胸部诊断辅助信息生成方法及系统以及动态图像处理装置制造方法

胸部诊断辅助信息生成方法及系统以及动态图像处理装置制造方法
【专利摘要】本发明提供胸部诊断辅助信息生成方法及系统、动态图像处理装置。包括下述步骤：使用以二维状排列有检测元件的检测器拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像；从在拍摄步骤中生成的多个帧图像中的一个帧图像提取肺野区域；将提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及多个帧图像间使小区域建立对应，针对建立对应的每个小区域进行解析，算出每个小区域的表示气流速度的特征量；将肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的表示气流速度的特征量来算出各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量算出肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
【专利说明】胸部诊断辅助信息生成方法及系统以及动态图像处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及胸部诊断辅助信息生成方法、胸部诊断辅助系统以及动态图像处理装置。
【背景技术】
[0002]相对于以往使用了薄膜/屏幕、辉尽性荧光体板进行的基于放射线对胸部的静态图像拍摄以及诊断，逐渐尝试利用FPD (flat panel detector,平板探测器)等半导体图像传感器拍摄胸部的动态图像，并应用到诊断。
[0003]具体而言，利用半导体图像传感器的读取/消去图像数据的响应性的快速性，根据半导体图像传感器读取/消去的定时从放射源连续照射脉冲状的放射线，在一秒的期间进行多次拍摄，来拍摄胸部的动态。通过依次显示基于拍摄而取得的一系列多张图像，医师能够观察伴随着呼吸运动、心脏的跳动等的胸部的一系列动作。
[0004]还提出了基于胸部的动态图像生成对诊断有用的信息并加以提供的各种技术。例如，本发明的发明人等针对如下的技术提出过申请：从胸部的动态图像提取出肺野区域并分割成小区域，针对每个小区域计算出气流速度比（吸气时的最大气流速度/呼气时的最大气流速度）并用直方图表示，由此提供医师对所拍摄的肺野是正常、还是发生了阻塞性疾病、抑或是发生了混合性疾病进行诊断时的诊断辅助信息(参照专利文献I:国际公开第2012/026146 号公报）。
[0005]然而，在肺野的换气疾病中，有在进气气流速度与呼气气流速度之间观察不到差的疾病。
[0006]图11表示了正常的肺野的吸气最大气流速度图像34a、呼气最大气流速度图像34b、气流速度比图像34c、以及气流速度比的直方图34d。
[0007]图12中表示了根据肺功能检查分类的G0LD3的肺野的吸气最大气流速度图像34a、呼气最大气流速度图像34b、气流速度比图像34c、以及气流速度比的直方图34d。
[0008]图13中表示了根据肺功能检查分类的G0LD4的肺野的吸气最大气流速度图像34a、呼气最大气流速度图像34b、气流速度比图像34c、以及气流速度比的直方图34d。
[0009]最大气流速度图像是按照与最大气流速度相应的彩度(亮度）对肺野区域进行颜色区分的图像。气流速度图像是按照与气流速度相应的彩度(亮度)对肺野区域进行颜色区分的图像
[0010]这里，GOLDl~4是根据肺功能检查结果分类的、表示气流限制的程度的指标，GOLD的数值越大则表示气流限制越严重。
[0011]在图13所示的肺野的吸气最大气流速度图像34a、呼气最大气流速度图像34b、气流速度比图像34c中，可知吸气气流速度 > 呼气气流速度,气流速度比直方图的形状也与图11所示的正常的肺野明显不同。在专利文献I所记载的技术中，能够容易地判别这样的疾病。
[0012]另一方面，图12所示的肺野是根据肺功能检查结果分类的G0LD3的肺野，但呼气气流速度和吸气气流速度几乎看不到差，气流速度比直方图的形状也与图11的正常的肺野几乎没有差异。存在对于这样的疾病，利用专利文献I所记载的技术难以把握的问题。

【发明内容】

[0013]本发明的课题在于，生成医师能够容易地把握在吸气气流速度和呼气气流速度之间看不到差的换气疾病那样的诊断辅助信息。
[0014]为了解决上述的课题，反映本发明的一个技术方案的胸部诊断辅助信息生成方法包括：拍摄步骤，使用以二维状排列有检测元件的检测器来拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像；提取步骤，从在上述拍摄步骤中生成的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域；气流速度计算步骤，将在上述提取步骤中提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像之间使小区域建立对应，按上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及气流速度分布计算步骤，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
[0015]在上述的胸部诊断辅助信息生成方法中，优选上述气流速度分布计算步骤将左右的上述肺野区域的各个分割成躯干轴方向的多个块区域，针对左右的上述肺野区域的各个算出表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
