Aorta and main pulmonary artery segmentation using stacked U-Net and localization on non-contrast-enhanced computed tomography images

The contact between the aorta, main pulmonary artery (MPA), main pulmonary vein, vena cava (VC), and esophagus affects segmentation of the aorta and MPA in non-contrast-enhanced computed tomography (NCE-CT) images. A two-stage stacked U-Net and localization of the aorta and MPA were developed for the segmentation of the aorta and MPA in NCE-CT images. Normal-dose NCE-CT images of 24 subjects with chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH) and low-dose NCE-CT images of 100 subjects without CTEPH were used in this study. The aorta is in contact with the ascending aorta (AA) and MPA, the AA with the VC, the aortic arch (AR) with the VC and esophagus, and the descending aorta (DA) with the esophagus. These contact surfaces were manually annotated. The contact surfaces were quantified using the contact surface ratio (CSR). Segmentation of the aorta and MPA in NCE-CT images was performed by localization of the aorta and MPA and a two-stage stacked U-Net. Localization was performed by extracting and processing the trachea and main bronchus. The first stage of the stacked U-Net consisted of a 2D U-Net, 2D U-Net with a pre-trained VGG-16 encoder, and 2D attention U-Net. The second stage consisted of a 3D U-Net with four input channels: the CT volume and three segmentation results of the first stage. The model was trained and tested using 10-fold cross-validation. Segmentation of the entire volume was evaluated using the Dice similarity coefficient (DSC). Segmentation of the contact area was also assessed using the mean surface distance (MSD). The statistical analysis of the evaluation underwent a multi-comparison correction. CTEPH and non-CTEPH cases were classified based on the vessel diameters measured from the segmented MPA. For the noncontact surfaces of AA, the MSD of stacked U-Net was 0.31 ± 0.10 mm (p < 0.05) and 0.32 ± 0.13 mm (p < 0.05) for non-CTEPH and CTEPH cases, respectively. For contact surfaces with a CSR of 0.4 or greater in AA, the MSD was 0.52 ± 0.23 mm (p < 0.05), and 0.68 ± 0.29 mm (p > 0.05) for non-CTEPH and CTEPH cases, respectively. MSDs were lower than those of 2D and 3D U-Nets for contact and noncontact surfaces; moreover, MSDs increased slightly with larger CSRs. However, the stacked U-Net achieved MSDs of approximately 1 pixel for a wide contact surface. The area under the receiver operating characteristic curve for CTEPH and non-CTEPH classification using the right main pulmonary artery (RMPA) diameter was 0.97 (95% confidence interval [CI]: 0.94-1.00). Segmentation of the aorta and MPA on NCE-CT images were affected by vascular and esophageal contact. The application of stacked U-Net and localization techniques for non-CTEPH and CTEPH cases mitigated the impact of contact, suggesting its potential for diagnosing CTEPH.


Influence of Pitch on Surface Dose Distribution and Image Noise of Computed Tomography Scans

This study evaluated the effect of pitch on 256-slice helical computed tomography (CT) scans. Cylindrical water phantoms (CWP) were measured using axial and helical scans with various pitch values. The surface dose distributions of CWP were measured, and reconstructed images were obtained using filtered back-projection (FBP) and iterative model reconstruction (IMR). The image noise in each reconstructed image was decomposed into a baseline component and another component that varied along the z-axis. The baseline component of the image noise was highest at the center of the reconstructed image and decreased toward the edges. The normalized 2D power spectra for each pitch were almost identically distributed. Furthermore, the ratios of the 2D power spectra for IMR and FBP at different pitch values were obtained. The magnitudes of the components varying along the z-axis were smallest at the center of the reconstructed image and increased toward the edge. The ratios of the 3D power spectra on the fx axis for IMR and FBP at different pitch values were obtained. The results showed that the effect of the pitch was related to the component that varied along the z-axis. Furthermore, the pitch had a smaller effect on IMR than on FBP.


36M-pixel synchrotron radiation micro-CT for whole secondary pulmonary lobule visualization from a large human lung specimen

A micro-CT system was developed using a 36M-pixel digital single-lens reflex camera as a cost-effective mode for large human lung specimen imaging. Scientific grade cameras used for biomedical x-ray imaging are much more expensive than consumer-grade cameras. During the past decade, advances in image sensor technology for consumer appliances have spurred the development of biomedical x-ray imaging systems using commercial digital single-lens reflex cameras fitted with high megapixel CMOS image sensors. This micro-CT system is highly specialized for visualizing whole secondary pulmonary lobules in a large human lung specimen. The secondary pulmonary lobule, a fundamental unit of the lung structure, reproduces the lung in miniature. The lung specimen is set in an acrylic cylindrical case of 36 mm diameter and 40 mm height. A field of view (FOV) of the micro-CT is 40.6 mm wide × 15.1 mm high with 3.07 μm pixel size using offset CT scanning for enlargement of the FOV. We constructed a 13,220 × 13,220 × 4912 voxel image with 3.07 μm isotropic voxel size for three-dimensional visualization of the whole secondary pulmonary lobule. Furthermore, synchrotron radiation has proved to be a powerful high-resolution imaging tool. This micro-CT system using a single-lens reflex camera and synchrotron radiation provides practical benefits of high-resolution and wide-field performance, but at low cost.


