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特開2024-135823画像解析装置、画像解析システム、画像解析方法及びプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024135823
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】画像解析装置、画像解析システム、画像解析方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 6/00 20240101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
A61B6/00 350D
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023046702
(22)【出願日】2023-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】嶋村 謙太
(72)【発明者】
【氏名】角森 昭教
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 春彦
【テーマコード（参考）】
4C093
【Ｆターム（参考）】
4C093AA13
4C093AA26
4C093CA15
4C093DA03
4C093FF16
4C093FF22
4C093FF23
4C093FF24
4C093FF28
4C093FG13
4C093FG14
4C093FG16
(57)【要約】
【課題】高精度に気管・気管支の狭窄状態を推定可能な画像解析装置、画像解析システム、画像解析方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】画像解析装置３は、気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部３１と、複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として特定する特定部３１と、胸腔内領域Ｒ１から気管壁Ｗを抽出する抽出部３１と、気管壁Ｗから気管径ｒを計測する計測部３１を備える。
【選択図】図１２
【解決手段】画像解析装置３は、気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部３１と、複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として特定する特定部３１と、胸腔内領域Ｒ１から気管壁Ｗを抽出する抽出部３１と、気管壁Ｗから気管径ｒを計測する計測部３１を備える。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部と、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域と設定する設定部と、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部と、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部と、を備える画像解析装置。
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域と設定する設定部と、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部と、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部と、を備える画像解析装置。
【請求項2】
前記設定部は、胸郭の構造物に基づいて前記胸腔内領域を設定する請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項3】
前記胸郭の構造物は、胸鎖骨関節部、椎体及び胸郭肋骨のうち少なくとも一つである請求項２に記載の画像解析装置。
【請求項4】
前記設定部は、気管支領域を設定し、
前記計測部は、前記気管支領域を除く範囲で気管径を計測する請求項１に記載の画像解析装置。
前記計測部は、前記気管支領域を除く範囲で気管径を計測する請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項5】
前記計測部の計測結果を表示部に表示する表示制御部を備える請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項6】
前記表示制御部は、前記計測結果として、前記複数のフレーム画像における気管径の平均値、最大値、最小値及び分散値のグラフ、最大フレーム画像及び最小フレーム画像、気管径の径変化量及び径変化率あるいはフレーム画像における気管径の最大径及び最小径のうち少なくともいずれかを表示する請求項５に記載の画像解析装置。
【請求項7】
被写体の呼気状態を特定する特定部を備え、
前記計測部は、前記特定部の特定内容に基づいて気管径を計測する前記フレーム画像を選択する請求項１に記載の画像解析装置。
前記計測部は、前記特定部の特定内容に基づいて気管径を計測する前記フレーム画像を選択する請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項8】
前記特定部は、前記フレーム画像が呼気開始時のフレーム画像あるいは呼気終末時のフレーム画像であるかを特定する請求項７に記載の画像解析装置。
【請求項9】
前記特定部は、肺野の面積、画素値あるいは横隔膜の位置の少なくともいずれかに基づいて被写体の呼気状態を特定する請求項８に記載の画像解析装置。
【請求項10】
胸腔内気管領域の濃度の経時変化を測定する測定部を備える請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項11】
前記計測部は、前記気管壁について人体の頭尾方向と垂直な方向に代表点を抽出して、人体の頭尾方向に当該代表点を連ねた代表線をもとに当該代表線を構成する各点における傾きに対する法線から、気管径を計測する請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項12】
前記代表点は、左右前記気管壁の中点である請求項１１に記載の画像解析装置。
【請求項13】
前記気管壁の修正が可能な修正部を備え、
前記計測部は、前記修正部による前記気管壁の修正に基づき、気管径を再計測する請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置。
前記計測部は、前記修正部による前記気管壁の修正に基づき、気管径を再計測する請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置。
【請求項14】
前記修正部は、前記胸腔内領域及び／又は前記気管支領域の修正が可能である請求項４を引用する請求項１３に記載の画像解析装置。
【請求項15】
気管を含む被写体の動態を撮影して複数のフレーム画像からなる動態画像を取得する撮影装置と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置と、を備える画像解析システム。
請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置と、を備える画像解析システム。
【請求項16】
画像解析装置の画像解析方法であって、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信ステップと、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定ステップと、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出ステップと、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測ステップと、を備える画像解析方法。
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信ステップと、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定ステップと、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出ステップと、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測ステップと、を備える画像解析方法。
【請求項17】
画像解析装置のコンピューターを、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定部、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部、として機能させるプログラム。
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定部、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部、として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像解析装置、画像解析システム、画像解析方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
気管・気管支が軟化して縮むことで、息を吐いた時に気道が狭窄する疾患である気管・気管支軟化症が知られている。画像解析装置により、気管・気管支が狭窄しているか否かを画像から判定するためには、画像から気管領域を特定する必要がある。
【0003】