[0016]在上述的胸部诊断辅助信息生成方法中，优选上述气流速度分布计算步骤将上述肺野区域分割成躯干轴方向上的三个以上块区域。
[0017]在上述的胸部诊断 辅助信息生成方法中，优选上述气流速度分布计算步骤将上述肺野区域分割成上述躯干轴方向以及与躯干轴方向大致正交的方向的多个块区域。
[0018]在上述的胸部诊断辅助信息生成方法中，优选上述气流速度分布计算步骤从存储单元读出表示正常的肺野的气流速度分布的模板，基于上述多个各块区域的表示气流速度的特征量、和上述模板中的对应的各区域的上述表示气流速度的特征量，来算出上述肺野区域与上述模板中的肺野区域的气流速度的分布的一致度，作为上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
[0019]在上述的胸部诊断辅助信息生成方法中，优选上述模板是基于多个正常的肺野的气流速度分布而生成的模板。
[0020]在上述的胸部诊断辅助信息生成方法中，优选在上述气流速度分布计算步骤中，作为上述肺野区域和上述模板中的肺野区域的气流速度的分布的一致度，算出二者的相互相关系数。
[0021]反映本发明的一个方面的胸部诊断辅助系统具备：拍摄单元，拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像；提取单元，从由上述拍摄单元生成的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域；气流速度计算单元，将利用上述提取单元提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像间使小区域建立对应，针对上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及气流速度分布计算单元，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
[0022]反映本发明的一个方面的动态图像处理装置具备：拍摄单元，拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像；提取单元，从通过对包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态进行拍摄而得到的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域；气流速度计算单元，将利用上述提取单元提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像间使小区域建立对应，针对上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及气流速度分布计算单元，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
[0023]根据本发明，能够生成医师可容易把握在吸气气流速度和呼气气流速度之间看不到差的换气疾患的诊断辅助信息。
[0024]根据以下表示的详细说明和附图能够完全理解本发明。但并非意图将本发明限定于此。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图I是表示本发明的实施方式中的胸部诊断辅助系统的整体结构的图。
[0026]图2是表示由图I的拍摄用控制台的控制部执行的拍摄控制处理的流程图。
[0027]图3是表示由图I的诊断用控制台的控制部执行的图像解析处理的流程图。
[0028]图4是表示在一个呼吸循环(深呼吸时）中拍摄到的多个时间相位T (T=t0~t6)的帧图像的图。
[0029]图5是表示在安静呼气位和安静吸气位描绘了肺野的同一部分的区域的位置的变化的图。
[0030]图6是表示在最大呼气位和最大吸气位描绘了肺野的同一部分的区域的位置的变化的图。
[0031]图7A是表示将左右的肺野区域分别分割成三个块区域的例子的图。
[0032]图7B是表示将左右的肺野区域分别分割成二十个块区域的例子的图。
[0033]图7C是表示将左右的肺野区域分别分成三个临床应用的块区域的例子的图。
[0034]图8A是表示显示了最大气流速度分布特征量和每个小区域的最大气流速度图像的解析结果的显示例的图。
[0035]图SB是表示显示了最大气流速度分布特征量和每个块区域的最大气流速度图像的解析结果的显示例的图。
[0036]图SC是表示显示了最大气流速度分布特征量和每个块区域的最大气流速度图像的数值的解析结果的显示例的图。
[0037]图9是表示由图I的诊断用控制台的控制部执行的图像解析处理B的流程图。
[0038]图IOA是表示将左右的肺野区域分别分割成躯干轴方向以及与躯干轴方向大致正交的方向的总计六个块区域的例子的图。[0039]图IOB是表示将左右的肺野区域分别分割成躯干轴方向以及与躯干轴方向大致正交的方向的总计九个块区域的例子的图。
[0040]图11是表示正常的肺野的呼气的最大气流速度图像、吸气的最大气流速度图像、气流速度比图像、以及气流速度比的直方图的一例的图。
[0041]图12是表示G0LD3的肺野的呼气的最大气流速度图像、吸气的最大气流速度图像、气流速度比图像、以及气流速度比的直方图的一例的图。
[0042]图13是表示G0LD4的肺野的呼气的最大气流速度图像、吸气的最大气流速度图像、气流速度比图像、以及气流速度比的直方图的一例的图。
【具体实施方式】
[0043]以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，发明的范围并不限定于图示例。
[0044]第一实施方式