Patient-specific image reference supporting system in general radiography

一般撮影の患者別画像参照支援システム

一般撮影は実施施設，検査数が多いX線画像検査である．この撮影では骨折や病変を正確に描画することが求められる．このために撮影前に過去の一般撮影の画像から撮影対象領域やポジショニングを参照する．本論文では，現行の一般撮影の画像参照の課題点を診療放射線技師100名のアンケート調査をする．その結果，多忙なため画像参照ができない，画像参照に時間を要する，画像参照が自動化されていないとの回答を得る．そこで，業務工程を増加させることなく，自動で迅速に一般撮影の画像を参照できる患者別画像参照支援システムを研究開発する．本システムは多施設間の画像を共有するために，厚生労働省標準規格JJ1017の放射線頻用コードに基づく患者別画像参照分類表を作成して実現する．本システムを医療施設で臨床評価するために，ID，氏名，性別，生年月日を管理・運用する患者情報システム，患者情報と放射線頻用コードを利用して一般撮影検査オーダを作成するオーダエントリーシステム，オーダを管理・運用するRIS，一般撮影装置で撮影した画像に放射線頻用コードを付加して保管するPACSを作成し，システム導入前後の業務処理時間とシステムの使用性を評価して有効性を示す．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers D

電子情報通信学会論文誌(D)


Relationship of annual change in bone mineral density with extent of emphysematous lesions and pulmonary function in patients with COPD

Osteoporosis is a well-known comorbidity in COPD. It is associated with poor health status and prognosis. Although the exact pathomechanisms are unclear, osteoporosis is suggested to be either a comorbidity due to shared risk factors with COPD or a systematic effect of COPD with a cause-effect relationship. This study aimed to evaluate whether progression of osteoporosis is synchronized with that of COPD. Data from 103 patients with COPD included in the Hokkaido COPD cohort study were analyzed. Computed tomography (CT) attenuation values of thoracic vertebrae 4, 7, and 10 were measured using custom software, and the average value (average bone density; ABD) was calculated. The percentage of low attenuation volume (LAV%) for each patient was also calculated for evaluation of emphysematous lesions. Annual change in thoracic vertebral CT attenuation, which is strongly correlated with dual-energy X-ray absorptiometry-measured bone mineral density, was compared with that in FEV or emphysematous lesions. In the first CT data set, ABD was significantly correlated with age (=-0.331; =0.0006), body mass index (BMI; =0.246; =0.0136), St George's Respiratory Questionnaire (SGRQ) activity score (=-0.248; =0.0115), eosinophil count (=0.229; =0.0198), and LAV% (=-0.372; =0.0001). However, ABD was not associated with FEV. After adjustment for age, BMI, SGRQ activity score, and eosinophil count, no significant relationship was found between ABD and LAV%. Annual change in ABD was not associated with annual change in LAV% or FEV. Progression of osteoporosis and that of COPD are not directly related or synchronized with each other.

International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease


低線量肺がんCT検診の被曝・画質管理システム

低線量肺がんCT検診の被曝・画質管理システム

電子情報通信学会論文誌(D)


Blood vessel-based liver segmentation using the portal phase of an abdominal CT dataset

