 31 is the image processing method according to any one of
請求項32に記載の発明は、請求項18〜30の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記第1の特徴量算出工程では、前記医用画像の解像度が変更され、その変更された解像度で特徴量が算出されることを特徴としている。 According to a thirty-second aspect of the present invention, in the image processing method according to any one of the eighteenth to thirty-third aspects, in the first feature amount calculating step, the resolution of the medical image is changed and changed. It is characterized in that the feature amount is calculated with the resolution.
請求項33に記載の発明は、請求項18〜32の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程における偽陽性の削除より、異常陰影としてガウス分布状の曲面を構成する画像領域が検出されることを特徴としている。 According to a thirty-third aspect of the present invention, in the image processing method according to any one of the eighteenth to thirty-second aspects, a Gaussian-distributed curved surface is formed as an abnormal shadow from the false positive deletion in the false positive deletion step. It is characterized in that an image area is detected.
請求項34に記載の発明は、請求項33に記載の画像処理方法において、前記偽陽性削除工程における偽陽性の削除より、異常陰影として腫瘤陰影の画像領域が検出されることを特徴としている。 According to a thirty-fourth aspect of the present invention, in the image processing method according to the thirty-third aspect, an image area of a tumor shadow is detected as an abnormal shadow from the false positive deletion in the false positive deletion step.
本発明によれば、医用画像の濃度分布の曲面の形状を表す特徴量を算出し、算出された特徴量に基づいて医用画像から異常陰影候補領域を検出し、その検出された異常陰影候補領域の特徴量に基づいて当該異常陰影候補領域の偽陽性を削除することにより、特徴的な濃度分布を有する異常陰影の画像領域を正常組織と区別して的確に検出することができ、検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, the feature amount representing the shape of the curved surface of the density distribution of the medical image is calculated, the abnormal shadow candidate region is detected from the medical image based on the calculated feature amount, and the detected abnormal shadow candidate region is detected. By deleting false positives of the abnormal shadow candidate area based on the feature amount of the abnormal shadow, it is possible to accurately detect the abnormal shadow image area having a characteristic density distribution by distinguishing it from the normal tissue, improving the detection accuracy Can be made.
特に、第1の特徴量算出手段により算出された特徴量に基づいて、予め設定された当該特徴量の閾値を用いて医用画像を二値化することによって異常陰影候補領域を検出し、二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除することにより、異常陰影の画像領域を一層確実に検出することが可能となる。 In particular, based on the feature amount calculated by the first feature amount calculation means, the abnormal image candidate region is detected by binarizing the medical image using a preset threshold value of the feature amount, and binary By deleting the false-positive image area from the abnormal shadow candidate area obtained by the conversion, it becomes possible to detect the abnormal shadow image area more reliably.
また、異常陰影候補領域のうち、大きさ(面積、半径等)が所定範囲外の画像領域及び/又は所定の形状(例えば、円)以外の画像領域を偽陽性の画像領域として削除することにより、異常陰影の画像領域を一層的確に検出することが可能となる。 In addition, by deleting an image region whose size (area, radius, etc.) is outside a predetermined range and / or an image region other than a predetermined shape (for example, a circle) from the abnormal shadow candidate regions as a false positive image region. Thus, it is possible to detect the image area of the abnormal shadow more accurately.
更に、多変量解析を用いて偽陽性の画像領域を削除することにより、異常陰影の検出精度を更に向上させることが可能となる。 Furthermore, it is possible to further improve the detection accuracy of abnormal shadows by deleting false positive image regions using multivariate analysis.
また、特徴量を算出する曲面の領域範囲又は医用画像の解像度を変更可能にしたことにより、濃度分布が示す曲面の湾曲の大きさに関わらず、異常陰影の画像領域を的確に検出することが可能となる。 In addition, by making it possible to change the range of the curved surface for calculating the feature amount or the resolution of the medical image, it is possible to accurately detect the image region of the abnormal shadow regardless of the curvature of the curved surface indicated by the density distribution. It becomes possible.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態における構成について説明する。
図1に、本発明の実施形態に係る画像処理装置1の主要部構成を示す。画像処理装置1は、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)2、I/F(InterFace)3、操作部4、表示部5、通信部6、RAM(Random Access Memory)7、記憶装置8、プログラムメモリ9により構成される。
First, the configuration in the present embodiment will be described.