そこで、例えば特許文献１には、声帯位置と気管支の樹状構造の分岐位置を検出することで気管領域を特定する医用画像処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－２２６７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の発明は、気管・気管支軟化症において、狭窄が起こらない胸腔外も気管領域として特定する。そのため、気管・気管支が狭窄しているか否かを判定する際にその精度が低下するおそれがある。
【0006】
本発明の課題は、高精度に気管・気管支の狭窄状態を推定可能な画像解析装置、画像解析システム、画像解析方法及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、画像解析装置であって、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部と、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域と設定する設定部と、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部と、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部と、を備える。
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部と、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域と設定する設定部と、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部と、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部と、を備える。
【0008】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
前記設定部は、胸郭の構造物に基づいて前記胸腔内領域を設定する。
前記設定部は、胸郭の構造物に基づいて前記胸腔内領域を設定する。
【0009】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像解析装置であって、
前記胸郭の構造物は、胸鎖骨関節部、椎体及び胸郭肋骨のうち少なくとも一つである。
前記胸郭の構造物は、胸鎖骨関節部、椎体及び胸郭肋骨のうち少なくとも一つである。
【0010】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
前記設定部は、気管支領域を設定し、
前記計測部は、前記気管支領域を除く範囲で気管径を計測する。
前記設定部は、気管支領域を設定し、
前記計測部は、前記気管支領域を除く範囲で気管径を計測する。
【0011】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
前記計測部の計測結果を表示部に表示する表示制御部を備える。
前記計測部の計測結果を表示部に表示する表示制御部を備える。
【0012】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像解析装置であって、
前記表示制御部は、前記計測結果として、前記複数のフレーム画像における気管径の平均値、最大値、最小値及び分散値のグラフ、最大フレーム画像及び最小フレーム画像、気管径の径変化量及び径変化率あるいはフレーム画像における気管径の最大径及び最小径のうち少なくともいずれかを表示する。
前記表示制御部は、前記計測結果として、前記複数のフレーム画像における気管径の平均値、最大値、最小値及び分散値のグラフ、最大フレーム画像及び最小フレーム画像、気管径の径変化量及び径変化率あるいはフレーム画像における気管径の最大径及び最小径のうち少なくともいずれかを表示する。
【0013】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
被写体の呼気状態を特定する特定部を備え、
前記計測部は、前記特定部の特定内容に基づいて気管径を計測する前記フレーム画像を選択する。
被写体の呼気状態を特定する特定部を備え、
前記計測部は、前記特定部の特定内容に基づいて気管径を計測する前記フレーム画像を選択する。
【0014】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像解析装置であって、
前記特定部は、前記フレーム画像が呼気開始時のフレーム画像あるいは呼気終末時のフレーム画像であるかを特定する。
前記特定部は、前記フレーム画像が呼気開始時のフレーム画像あるいは呼気終末時のフレーム画像であるかを特定する。
【0015】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の画像解析装置であって、
前記特定部は、肺野の面積、画素値あるいは横隔膜の位置の少なくともいずれかに基づいて被写体の呼気状態を特定する。
前記特定部は、肺野の面積、画素値あるいは横隔膜の位置の少なくともいずれかに基づいて被写体の呼気状態を特定する。
【0016】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
胸腔内気管領域の濃度の経時変化を測定する測定部を備える。
胸腔内気管領域の濃度の経時変化を測定する測定部を備える。
【0017】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の画像解析装置であって、
前記計測部は、前記気管壁について人体の頭尾方向と垂直な方向に代表点を抽出して、人体の頭尾方向に当該代表点を連ねた代表線をもとに当該代表線を構成する各点における傾きに対する法線から、気管径を計測する。
前記計測部は、前記気管壁について人体の頭尾方向と垂直な方向に代表点を抽出して、人体の頭尾方向に当該代表点を連ねた代表線をもとに当該代表線を構成する各点における傾きに対する法線から、気管径を計測する。
【0018】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の画像解析装置であって、
前記代表点は、左右前記気管壁の中点である。
前記代表点は、左右前記気管壁の中点である。
【0019】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置であって、
前記気管壁の修正が可能な修正部を備え、
前記計測部は、前記修正部による前記気管壁の修正に基づき、気管径を再計測する。
前記気管壁の修正が可能な修正部を備え、
前記計測部は、前記修正部による前記気管壁の修正に基づき、気管径を再計測する。
【0020】
請求項１４に記載の発明は、請求項４を引用する請求項１３に記載の画像解析装置であって、
前記修正部は、前記胸腔内領域及び／又は前記気管支領域の修正が可能である。
前記修正部は、前記胸腔内領域及び／又は前記気管支領域の修正が可能である。
【0021】
請求項１５に記載の発明は、画像解析システムであって、
気管を含む被写体の動態を撮影して複数のフレーム画像からなる動態画像を取得する撮影装置と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置と、を備える。
気管を含む被写体の動態を撮影して複数のフレーム画像からなる動態画像を取得する撮影装置と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像解析装置と、を備える。
【0022】
請求項１６に記載の発明は、
画像解析装置の画像解析方法であって、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信ステップと、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定ステップと、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出ステップと、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測ステップと、を備える。
画像解析装置の画像解析方法であって、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信ステップと、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定ステップと、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出ステップと、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測ステップと、を備える。
【0023】
請求項１７に記載の発明は、プログラムであって、
画像解析装置のコンピューターを、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定部、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部、として機能させる。
画像解析装置のコンピューターを、
気管を含む被写体の呼気状態を動態撮影した複数のフレーム画像からなる動態画像を受信する受信部、
前記複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域として設定する設定部、
前記複数のフレーム画像から気管壁を抽出する抽出部、
前記胸腔内領域内の前記気管壁から気管径を計測する計測部、として機能させる。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、高精度に気管・気管支の狭窄状態を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】画像解析システムの全体構成を示す図である。
【図2】撮影制御処理のフローチャートである。
【図3】狭窄状態推定処理のフローチャートである。
【図4】フレーム画像のクロップ処理のフローチャートである。
【図5】クロップ処理の一例を示す図である。
【図6】胸腔内領域、胸腔内気管領域、胸腔外領域及び気管支領域を示す図である。