Blood vessel (BV) information can be used to guide body organ segmentation on computed tomography (CT) imaging. The proposed method uses abdominal BVs (ABVs) to segment the liver through the portal phase of an abdominal CT dataset. This method aims to address the wide variability in liver shape and size, separate liver from other organs of similar intensity, and segment hepatic low-intensity tumors (LITs). Thin ABVs are enhanced using three-dimensional (3D) opening. ABVs are extracted and classified into hepatic BVs (HBVs) and nonhepatic BVs (non-HBVs) with a small number of interactions, and HBVs and non-HBVs are used for constraining automatic liver segmentation. HBVs are used to individually segment the core region of the liver. To separate the liver from other organs, this core region and non-HBVs are used to construct an initial 3D boundary surface. To segment LITs, the core region is classified into non-LIT- and LIT-parts by fitting the histogram of the core region using a variational Bayesian Gaussian mixture model. Each part of the core region is extended based on its corresponding component of the mixture, and extension is completed when it reaches a variation in intensity or the constructed boundary surface, which is reconfirmed to fit robustly between the liver and neighboring organs of similar intensity. A solid-angle technique is used to refine main BVs at the entrances to the inferior vena cava and the portal vein. The proposed method was applied to 80 datasets: 30 Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI) and 50 non-MICCAI; 30 datasets of non-MICCAI data include tumors. Our results for MICCAI-test data were evaluated by sliver07 (http://www.sliver07.org/) organizers with an overall score of 85.7, which ranks best on the site as of July 2013. These results (average ± standard deviation) include the five error measures of the 2007 MICCAI workshop for liver segmentation as follows. Results for volume overlap error, relative volume difference, average symmetric surface distance, root mean square symmetric surface distance, and maximum symmetric surface distance were 4.33 ± 0.73, 0.28 ± 0.87, 0.63 ± 0.16, 1.19 ± 0.28, and 14.01 ± 2.88, respectively; and when applying our method to non-MICCAI data, results were 3.21 ± 0.75, 0.06 ± 1.29, 0.45 ± 0.17, 0.98 ± 0.26, and 12.69 ± 3.89, respectively. These results demonstrate high performance of the method when applied to different CT datasets. BVs can be used to address the wide variability in liver shape and size, as BVs provide unique details for the structure of each studied liver. Constructing a boundary surface using HBVs and non-HBVs can separate liver from its neighboring organs of similar intensity. By fitting the histogram of the core region using a variational Bayesian Gaussian mixture model, LITs are segmented and measuring the volumetry of non-LIT- and LIT-parts becomes possible. Further examination of the proposed method on a large number of datasets is required for clinical applications, and development of the method for full automation may be possible and useful in the clinic.


Extraction Method of Interlobar Fissure Based on Multi-Slice CT Images

胸部マルチスライスCT画像における葉間裂抽出法

葉間裂抽出は肺構造解析の基本的な手法であり,診断・治療のために活発に研究されている.しかし,間質性肺炎や重度な肺気腫などで葉間裂以外の複雑な面形状が出現する症例では問題がある.本手法は肺がん,重度な肺気腫,間質性肺炎のある症例を対象にしている.これは葉間裂の膜状の性質を利用して抽出し,粗抽出,詳細抽出,補正処理からなる.粗抽出は大きい病変を除去した肺野内で四次元曲率による画像強調と薄面化処理を用いて面形状を得て,これらから葉間裂を選択する.詳細抽出は粗描出した葉間裂を伸延する領域の面形状を強調して抽出し,接触する大きい病変周辺の面形状を解析して加える.補正処理は詳細抽出した葉間裂の穴埋めや胸壁との間隙埋めを行う.本手法の抽出結果からの距離が2mm以内に含まれるゴールドスタンダードの割合(平均±標準偏差)は正常例で91.2±3.6%,異常例で89.7±4.9%となった.ゴールドスタンダードからの距離が2mm以内に含まれる本手法の抽出結果の割合(平均±標準偏差)は正常例で95.5±3.7%,異常例で93.6±4.8%となり,良好な結果を得た.

電子情報通信学会論文誌(D)


Computer Aided Diagnosis for Osteoporosis Using Chest Multi-Slice CT Images

胸部マルチスライスCT 画像を用いた骨粗鬆症診断支援システム

急速な高齢化に伴い骨粗鬆症の罹患者は増加している.これは寝たきり状態や慢性腰痛の原因となることから大きな社会問題となっている.この克服のためには早期発見・早期治療が求められている.骨粗鬆症診断にはDXAが用いられており,補助的な役割としてQCTがある.しかし,3D QCTによる骨粗鬆症診断の有効性が高まっている.本研究では,椎体骨折や脊椎側弯症も含めた多様な三次元CT画像から骨粗鬆症を検出する診断支援システムを提案する.これは脊椎から椎体モデルを用いて椎体を抽出し,椎体の高さや海綿骨の骨密度を用いて骨折や骨密度の減少を評価する.本手法を椎体骨折や脊椎側弯症を含む526症例に適用した結果,椎体骨折の検出性能において感度99.24%,特異度98.39%と高い性能が得られ,正常症例の5568椎体について海綿骨の骨密度測定を実現した.また,正常8症例で全身DXAの骨密度と椎体の海綿骨の平均骨密度との比較を行った結果,相関係数の二乗値が0.8288と高い相関が得られた.