[0045][胸部诊断辅助系统100的结构]
[0046]图I表示了本实施方式中的胸部诊断辅助系统100的整体结构。
[0047]如图I所示，胸部诊断辅助系统100构成为：拍摄装置I和拍摄用控制台2借助通信缆线等连接，拍摄用控制台2和诊断用控制台3经由LAN(Local Area Network,局域网）等通信网络NT连接。构成胸部诊断辅助系统100的各装置遵照DIC0M(Digital Image andCommunications in M edicine,医学数字成像与通信）标准,各装置之间的通信基于DICOM进行。
[0048][拍摄装置I的结构]
[0049]拍摄装置I例如是拍摄伴随着呼吸运动的肺的膨胀以及收缩的形态变化、心脏的跳动等具有周期性(循环)的胸部的动态的装置。动态拍摄通过对人体的胸部连续照射X线等放射线而取得多个图像（即连续拍摄)来进行。将通过该连续拍摄而得到的一系列图像称作动态图像。并且，将构成动态图像的多个图像中的各个图像称作帧图像。
[0050]如图I所示，拍摄装置I构成为具备放射线源11、放射线照射控制装置12、放射线检测部13、读取控制装置14等。
[0051]放射线源11隔着被摄体M被配置在与放射线检测部13对置的位置，按照放射线照射控制装置12的控制对被摄体M照射放射线（X射线)。
[0052]放射线照射控制装置12与拍摄用控制台2连接，基于从拍摄用控制台2输入的放射线照射条件对放射线源11进行控制，从而进行放射线拍摄。从拍摄用控制台2输入的放射线条件例如是连续照射时的脉冲率、脉冲宽度、脉冲间隔、每一次拍摄的拍摄帧数、X射线管电流的值、X射线管电压的值、滤波器种类等。脉冲率是每秒的放射线照射次数，与后述的帧率一致。脉冲宽度是一次放射线照射的放射线照射时间。脉冲间隔是在连续拍摄中从一次放射线照射开始到下次放射线照射开始的时间，与后述的帧间隔一致。
[0053]放射线检测部13由FPD等半导体图像传感器构成。FPD例如具有玻璃基板等，在基板上的规定位置以矩阵状(二维状）排列有多个像素(检测元件)，该多个像素根据从放射线源11照射且至少透过了被摄体的放射线的强度来检测该放射线，并将检测出的放射线转换成电信号加以存储。各像素例如由TFT (Thin Film Transistor,薄膜晶体管)等开关部构成。
[0054]读取控制装置14与拍摄用控制台2连接。读取控制装置14基于从拍摄用控制台2输入的图像读取条件来对放射线检测部13的各像素的开关部进行控制，对存储于该各像素的电信号的读取进行开关控制，读取放射线检测部13中蓄积的电信号，由此来取得图像数据。该图像数据是帧图像。而且，读取控制装置14将所取得的帧图像向拍摄用控制台2输出。图像读取条件例如是帧率、帧间隔、像素尺寸、图像尺寸(矩阵尺寸）等。帧率是每一秒取得的帧图像数，与脉冲率一致。帧间隔是在连续拍摄中从一次帧图像的取得动作开始到下一个帧图像的取得动作开始为止的时间，与脉冲间隔一致。
[0055]这里，放射线照射控制装置12与读取控制装置14相互连接，彼此交换同步信号而使放射线照射动作和图像的读取动作步调一致。此外，当进行取得用于算出在后述的偏移(offset)补正中使用的偏移补正系数的多个暗图像的校准（calibration)时,不与放射线照射动作同步，在不被照射放射线的状态下进行复位~蓄积~数据读取~复位的一系列图像的读取动作，但也可以在一系列动态拍摄之前、一系列动态拍摄之后的任意定时进行。
[0056][拍摄用控制台2的结构]
[0057]拍摄用控制台2向拍摄装置I输出放射线照射条件、图像读取条件来控制由拍摄装置I进行的放射线拍摄以及放射线图像的读取动作，并且显示由拍摄装置I取得的动态图像以便供拍摄技师确认是否是适合进行定位的确认、诊断的图像。
[0058]如图I所示，拍摄用控制台2构成为具备控制部21、存储部22、操作部23、显示部24、通信部25，各部通过总线26连接。
[0059]控制部21 由 CPlXCentral Processing Unit,中央处理单兀)、RAM(Random AccessMemory,随机访问存储器)等构成。控制部21的CPU根据操作部23的操作来读出存储于存储部23的系统程序、各种处理程 序并在RAM内展开，按照展开后的程序执行后述的以拍摄控制处理为代表的各种处理，对拍摄用控制台2各部的动作、拍摄装置I的放射线照射动作以及读取动作进行集中控制。
[0060]存储部22由非易失性的半导体存储器、硬盘等构成。存储部22存储由控制部21执行的各种程序、基于程序执行处理所需要的参数、或者处理结果等数据。例如，存储部22存储用于执行图2所示的拍摄控制处理的拍摄控制处理程序。并且，存储部22存储用于拍摄胸部的动态图像的放射线照射条件以及图像读取条件。各种程序以能够读取的程序编码的形态被保存，控制部21逐次执行遵照该程序编码的动作。
[0061]操作部23构成为具备：具有光标键、数字输入键以及各种功能键的键盘、鼠标等指向器，并将通过针对键盘的键操作、鼠标操作而输入的指示信号向控制部21输出。另外，操作部23也可以在显示部24的显示画面具备触摸屏，该情况下，将经由触摸屏输入的指示信号向控制部21输出。
[0062]显不部24 由 LCD (Liquid Crystal Display,液晶显不器）、CRT (Cathode RayTube,阴极射线管）等现实器构成，按照从控制部21输入的显示信号的指示，显示来自操作部23的输入指示、数据等。
[0063]通信部25具备LAN适配器、调制解调器、TA (Terminal Adapter,终端适配器)等，对与和通信网络NT连接的各装置之间的数据收发进行控制。