FIG. 1 shows a main part configuration of an
CPU2は、プログラムメモリ9に格納されているシステムプログラム、異常陰影検出処理プログラム等の各種プログラムをRAM7に展開し、これらのプログラムとの協働により画像処理装置1の各部の動作を制御する。
The
CPU2は、曲率フィルタを用いて、処理対象画像(医用画像)の各画素毎に、医用画像信号の濃度分布の曲面の形状を表す特徴量であるシェイプインデックス(以下、「Shape Index」と表記する。)を算出し、濃度分布の凹凸を強調した画像(Shape Index画像)を作成する曲率フィルタ画像変換処理(図8参照)を実行する。
The
CPU2は、曲率フィルタ画像変換処理において、画像位置(2次元座標)と濃度の3方向の信号成分からなる医用画像信号の濃度分布を示す曲面において、注目画素と、その注目画素を中心とした所定範囲内の画像領域を設定し、当該所定範囲の大きさを有する曲率フィルタを用いて、その設定された画像領域における曲面の曲率を、最小二乗法を用いて算出し、その算出された曲率から、当該曲面の特徴量であるShape Indexを算出する。CPU2は、上述の曲率フィルタを、処理対象画像全体に走査させることにより、各画素のShape Indexを算出する。本実施形態の曲率フィルタを用いた特徴量の算出方法については、後に詳細に説明する。
In the curvature filter image conversion process, the
また、CPU2は、曲率フィルタ画像変換処理で得られたShape Index画像を、予め設定されたShape Indexの閾値を用いて二値化することにより、異常陰影の候補領域(以下、単に「候補領域」と呼ぶ。)を検出する。そして、二値化により得られた候補領域から偽陽性の画像領域を削除することにより、異常陰影の画像領域を検出する(図7参照)。
Further, the
CPU2は、偽陽性の画像領域を削除する処理において、候補領域のうち、大きさ(面積、半径等)が所定範囲外の画像領域及び/又は所定の形状以外の画像領域を削除する。例えば、腫瘤陰影の場合、5mm〜30mm程度の直径の円形であるものが多いため、CPU2は、円形の度合いを示す円形度(0〜1に正規化された値)を算出し、円形度が予め設定され閾値より低く、且つ、直径が5mm未満の画像領域を削除する。
In the process of deleting the false positive image area, the
また、CPU2は、多変量解析を用いて、各候補領域毎に真陽性の異常陰影の度合いを示す指標値(真陽性の異常陰影の特徴をどの程度有しているかを示す指標値)を算出し、算出された指標値に基づいて偽陽性であるか否かを判定し、偽陽性であると判定された画像領域を削除する。多変量解析では、円形度、コントラスト、テクスチャ、Shape Index等の各種特徴量を入力データとし、真陽性の異常陰影の度合いを示す指標値を出力データとするように多変量解析を構築する。多変量解析の手法としては、人工ニューラルネットワーク、主成分分析、判別分析等の何れかを用いてもよいし、これら以外の手法であってもよい。
In addition, the
更に、CPU2は、曲率フィルタ画像変換処理を実行する前に、入力された医用画像信号に対し、各種画像処理を施す。この各種画像処理には、コントラストを調整する階調処理、コントラストが小さくなりやすい乳腺や腫瘤の低濃度領域の濃度階調を拡大し、逆に微小石灰化クラスタの画像が存在する可能性が少ない脂肪領域の濃度階調を圧縮するように補正を行うコンラスト補正処理、画像の鮮鋭度を調整するアンシャープネスマスク処理、ダイナミックレンジの広い被写体の細部のコントラストを低下させることなく見やすい濃度範囲に収めるためのダイナミックレンジ圧縮処理等が含まれる。
Further, the
I/F3は、画像生成装置Gと接続するためのインターフェイスである。画像生成装置Gにおいて生成された医用画像信号は、I/F3を介して画像処理装置1に入力される。
The I /
画像生成装置Gとしては、例えば医用画像が記録されたフィルム上にレーザ光を走査して医用画像信号を読み取るレーザデジタイザや、CCD(Charge Coupled Device)等の光電変換素子からなるセンサによりフィルムに記録された医用画像信号を読み取るフィルムスキャナ等が適用可能である。 As the image generation device G, for example, a film on which a medical image is recorded is recorded on the film by a laser digitizer that scans a laser beam and reads a medical image signal, or a sensor that includes a photoelectric conversion element such as a CCD (Charge Coupled Device). A film scanner or the like that reads the medical image signal that has been processed can be applied.
また、フィルムに記録された医用画像を読み取るのではなく、蓄積性蛍光体を用いて医用画像を撮影する撮影装置や、照射された放射線の強度に応じた電荷を生成する放射線検出素子とコンデンサからなるフラットパネルディテクタ等を接続可能な構成としてもよく、その医用画像信号の入力方法は特に限定しない。 Also, instead of reading a medical image recorded on a film, an imaging device that captures a medical image using a stimulable phosphor, and a radiation detection element and a capacitor that generate charges according to the intensity of irradiated radiation A flat panel detector or the like can be connected, and the method for inputting the medical image signal is not particularly limited.
操作部4は、カーソルキー、数字キー、各種機能キー等からなるキーボードを備えて構成され、キーの押下操作に対応する操作信号をCPU2に出力する。なお、操作部4は、必要に応じてマウスやタッチパネル等の入力ディバイスを含むような構成にしてもよい。
The
表示部5は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示画面により構成され、CPU2から入力される表示制御信号に従って、各種の表示情報を表示する。
The
通信部6は、ネットワークインターフェイスカード、モデム、ターミナルアダプタ等の通信用インターフェイスにより構成され、通信ネットワーク上の外部機器と各種情報の送受信を行う。例えば、通信部6を介して画像生成装置Gから医用画像信号を受信する構成としてもよいし、通信部6を介して病院内のサーバ等に接続したり、各診療室に設置される診療端末に接続して、画像処理結果を送信する構成としてもよい。
The
RAM7は、CPU2によって実行される各種プログラムや、これらのプログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。
The
記憶装置8は、CPU2によって処理されたデータ等を記憶するメモリであり、特徴量ファイル81を有する。この特徴量ファイル81には、CPU2によって算出された、医用画像信号の濃度分布を表す曲面の特徴量(本実施形態では、Shape Index)が格納される。
The
プログラムメモリ9は、システムプログラム、異常陰影検出処理プログラム等の各種処理プログラムを記憶する。
The
次に、本実施形態の曲率フィルタによる特徴量の算出方法について説明する。 Next, a feature amount calculation method using the curvature filter of the present embodiment will be described.