【図7】気管壁抽出処理のフローチャートである。
【図8A】気管領域の４点の検出処理を示す図である。
【図8B】補間された気管領域を示す図である。
【図9】気管径計測処理のフローチャートである。
【図10A】気管の中線を示す図である。
【図10B】気管の法線と、法線と気管壁の交点を示す図である。
【図10C】気管の最大径及び最小径を示す図である。
【図11】呼気フレーム画像検出処理を示すフローチャートである。
【図12】推定結果が表示された表示部を示す図である。
【図13】他の例に係る表示部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【0027】
［画像解析システム］
図１に、本実施形態に係る画像解析装置である診断用コンソール３を備える画像解析システム１００の全体構成を示す。
図１に、本実施形態に係る画像解析装置である診断用コンソール３を備える画像解析システム１００の全体構成を示す。
【0028】
図１に示すように、画像解析システム１００は、撮影装置１及び撮影用コンソール２が通信ケーブル等により接続される。また、撮影用コンソール２及び診断用コンソール３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークＮＴを介して接続される。画像解析システム１００を構成する各装置は、ＤＩＣＯＭ（Digital Image and Communications in Medicine）規格に準じる。そのため、各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭに則る。
【0029】
〔撮影装置〕
撮影装置１は、例えば、被写体Ｍの動態を撮影する撮影手段である。撮影装置１は、被写体Ｍに対し、Ｘ線等の放射線をパルス状にして所定間隔で繰り返し照射するパルス照射をする。もしくは、撮影装置１は、低線量率にして途切れなく継続して照射する連続照射をする。撮影装置１は、このようなパルス照射ないし連続照射による動態撮影で、被写体Ｍの動態を示す複数の画像を取得する。ここで、動態撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。ここで、動態撮影には動画撮影が含まれるが、動画を表示しながら静止画を撮影するものは含まれない。また、動態画像には動画が含まれるが、動画を表示しながら静止画を撮影して得られた画像は含まれない。
なお、以下の実施形態では、撮影装置１が、パルス照射で胸部を動態撮影する場合を例示する。
撮影装置１は、例えば、被写体Ｍの動態を撮影する撮影手段である。撮影装置１は、被写体Ｍに対し、Ｘ線等の放射線をパルス状にして所定間隔で繰り返し照射するパルス照射をする。もしくは、撮影装置１は、低線量率にして途切れなく継続して照射する連続照射をする。撮影装置１は、このようなパルス照射ないし連続照射による動態撮影で、被写体Ｍの動態を示す複数の画像を取得する。ここで、動態撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。ここで、動態撮影には動画撮影が含まれるが、動画を表示しながら静止画を撮影するものは含まれない。また、動態画像には動画が含まれるが、動画を表示しながら静止画を撮影して得られた画像は含まれない。
なお、以下の実施形態では、撮影装置１が、パルス照射で胸部を動態撮影する場合を例示する。
【0030】
（放射線源）
放射線源１１は、被写体Ｍを挟んで放射線検出部１３と対向する位置に配置される。放射線源１１は、放射線照射制御装置１２の制御に従って、被写体Ｍに対し放射線（Ｘ線）を照射する。
放射線源１１は、被写体Ｍを挟んで放射線検出部１３と対向する位置に配置される。放射線源１１は、放射線照射制御装置１２の制御に従って、被写体Ｍに対し放射線（Ｘ線）を照射する。
【0031】
（放射線照射制御装置）
放射線照射制御装置１２は、撮影用コンソール２に接続される。放射線照射制御装置１２は、撮影用コンソール２から入力された放射線照射条件に基づいて放射線源１１を制御して放射線撮影をする。当該放射線照射条件とは、例えば、パルスレート、パルス幅、パルス間隔、１撮影あたりの撮影フレーム数、Ｘ線管電流の値、Ｘ線管電圧の値及び付加フィルター種等である。パルスレートは、１秒あたりの放射線照射回数であり、後述するフレームレートと一致する。パルス幅は、放射線照射１回当たりの放射線照射時間である。パルス間隔は、１回の放射線照射開始から次の放射線照射開始までの時間であり、後述するフレーム間隔と一致する。
放射線照射制御装置１２は、撮影用コンソール２に接続される。放射線照射制御装置１２は、撮影用コンソール２から入力された放射線照射条件に基づいて放射線源１１を制御して放射線撮影をする。当該放射線照射条件とは、例えば、パルスレート、パルス幅、パルス間隔、１撮影あたりの撮影フレーム数、Ｘ線管電流の値、Ｘ線管電圧の値及び付加フィルター種等である。パルスレートは、１秒あたりの放射線照射回数であり、後述するフレームレートと一致する。パルス幅は、放射線照射１回当たりの放射線照射時間である。パルス間隔は、１回の放射線照射開始から次の放射線照射開始までの時間であり、後述するフレーム間隔と一致する。
【0032】
（放射線検出部）
放射線検出部１３は、被写体Ｍを挟んで放射線源１１と対向するように設けられる。放射線検出部１３は、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等の半導体イメージセンサーにより構成される。ＦＰＤは、例えば、ガラス基板等を有する。ＦＰＤの基板上の所定位置には、複数の検出素子（画素）がマトリクス状に配列される。検出素子は、放射線源１１から照射されて少なくとも被写体Ｍを透過した放射線をその強度に応じて検出する。また、検出素子は、検出した放射線を電気信号に変換して蓄積する。各画素は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）等のスイッチング部を備えて構成される。ＦＰＤには、例えばシンチレーターを介して光電変換素子によりＸ線を電気信号に変換する間接変換型がある。また、ＦＰＤには、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型がある。本実施形態においては、放射線検出部１３は、間接変換型のＦＰＤを用いても、直接変換型のＦＰＤを用いてもよい。
放射線検出部１３は、被写体Ｍを挟んで放射線源１１と対向するように設けられる。放射線検出部１３は、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等の半導体イメージセンサーにより構成される。ＦＰＤは、例えば、ガラス基板等を有する。ＦＰＤの基板上の所定位置には、複数の検出素子（画素）がマトリクス状に配列される。検出素子は、放射線源１１から照射されて少なくとも被写体Ｍを透過した放射線をその強度に応じて検出する。また、検出素子は、検出した放射線を電気信号に変換して蓄積する。各画素は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）等のスイッチング部を備えて構成される。ＦＰＤには、例えばシンチレーターを介して光電変換素子によりＸ線を電気信号に変換する間接変換型がある。また、ＦＰＤには、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型がある。本実施形態においては、放射線検出部１３は、間接変換型のＦＰＤを用いても、直接変換型のＦＰＤを用いてもよい。
【0033】
（読取制御装置）
読取制御装置１４は、撮影用コンソール２に接続される。読取制御装置１４は、放射線検出部１３の各画素のスイッチング部を制御する。当該制御は、撮影用コンソール２から入力された画像読取条件に基づく。
読取制御装置１４は、撮影用コンソール２に接続される。読取制御装置１４は、放射線検出部１３の各画素のスイッチング部を制御する。当該制御は、撮影用コンソール２から入力された画像読取条件に基づく。
【0034】
読取制御装置１４は、各画素に蓄積された電気信号の読み取りをスイッチングして、放射線検出部１３に蓄積された電気信号を読み取ることで、画像データを取得する。この画像データがフレーム画像である。各フレーム画像は、各画素の濃度を表す信号値からなる。そして、読取制御装置１４は、取得したフレーム画像を撮影用コンソール２に出力する。
【0035】
画像読取条件は、例えば、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ及び画像サイズ（マトリックスサイズ）等である。フレームレートは、１秒あたりに取得するフレーム画像数であり、パルスレートと一致する。フレーム間隔は、１回のフレーム画像の取得動作開始から次のフレーム画像の取得動作開始までの時間であり、パルス間隔と一致する。
【0036】
放射線照射制御装置１２と読取制御装置１４は、互いに接続される。放射線照射制御装置１２と読取制御装置１４は、互いに同期信号をやりとりして放射線照射動作と画像読取動作を同調させる。
【0037】
〔撮影用コンソール〕
撮影用コンソール２は、放射線照射条件や画像読取条件を撮影装置１に出力する。そして、撮影用コンソール２は、撮影装置１による放射線撮影及び放射線画像の読み取りを制御する。また、撮影用コンソール２は、撮影装置１が取得した動態画像を表示する。これにより、撮影技師等の撮影実施者がポジショニングを確認できる。また、これにより、撮影技師等の撮影実施者が、診断に適した画像であるか否かを確認できる。
撮影用コンソール２は、放射線照射条件や画像読取条件を撮影装置１に出力する。そして、撮影用コンソール２は、撮影装置１による放射線撮影及び放射線画像の読み取りを制御する。また、撮影用コンソール２は、撮影装置１が取得した動態画像を表示する。これにより、撮影技師等の撮影実施者がポジショニングを確認できる。また、これにより、撮影技師等の撮影実施者が、診断に適した画像であるか否かを確認できる。
【0038】
撮影用コンソール２は、図１に示すように、制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４及び通信部２５等を備える。撮影用コンソール２の各部は、バス２６で接続する。