[0064][诊断用控制台3的结构][0065]诊断用控制台3是从拍摄用控制台2取得动态图像，基于所取得的动态图像进行图像解析，并显示解析结果的动态图像处理装置。
[0066]如图I所示，诊断用控制台3构成为具备控制部31、存储部32、操作部33、显示部34、通信部35，各部通过总线36连接。
[0067]控制部31由CPU、RAM等构成。控制部31的RAM根据操作部33的操作读出存储于存储部32的系统程序、各种处理程序并在RAM内展开，按照展开后的程序执行后述的以图像解析处理为代表的各种处理，对诊断用控制台3各部的动作进行集中控制。控制部31通过执行后述的图像解析处理来实现作为提取单元、气流速度计算单元、气流速度分布计算单元的功能。
[0068]存储部32由非易失性的半导体存储器、硬盘等构成。存储部32存储以用于由控制部31执行图像解析处理的图像解析处理程序为代表的各种程序、基于程序执行处理所需要的参数或者处理结果等数据。上述各种程序以能够读取的程序编码的形态被保存，控制部31逐次执行遵照该程序编码的动作。
[0069]操作部33构成为具备：具有光标键、数字输入键以及各种功能键的键盘、鼠标等指向器，将通过针对键盘的键操作、鼠标操作而输入的指示信号向控制部31输出。另外，操作部33也可以在显示部34的显示画面具备触摸屏，该情况下，将经由触摸屏输入的指示信号向控制部31输出。
[0070]显示部34由IXD、CRT等显示器构成，按照从控制部31输入的显示信号的指示显示来自操作部33的输入指示、数据等。
[0071]通信部35具备LAN适配器、调制解调器、TA等，对与和通信网络NT连接的各装置之间的数据收发进行控制。
[0072][胸部诊断辅助系统100的动作]
[0073]接着，对上述胸部诊断辅助系统100中的动作进行说明。
[0074](拍摄装置I、拍摄用控制台2的动作）
[0075]首先，对拍摄装置I、拍摄用控制台2的拍摄动作进行说明。
[0076]图2中表不了在拍摄用控制台2的控制部21中执彳丁的拍摄控制处理。拍摄控制处理通过控制部21与存储部22中存储的拍摄控制处理程序之间的协作来执行。
[0077]首先，拍摄技师对拍摄用控制台2的操作部23进行操作，进行拍摄对象(被摄体M)的患者信息(患者的姓名、身高、体重、年龄、性别等）的输人(步骤SI)。
[0078]接着，从存储部22读出放射线照射条件，设定给放射线照射控制装置12，并且，从存储部22读出图像读取条件，设定给读取控制装置14 (步骤S2)。
[0079]接着，等待通过对操作部23的操作而发出的放射线照射的指示(步骤S3)。这里，拍摄实施者在拍摄装置I中进行被摄体M的定位等拍摄准备，并且为了拍摄安静呼吸的动态而指示受试者(被摄体M)放松，促成安静呼吸。在拍摄准备完毕的时刻，对操作部23进行操作，输入放射线照射指示。
[0080]当利用操作部23输入了放射线照射指示时(步骤S3 :是)，向放射线照射控制装置12以及读取控制装置14输出拍摄开始指示，开始动态拍摄(步骤S4)。即，以对放射线照射控制装置12设定的脉冲间隔利用放射线源11照射放射线，并利用放射线检测部13取得帧图像。当预先决定的帧数的拍摄结束后，利用控制部21向放射线照射控制装置12以及读取控制装置14输出拍摄结束的指示，停止拍摄动作。所拍摄的帧数是至少能够拍摄一个呼吸循环的张数。
[0081]通过拍摄而取得的帧图像被依次输入至拍摄用控制台2，对各帧图像进行修正处理(步骤S5)。在步骤S5的修正处理中，进行偏移修正处理、增益修正处理、缺陷像素修正处理这三个修正处理。首先，针对所取得的各帧图像进行偏移修正处理，除去因所取得的各帧图像中叠加的暗电流而引起的偏移值。在偏移修正处理中，例如进行从所取得的各帧图像的各像素值(浓度值。以下称作信号值）减去预先存储的偏移修正系数的处理。这里，偏移修正系数是对预先在放射线非照射时取得的多个帧图像进行了平均化而得到的图像。接着，进行增益修正处理，除去因与各帧图像的各像素对应的各检测元件的个体差、读出放大器的增益不均而产生的每个像素的偏差。在增益修正处理中，例如进行对偏移修正后的各帧图像乘以预先存储的增益修正系数的处理。这里，增益修正系数是根据对向放射线检测部13均匀照射了放射线时取得的多个偏移修正完毕帧图像进行平均化而得到的图像、与以此时的放射线照射条件期待的输出信号值之间的关系，按照修正后的各像素的信号值相同的方式预先算出并存储的系数。接着，进行缺陷像素修正处理，与周围的像素进行比较，除去灵敏度为非线性的像素、没有灵敏度的缺欠像素。在缺陷像素修正处理中，例如进行如下处理：遵照预先存储的缺陷像素位置信息映射，在缺陷像素位置信息映射中登记的各缺陷像素中，利用缺陷像素附近的没有缺陷的像素的平均值来置换缺陷像素的信号值。这里，缺陷像素位置信息映射是从当对放射线检测部13均匀照射了放射线时取得的偏移修正、增益修正完毕的帧图像预先识别多个缺陷像素，并登记该缺陷像素的位置的映射。对于上述偏移修正系数、增益修正系数以及缺陷像素位置信息映射，根据像素组合（binning)、动态范围等收集模式来预先分别存储最佳值，并在各个收集模式中读出对应的最佳值。
[0082]接着，将修正处理后的各帧图像和表示拍摄顺序的编号建立对应地存储于存储部22(步骤S6)，并显示于显示部24(步骤S7)。这里，也可以在即将存储各帧图像之前进行将各帧图像的各像素的信号值从反对数转换成对数的对数转换处理，然后进行存储。拍摄技师根据所显示的动态图像确认定位等，判断是否已通过拍摄取得了适合于诊断的图像(拍摄0K)、还是需要再次拍摄(拍摄NG)。然后，对操作部23进行操作，输入判断结果。此外，通过拍摄而取得的各帧图像也可 以在所有拍摄结束后一并输入。