電子情報通信学会論文誌(D)


A method for determining the modulation transfer function from thick microwire profiles measured with x-ray microcomputed tomography,

This study describes a model-dependent method to determine the modulation transfer function (MTF) in the transversal plane, obtained by a microcomputed tomography (micro-CT) system from profiles of a thick wire phantom instead of a thin wire phantom, and the study evaluates the feasibility of the proposed method in the MTF determination of micro-CT systems. The MTF is generally calculated as the absolute value of the normalized Fourier transform from the point spread function obtained by scanning a thin wire phantom. Since the wire is not a point source, the raw MTF is corrected for the finite size of the wire phantom; a wire with too large a diameter introduces inaccuracies in the MTF values. Therefore, we solved the MTF determination from profiles of a thick wire phantom via MTF modeling on the basis of the symmetric Le vy function that generalizes Gaussian and Lorentzian functions. We then applied the method to profiles of wire phantoms (1 mm, 2 mm, and 3 mm in diameter) measured by a clinical CT system to evaluate the applicable diameter range of the thick wire phantom. Two types of reconstruction kernels (standard and sharp) were used in the clinical CT. The performance of the method was evaluated using microwire phantoms (10 and 30 μm in diameter) measured by a synchrotron radiation micro-CT (SRμCT) system, in which the Shepp-Logan filter and Ramachandran-Lakshminarayanan filter were used as the reconstruction kernel. The MTFs obtained using thin wire phantoms of 0.1 mm and 3 μm in diameter were regarded as the gold standard MTFs for the clinical CT and SRμCT, respectively. The root-mean-square error (RMSE) and relative error (RE) of the 10% value of the MTF were used to measure the difference between the MTF determined by the method and the gold standard. The mean RMSEs for two types of reconstruction kernels of three wire phantoms (1, 2, and 3 mm in diameter) were 0.0085, 0.012, and 0.021, respectively. The mean REs for the 1-, 2-, and 3-mm wire phantoms gave the same values of 2.0%, 3.5%, and 3.5%, respectively, for two types of reconstruction kernel. The MTFs determined from thick wire phantoms reveal the spatial resolution for the two kernels. The mean RMSEs for two types of reconstruction kernels of the microwire phantoms of 10 and 30 μm in diameter were 0.0045 and 0.0035, respectively. The mean REs of the two wire phantoms of 10 and 30 μm diameter had 4.0% and 3.1%, respectively, for two types of reconstruction kernel. Experimental data presented in this paper support the effectiveness of the model-dependent method based on the symmetric Le vy function. We conclude that the method is a useful approach for measuring the spatial resolution in the x∕y-scan plane (transversal orientation) of micro-CT systems by substituting a thick wire phantom for a thin wire phantom.


Quantitative classification based on CT histogram analysis of non-small cell lung cancer: Correlation with histopathological characteristics and recurrence-free survival

Quantification of the CT appearance of non-small cell lung cancer (NSCLC) is of interest in a number of clinical and investigational applications. The purpose of this work is to present a quantitative five-category (α, β, γ, δ, and ϵ) classification method based on CT histogram analysis of NSCLC and to determine the prognostic value of this quantitative classification. Institutional review board approval and informed consent were obtained at the National Cancer Center Hospital. A total of 454 patients with NSCLC (maximum lesion size of 3 cm) were enrolled. Each lesion was measured using multidetector CT at the same tube voltage, reconstruction interval, beam collimation, and reconstructed slice thickness. Two observers segmented NSCLC nodules from the CT images by using a semi-automated three-dimensional technique. The two observers classified NSCLCs into one of five categories from the visual assessment of CT histograms obtained from each nodule segmentation result. Interobserver variability in the classification was computed with Cohen's κ statistic. Any disagreements were resolved by consensus between the two observers to define the gold standard of the classification. Using a classification and regression tree (CART), the authors obtained a decision tree for a quantitative five-category classification. To assess the impact of the nodule segmentation on the classification, the variability in classifications obtained by two decision trees for the nodule segmentation results was also calculated with the Cohen's κ statistic. The authors calculated the association of recurrence with prognostic factors including classification, sex, age, tumor diameter, smoking status, disease stage, histological type, lymphatic permeation, and vascular invasion using both univariate and multivariate Cox regression analyses. The κ values for interobserver agreement of the classification using two nodule segmentation results were 0.921 (P < 0.001) and 0.903 (P < 0.001), respectively. The κ values for the variability in the classification task using two decision trees were 0.981 (P < 0.001) and 0.981 (P < 0.001), respectively. All the NSCLCs were classified into one of five categories (type α, n = 8; type β, n = 38; type γ, n = 103; type δ, n = 112; type ϵ, n = 193) by using a decision tree. Using a multivariate Cox regression analysis, the classification (hazard ratio 5.64; P = 0.008) and disease stage (hazard ratio 8.33; P < 0.001) were identified as being associated with an increased recurrence risk. The quantitative five-category classifier presented here has the potential to provide an objective classification of NSCLC nodules that is strongly correlated with prognostic factors.