【0039】
（制御部）
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。制御部２１のＣＰＵは、操作部２３の操作に応じて、記憶部２２に記憶されたシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開する。制御部２１のＣＰＵは、展開されたプログラムに従って、後述する撮影制御処理をはじめとする各種処理を実行する。制御部２１のＣＰＵは、撮影用コンソール２各部の動作や、撮影装置１の放射線照射動作及び読み取り動作を集中制御する。
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。制御部２１のＣＰＵは、操作部２３の操作に応じて、記憶部２２に記憶されたシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開する。制御部２１のＣＰＵは、展開されたプログラムに従って、後述する撮影制御処理をはじめとする各種処理を実行する。制御部２１のＣＰＵは、撮影用コンソール２各部の動作や、撮影装置１の放射線照射動作及び読み取り動作を集中制御する。
【0040】
（記憶部）
記憶部２２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部２２は、制御部２１で実行される各種プログラムや、各種プログラムによる処理を実行するのに必要なパラメーター、或いは処理結果等のデータを記憶する。例えば、記憶部２２は、図２に示す撮影制御処理を実行するためのプログラムを記憶する。また、記憶部２２は、検査対象部位や撮影方向に対応付けて放射線照射条件及び画像読取条件を記憶する。各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、制御部２１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
記憶部２２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部２２は、制御部２１で実行される各種プログラムや、各種プログラムによる処理を実行するのに必要なパラメーター、或いは処理結果等のデータを記憶する。例えば、記憶部２２は、図２に示す撮影制御処理を実行するためのプログラムを記憶する。また、記憶部２２は、検査対象部位や撮影方向に対応付けて放射線照射条件及び画像読取条件を記憶する。各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、制御部２１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
【0041】
（操作部）
操作部２３は、カーソルキー、数字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備える。操作部２３は、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部２１に出力する。また、操作部２３は、表示部２４の表示画面にタッチパネルを備えても良い。この場合、操作部２３は、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部２１に出力する。
操作部２３は、カーソルキー、数字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備える。操作部２３は、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部２１に出力する。また、操作部２３は、表示部２４の表示画面にタッチパネルを備えても良い。この場合、操作部２３は、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部２１に出力する。
【0042】
（表示部）
表示部２４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターにより構成される。表示部２４は、制御部２１から入力される表示信号の指示に従って、操作部２３からの入力指示やデータ等を表示する。
表示部２４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターにより構成される。表示部２４は、制御部２１から入力される表示信号の指示に従って、操作部２３からの入力指示やデータ等を表示する。
【0043】
（通信部）
通信部２５は、ＬＡＮアダプター、モデムあるいはＴＡ（Terminal Adapter）等を備える。通信部２５は、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。
通信部２５は、ＬＡＮアダプター、モデムあるいはＴＡ（Terminal Adapter）等を備える。通信部２５は、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。
【0044】
〔診断用コンソール〕
診断用コンソール３は、図１に示すように、制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４及び通信部３５等を備えて構成される装置である。診断用コンソール３の各部は、バス３６で接続する。診断用コンソール３は、撮影用コンソール２から動態画像を取得する。診断用コンソール３は、取得した動態画像に基づいて、気管及び／又は気管支（以下、気管・気管支と表記）の狭窄状態を表す特徴量を測定する。診断用コンソール３は、特徴量の測定結果に基づいて気管・気管支の狭窄状態を推定する。
診断用コンソール３は、図１に示すように、制御部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４及び通信部３５等を備えて構成される装置である。診断用コンソール３の各部は、バス３６で接続する。診断用コンソール３は、撮影用コンソール２から動態画像を取得する。診断用コンソール３は、取得した動態画像に基づいて、気管及び／又は気管支（以下、気管・気管支と表記）の狭窄状態を表す特徴量を測定する。診断用コンソール３は、特徴量の測定結果に基づいて気管・気管支の狭窄状態を推定する。
【0045】
（制御部）
制御部３１は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等により構成される。制御部３１のＣＰＵは、操作部３３の操作に応じて、記憶部３２に記憶されたシステムプログラムや、各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開する。また、制御部３１のＣＰＵは、展開されたプログラムに従って、後述する狭窄状態推定処理を始めとする各種処理を実行し、診断用コンソール３の各部の動作を集中制御する。
制御部３１は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等により構成される。制御部３１のＣＰＵは、操作部３３の操作に応じて、記憶部３２に記憶されたシステムプログラムや、各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開する。また、制御部３１のＣＰＵは、展開されたプログラムに従って、後述する狭窄状態推定処理を始めとする各種処理を実行し、診断用コンソール３の各部の動作を集中制御する。
【0046】
後述するように、本発明において、制御部３１は、動態画像を受信する受信部として機能する。また、制御部３１は、複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域Ｒ１（図６参照）として設定する設定部として機能する。また、制御部３１は、複数のフレーム画像から気管壁Ｗ（図８Ｂ参照）を抽出する抽出部として機能する。また、制御部３１は、胸腔内領域Ｒ１内の気管壁Ｗから気管径ｒ（図１０Ｃ参照）を計測する計測部として機能する。また、制御部３１は、計測部の計測結果を表示部３４に表示する表示制御部として機能する。また、制御部３１は、被写体Ｍの呼気状態を特定する特定部として機能する。また、制御部３１は、抽出された気管壁Ｗを修正する修正部として機能する。また、制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２（図６参照）の濃度の計時変化を測定する測定部として機能する。
【0047】
（記憶部）
記憶部３２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部３２は、各種プログラムやプログラムによる処理の実行に必要なパラメーター或いは処理結果等のデータを記憶する。当該各種プログラムには、制御部３１が図３に示す狭窄状態推定処理を実行するためのプログラムを含む。これらの各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で記憶部３２に格納される。制御部３１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
記憶部３２は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成される。記憶部３２は、各種プログラムやプログラムによる処理の実行に必要なパラメーター或いは処理結果等のデータを記憶する。当該各種プログラムには、制御部３１が図３に示す狭窄状態推定処理を実行するためのプログラムを含む。これらの各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で記憶部３２に格納される。制御部３１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
【0048】