[0083]此外，在向控制台依次发送各帧图像的阶段，也能够不进行上述的修正处理等而通过依次显示该帧图像，来早期进行定位是否恰当、作为被摄体的动态循环是否包含一个周期以上等的大致确认。
[0084]当通过操作部23的规定操作输入了表示拍摄OK的判断结果时(步骤S8 :是)，对通过动态拍摄而取得的一系列帧图像的各个附加用于识别动态图像的识别ID、患者信息、放射线照射条件、图像读取条件、表示拍摄顺序的编号、拍摄日期时间等信息(例如以DICOM形式写入到图像数据的头区域)，并经由通信部25发送给诊断用控制台3(步骤S9)。然后，结束本处理。另一方面，当通过操作部23的规定操作而输入了表示拍摄NG的判断结果时(步骤S8 :否)，删除存储部22中存储的一系列帧图像(步骤S10)，结束本处理。其中，在该情况下，执行再拍摄。
[0085](诊断用控制台3的动作）
[0086]接着，对诊断用控制台3中的动作进行说明。[0087]在诊断用控制台3中，当经由通信部35从拍摄用控制台2接收到动态图像的一系列帧图像时，通过控制部31与存储部32中存储的图像解析处理程序之间的协作来执行图3所示的图像解析处理。
[0088]以下，参照图3对图像解析处理的流程进行说明。
[0089]首先，从作为基准的一个帧图像(称作基准图像）中提取出肺野区域(步骤S21)。
[0090]作为基准图像，优选是安静呼气位的帧图像。这是因为在安静呼气位，由于肺野区域的面积在安静呼吸时最小，所以当将基准图像的各小区域与其他帧图像建立对应时，小区域不会与其他帧图像的肺野外的区域建立对应。
[0091]安静呼气位的帧图像能够通过从一系列帧图像中提取横膈膜的位置位于最高位置的图像来取得。另外，也可以首先从各帧图像提取出肺野区域，以肺野区域的面积最小的帧图像(肺野区域内的像素数最少的图像）作为基准图像。
[0092]肺野区域的提取方法可以是任意方法。例如通过判别分析从帧图像(基准图像)的各像素的信号值(浓度值）的直方图求出阈值，将信号高于该阈值的高信号的区域作为肺野区域候补进行I次取出。接着，在一次提取出的肺野区域候补的边界附近进行边缘检测，如果沿着边界提取出在边界附近的小区域中边缘最大的点，则能够提取出肺野区域的边界。
[0093]接着，实施时间轴方向的低通滤波处理(步骤S22)。在肺野区域呈现因换气和血流双方的动作而产生的信号值的变化。伴随着呼吸换气的信号值基于时间的变化幅度为伴随着肺血流的信号值变化幅度的大约10倍。因此，在进行换气的解析的情况下，伴随着血流等的高频的信号变化成为噪声。为了除去该伴随着血流的信号变化，针对信号值的时间变化，以1.0Hz的截止频率进行低通滤波处理。
[0094]接着，将各帧图像 的肺野区域分割成多个小区域，并将各帧图像的小区域彼此建立对应(步骤S23)。各小区域的像素的位置被存储于控制部31的RAM。
[0095]这里，呼吸循环由呼气期和吸气期构成。图4是表示在一个呼吸循环(深呼吸时）中拍摄到的多个时间相位T (TztciNt6)的帧图像的图。如图4所示，在呼气期，因横膈膜上升而从肺野排出空气，肺野的区域变小。在最大呼气位，成为横膈膜的位置最高的状态。在吸气期，因横膈膜下降空气被吸入肺野，如图4所示，胸廓中的肺野的区域变大。在最大吸气位，成为横膈膜的位置最大程度下降的状态。即，由于肺野区域的同一部分的位置根据呼吸运动而随时间变化，所以在各帧图像间表示肺野的同一部分(特别是下部区域(横膈膜附近)）的像素位置偏移。
[0096]但是，在安静呼吸时拍摄到的图像中，上述的位置偏移小，不会发生后述的解析结果失常那么大的位置偏移。图5的图像Dl是安静呼气位(在安静呼吸时横膈膜的位置最高的定时)的帧图像。图5的图像D2是安静吸气位(在安静呼吸时横膈膜的位置最低的定时）的帧图像。即，图5的图像Dl和D2是在一个呼吸循环中形状差异最大的定时拍摄到的图像。但可知：在图5的图像D1、D2中，即便在位置偏移最大的肺野区域的下部区域中位置偏移也很细微（图像D2的All表示了与图像Dl的Al相同的像素位置，图像D2的A2表示了与图像Dl的Al描绘了肺野中的同一部分的区域)。
[0097]鉴于此，作为步骤S23中的具体处理，首先将基准图像被提取出的肺野区域分割成多个小区域(例如2mmX2mm的矩形区域）（参照图5)。接着，将其他帧图像的肺野区域分割成与基准图像的各小区域相同的像素位置的小区域(从放射线检测部13的同一检测元件输出的信号值的区域)。接着，将各帧图像间的相同像素位置的各小区域彼此建立对应。各帧图像的肺野区域成为与基准图像相同的像素位置的区域（由多个小区域构成的区域)。在该处理中，能够高速进行帧图像的向小区域的分割以及建立对应。
[0098]此外，这里使用了安静呼吸时的静态图像，但在所拍摄的动态图像是深呼吸时的图像的情况下，如图6所示，表示肺野的同一部分的图像位置大幅偏移（图像D4的A31表示与图像D3的A3相同的像素位置，图像D4的A4表示与图像D3的A3描绘了肺野中的同一部分的区域)。因此，当与安静呼吸时同样地将各帧图像中的与基准图像的各小区域相同的像素位置的区域设定为与该小区域对应的区域时，后述的解析结果无法利用于诊断。鉴于此，在这样的情况下，进行提取出各帧图像间的对应点的对应点提取处理（区域匹配（localmatching)处理）以及非线性变形转换处理（图像卷绕处理（warping))，在各帧图像间将描绘了肺野区域的同一部分的区域建立对应。另外，在安静呼吸时，并不怎么重视处理速度，在想要进一步提高解析精度的情况下，也可以进行这些处理。
[0099]在区域匹配处理中，首先从拍摄顺序为第一(最初）的帧图像提取出肺野区域，并将该提取出的肺野区域分割成由例如2_见方的矩形构成的小区域。