Measurements of multi-detector CT surface dose distributions using a film dosimeter and chest phantom

This paper uses film dosimetry to investigate the relationship between multiple scan parameters of multidetector CT with automatic exposure control (AEC) and the surface dose distribution produced on a chest phantom. The characteristics of the film used in the film dosimeter were evaluated with regard to linearity, relative film response, and directional dependence. Measurements with an ionization chamber dosimeter and a water phantom were used to evaluate the accuracy of the film dosimeter measurements and to validate the dose profile measurements while changing the tube current, detector dimensions and pitch. When using AEC, the surface dose distribution on the chest phantom was analyzed while changing the detector dimensions and pitch. The linearity, relative film response, and directional dependence of the film were established. The measurement difference between the film dosimeter and ionization chamber dosimeter was within +/- 5% and the dose profile measurement results were validated. It was found that the surface dose distribution changed helically in the direction of the body axis depending on the scan parameters and the phantom. Using a film dosimeter, the relationship between various multidetector CT scan parameters and the surface dose distribution on a chest phantom was investigated and clarified.


Influence of slice thickness on diagnoses of pulmonary nodules using low-dose CT: potential dependence of detection and diagnostic agreement on features and location of nodule

The aims of this study were to assess the influence of slice thickness on the ability of radiologists to detect or not detect nodules and to agree or disagree on the diagnosis and also to investigate the potential dependence of these relations on the sizes, average computed tomographic (CT) values, and locations of the nodules. Six radiologists performed qualitative diagnostic readings of multislice CT images with a slice thickness of 2 or 10 mm obtained from 360 subjects. The nodules were diagnosed as nodules for further examination (NFEs), inactive nodules for no further examination (INNFEs), or no abnormality. The results of the diagnoses were cross-tabulated and quantitatively analyzed using the average CT values, sizes, and locations of the nodules with reference to the 2-mm slices. Multivariate logistic regression analyses were used to estimate the significant associations of these parameters with the ability of radiologists to detect or not detect nodules and to agree or disagree on the diagnosis. Totals of 130 NFEs and 403 INNFEs for 2-mm slice thickness and 142 NFEs and 338 INNFEs for 10-mm slice thickness were diagnosed. Nodule classifications were as follows: the same diagnosis on both slice thickness images (67.6%), different diagnoses on two slice thickness images (21%), missed on 10-mm slice thickness images (10.6%), and misinterpreted on 10-mm slice thickness images (0.7%). Regarding detection and nondetection, NFE diagnoses were influenced by size (odds ratio [OR], 132.50; 95% confidence interval [CI], 4.77-4711) and the average CT value (OR, 27.20; 95% CI, 3.21-645.3), and INNFE diagnoses were influenced by size (OR, 16.10; 95% CI, 6.18-55.19) and the average CT value (OR, 7.67; 95% CI, 2.19-30.91). Regarding diagnostic agreement and disagreement, the NFE diagnoses were influenced by size (OR, 3.60; 95% CI, 1.29-11.04), nodule distance from the lung border (OR, 2.85; 95% CI, 1.27-6.65), and nodule location in the right upper lobe (OR, 0.07; 95% CI, 0.003-0.477), while the INNFE diagnoses were influenced by the average CT value (OR, 11.84; 95% CI, 3.33-55.86), size (OR, 0.42; 95% CI, 0.25-0.70), and nodule distance from the lung border (OR, 0.41; 95% CI, 0.25-0.66). The influence of slice thickness on the ability of radiologists to detect or not detect nodules and to agree or disagree on the diagnosis was quantitatively evaluated. Detection and nondetection of NFEs and INNFEs are influenced by size and average CT value. Agreement and disagreement on NFE and INNFE diagnoses are influenced not only by size and average CT value but also, importantly, by the locations of nodules.


肺がんCT検診のための画像選別法

肺がんCT検診のための画像選別法

医療施設は多様な撮影装置の画像,また同一撮影装置においても撮影条件の異なる画像を取り扱っている.肺がんCT検診のコンピュータ支援診断(CAD)を臨床現場で利用するためには,対象となる胸部CT画像を選別する手法が求められる.DICOM画像の付帯情報の中で検査部位は記述されていない場合が多い.本論文ではDICOM画像の付帯情報でCT画像を選別し,画像情報を用いて検査部位を選別する手法を研究開発する.本手法をCT画像253例,MR画像20例,PET画像20例に適用して有効性を示す.

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers D

電子情報通信学会論文誌(D)


肺がんCT検診の比較読影支援システム

肺がんCT検診の比較読影支援システム

肺がんCT検診では同一受診者の現画像と過去画像を用いた比較読影がなされている.これは肺がんの早期発見に有用であることが示されている.本論文は低線量10mm厚CT画像を対象にした(1)スライスの対応付け,(2)肺結節の対応付け,(3)肺結節の進展度の評価からなるシステムを研究開発して比較読影の効率化を図っている.本システムを85人,1107回撮影,肺結節数198個のCT画像に適用して医師の読影結果と比較評価して有効性を示す.