図2(a)に、2次元座標で表される画像位置と、濃度の3方向の信号成分からなる医用画像信号の濃度分布を表す曲面Eを示す。図2(a)において、曲面E上の任意の一画素を注目画素pに設定し、この注目画素pにおける法線ベクトルmと接線ベクトルtで張られる平面を法平面Fとし、法平面Fと曲面Eとの交線(即ち、法平面Fで切り出される曲面E)を法断面Jとする。 FIG. 2A shows a curved surface E representing an image position represented by two-dimensional coordinates and a density distribution of a medical image signal composed of signal components in three directions of density. In FIG. 2A, an arbitrary pixel on the curved surface E is set as the target pixel p, a plane spanned by the normal vector m and the tangent vector t at the target pixel p is defined as a normal plane F, The intersecting line with the curved surface E (that is, the curved surface E cut by the normal plane F) is defined as a normal section J.
なお、図2(a)では、説明の便宜上、曲面Eを滑らかな曲面で示したが、実際にはデジタル画像を扱うので、図3に示すように、曲面Eは画素毎に離散的な濃度値(画素信号値)を示す階段状となっている。 In FIG. 2A, for convenience of explanation, the curved surface E is shown as a smooth curved surface. However, since the digital image is actually handled, the curved surface E has a discrete density for each pixel as shown in FIG. It has a staircase pattern indicating the value (pixel signal value).
注目画素pにおける曲率を算出するためには、図2(b)に示すように、注目画素pにおける法線を回転軸として、法平面F(或いは、接線ベクトルt)を所定角度βずつ回転させ、各回転角度毎に、法断面Jが表す曲線γの注目画素pにおける法曲率を算出すればよい。ここで、所定角度βは、画像処理装置1の処理速度に基づいて決定され、例えば、π/2、π/8等に設定することができる。所定角度βを大きくすると、演算時間の短縮化を図ることができる。
In order to calculate the curvature at the target pixel p, as shown in FIG. 2B, the normal plane F (or tangent vector t) is rotated by a predetermined angle β with the normal line at the target pixel p as the rotation axis. For each rotation angle, the normal curvature at the target pixel p of the curve γ represented by the normal section J may be calculated. Here, the predetermined angle β is determined based on the processing speed of the
法断面J上の注目画素pにおける法曲率は、最小二乗法によって法断面Jが表す曲線γを近似する関数を算出し、その算出された近似関数の注目画素pにおける曲率を算出することによって求められる。本実施形態では、図4に示すように、法断面Jが表す曲線γ(図4の濃度プロファイル)を円で近似することにする。以下、最小二乗法を用いて曲線γの近似円(曲線γに近似する円)を算出する処理について説明する。 The normal curvature at the target pixel p on the normal section J is obtained by calculating a function that approximates the curve γ represented by the normal section J by the least square method, and calculating the curvature at the target pixel p of the calculated approximate function. It is done. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the curve γ represented by the normal section J (concentration profile in FIG. 4) is approximated by a circle. Hereinafter, a process of calculating an approximate circle of the curve γ (a circle that approximates the curve γ) using the least square method will be described.
近似円の中心座標を(a,b)、半径をrとすると、近似円は、2次元座標(X、Y)を用いて式(1)のように表される。
曲線γを式(1)の円で近似するためには、L=|A−BC|2が最小となるCを求めればよい。即ち、LをベクトルCで偏微分して0となるようなCを求めればよい。∂L/∂C=0を満たすCは、式(3)のようになる。
C=(BTB)-1BA (3)
式(3)においてTは転置行列を表す。また、(BTB)-1BはBの擬似逆行列である。
In order to approximate the curve γ with the circle of the expression (1), C that minimizes L = | A−BC | 2 may be obtained. That is, it is only necessary to obtain C such that L is partially differentiated by the vector C and becomes zero. C satisfying ∂L / ∂C = 0 is expressed by Equation (3).
C = (B T B) -1 BA (3)
In Expression (3), T represents a transposed matrix. (B T B) −1 B is a pseudo inverse matrix of B.