[0100]接着，将拍摄顺序为第一的帧图像设为P1，将与此邻接的帧图像(拍摄顺序相邻的帧图像（即在时间上邻接的帧图像。以下相同))设为P2，对P2设定Pl的各小区域的探索区域。这里，将P2的探索区域设定成：当将Pl中的各小区域的中心点的坐标设为（X，y)时，具有相同的中心点（X，y)，且纵横的宽度大于Pl的小区域(例如1.5倍)。而且，通过按Pl的各区域求出在P2的探索范围中匹配程度最高的区域，来算出相对于Pl的各小区域的P2上的对应位置。作为匹配程度，将最小二乘法、相互相关系数用作指标。而且，以Pl的各小区域的对应位置来分割P2的肺野区域。
[0101]接着，将P2新看作P1，将拍摄顺序为P2的下一个帧图像看作新的P2，算出Pl的各小区域中的P2的对应位置。通过反复进行以上的处理，求出各帧图像的各小区域与邻接的帧图像的哪个位置对应。求出的处理结果被存储于控制部31的RAM。
[0102]接着，进行图像卷绕处理。具体而言，将拍摄顺序为第一的帧图像设为P1，将拍摄顺序与之邻接(在时间上邻接)的帧图像设为P2，基于在上述区域匹配处理中算出的邻接的帧图像间的各小区域的对应位置，按各小区域算出从Pl向P2的移位向量。接着，利用多项式对算出的移位向量进行近似（fitting)，使用该多项式算出各小区域中的各像素的移位向量。而且，基于算出的各像素的移位向量来进行图像卷绕处理，将P2的各小区域内的各像素的位置移至Pl的帧图像所对应的像素的位置。接着，将图像卷绕处理后的P2新看作P1，将拍摄顺序为P2的下一个帧图像看作新的P2，进行上述处理。通过从拍摄顺序早的邻接帧图像间依次重复以上的处理，能够使所有的帧图像的各小区域的位置与拍摄顺序为I的帧图像(该处理中的基准图像)大致一致。各帧图像间的小区域的位置的对应关系被存储于控制部31的RAM。
[0103]接着，按一系列帧图像的通过步骤S23建立对应的各小区域执行帧间差量处理，算出帧间差量值(步骤S24)。
[0104]帧间差量值是表示该帧图像被拍摄的定时的信号变化量的值。如果通过呼吸而吸气或吐气，则肺的密度根据该气息的流动而变化，由此，X射线透过量(即像素的输出信号值）变化。因此，能够将信号变化量看作表示该定时的气流速度的值(表示气流速度的特征量)。
[0105]具体而言，首先算出各帧图像的各小区域内的像素的信号值(平均信号值)。接着，进行在拍摄顺序邻接的帧图像间算出各小区域的信号值的差量的帧间差量处理。这里，按各小区域，针对帧编号为N和N+1 (N为1、2、3……）的帧图像，算出N+1 — N的差量值。
[0106]接着，进行向吸气期的帧图像组和呼气期的帧图像组的分类(步骤S25)。在各小区域中，帧间差量值的符号为正的期间是吸气期，符号为负的期间是呼气期。
[0107]接着,在各小区域中，取得呼气期的帧间差量值的最大值(绝对值的最大值）作为呼气最大气流速度，生成各小区域的值由呼气最大气流速度构成的呼气最大气流速度图像。另外，在各小区域中，取得吸气期的帧间差量值的最大值(绝对值的最大值)作为吸气最大气流速度，生成各小区域的值由吸气最大气流速度构成的呼气最大气流速度图像(步骤S26)。
[0108]接着，在呼气最大气流速度图像、吸气最大气流速度图像的各图像中，将肺野区域分割成躯干轴方向（头一脚方向、上下方向）的多个块区域，在各块区域中算出最大气流速度的代表值(这里为平均值）（步骤S27)。各块区域的最大气流速度的代表值是表示各块区域的气流速度的特征量。
[0109]肺野区域例如如图7A所示，左肺野、右肺野分别被分割成上、中、下三个块区域LI ~L3、R1 ~R3。
[0110]另外，这里作为各块区域中的最大气流速度的代表值使用了平均值，但并不限定于平均值，也可以使用最小值、最大值、中央值、积分值。
[0111]而且,在呼气 最大气流速度图像、吸气最大气流速度图像的各个中,在躯干轴方向邻接的块区域间算出最大气流速度平均值的差量值(下部的块区域的最大气流速度平均值一上部的块区域的最大气流速度平均值)，基于算出的差量值来算出肺野中的表示躯干轴方向上的最大气流速度分布的特征量(称作最大气流速度分布特征量）（步骤S28)。
[0112]对于最大气流速度分布特征量，针对呼气和吸气分别按左右的肺野利用下述的[数式I]算出。另外，不仅是左右的肺野的每个，也可以将肺野整体作为对象，利用下述的[数式I]算出最大气流速度分布特征量。
[0113]【数式I】
[0114]
,|±?ΤΜ邻接块状区域间差量值> O的数据数
里—^邻接块状区域间差量的次数^
[0115]在算出特征量之后，解析结果(包含最大气流速度分布特征量)被显示在显示部34(步骤S29)。
[0116]在正常的肺野中，对于呼气和吸气而言，均为随着朝向上肺野而气流速度逐渐降低。另一方面，在具有肺气肿等换气疾患的肺野中，随着疾患的严重程度上述倾向逐渐消失。即，在正常的肺野中，躯干轴方向上邻接的块区域间的气流速度的差量值(下部的块区域的最大气流速度平均值一上部的块区域的最大气流速度平均值)的值几乎全都大于0，算出的最大气流速度分布特征量的值大约为O. 9以上。在具有异常的肺野中，由于上述邻接块区域间的气流速度的差量值的值中混入有负值，所以算出的最大气流速度分布特征量的值小于O. 9。异常的程度越严重则算出的特征量的值越小。[0117]这样，根据肺野中的表示躯干轴方向上的最大气流速度分布的最大气流速度分布特征量，即便是在吸气气流速度和呼气气流速度之间看不到差异的换气疾患，医师也能够容易地把握，可以作为诊断的判断材料。
[0118]图8A~图SC表示步骤S29中的解析结果的显示例。作为解析结果，优选除了显示呼气和吸气各自的最大气流速度分布特征量之外，还显示最大气流速度图像。通过显示最大气流速度图像，医师能够容易地(直观地）把握实际上各肺野的最大气流速度的分布如何。