電子情報通信学会論文誌(D)


肺がんCT検診の業務支援システム

肺がんCT検診の業務支援システム

現在,日本において肺がんの総死亡数は男性で1位,女性で3位である.この死亡者数は毎年増加傾向にあり,早期発見及び早期治療が求められている.このために肺がんCT検診が始まっている.この検診業務は事務部門,放射線部門,診断部門の3部門に大別され,これらは紙ベースの運用や既存の電子カルテシステムと紙ベースを併用した運用で実施されている.本論文では,検診業務を効率良く運用する肺がんCT検診の業務支援システムについて述べる.このシステムは(1)業務工程の分析,(2)業務1青報の電子化,(3)業務晴報の可視化について研究開発している.本システムをCT検診施設で使用して各部門の業務処理時間,ユーザアンケート調査によって有効性を示す.

電子情報通信学会論文誌(D)


CT像からのPSF測定法

CT像からのPSF測定法

CT像の空間分解能の定量的評価は,撮影条件の評価,CT装置問の比較,CT像上の臓器の詳細な形状の計測やCT値計測の精度評価などに必要不可欠である.空間分解能の定量的評価において被写体とCT像間の関係を記述するpoint spread function (PSF)は重要な役割をもっており,撮影条件に応じたPSFの測定は,定量的な画像診断に必須である.従来,CTのPSF測定として測定用ファントムを用いたワイヤ法が推奨されている.この測定法では,0.1mm程度の金属製のワイヤを径50mm程度の撮影範囲(field of view (FOV))で拡大再構成した高いcontrast-to-noise ratio (CNR)のCT像を要する.本研究では,測定用ファントムを用いずに血管などの人体構造のCT像からPSFを測定することを最終目標とする.このため,拡大再構成をせずに臨床並みの雑音を含むCT像からPSFを測定する手法の開発が必要となる.この基礎研究として,本論文では血管形状を円柱と考え,2mm程度の径を有する円柱を対象としたFOV 300 mm程度の拡大再構成をしないCT像からPSFを測定する手法を提案する.提案手法の精度をシミュレーションで明らかにし,円柱ファントムのCT像を用いた実験によって,提案手法が拡大再構成をせずに臨床並みの雑音を含むCT像からPSFを測定する手法として期待できることを示す.

電子情報通信学会論文誌(D)


DICOM画像の個人情報保護のための匿名化システム

DICOM画像の個人情報保護のための匿名化システム

医用画像を二次利用する場合には,医療施設の倫理審査委員会に申請して認可を得た後に個人情報の保護を行う必要がある.これには患者へのインフォームドコンセントや許諾を得た患者の個人情報の識別を防止する匿名化が求められている.匿名化の対象となる情報は医療施設の倫理審査委員会の指針に沿って実施する必要があり,これは医療施設で異なるのが現状である.そこで,多数の医療施設に適用でき,かつ大規模なDICOM画像を効率的に匿名化できるシステムの開発が求められている.本論文では,医療施設の匿名化ポリシを柔軟に設定でき,大規模なDICOM画像をオンライン処理で匿名化できるシステムを研究開発する.このシステムを八つの医療施設で臨床運用してその有効性を示す.

電子情報通信学会論文誌(D)


Development of a Novel Computer-Aided Diagnosis System for Automatic Discrimination of Malignant From Benign Solitary Pulmonary Nodules on Thin-section Dynamic Computed Tomography

As an application of the computer-aided diagnosis of solitary pulmonary nodules (SPNs), 3-dimensional contrast-enhanced (CE) dynamic helical computed tomography (HCT) was performed to evaluate temporal changes in the internal structure of nodules to differentiate between benign nodules (BNs) and malignant nodules (MNs). There were 62 SPNs (35 MNs and 27 BNs) included in this study. Scanning (2-mm collimation) was performed before and 2 and 4 minutes after CE dynamic HCT. The CT data were sent to a computer, and the pixels inside the nodule were characterized in terms of 3 parameters (attenuation, shape index, and curvedness value). Based on the CT data at 4 (MN: 1.81-27.1, BN: -42.8 to -3.29) minutes after CE-dynamic HCT, a score of 0 or higher can be assumed to indicate an MN. Three-dimensional computer-aided diagnosis of the internal structure of SPNs using CE dynamic HCT was found to be effective for differentiating between BNs and MNs.