また、記憶部３２には、各種の情報が患者情報及び検査情報に対応付けて記憶される。当該各種の情報とは、例えば過去に撮影された動態画像及びその動態画像から測定された気管・気管支の後述する狭窄率、狭窄の有無及び疾患の推定結果等である。なお、当該患者情報は、例えば、患者ＩＤ、患者の氏名、身長、体重、年齢及び性別等を含む。また、当該検査情報は、例えば、検査ＩＤ、検査日、検査対象部位及び正面あるいは側面といった撮影方向等を含む。
【0049】
（操作部）
操作部３３は、カーソルキー、数字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイス等を備えて構成される。操作部３３は、キー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部３１に出力する。また、操作部３３は、表示部３４の表示画面にタッチパネルを備えても良い。この場合、操作部３３は、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部３１に出力する。
操作部３３は、カーソルキー、数字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイス等を備えて構成される。操作部３３は、キー操作やマウス操作により入力された指示信号を制御部３１に出力する。また、操作部３３は、表示部３４の表示画面にタッチパネルを備えても良い。この場合、操作部３３は、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部３１に出力する。
【0050】
（表示部）
表示部３４は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニターにより構成される。表示部３４は、制御部３１から入力される表示信号の指示に従って、各種の表示をする。
表示部３４は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニターにより構成される。表示部３４は、制御部３１から入力される表示信号の指示に従って、各種の表示をする。
【0051】
（通信部）
通信部３５は、ＬＡＮアダプター、モデムあるいはＴＡ等を備える。通信部３５は、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。
通信部３５は、ＬＡＮアダプター、モデムあるいはＴＡ等を備える。通信部３５は、通信ネットワークＮＴに接続された各装置との間のデータ送受信を制御する。
【0052】
［画像解析システムの動作］
〔撮影制御処理〕
次に、本実施形態における上記画像解析システム１００の動作について説明する。まず、撮影装置１及び撮影用コンソール２による撮影動作について説明する。図２に、撮影用コンソール２の制御部２１で実行される撮影制御処理を示す。撮影制御処理は、制御部２１と記憶部２２に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
〔撮影制御処理〕
次に、本実施形態における上記画像解析システム１００の動作について説明する。まず、撮影装置１及び撮影用コンソール２による撮影動作について説明する。図２に、撮影用コンソール２の制御部２１で実行される撮影制御処理を示す。撮影制御処理は、制御部２１と記憶部２２に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
【0053】
（患者情報の入力）
まず、ユーザーにより撮影用コンソール２の操作部２３が操作される。当該操作により、被検者である被写体Ｍの患者情報及び検査情報が入力される（ステップＳ１０１）。
まず、ユーザーにより撮影用コンソール２の操作部２３が操作される。当該操作により、被検者である被写体Ｍの患者情報及び検査情報が入力される（ステップＳ１０１）。
【0054】
（放射線照射条件及び画像読取条件の設定）
次いで、放射線照射条件が記憶部２２から読み出されて放射線照射制御装置１２に設定される。また、画像読取条件が記憶部２２から読み出されて読取制御装置１４に設定される（ステップＳ１０２）。ここで、フレームレートは、呼気サイクルより短くなるように設定される。一般的な動態撮影のフレームレートは１５ｆｐｓである。しかしながら、呼気サイクルは周期が長いため、７．５ｆｐｓや３ｆｐｓなどとしてもよい。
次いで、放射線照射条件が記憶部２２から読み出されて放射線照射制御装置１２に設定される。また、画像読取条件が記憶部２２から読み出されて読取制御装置１４に設定される（ステップＳ１０２）。ここで、フレームレートは、呼気サイクルより短くなるように設定される。一般的な動態撮影のフレームレートは１５ｆｐｓである。しかしながら、呼気サイクルは周期が長いため、７．５ｆｐｓや３ｆｐｓなどとしてもよい。
【0055】
次いで、操作部２３の操作による放射線照射の指示が待機される（ステップＳ１０３）。ここで、撮影実施者は、被写体Ｍを放射線源１１と放射線検出部１３の間に配置してポジショニングをする。また、被写体Ｍに対して呼吸状態を指示する。具体的には、被写体Ｍに深呼吸を促す。あるいは、被写体Ｍに安静呼吸や努力呼吸を指示してもよい。撮影準備が整った時点で、撮影実施者は、操作部２３を操作して放射線照射指示を入力する。
【0056】
（動態撮影）
撮影実施者が放射線照射指示を入力すると（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、放射線照射制御装置１２及び読取制御装置１４に撮影開始指示が出力され、動態撮影が開始される。（ステップＳ１０４）。すなわち、放射線照射制御装置１２に設定されたパルス間隔で放射線源１１により放射線が照射され、放射線検出部１３によりフレーム画像が取得される。
撮影実施者が放射線照射指示を入力すると（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、放射線照射制御装置１２及び読取制御装置１４に撮影開始指示が出力され、動態撮影が開始される。（ステップＳ１０４）。すなわち、放射線照射制御装置１２に設定されたパルス間隔で放射線源１１により放射線が照射され、放射線検出部１３によりフレーム画像が取得される。
【0057】
操作部２３による放射線照射終了指示の入力後、制御部２１により放射線照射制御装置１２及び読取制御装置１４に撮影終了の指示が出力され、撮影動作が停止する。撮影実施者は、少なくとも呼気を含むタイミングで動態撮影するように、放射線照射終了を指示する。気管・気管支の狭窄は、呼気の最中に発生するからである。
【0058】
（動態画像記憶）
撮影により取得されたフレーム画像は、順次撮影用コンソール２に入力され、撮影順を示すフレーム番号と対応付けて記憶部２２に記憶される（ステップＳ１０５）。また、撮影により取得されたフレーム画像は、表示部２４に表示される（ステップＳ１０６）。撮影実施者は、表示された動態画像によりポジショニング等を確認して、撮影ＯＫであるか、撮影ＮＧであるかを判断する。撮影実施者は、操作部２３を操作して、判断結果を入力する。
撮影により取得されたフレーム画像は、順次撮影用コンソール２に入力され、撮影順を示すフレーム番号と対応付けて記憶部２２に記憶される（ステップＳ１０５）。また、撮影により取得されたフレーム画像は、表示部２４に表示される（ステップＳ１０６）。撮影実施者は、表示された動態画像によりポジショニング等を確認して、撮影ＯＫであるか、撮影ＮＧであるかを判断する。撮影実施者は、操作部２３を操作して、判断結果を入力する。
【0059】
（動態画像送信）
撮影ＯＫが入力された場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、制御部２１は、動態撮影で取得した一連のフレーム画像のそれぞれに、動態画像の識別情報を付帯する。当該識別情報は、例えば識別ＩＤ、患者情報、検査情報、放射線照射条件、画像読取条件及びフレーム番号等である。制御部２１は、例えばＤＩＣＯＭ形式で当該識別情報をヘッダ領域に書き込んだ画像データを、通信部２５を介して診断用コンソール３に送信する（ステップＳ１０８）。各フレーム画像への識別情報の付帯並びに診断用コンソール３への送信後、本処理は終了する。
撮影ＯＫが入力された場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、制御部２１は、動態撮影で取得した一連のフレーム画像のそれぞれに、動態画像の識別情報を付帯する。当該識別情報は、例えば識別ＩＤ、患者情報、検査情報、放射線照射条件、画像読取条件及びフレーム番号等である。制御部２１は、例えばＤＩＣＯＭ形式で当該識別情報をヘッダ領域に書き込んだ画像データを、通信部２５を介して診断用コンソール３に送信する（ステップＳ１０８）。各フレーム画像への識別情報の付帯並びに診断用コンソール３への送信後、本処理は終了する。
【0060】
（動態画像削除）
一方、撮影ＮＧが入力された場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）、制御部２１は、記憶部２２に記憶された一連のフレーム画像を削除して（ステップＳ１０９）、本処理は終了する。この場合、再撮影が必要となる。
一方、撮影ＮＧが入力された場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）、制御部２１は、記憶部２２に記憶された一連のフレーム画像を削除して（ステップＳ１０９）、本処理は終了する。この場合、再撮影が必要となる。
【0061】
本実施形態では、上記撮影制御処理で胸部正面及び／又は胸部側面の動態撮影をする。そして、動態撮影により、胸部正面及び／又は胸部側面の動態画像を取得する。
【0062】
〔狭窄状態推定処理〕
次に、診断用コンソール３による狭窄状態推定処理について、図３に基づいて説明する。
次に、診断用コンソール３による狭窄状態推定処理について、図３に基づいて説明する。
【0063】
（動態画像受信）
初めに、制御部３１は、撮影用コンソール２が撮影した胸部の動態画像の一連のフレーム画像を、通信部３５を介して受信する（ステップＳ２０１）。
初めに、制御部３１は、撮影用コンソール２が撮影した胸部の動態画像の一連のフレーム画像を、通信部３５を介して受信する（ステップＳ２０１）。