法断面Jが表す曲線γは、式(3)を満たすCによって決定される円で近似される。この近似円の半径の逆数が、曲線γの注目画素pにおける法曲率となる。即ち、回転角度θにおける曲線γの近似円の半径がr(θ)である場合、回転角度θにおける法曲率k(θ)は、式(4)のように表される。
k(θ)=1/r(θ) (4)
なお、近似円の中心座標(a,b)が曲面Eの上部にある場合、式(4)の右辺の符号は負となり、近似円の中心座標(a,b)が曲面Eの下部にある場合、式(4)の右辺の符号は正となる。
A curve γ represented by the normal section J is approximated by a circle determined by C satisfying the expression (3). The reciprocal of the radius of this approximate circle is the normal curvature of the target pixel p of the curve γ. That is, when the radius of the approximate circle of the curve γ at the rotation angle θ is r (θ), the normal curvature k (θ) at the rotation angle θ is expressed as shown in Expression (4).
k (θ) = 1 / r (θ) (4)
When the center coordinates (a, b) of the approximate circle are above the curved surface E, the sign of the right side of Equation (4) is negative, and the center coordinates (a, b) of the approximate circle are below the curved surface E. In this case, the sign on the right side of Equation (4) is positive.
注目画素pの法線を回転軸として法平面Fを回転させると、法断面J(曲線γ)の形状が変化するため、回転角度θに応じて法曲率k(θ)の値も変化することになる。即ち、法曲率k(θ)は、法平面Fの回転角度θにより、最大値及び最小値をとる。各回転角度θ(0≦θ<π)で算出された法曲率k(θ)のうち、最大値をkmax、最小値をkminとすると、Shape Index SIは、式(5)のように定義される。
図5に、Shape Indexの値に対応する曲面形状を示す。処理対象画像の白い部分(即ち、濃度の信号値が低い部分)では、Shape Indexの値は1に近づき、曲面形状は凹型となる。一方、処理対象画像の黒い部分(即ち、濃度の信号値が高い部分)では、Shape Indexの値は0に近づき、曲面形状は凸型となる。 FIG. 5 shows a curved surface shape corresponding to the value of Shape Index. In the white part of the image to be processed (that is, the part having a low density signal value), the value of Shape Index approaches 1, and the curved surface shape is concave. On the other hand, in the black portion of the processing target image (that is, the portion where the signal value of density is high), the value of Shape Index approaches 0 and the curved surface shape is convex.
図6に、本実施形態の曲率フィルタと処理対象画像(医用画像)を示す。図6に示すように、この曲率フィルタを処理対象画像全体に走査させることにより、各画素でのShape Indexの値が算出され、濃度分布の凹凸を強調したShape Index画像が作成される。 FIG. 6 shows a curvature filter and a processing target image (medical image) of this embodiment. As shown in FIG. 6, by scanning this curvature filter over the entire processing target image, the shape index value at each pixel is calculated, and a shape index image in which the unevenness of the density distribution is emphasized is created.
なお、本実施形態では、画像をフィルムに出力する際の濃度の分布の曲面形状を取り扱ったが、画像を表示モニタに出力する際の輝度の分布の曲面形状を取り扱うようにしてもよい。輝度分布の場合、Shape Indexの値と曲面形状の関係が濃度分布の場合と逆になる。即ち、輝度の場合は、信号値が高いとき白、信号値が低いとき黒となる。従って、輝度分布の場合、Shape Indexが1に近付くと曲面形状は凸型となり、Shape Indexが0に近付くと曲面形状は凹型となる。 In this embodiment, the curved surface shape of the density distribution when the image is output to the film is handled. However, the curved surface shape of the luminance distribution when the image is output to the display monitor may be handled. In the case of the luminance distribution, the relationship between the shape index value and the curved surface shape is opposite to that in the case of the density distribution. That is, in the case of luminance, the signal value is white when the signal value is high, and black when the signal value is low. Accordingly, in the case of the luminance distribution, when the Shape Index approaches 1, the curved surface shape becomes convex, and when the Shape Index approaches 0, the curved surface shape becomes concave.
次に、本実施形態における動作について説明する。
本実施形態における動作として、図7のフローチャートを参照して、画像処理装置1において実行される異常陰影検出処理について説明する。
Next, the operation in this embodiment will be described.
As an operation in the present embodiment, an abnormal shadow detection process executed in the
まず、画像生成装置GからI/F3を介して医用画像信号が入力されると、異常陰影検出処理の前処理として、入力された医用画像信号に対し、階調変換処理、アイシャープネス処理、ダイナミックレンジ圧縮処理等の各種画像処理が施される(ステップS1)。
First, when a medical image signal is input from the image generation device G via the I /
次いで、前処理後の医用画像信号の各画素毎に、医用画像信号の濃度分布の曲面の形状を表す特徴量であるShape Indexを算出して、濃度分布の凹凸を強調した画像(Shape Index画像)を作成する曲率フィルタ画像変換処理が行われる(ステップS2)。ステップS2の曲率フィルタ画像変換処理については、後に図8を参照して詳細に説明する。 Next, for each pixel of the pre-processed medical image signal, a shape index that represents the shape of the curved surface of the density distribution of the medical image signal is calculated, and an image in which the unevenness of the density distribution is emphasized (shape index image) ) Is generated (step S2). The curvature filter image conversion process in step S2 will be described in detail later with reference to FIG.
次いで、曲率フィルタ画像変換処理で得られたShape Index画像が、予め設定されたShape Indexの閾値を用いて二値化されることにより、異常陰影の候補領域(以下、異常陰影候補領域という。)が検出される(ステップS3)。 Next, the shape index image obtained by the curvature filter image conversion process is binarized using a preset shape index threshold value, so that an abnormal shadow candidate region (hereinafter referred to as an abnormal shadow candidate region) is obtained. Is detected (step S3).