[0119]最大气流速度图像可以如图8A所示那样形成为以与最大气流速度相应的彩度(或者亮度)对帧图像(基准图像）上的各小区域进行颜色区分来表示的图像，也可以如图8B所示那样形成为以与最大气流速度的平均值相应的彩度(或者亮度）对帧图像(基准图像）上的各小区域进行颜色区分来表示的图像。优选在最大气流速度图像的附近显示最大气流速度与彩度(亮度)之间的对应关系。另外，也可以如图8C所示，在最大气流速度图像中用数值表示各块区域的最大气流速度的平均值。在图8C中，a~f分别表示了对块区域[I]~
[6]的最大气流速度的平均值进行表示的数值。
[0120]其中，优选表示呼气最大气流速度图像和吸气最大气流速度图像双方,但也可以仅显示结果不佳的某一方。
[0121]另外，优选在步骤S29中算出（生成)各小区域每个的气流速度比(吸气的最大气流速度/呼气的最大气流速度）的直方图、以及表示肺野整体的气流速度比的倾向的指标值(平均值、标准偏差、半值幅度等）并一起显示(参照图11~图13的34d)。这是因为虽然最大气流速度分布特征量能够用于判别在吸气气流速度和呼气气流速度之间看不到差的换气疾患，但通过显示气流速度比的直方图、指标值，还能够提供针对吸气气流速度和换气气流速度之间的差大的换气疾患的诊断辅助信息。另外，也可以与直方图等一并显示以与气流速度比相应的彩度(或者亮度 ）对帧图像(基准图像）上的各小区域进行颜色区分并表示的图像(参照图11~图13的34a、34b)。这是因为，由此医师能够容易地把握肺野内的气流速度比大的局部的异常部位。
[0122]另外，在步骤S29中，也可以一并显示原始动态图像和换气动态图像的任一方或者双方。这是因为：通过显示这些图像，医师能够在观察解析结果的同时观察实际的肺的动作。原始动态图像是依次切换显示(啪啦啪啦循环显示)在拍摄装置I中拍摄到的动态图像的帧图像的图像。换气动态图像是依次切换显示在步骤S22中施加了低通滤波后的帧图像的图像。
[0123]此外，在上述第一实施方式中，对通过将右肺野、左肺野的各个在躯干轴方向上分割成三部分而分割成块区域的情况进行了说明，但也可以如图7B所示那样分割成三部分以上。通过使块区域更细致，能够提高最大气流速度分布特征量的精度。另外，作为正常的气流速度的倾向，由于在内侧和外侧气流速度的倾向都存在差异，所以也可以考虑从内侧朝外侧的气流速度的变化而如图7C所示那样，以符合临床的块区域进行分割。由此，能够提高最大气流速度分布特征量的算出精度。
[0124]另外，在上述第一实施方式中，着眼于各小区域中的气流速度比（吸气的最大气流速度/呼气的最大气流速度）这一特征量，来生成直方图、算出表示肺野整体的气流速度比的倾向的指标值(平均值、标准偏差、半值幅度等)，但作为特征量，也可以采用吸气的最大气流速度和呼气的最大气流速度的相加、相减、相乘。而且，通过仅使用吸气的最大气流速度或者仅使用呼气的最大气流速度来生成直方图、算出表示肺野整体的倾向的指标值(平均值、标准偏差、半值幅度等)，虽然与上述第一实施方式相比精度稍稍劣化，但能够预测拍摄对象的动态的功能(换气功能）的异常。
[0125]第二实施方式
[0126]接着，对第二实施方式进行说明。
[0127]在第二实施方式中，与第一实施方式的不同点在于：诊断用控制台3的存储部32中存储有正常肺野的呼气、吸气各自的最大气流速度分布的模板(正常气流速度分布模板)、以及诊断用控制台3的控制部31中执行的图像解析处理的内容与第一实施方式不同。除此之外，由于胸部诊断辅助系统100的整体结构、各装置的结构以及拍摄装置I和拍摄用控制台2的动作与在第一实施方式中说明的相同，所以援引第一实施方式中的说明。
[0128]以下，对第二实施方式中的图像解析处理(设为图像解析处理B)进行说明。
[0129]图9中表示了第二实施方式中的图像解析处理B的流程图。图像解析处理B通过控制部31和存储部32中存储的图像解析处理B程序之间的协作来执行。
[0130]首先，通过执行步骤S31~步骤S37的处理，从一系列帧图像生成呼气期和吸气期各自的最大气流速度图像，并分别被分割成躯干轴方向的多个块区域，算出各块区域的最大气流速度的代表值(这里为平均值)。由于步骤S31~步骤S37的处理与步骤S21~S27的处理相同，所以省略说明。
[0131]接着，从存储部32读出呼气、吸气各自的正常气流速度分布模板(步骤S38)。
[0132]这里，在换气功能正常的肺野的气流速度中能够看到从“下肺野一上肺野”平缓降低的倾向。鉴于此，为了满足该倾向，正常气流速度分布模板能够使用对各块区域分配了最大气流速度的平均值的图像。例如，能够针对图7A中的区域LI (R1)、L2 (R2)、L3 (R3)分配 LI (R1)=3、L2 (R2)=2、L3 (R3)=l 的值。
[0133]或者，也可以针对多人的预先知道是正常的多个肺野的动态图像进行与上述的步骤S31~S37同样的处理，算出各块区域的最大气流速度的平均值，并将其平均化来作为正常气流速度分布模板。
[0134]其中，最大气流速度图像和正常气流速度分布模板的块区域相互对应。另外，正常气流速度分布模板也可以根据下述的条件在存储部32存储有多个，读出与来自操作部33的输入、患者信息相应的正常气流速度分布模板并进行使用。
[0135]条件：性别/年龄、腰围/胸围、身高/体重、肺活量、手术历史(有无起搏器、有无肺切除等)、拍摄时呼吸方法(安静呼吸、深呼吸(努力呼吸)）、过去的病例等。