【0064】
（フレーム画像のクロップ）
制御部３１は、胸腔内の気管領域を抽出する前に、受信したフレーム画像をクロップする（ステップＳ２０２）。線量の少ない動態画像では気管壁上にあるエッジが不鮮明である。そのため、セグメンテーション処理を行う深層学習への入力画像は高い解像度を維持したいが、画像サイズが大きいと処理時間が増大してしまう。胸部画像上での気管領域の存在範囲は一部のみであるため、クロップすることで処理時間を削減できる。
制御部３１は、胸腔内の気管領域を抽出する前に、受信したフレーム画像をクロップする（ステップＳ２０２）。線量の少ない動態画像では気管壁上にあるエッジが不鮮明である。そのため、セグメンテーション処理を行う深層学習への入力画像は高い解像度を維持したいが、画像サイズが大きいと処理時間が増大してしまう。胸部画像上での気管領域の存在範囲は一部のみであるため、クロップすることで処理時間を削減できる。
【0065】
フレーム画像のクロップについて、図４及び図５を元に説明する。クロップ位置は、肺や胸郭や縦隔や鎖骨などの解剖学的なランドマークを検出して決定すればよく、別途機械学習等を用いて認識した肺野マスクの位置情報を利用して決定すればよい。具体的には、制御部３１は、左右肺それぞれの外接矩形と、当該外接矩形を構成する４点の座標を取得する（ステップＳ２０２１）。制御部３１は、左右肺のうち、上端の位置が高い方のｙ座標ｙｔｏｐを求め、クロップ領域の上端位置の基準とする（ステップＳ２０２２）。これにより、胸腔外をクロップ領域外とできる。また、制御部３１は、右肺の外接矩形右端のｘ座標ｘｒｉｇｈｔと、左肺の外接矩形左端のｘ座標ｘｌｅｆｔに基づいて、クロップ領域のｘ方向中心座標を表すｘｃｅｎｔｅｒを求める（ステップＳ２０２３）。ｘｃｅｎｔｅｒの求め方は、下記（式１）に基づく。なお、（式１）において、αは固定値だが、気管は右肺側に寄っている傾向があることから、αは０．５以上とすることが望ましい。
ｘｃｅｎｔｅｒ＝α・ｘｒｉｇｈｔ＋（１．０－α）・ｘｌｅｆｔ…（式１）
ｘｃｅｎｔｅｒ＝α・ｘｒｉｇｈｔ＋（１．０－α）・ｘｌｅｆｔ…（式１）
【0066】
ｙｔｏｐ並びにｘｃｅｎｔｅｒの算出後、制御部３１は、座標（ｘｃｅｎｔｅｒ、ｙｔｏｐ）を上端中央としてクロップ領域を決定し、フレーム画像をクロップする（ステップＳ２０２４）。なお、クロップ領域の縦幅と横幅は、固定値でもよく、肺野マスクの大きさ等に比例する可変値としてもよい。
【0067】
フレーム画像のクロップにより、後述するステップＳ２０３で、深層学習に画像入力する際に解像度が維持され、各種処理が軽量化する。なお、制御部３１は、クロップせずに、胸腔内の気管領域を抽出してもよい。
【0068】
なお、以下においては、図６に示すように、胸腔内領域でかつ気管支領域Ｒ４を除いた領域Ｒ１を「胸腔内領域Ｒ１」とし、胸腔内領域Ｒ１内の気管領域を「胸腔内気管領域Ｒ２」とする。また、胸腔内領域Ｒ１よりも上側の領域Ｒ３は胸腔外領域Ｒ３である。
【0069】
（セグメンテーション処理）
フレーム画像のクロップ後、制御部３１は、セグメンテーション処理では、胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを直接抽出する。すなわち、胸腔内領域Ｒ１と、気管領域又は気管壁とを同時抽出し、その重複領域が胸腔内領域Ｒ２又は気管壁Ｗとなる（ステップＳ２０３）。セグメンテーション処理では、深層学習を用い、予め胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを正解画像としてモデルを学習させておくことで、推論を可能とする。同時抽出とすることで、処理構成がシンプルで高速になる効果がある。
フレーム画像のクロップ後、制御部３１は、セグメンテーション処理では、胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを直接抽出する。すなわち、胸腔内領域Ｒ１と、気管領域又は気管壁とを同時抽出し、その重複領域が胸腔内領域Ｒ２又は気管壁Ｗとなる（ステップＳ２０３）。セグメンテーション処理では、深層学習を用い、予め胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを正解画像としてモデルを学習させておくことで、推論を可能とする。同時抽出とすることで、処理構成がシンプルで高速になる効果がある。
【0070】
正解画像の作成においては、例えば、胸鎖骨関節部、肺尖上端あるいは胸郭肋骨等を胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗの上端としておく。また、気管支分岐点から椎体１つ分上の部分又は気管壁Ｗが分岐により膨らんだ部分等を胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗの下端としておく。これにより、胸腔内のみが胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗとして抽出され、制御部３１が、高精度に気管・気管支の狭窄状態を推定できる。また、胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗが気管支領域Ｒ４を含まないため、分岐による気管径ｒや気管径ｒの径変化率等の計測方法の定義の混乱を招かない範囲で、高精度に気管の狭窄状態を推定できる。
【0071】
同時抽出を行わない場合は、深層学習モデルは胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを胸腔外領域Ｒ３や気管支領域Ｒ４を含む正解画像を用いて学習させておく。そして、深層学習モデルを推論して得られた気管領域に対し、別手段で計測範囲である胸腔内領域Ｒ１の内側に限定することで、胸腔内気管領域Ｒ２又は気管壁Ｗを特定する。計測範囲は、すなわち胸腔内領域Ｒ１である。
【0072】
計測範囲検出手段は、ランドマーク検出等を用いれば良い。ステップＳ２０３において、制御部３１は、例えば胸鎖骨関節部、肺尖上端あるいは胸郭肋骨等を胸腔内領域Ｒ１の上端部として検出する。また、制御部３１は、例えば気管支分岐点から椎体１つ分上までの部分又は気管壁Ｗが分岐により膨らんだ部分まで等を気管支領域Ｒ４の上端位置として検出する。これにより、胸腔内のみが胸腔内気管領域Ｒ１として抽出され、制御部３１が、高精度に気管・気管支の狭窄状態を推定できる。
【0073】
なお、制御部３１の深層学習モデルに、胸腔内気管領域Ｒ２と気管支領域Ｒ４上端の２つのセグメンテーション出力を行うようにマルチタスクで学習させておくのが好ましい。当該構成とすることで、気管支領域Ｒ４上端の認識にも重み付けでき、同時抽出の精度を上げることができる。また、当該同時抽出においては、深層学習内部における各画素の受容野の半径を、上下各々の計測範囲境界近傍の気管画素から、上下各々の計測範囲定義構造物までの距離以上とする。ここで、計測範囲定義構造物とは、胸鎖骨関節部や気管分岐点を指す。このように、受容野を広くすることで、気管壁Ｗの認識と、気管方向である上下方向の認識が同時にできる。
【0074】
（気管壁抽出）
制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２から左右の気管壁Ｗを抽出する（ステップＳ２０４）。気管壁Ｗの抽出について、図７、図８Ａ及び図８Ｂを元に説明する。制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２の推論結果に対して二値化及びノイズ除去をする（ステップＳ２０４１）。そして、制御部３１は、図８Ａに示すように、胸腔内気管領域Ｒ２の左上、右上、左下、右下の四隅の点を検出する（ステップＳ２０４２）。そして、制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２の輪郭のうち左下の点から左上の点までの点列、また、胸腔内気管領域Ｒ２の輪郭のうち右下の点から右上の点までの点列をそれぞれ気管壁Ｗとする。
制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２から左右の気管壁Ｗを抽出する（ステップＳ２０４）。気管壁Ｗの抽出について、図７、図８Ａ及び図８Ｂを元に説明する。制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２の推論結果に対して二値化及びノイズ除去をする（ステップＳ２０４１）。そして、制御部３１は、図８Ａに示すように、胸腔内気管領域Ｒ２の左上、右上、左下、右下の四隅の点を検出する（ステップＳ２０４２）。そして、制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２の輪郭のうち左下の点から左上の点までの点列、また、胸腔内気管領域Ｒ２の輪郭のうち右下の点から右上の点までの点列をそれぞれ気管壁Ｗとする。
【0075】
深層学習のセグメンテーション処理はしばしば未検出または過検出することから、後処理にて補正してもよい。制御部３１は、左上から左下へ左気管壁Ｗを特定する際に、気管壁Ｗの傾きが大きく変動する点を不連続点として検出し、左下から左上への逆方向にも同様に不連続点を検出する。そして、制御部３１は、２つの不連続点を直線等で接続することで、未検出または過検出を補正した左気管壁Ｗを得る（ステップＳ２０４３）。右気管壁Ｗについても同様である。
なお、気管壁Ｗの上端や下端は、左と右それぞれの気管壁Ｗの上端位置と下端位置に基づき、決定すればよく、好適には、左右の気管壁の短い側に合わせればよい。
なお、気管壁Ｗの上端や下端は、左と右それぞれの気管壁Ｗの上端位置と下端位置に基づき、決定すればよく、好適には、左右の気管壁の短い側に合わせればよい。
【0076】
また、制御部３１は、ステップＳ２０３における深層学習の際に、気管壁領域を直接推定してもよい。具体的には制御部３１は、気管壁領域の推定後に、気管壁領域の左上、右上、左下、右下の四隅の点を検出する。そして、制御部３１は、気管壁領域の輪郭のうち左下の点から左上の点までの点列、また、気管壁領域の輪郭のうち右下の点から右上の点までの点列をそれぞれ気管壁Ｗとする。