例えば、腫瘤はなだらかなガウス分布状の凹型となる傾向があるため、図5より、Shape Indexの値が0.75〜1.00となる画像領域が腫瘤陰影候補領域となる。従って、異常陰影候補領域として腫瘤陰影候補領域を検出する場合、ステップS3では、二値化の閾値を0.75として、Shape Indexの値が0.75以上の画像領域を白色領域にし、Shape Indexの値が0.75未満の画像領域を黒色領域として二値化が実現され、白色領域が腫瘤陰影候補領域として検出される。 For example, since a tumor tends to be a concave with a gentle Gaussian distribution, an image region having a Shape Index value of 0.75 to 1.00 is a tumor shadow candidate region, as shown in FIG. Therefore, when a tumor shadow candidate region is detected as an abnormal shadow candidate region, in step S3, a binarization threshold is set to 0.75, an image region having a Shape Index value of 0.75 or more is set as a white region, and the Shape Index is selected. Binarization is realized with an image area having a value of less than 0.75 as a black area, and a white area is detected as a tumor shadow candidate area.
次いで、ステップS3の二値化により得られた異常陰影候補領域がラベリング(番号付け)され(ステップS4)、ラベリングされた各異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除することにより、異常陰影の画像領域が検出される(ステップS5)。 Next, the abnormal shadow candidate areas obtained by the binarization in step S3 are labeled (numbered) (step S4), and the false positive image areas are deleted from each labeled abnormal shadow candidate area. Are detected (step S5).
異常陰影の画像領域が検出されると、検出結果が表示部5に表示され(ステップS6)、本異常陰影検出処理が終了する。ステップS6では、具体的には、表示部5に、画像生成装置Gから入力された医用画像が表示され、その医用画像上において、異常陰影の画像領域が矢印で指摘表示或いはカラー表示等で識別表示される。
When the abnormal shadow image area is detected, the detection result is displayed on the display unit 5 (step S6), and the abnormal shadow detection process is terminated. In step S6, specifically, a medical image input from the image generating device G is displayed on the
次に、図8のフローチャートを参照して、曲率フィルタ画像変換処理(図7のステップS2)について説明する。 Next, the curvature filter image conversion process (step S2 in FIG. 7) will be described with reference to the flowchart in FIG.
まず、前処理後の医用画像信号において注目画素pが設定され(ステップS10)、注目画素pを中心とした所定範囲の画像領域が設定される(ステップS11)。次いで、注目画素pの法線を回転軸とした回転角度θが0に設定される(ステップS12)。 First, the target pixel p is set in the pre-processed medical image signal (step S10), and an image region within a predetermined range centered on the target pixel p is set (step S11). Next, the rotation angle θ with the normal line of the target pixel p as the rotation axis is set to 0 (step S12).
次いで、ステップS11で設定された画像領域における濃度分布を示す曲面Eを、回転速度θの法平面Fで切り出すことによって、回転角度θの法断面Jが表す曲線γが取り出され(ステップS13)、この曲線γ上の画素信号値(濃度値)が記憶装置8に記憶される。次いで、最小二乗法を用いて、回転角度θにおける曲線γが円で近似され、近似円の半径により、注目画素pの回転角度θにおける法曲率k(θ)が算出される(ステップS14)。
Next, a curved surface E indicating the density distribution in the image area set in step S11 is cut out by the normal plane F of the rotation speed θ, thereby extracting the curve γ represented by the normal section J of the rotation angle θ (step S13). The pixel signal value (density value) on the curve γ is stored in the
次いで、回転角度θにβを加算した値が新たな回転角度θとして設定される(ステップS15)。次いで、現在の回転角度βがπ以上であるか否かが判定される(ステップS16)。 Next, a value obtained by adding β to the rotation angle θ is set as a new rotation angle θ (step S15). Next, it is determined whether or not the current rotation angle β is greater than or equal to π (step S16).
ステップS16において、回転角度θがπ未満であると判定された場合(ステップS16;NO)、ステップS13に戻り、当該回転角度θに対するステップS13〜S16の処理が繰り返される。ステップS16において、回転角度θがπ以上であると判定された場合(ステップS16;YES)、各回転角度毎に算出された法曲率k(θ)の中から最大値kmax及び最小値kminが算出される(ステップS17)。 When it is determined in step S16 that the rotation angle θ is less than π (step S16; NO), the process returns to step S13, and the processes of steps S13 to S16 for the rotation angle θ are repeated. When it is determined in step S16 that the rotation angle θ is equal to or greater than π (step S16; YES), the maximum value k max and the minimum value k min are selected from the normal curvatures k (θ) calculated for each rotation angle. Is calculated (step S17).
次いで、ステップS17で算出された法曲率の最大値kmax及び最小値kminを用いて、式(5)によりShape Indexが算出され(ステップS18)、算出されたShape Indexの値が、現在の注目画素pの特徴量として特徴量ファイル81に記憶される。 Next, using the maximum value k max and the minimum value k min of the normal curvature calculated in step S17, a shape index is calculated by equation (5) (step S18), and the calculated shape index value is the current value. The feature amount file 81 stores the feature amount of the pixel of interest p.