高分解能CT像による肺野小型結節解析における3次元超曲面曲率と4次元超曲面曲率の考察

高分解能CT像による肺野小型結節を良悪性に鑑別する質的診断において，結節の内部構造に関する特徴は重要な手掛かりとなる．本論文では，結節の内部構造を定量的に表現するために観察方向や位置に不変な性質をもつ曲率を活用した手法を提案した．従来，3次元濃淡画像からの曲率計算手法として，3次元曲面と4次元超曲面の曲率計算法が知られるが，これらの曲率に基づく特徴量間の関係はまだ明らかにされていない．そこで，4次元超曲面曲率に基づいた濃淡構造の特徴量を提案し，人工濃淡画像を用いて3次元曲面曲率と4次元超曲面曲率に基づく特徴量間の対応付けを明らかにして，提案手法によって微細な濃淡構造の表現が可能になることを示した．実際の肺野小型結節の解析に適用して結節内の濃淡構造の性質を従来手法と比較して示し，本手法がより詳細な濃淡構造の解析を行うための有望な手法として期待できることを明らかにした．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers D-II

電子情報通信学会論文誌(D-II)


検診用マルチスライスCT画像の肺葉間裂抽出アルゴリズム

検診用マルチスライスCT画像の肺葉間裂抽出アルゴリズム

マルチスライスCTの開発により全肺野の3次元断層像を短時間，高精度に得ることが可能になった．特に体軸方向の分解能の飛躍的な向上により3次元的な画像解析に期待が寄せられている．本論文では，マルチスライスCT画像から肺の葉間裂を抽出するアルゴリズムを提案した．臨床において葉間裂は肺区域の同定に重要とされる臓器であり，葉間裂は薄い膜状の構造をしている．ここでは，葉間裂の存在する領域の特定と葉間裂の強調処理を行って抽出する．これらには葉単位に分類された肺血管からの3次元距離値を用いることで葉間裂の存在する領域の特定を行い，強調された面陰影の法線ベクトルを用いた領域拡張処理を行い葉間裂を抽出する．本手法を臨床画像20例に適用し，精度評価して有効性を示した．

電子情報通信学会論文誌(D-II)


Example-based assisting approach for pulmonary nodule classification in three-dimensional thoracic computed tomography images

イメージング技術の開発により体軸方向の空間分解能の優れた胸部3次元CT像を高速に得ることが可能となるため，画像診断による信頼度の高い非侵襲·非観血な質的診断技術の研究開発に強い期待が寄せられている．本論文では，胸部3次元CT画像を用いた肺は小型結節の良悪性鑑別を支援する類似画像に基づいた手法を提案した．本手法は，診断結果が未知の結節の形態や内部CT値分布において類似した結節の3次元CT画像を診断結果が既知の肺野小型結節の画像データベースから検索し，呈示することによって診断結果が未知の結節の良悪性らしさを算出し，医師の鑑別支援を行うものである．107例(悪性70例，良性37例)の良悪性判別に本手法を適用した結果，感度91%，得意度51%の結果が得られた．本手法が良悪性鑑別診断の支援技術として有望であることを明らかにした．


A deformable surface model based on boundary and region information for pulmonary nodule segmentation from 3-D thoracic CT images

CT像の時空間的な分解能の急速な向上によって画像診断による肺野小型腫瘤の信頼度の高い非侵襲·非観血な質的診断技術の研究開発が期待されている．肺野小型腫瘤を良悪性に鑑別する質的診断において腫瘤領域の抽出は，腫瘤特徴量の解析の前処理として重要な役割を果たす．本論文では，従来の曲面変形モデルを用いた腫瘤抽出法の問題点を指摘し，これを解決するための曲面変形モデルを提案した．これは，曲面の変形方向を曲面の位置が腫瘤領域に属する割合を表す領域情報によって決定し，腫瘤の境界情報を用いて曲面を腫瘤境界付近に引きつけて抽出する，腫瘤の領域情報と境界情報を組み合わせたものである．実際の胸部3次元CT画像に適用し，従来法と比較して充実型の腫瘤及び辺縁が淡い浸潤型の腫瘤の抽出が可能となることを示し，本手法の有効性を明らかにした．

IEICE Transactions on Information and Systems


Visualization of interval changes of pulmonary nodules using high-resolution CT images

CT像の時空間的な分解能の急速な向上によって画像診断による肺野小型腫瘤の信頼度の高い非侵襲·非観血な質的診断技術の研究開発が期待されている．この質的診断において時間経過に伴う腫瘤サイズや腫瘤周囲の構造の変化は有用な所見の1つとなっている．本論文では，撮影時間の異なる胸部3次元CT像間の位置合わせによって推定される腫瘤とその周囲の時間経過に伴う変位量から腫瘤形態と周囲既存構造の変化を定量化して呈示する手法を提案した．本手法を良悪性症例の胸部3次元CT像に適用して質的診断支援への応用に期待が持てることを明らかにした．