【0077】
（気管径計測）
制御部３１は、各フレーム画像における、胸腔内気管領域Ｒ２内の気管径ｒの最大径及び最小径を計測する（ステップＳ２０５）。一のフレーム画像における、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径の計測について、図９及び図１０Ａから図１０Ｃを元に説明する。
制御部３１は、各フレーム画像における、胸腔内気管領域Ｒ２内の気管径ｒの最大径及び最小径を計測する（ステップＳ２０５）。一のフレーム画像における、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径の計測について、図９及び図１０Ａから図１０Ｃを元に説明する。
【0078】
従来、複数時相のＣＴ画像で気管狭窄を推定する手法においては、ＣＴ画像のスキャン方向の1つであるAxial断面で胸腔内気管領域Ｒ２の面積を複数時相で算出し、面積変化率をもとに気管狭窄を推定していた。動態画像においても従来、動態画像のＹ方向を人体の頭尾方向とした際のＸ方向に、左右の気管壁間の距離を計測し、気管径としている研究があった。しかし、実際には気管は人体の頭尾方向に真っすぐでは無く斜めに曲がっているため、本来の気管径を精度よく計測できず、気管狭窄の推定の精度が悪かった。
【0079】
これを解決するため本手法では、気管の走行方向を特定し、走行方向の法線方向に左右気管壁Ｗとの交点を算出し、交点間の距離を気管径ｒとして算出する。具体的には、図１０Ａに示すように、制御部３１は、各ｙ座標にて、左右気管壁Ｗの代表点としてたとえば中点を計算して、胸腔内気管領域Ｒ２の中線Ｃを代表線として求める（ステップＳ２０５１）。中線Ｃの算出後、制御部３１は、図１０Ｂに示すように、当該中線Ｃの各点における傾きを求め、当該傾きに対する法線を求める（ステップＳ２０５２）。そして、制御部３１は、当該法線と左右気管壁Ｗの交点をそれぞれ求め、当該法線と左右気管壁Ｗの交点それぞれを結ぶ線分を気管径ｒとする（ステップＳ２０５３）。
【0080】
制御部３１は、このような複数の気管径ｒから、図１０Ｃに示すような気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を決定する（ステップＳ２０５４）。
【0081】
制御部３１は、全てのフレーム画像で胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を計測したか判定する（ステップＳ２０６）。全てのフレーム画像における胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を計測していない場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、制御部３１は、ステップＳ２０２に遷移する。そして、制御部３１は、他のフレーム画像における胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を計測する。
【0082】
（フレーム画像検出）
全てのフレーム画像で胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を計測した後（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、制御部３１は、狭窄状態の推定に用いるフレーム画像を検出する（ステップＳ２０７）。
全てのフレーム画像で胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径及び最小径を計測した後（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、制御部３１は、狭窄状態の推定に用いるフレーム画像を検出する（ステップＳ２０７）。
【0083】
狭窄状態の推定に用いるフレーム画像の検出について、図１１を元に説明する。制御部３１は、フレーム画像毎の肺野面積を、０．０～１．０の範囲で正規化する（ステップＳ２０７１）。そして、制御部３１は、各フレーム画像における肺野面積の変化量を算出する（ステップＳ２０７２）。そして、制御部３１は、閾値処理により、呼気開始時のフレーム画像である呼気開始フレーム画像を検出する。また、制御部３１は、閾値処理により、呼気終末時のフレーム画像である呼気終末フレーム画像を検出する（ステップＳ２０７３）。なお、以下においては呼気開始フレーム画像及び呼気終末フレーム画像をまとめて呼気フレーム画像と呼ぶ。
【0084】
具体的には、制御部３１は、時間順方向に探索して肺野面積が所定の閾値以下となる最初のフレーム画像を呼気終末フレーム画像として検出する。呼気終末フレーム画像の検出における、肺野面積の当該所定の閾値は、例えば０．３である。また、制御部３１は、呼気終末フレーム画像から時間逆方向に探索して肺野面積が所定の閾値以上となる最初のフレーム画像を呼気開始フレーム画像として検出する。呼気開始フレーム画像の検出における、肺野面積の当該所定の閾値は、例えば０．７である。なお、呼気フレーム画像の検出順はいずれかが先でもよい。また、肺野面積の変化量が閾値以下に収まり、平坦に近付いているか否かに基づいて呼気フレーム画像を検出してもよい。
【0085】
また、呼気開始時は吸気位であり、肺組織が広がり疎になることから、肺野領域が高い画素値になる。また、呼気終末時は呼気位であり、肺組織が縮み密になることから、肺野領域が低い画素値になる。そのため、肺野の画素値に基づいて呼気フレーム画像を検出してもよい。
【0086】
また、呼気開始時は吸気位であり、横隔膜は相対的に下方に位置する。また、呼気終末時は呼気位であり、横隔膜は相対的に上方に位置する。そのため、横隔膜の位置に基づいて呼気フレーム画像を検出してもよい。
【0087】
制御部３１は、呼気開始フレーム画像の周辺のフレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径が最も大きいフレーム画像である、最大フレーム画像を検出する。また、制御部３１は、呼気終末フレーム画像の周辺のフレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最小径が最も小さいフレーム画像である、最小フレーム画像を検出する（ステップＳ２０７４）。これは、胸腔内気管領域Ｒ２は呼気開始時に最も広がるからである。また、胸腔内気管領域Ｒ２の狭窄は、呼気終末時に発生するからである。なお、「呼気フレーム画像の周辺のフレーム画像」とは、例えば、呼気フレーム画像から例えば１秒以内に撮影されたフレーム画像を指す。
【0088】
（気管径の最大径・最小径取得、径変化量・径変化率算出）
最大フレーム画像及び最小フレーム画像の検出後、制御部３１は、最大フレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径Dmaxを取得する。また、制御部３１は、最小フレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最小径Dminを取得する（ステップＳ２０８）。そして、制御部３１は、Dmax及びDminから径変化量及び径変化率を算出する（ステップＳ２０９）。なお、径変化率は、（式２）により算出できる。
径変化率＝｛（Dmax－Dmin）／Dmax｝×１００［％］…（式２）
最大フレーム画像及び最小フレーム画像の検出後、制御部３１は、最大フレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径Dmaxを取得する。また、制御部３１は、最小フレーム画像から、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最小径Dminを取得する（ステップＳ２０８）。そして、制御部３１は、Dmax及びDminから径変化量及び径変化率を算出する（ステップＳ２０９）。なお、径変化率は、（式２）により算出できる。
径変化率＝｛（Dmax－Dmin）／Dmax｝×１００［％］…（式２）
【0089】
（推定結果表示）
制御部３１は、表示部３４に推定結果を表示する（ステップＳ２１０）。図１２に推定結果が表示された表示部３４の一例を示す。図１２に示すように、表示部３４には、一のフレーム画像の左右の気管壁Ｗ、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径、最小径及びその値が表示される。
制御部３１は、表示部３４に推定結果を表示する（ステップＳ２１０）。図１２に推定結果が表示された表示部３４の一例を示す。図１２に示すように、表示部３４には、一のフレーム画像の左右の気管壁Ｗ、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径、最小径及びその値が表示される。
【0090】
制御部３１は、径変化率が所定の閾値以上である場合、胸腔内気管領域Ｒ２が狭窄状態であると判定する。他方、制御部３１は、径変化率が所定の閾値未満である場合、胸腔内気管領域Ｒ２が狭窄状態ではないと判定する。
【0091】
一般的な診断では、気管又は気管支の断面積が５０％以上変化した場合、狭窄状態であると判断する。また、気管又は気管支の断面を正円と仮定すると、気管又は気管支の断面積は「半径×半径×π」となる。そのため、当該所定の閾値は２９．３％とすることが好ましい。
【0092】
なお、表示部３４における表示内容としては、一のフレーム画像の左右の気管壁Ｗ、胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径、最小径及びその値に限られない。図１２に示すように、横軸にフレーム番号、縦軸に各フレーム画像における胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの最大径、最小径及び肺野面積をプロットしたグラフを表示してもよい。また、横軸に計測日付、縦軸にDmax及びDminをプロットした、同一症例の被験者のグラフを表示してもよい。あるいは、各フレーム画像における胸腔内気管領域Ｒ２の気管径ｒの平均値や分散値を算出して、これをグラフ表示してもよい。