次いで、処理対象画像の全ての画素についてShape Indexの算出が終了したか否かが判定される(ステップS19)。ステップS19において、全ての画素についてShape Indexの算出が終了していないと判定された場合(ステップS19;NO)、ステップS10に戻り、処理対象画像において次の注目画素pが設定され(ステップS10)、その設定された注目画素pについて、ステップS11〜S18の処理が繰り返される。ステップS19において、全ての画素についてShape Indexの算出が終了したと判定された場合(ステップS19;YES)、濃度分布の凹凸を強調したShape Index画像が作成され(ステップS20)、本曲率フィルタ画像変換処理が終了する。 Next, it is determined whether or not the shape index calculation has been completed for all pixels of the processing target image (step S19). If it is determined in step S19 that the calculation of Shape Index has not been completed for all pixels (step S19; NO), the process returns to step S10, and the next pixel of interest p is set in the processing target image (step S10). The processes of steps S11 to S18 are repeated for the set target pixel p. If it is determined in step S19 that the shape index calculation has been completed for all the pixels (step S19; YES), a shape index image in which the unevenness of the density distribution is emphasized is created (step S20), and the curvature filter image conversion is performed. The process ends.
図8の曲率フィルタ画像変換処理において、曲率フィルタの大きさを変更したり、処理対象画像の解像度を変更することにより、様々な大きさの湾曲を有する濃度分布に対応することができる。 In the curvature filter image conversion process of FIG. 8, by changing the size of the curvature filter or changing the resolution of the processing target image, it is possible to deal with density distributions having various sizes of curvature.
以下、曲率フィルタの大きさの変更について説明する。
曲率フィルタの大きさを変更すると、法断面Jが表す曲線γ上のどこまでの範囲の画像信号を近似円の対象とするかが変化する。即ち、曲率フィルタの大きさが変更されると、近似円の半径が変化し、従って、算出される法曲率k(θ)も変化する。
Hereinafter, a change in the size of the curvature filter will be described.
When the size of the curvature filter is changed, the range of the image signal on the curve γ represented by the normal section J is changed to the target of the approximate circle. That is, when the size of the curvature filter is changed, the radius of the approximate circle changes, and thus the calculated normal curvature k (θ) also changes.
図9に示すように、曲率フィルタの大きさ(即ち、曲線γを円で近似する範囲)を示すパラメータnを、3、5、7、…と変化させた場合、近似に用いる信号数が増加するため、図10に示すように、近似円の大きさが変化する。曲率は、曲面の曲がり具合を示す指標値であり、近似円の半径rn(θ)が小さくなるほど曲率は大きな値となり、曲がり具合が大きくなる。従って、図9に示すように、曲率フィルタの大きさを示すマスクサイズn×nを大きくするにつれて近似円の半径が大きくなるため、注目画素pを中心とした曲線γの形状は、注目画素pからの距離が遠くになるにつれ、曲がり具合が緩やかになっていると推測することができる。 As shown in FIG. 9, when the parameter n indicating the size of the curvature filter (that is, the range in which the curve γ is approximated by a circle) is changed to 3, 5, 7,..., The number of signals used for approximation increases. Therefore, as shown in FIG. 10, the size of the approximate circle changes. The curvature is an index value indicating the degree of curvature of the curved surface. The smaller the radius rn (θ) of the approximate circle, the larger the curvature and the greater the degree of curvature. Therefore, as shown in FIG. 9, since the radius of the approximate circle increases as the mask size n × n indicating the size of the curvature filter is increased, the shape of the curve γ centered on the target pixel p is the target pixel p. It can be inferred that as the distance from the distance increases, the curve becomes gentler.
このように、マスクサイズn×nの曲率フィルタを用いて、曲線γの近似円の半径rn(θ)が算出され、各回転速度θでの法曲率kn(θ)=1/rn(θ)の最大値及び最小値から、マスクサイズn×nにおけるShape Indexが算出され、Shape Index画像が作成される。 Thus, by using the curvature filter mask size n × n, is calculated radius rn of the approximate circle curve gamma (theta) is normal curvature k n at each rotational speed θ (θ) = 1 / rn (θ ) Is calculated from the maximum value and the minimum value, and a shape index image is created.
以上のように、本実施形態の画像処理装置1によれば、医用画像の各画素毎に、医用画像信号の濃度分布の曲面の形状を表す特徴量としてShape Indexを算出し、算出されたShape Indexの値に基づいて医用画像を二値化することにより、異常陰影候補領域を検出し、検出された異常陰影候補領域の特徴量に基づいて当該異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除することによって、異常陰影の画像領域を検出することにより、特徴的な濃度分布を有する異常陰影の画像領域を正常組織と区別して的確に検出することが可能となる。
As described above, according to the
特に、濃度分布の曲面形状を表す特徴量としてShape Indexを算出することにより、腫瘤陰影候補に対応する凹型のガウス状分布の画像領域を容易且つ確実に検出することができ、処理速度を向上させることができる。 In particular, by calculating the Shape Index as a feature value representing the curved surface shape of the density distribution, it is possible to easily and reliably detect the image area of the concave Gaussian distribution corresponding to the tumor shadow candidate, and improve the processing speed. be able to.