[0136]接着，针对呼气的右肺野、呼气的左肺野、吸气的右肺野、吸气的左肺野分别使用各自的肺野内的最大气流速度图像和正常气流速度分布模板的值，来算出最大气流速度图像和正常气流速度分布模板的相互相关值(相互相关系数）（步骤S39)。各肺野的相互相关值表示各肺野中的最大气流速度分布和正常的气流速度分布之间的相关性，成为表示各肺野中的最大气流速度的分布的特征量(最大气流速度分布特征量)。
[0137]在步骤S39中，算出呼气右肺野的相互相关值、呼气左肺野的相互相关值、吸气右肺野的相互相关值、吸气右肺野的相互相关值这4个相互相关值以及其积。
[0138]例如，吸气右肺野的相互相关值能够使用呼气最大气流速度图像的右肺野内的各块区域的最大气流速度的平均值、和呼气的正常气流速度分布模板的右肺野内的各块区域的平均值，利用下述的[数式2]求出（例如参照公知文献I :高木干雄、下田阳久著，“新编图像解析小册子”，东京大学出版社，2004年)。
【权利要求】
1.一种胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于，包含： 拍摄步骤，使用以二维状排列有检测元件的检测器来拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像； 提取步骤，从在上述拍摄步骤中生成的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域；气流速度计算步骤，将在上述提取步骤中提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像间使小区域建立对应，针对上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及 气流速度分布计算步骤，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
2.根据权利要求1所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 上述气流速度分布计算步骤将左右的上述肺野区域的各个分割成躯干轴方向的多个块区域，针对左右的上述肺野区域的各个算出表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
3.根据权利要求1或2所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 上述气流速度分布计算步骤将上述肺野区域分割成躯干轴方向的三个以上块区域。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 上述气流速度分布计算步骤将上述肺野区域分割成上述躯干轴方向以及与躯干轴方向大致正交的方向的多个块区域。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 上述气流速度分布计算步骤从存储单元读出表示正常的肺野的气流速度分布的模板，基于上述多个各块区域的表示气流速度的特征量、和上述模板的对应的各区域中的上述表示气流速度的特征量，算出上述肺野区域与上述模板中的肺野区域的气流速度的分布的一致度，作为上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
6.根据权利要求5所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 上述模板是基于多个正常的肺野的气流速度分布而生成的模板。
7.根据权利要求5或6所述的胸部诊断辅助信息生成方法，其特征在于， 在上述气流速度分布计算步骤中，作为上述肺野区域和上述模板中的肺野区域的气流速度的分布的一致度，算出二者的相互相关系数。
8.—种胸部诊断辅助系统，其特征在于，具备： 拍摄单元，拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像； 提取单元，从由上述拍摄单元生成的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域；气流速度计算单元，将利用上述提取单元提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像间使小区域建立对应，针对上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及 气流速度分布计算单元，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
9.一种动态图像处理装置，其特征在于，具备： 拍摄单元，拍摄包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态，生成连续的多个帧图像； 提取单元，从通过对包含至少一个循环的呼吸周期的胸部的动态进行拍摄而得到的多个帧图像中的一个帧图像提取出肺野区域； 气流速度计算单元，将利用上述提取单元提取出的肺野区域分割成多个小区域，遍及上述多个帧图像间使小区域建立对应，针对上述建立对应的每个小区域进行解析，算出上述每个小区域的表示气流速度的特征量；以及 气流速度分布计算单元，将上述肺野区域分割成躯干轴方向的多个块区域，基于该被分割的各块区域所含的多个小区域的上述表示气流速度的特征量来算出上述各块区域的表示气流速度的特征量，并基于该算出的特征量来算出上述肺野区域的表示躯干轴方向的气流速度的分布的特征量。
【文档编号】A61B6/02GK103479375SQ201310227601
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】野地翔, 村冈慎太郎 申请人:柯尼卡美能达株式会社