【0093】
また、気管壁Ｗは胸腔外の気管壁Ｗや気管支付近までを表示し、計測範囲をＸ方向への線分で表示してもよい。計測範囲の上端を線で表示することで、胸腔内を示すランドマークである、胸鎖骨関節部、胸郭肋骨や肺尖部及び椎体との位置関係を視認可能となる。また、計測範囲の下端を線で表示することで、気管支分岐点から椎体１つ分上の部分又は気管壁が分岐により膨らんだ部分との位置関係を視認することが可能となる。なお、気管支分岐点を検出している場合は、気管支分岐点の検出位置も表示しておくことが望ましい。
【0094】
また、表示部３４に推定結果を表示する際、左右の気管壁Ｗ、気管径ｒ（最大径、最小径）の識別性を上げるため、気管壁Ｗ及び気管径ｒの色を変えて表示することが好ましい。また、表示部３４に推定結果を表示する際、狭窄状態の推定に応じて、気管径rの線の色を変えることが好ましい。当該構成とすることで、数値を見なくても、画像の線の色から一目で解るようになる。
【0095】
（気管壁の修正操作）
また、上記したように、表示部３４には左右の気管壁Ｗが表示される。ここで、制御部３１は、ユーザーの操作による気管壁Ｗの抽出内容の修正操作を受け付ける（ステップＳ２１１）。
また、上記したように、表示部３４には左右の気管壁Ｗが表示される。ここで、制御部３１は、ユーザーの操作による気管壁Ｗの抽出内容の修正操作を受け付ける（ステップＳ２１１）。
【0096】
ユーザーが気管壁Ｗの修正操作をしなかった場合（ステップＳ２１１；Ｎｏ）、制御部３１は、狭窄状態推定処理を終了する。ユーザーが気管壁Ｗの修正操作をした場合（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に遷移し、制御部３１は、修正後の気管壁Ｗを用いて修正操作のあった全フレーム画像から気管径ｒや気管径ｒの最大径、最小径を再計測する。また、再計測された結果に基づき、最大フレーム画像と最小フレーム画像、最大径Dmaxと最小径Dmin、径変化率及び径変化量も、再度計算される。
【0097】
さらに、最大フレーム画像と最小フレーム画像をユーザーが操作部３３により設定可能であるのが好ましい。自動抽出が失敗した場合に、多フレームの気管壁Ｗをユーザーが手修正することは非常に手間がかかる。そのため、ユーザーは最大フレーム画像と最小フレーム画像を特定して、制御部３１が２つのフレーム画像の気管壁Ｗのみを修正することで、最大径Dmaxと最小径Dminを再計算することができる。もしくは、ユーザーが修正した一つのフレーム画像の気管壁Ｗに基づき、制御部３１が、深層学習により全フレームの気管壁を再抽出することが好ましい。
【0098】
また、気管壁Ｗは胸腔外の気管壁や気管支付近までの気管壁を表示し、計測範囲をｘ方向への線分で表示し、制御部３１は、気管壁と計測範囲を個別に修正可能とすることで気管壁Ｗを間接的に修正可能としても良い。
【0099】
［発明の効果］
以上に示すように、本実施形態に係る画像解析装置である診断用コンソール３は、気管・気管支を含む複数のフレーム画像を受信する受信部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として設定する設定部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、複数のフレーム画像から気管壁Ｗを抽出する抽出部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、気管壁Ｗから気管径ｒを計測する計測部としての制御部３１を備える。
当該構成によれば、胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として気管径ｒを計測するため、高精度に気管・気管支が狭窄状態か否かを推定できる。
以上に示すように、本実施形態に係る画像解析装置である診断用コンソール３は、気管・気管支を含む複数のフレーム画像を受信する受信部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、複数のフレーム画像において胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として設定する設定部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、複数のフレーム画像から気管壁Ｗを抽出する抽出部としての制御部３１を備える。また、診断用コンソール３は、気管壁Ｗから気管径ｒを計測する計測部としての制御部３１を備える。
当該構成によれば、胸腔内を胸腔内領域Ｒ１として気管径ｒを計測するため、高精度に気管・気管支が狭窄状態か否かを推定できる。
【0100】
［その他の構成］
なお、上記実施形態における記述内容は、本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、制御部３１は、正面及び／又は側面の撮影方向の動態画像を用いて気管・気管支の狭窄状態を推定するとしたが、これに限られない。制御部３１は、斜位方向の動態画像を加えて狭窄状態を推定してもよい。当該構成とすると、変則的な縮まり方など、より多くの情報を元に制御部３１が推定できるようになるため、狭窄状態の推定がより高精度となる。
なお、上記実施形態における記述内容は、本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、制御部３１は、正面及び／又は側面の撮影方向の動態画像を用いて気管・気管支の狭窄状態を推定するとしたが、これに限られない。制御部３１は、斜位方向の動態画像を加えて狭窄状態を推定してもよい。当該構成とすると、変則的な縮まり方など、より多くの情報を元に制御部３１が推定できるようになるため、狭窄状態の推定がより高精度となる。
【0101】
また、上記においては、診断用コンソール３が径変化率に基づいて狭窄状態か否かを判定する場合を例示したが、これに限られない。制御部３１を、胸腔内気管領域Ｒ２の濃度の経時変化を測定する測定部として機能させることで、狭窄状態か否かを推定してもよい。当該構成において、制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２の中心等の予め定められた位置の画素の信号値を濃度として測定してよい。あるいは、制御部３１は、胸腔内気管領域Ｒ２内の画素の信号値の平均値、中央値、最大値あるいは最小値等の代表値を濃度として測定してもよい。
【0102】
例えば、正面の動態画像において、胸腔内気管領域Ｒ２の濃度が増加している場合、制御部３１は、気管・気管支軟化症のSaber-sheath typeであると推定できる。また、側面の動態画像において、胸腔内気管領域Ｒ２の濃度が増加している場合、制御部３１は、気管・気管支軟化症のCrescent typeであると推定できる。また、正面の動態画像のみ、胸腔内気管領域Ｒ２の濃度が減少している場合、制御部３１は、気管の筋肉が縮む動的気道虚脱であると推定できる。また、正面の動態画像と側面の動態画像の両方において、胸腔内気管領域Ｒ２の濃度が減少している場合、制御部３１は、気管・気管支軟化症のCircumferential typeであると推定できる。
【0103】
また、上記においては、ステップＳ２１１でユーザーが気管壁Ｗの修正操作をした場合、制御部３１は、全フレーム画像の気管径ｒを再計測するとしたが、これに限られない。すなわち、制御部３１は、修正操作がされたフレーム画像のみ、気管径ｒを再計測してもよい。
【0104】
また、上記においては、診断用コンソール３が受信する画像は、胸部の動態画像であるとしたが、これに限られない。診断用コンソール３が受信する画像は、気管・気管支を含む被写体Ｍが撮影された動態画像であればよく、特に限定されない。また、診断用コンソール３が受信する画像は、気管・気管支を含む被写体Ｍを呼気サイクルよりも短い時間間隔で連続的に撮影することとで得られる、複数の静止画像であってもよい。
【0105】
また、上記においては、胸腔内領域Ｒ１の気管壁Ｗを抽出するとしたが、これに限られない。すなわち、図１３に示すように、胸腔外の気管壁Ｗを別途抽出して、胸腔内の気管壁Ｗと合わせて表示部３４に表示させてもよい。また、この時、胸腔内領域Ｒ１の範囲と、胸腔外と胸腔内を含む気管壁Ｗとを、共に修正操作可能としてもよい。
【0106】
また、複数のフレーム画像を、声帯や気管分岐部で気管の位置合わせした上で、同一位置の気管ごとに気管径ｒを求め、各位置の気管ごとに気管径ｒの全フレーム最大値と全フレーム最小値を求め、各位置の気管ごとに径変化率及び径変化量を求め、表示部３４に表示させてもよい。
【0107】
また、上記においては、本発明に係るプログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリー等を使用する例を開示したが、これに限られない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを、通信回線を介して提供する媒体としては、キャリアウエーブ（搬送波）も適用される。
【0108】
その他、画像解析装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0109】
１００ 画像解析システム
１ 撮影装置
３ 診断用コンソール（画像解析装置）
３１ 制御部（受信部、設定部、抽出部、特定部、計測部、表示制御部、修正部、特定部、測定部）
３４ 表示部
Ｃ 中線
Ｍ 被写体
Ｒ１ 胸腔内領域
Ｒ２ 胸腔内気管領域
Ｒ４ 気管支領域
ｒ 気管径
Ｗ 気管壁
１ 撮影装置
３ 診断用コンソール（画像解析装置）
３１ 制御部（受信部、設定部、抽出部、特定部、計測部、表示制御部、修正部、特定部、測定部）
３４ 表示部
Ｃ 中線
Ｍ 被写体
Ｒ１ 胸腔内領域
Ｒ２ 胸腔内気管領域
Ｒ４ 気管支領域
ｒ 気管径
Ｗ 気管壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】