例えば、マンモグラフィでは、乳腺のような線状の正常組織でも、細いものから太いものまで様々な太さのものが存在するため、太く塊状となった乳腺組織の陰影は円形度が高い腫瘤や丸く広がりを有する微小石灰化クラスタの陰影と判別しがたい場合がある。しかしながら、濃度分布が表す曲面のShape Indexを算出することにより、線状の正常組織のような偽陽性の陰影を異常陰影として誤検出することを防ぐことができ、検出精度を向上させることができる。 For example, in mammography, even a linear normal tissue such as the mammary gland has various thicknesses from thin to thick, so the shadow of the mammary gland tissue that has become thick and massive has a high roundness mass or roundness. In some cases, it is difficult to distinguish from the shadow of a microcalcification cluster having a spread. However, by calculating the shape index of the curved surface represented by the concentration distribution, it is possible to prevent false positive shadows such as linear normal tissues from being erroneously detected as abnormal shadows, and to improve detection accuracy. .
また、二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除する際、異常陰影候補領域のうち、大きさ(面積、半径等)が所定範囲外の画像領域及び/又は所定の形状以外の画像領域を削除し、更に、多変量解析で得られた指標値に基づいて偽陽性であるか否かを判定し、偽陽性であると判定された画像領域を削除するようにしたことにより、異常陰影の画像領域を一層確実に検出することができる。 Further, when a false-positive image region is deleted from the abnormal shadow candidate region obtained by binarization, among the abnormal shadow candidate regions, an image region whose size (area, radius, etc.) is outside a predetermined range and / or a predetermined region Delete the image area other than the shape of the image, further determine whether it is false positive based on the index value obtained by multivariate analysis, and delete the image area determined to be false positive As a result, the abnormal shadow image area can be detected more reliably.
また、曲率フィルタの大きさ(マスクサイズ)又は医用画像の解像度を変更可能にしたことにより、濃度分布が示す曲面の湾曲の大きさに関わらず、異常陰影の画像領域を的確に検出することが可能となる。 In addition, by making it possible to change the size of the curvature filter (mask size) or the resolution of the medical image, it is possible to accurately detect an image region of an abnormal shadow regardless of the curvature of the curved surface indicated by the density distribution. It becomes possible.
なお、本実施形態における記述内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施形態の曲率フィルタ画像変換処理は、マンモグラフィから腫瘤や微小石灰化クラスタの陰影を検出する場合だけでなく、他の部位を撮影した医用画像からその部位における異常陰影を検出する際にも適用可能である。また、本発明における処理対象画像は、マンモグラフィ等の放射線画像だけではなく、超音波画像、MRI(Magnetic Resonance Imaging)画像であってもよい。 For example, the curvature filter image conversion processing of the present embodiment is not only for detecting a shadow of a tumor or a microcalcification cluster from mammography, but also for detecting an abnormal shadow at that part from a medical image obtained by imaging other parts. Is also applicable. In addition, the processing target image in the present invention may be not only a radiographic image such as mammography but also an ultrasonic image or an MRI (Magnetic Resonance Imaging) image.
更に、曲率フィルタ画像変換処理で対象となる3次元信号は、画像の位置(2次元座標)、濃度の3方向成分からなる医用画像信号に限定されない。例えば、周波数、時間、周波数スペクトルの3軸から構成されるサウンドスペクトログラムや、明度成分、2つの知覚色度成分からなる色信号であってもよい。 Furthermore, the three-dimensional signal that is a target in the curvature filter image conversion processing is not limited to a medical image signal that includes three-direction components of the image position (two-dimensional coordinates) and density. For example, it may be a sound spectrogram composed of three axes of frequency, time, and frequency spectrum, or a color signal composed of a brightness component and two perceptual chromaticity components.
また、本実施形態では、曲面の形状を表す特徴量としてShape Indexを用いたが、平均曲率、ガウス曲率、Curvednessを用いることも可能である。平均曲率、ガウス曲率、Curvednessの定義を式(6)〜式(8)に示す。
平均曲率=(kmax+kmin)/2 (6)
ガウス曲率=kmax×kmin (7)
Average curvature = (k max + k min ) / 2 (6)
Gaussian curvature = k max × kmin (7)
1 画像処理装置
2 CPU
3 I/F
4 操作部
5 表示部
6 通信部
7 RAM
8 記憶装置
81 特徴量ファイル
9 プログラムメモリ
1
3 I / F
4
8
Claims (34)
前記第1の特徴量算出手段により算出された特徴量を用いて、前記医用画像から異常陰影候補領域を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された異常陰影候補領域の特徴量を計算する第2の特徴量算出手段と、
前記第2の特徴量算出手段により算出された特徴量に基づいて前記異常陰影候補領域の偽陽性を削除する偽陽性削除手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 A first feature amount calculating means for calculating a feature amount representing a shape of a curved surface indicating a density distribution of a medical image;
Detecting means for detecting an abnormal shadow candidate region from the medical image using the feature amount calculated by the first feature amount calculating unit;
Second feature amount calculating means for calculating a feature amount of the abnormal shadow candidate region detected by the detecting means;
False positive deletion means for deleting false positives of the abnormal shadow candidate region based on the feature quantity calculated by the second feature quantity calculation means;
An image processing apparatus comprising:
前記偽陽性削除手段は、前記二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域を削除することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の画像処理装置。 The detection unit binarizes the medical image using a preset threshold value of the feature amount based on the feature amount calculated by the first feature amount calculation unit, so that an abnormal shadow candidate region is obtained. Detect
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the false positive deletion unit deletes a false positive image region from the abnormal shadow candidate region obtained by the binarization.
前記第1の特徴量算出手段は、前記設定された画像領域における濃度分布の曲面形状を表す特徴量を算出することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の画像処理装置。 A setting unit for setting an arbitrary pixel of interest in the medical image and setting an image region within a predetermined range from the pixel of interest,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the first feature amount calculation unit calculates a feature amount representing a curved surface shape of a density distribution in the set image region. .
前記第1の特徴量算出手段は、前記関数算出手段により算出された近似関数に基づいて特徴量を算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の画像処理装置。 The normal plane is rotated by a predetermined angle around the normal line of the pixel of interest on the curved surface showing the density distribution of the medical image as a rotation axis, and the curved surface of the image area within the predetermined range from the pixel of interest is plotted on the normal plane for each rotation angle. A function calculating means for calculating a function approximating a curve obtained by cutting out,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the first feature amount calculating unit calculates a feature amount based on the approximate function calculated by the function calculating unit.
前記第1の特徴量算出手段は、回転角度毎に、前記算出された近似円の半径から前記曲線の注目画素における曲率を算出し、回転角度毎に算出された曲率に基づいて特徴量を算出することを特徴とする請求項7又は8に記載の画像処理装置。 The function calculating means calculates an approximate circle as the approximate function,
The first feature amount calculation means calculates a curvature at the target pixel of the curve from the calculated approximate circle radius for each rotation angle, and calculates a feature amount based on the curvature calculated for each rotation angle. The image processing apparatus according to claim 7, wherein the image processing apparatus is an image processing apparatus.
前記第1の特徴量算出工程において算出された特徴量を用いて、前記医用画像から異常陰影候補領域を検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された異常陰影候補領域の特徴量を計算する第2の特徴量算出工程と、
前記第2の特徴量算出工程において算出された特徴量に基づいて前記異常陰影候補領域の偽陽性を削除する偽陽性削除工程と、
を含むことを特徴とする画像処理方法。 A first feature amount calculating step of calculating a feature amount representing a shape of a curved surface indicating a density distribution of a medical image;
A detection step of detecting an abnormal shadow candidate region from the medical image using the feature amount calculated in the first feature amount calculation step;
A second feature amount calculation step of calculating a feature amount of the abnormal shadow candidate region detected in the detection step;
A false positive deletion step of deleting false positives of the abnormal shadow candidate region based on the feature amount calculated in the second feature amount calculation step;
An image processing method comprising:
前記偽陽性削除工程では、前記二値化により得られた異常陰影候補領域から偽陽性の画像領域が削除されることを特徴とする請求項18〜20の何れか一項に記載の画像処理方法。 In the detection step, based on the feature amount calculated in the first feature amount calculation step, the medical image is binarized using a preset threshold value of the feature amount, whereby an abnormal shadow candidate region is obtained. Is detected,
21. The image processing method according to claim 18, wherein, in the false positive deletion step, a false positive image region is deleted from the abnormal shadow candidate region obtained by the binarization. .
前記第1の特徴量算出工程では、前記設定された画像領域における濃度分布の曲面形状を表す特徴量が算出されることを特徴とする請求項18〜22の何れか一項に記載の画像処理方法。 A setting step of setting an arbitrary target pixel in the medical image and setting an image region within a predetermined range from the target pixel;
The image processing according to any one of claims 18 to 22, wherein, in the first feature amount calculation step, a feature amount representing a curved surface shape of a density distribution in the set image region is calculated. Method.
前記第1の特徴量算出工程では、前記関数算出工程において算出された近似関数に基づいて特徴量が算出されることを特徴とする請求項18〜23の何れか一項に記載の画像処理方法。 The normal plane is rotated by a predetermined angle around the normal line of the pixel of interest on the curved surface showing the density distribution of the medical image as a rotation axis, and the curved surface of the image area within the predetermined range from the pixel of interest is plotted on the normal plane for each rotation angle. Including a function calculation step of calculating a function approximating a curve obtained by cutting,
The image processing method according to any one of claims 18 to 23, wherein in the first feature amount calculation step, a feature amount is calculated based on the approximate function calculated in the function calculation step. .
前記第1の特徴量算出工程では、回転角度毎に、前記算出された近似円の半径から前記曲線の注目画素における曲率が算出され、回転角度毎に算出された曲率に基づいて特徴量が算出されることを特徴とする請求項24又は25に記載の画像処理方法。 In the function calculating step, an approximate circle is calculated as the approximate function,
In the first feature amount calculation step, the curvature of the target pixel of the curve is calculated from the calculated radius of the approximate circle for each rotation angle, and the feature amount is calculated based on the curvature calculated for each rotation angle. The image processing method according to claim 24 or 25, wherein:
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