胸部3次元CT像による肺野小型腫瘤の3次元曲率を用いた内部構造の解析

胸部3次元CT像による肺野小型腫瘤の3次元曲率を用いた内部構造の解析

肺野小型腫瘤の良悪性を判別する質的診断において腫瘤の内部構造，辺縁の性状，肺血管及び気管支などの既存構造の関与形態に関する特徴が重要となる．本論文では，質的診断に有益な情報を提供する胸部3次元CT画像を用いて肺野小型腫瘤の内部構造を3次元曲率によって特徴付け，良悪性を判別する手法について提案した．3次元曲率計算は当濃度面の3次元曲率計算法を用い，腫瘤内部の各画素をCT値と3次元曲率から得られるshape indexとcurvednessによって局所的に表現するものである．これらのヒストグラムから良悪性の腫瘤を大域的に特徴づけて良悪性を判別した．128例の肺野小型腫瘤を用いた11名の医師による読影結果と本手法による判別結果をROC曲線によって比較し，本手法の有効性を示した．

電子情報通信学会論文誌(D-II)


胸部3次元CT像による肺野内臓器の抽出と分類

胸部3次元CT像による肺野内臓器の抽出と分類

ヘリカルCT技術の開発により，胸部3次元CT画像診断に大きな関心と期待が持たれている．この中で，計算機を活用した胸部3次元CT像を解析する手法が求められている．本論文では，肺がん診断に有益な情報を提供する胸部3次元CT像の解析法を提案した．これは，胸部3次元CT像から解剖学的知識と3次元画像処理手法を用いて気管支，肺動脈，肺静脈を抽出して分類し，これらと肺がん候補との関係を呈示するものである．肺内臓器の抽出は，バイアス成分除去，気管支·肺血管の抽出，気管支と肺血管の分離，肺血管の動静脈と肺静脈の分離からなる．また，肺がん候補とそれに接触する肺野内臓器との関係を数値的に呈示した．これらを健常肺及び肺がんの3次元CT像に適用してその有効性を示した．

電子情報通信学会論文誌(D-II)


Pulmonary organs analysis for differential diagnosis based on thoracic thin-section CT images

ヘリカルCT技術の開発により，胸部3次元CT画像診断に大きな関心と期待が持たれている．この中で，計算機を活用した胸部3次元CT像を解析する手法が求められている．本論文では，気管支，肺動静脈からなる複雑な構造をもつ肺内臓器と肺野小型腫瘤との3次元的な関与形態を解析するための処理アルゴリズムを提案した．これは，thin-section CT像から得られる胸部3次元CTからガウス曲率と平均曲率によって気管支，血管領域からなる関心領域を抽出し，肺血管を解剖学的情報によって動静脈に分類するものである．本アルゴリズムを実データに適用して，肺野腫瘤と周囲既存構造との関与形態の定量化に有用となることを示した．


Computer-aided diagnosis for pulmonary nodules based on helical CT images

肺がん死亡数は近年増加し，男性において胃がんの死亡数を超え第一位となっている．この肺がん克服には早期発見が重要な課題である．近年，連続撮影が可能なヘリカルCTの肺がん検診への導入がなされている．しかし，飛躍的に増大する3次元画像の検診には膨大な時間と労力が必要となり，計算機による肺がん検診システムの開発が求められている．本論文では，ヘリカルCTから微小肺がん候補を高精度に検出する画像解析部と診断部からなるアルゴリズムを提案した．本手法を450例のヘリカルCT画像に適用し，専門医との検出結果と比較して本アルゴリズムの有効性を明らかにした．


Quantitative Surface Characterization of Pulmonary Nodules Based on Thin-Section CT Images

肺野小型腫瘤の良悪性を判別する質的診断において腫瘤の内部構造，辺縁の性状，肺血管及び気管支などの既存構造の関与形態に関する特徴が重要となる．本論文では，質的診断に有益な情報を提供する胸部3次元CT画像を用い，曲面曲率と尾根線の算出アルゴリムによって肺野小型腫瘤の表面の凹凸形状と辺縁の性状のスペキュラ成分を定量化するアルゴリズムを提案した．また，曲面変形モデルによって境界の淡い肺野小型腫瘤の抽出を可能にした．本アルゴリズムを実際の胸部3次元CT画像に適用し，肺野小型腫瘤の良悪性を判別する特徴量として有用であることを示した．


Measurement of blood vessel characteristics for disease detection based on cone-beam CT images

血管障害は，心臓病や脳卒中に関連して死亡数の大きな疾病である．この診断や治療のためには微妙な動脈瘤や狭窄の位置，形態，大きさなどの定量的な血管の解剖学的情報が求められる．本論文では，コーンビームCTで計測した高精度な3次元血管画像を用いて血管の診断や治療を支援する動脈瘤や狭窄の位置を検出するアルゴリズムを提案した．3次元血管再構成画像から血管表面の3次元曲率と曲率の大きさを算出し，血管の凹凸形状から微妙な動脈瘤や狭窄の位置を検出するものである．本手法を実際の腹部血管の3次元血管再構成画像に適用し，血管の診断や治療計画を支援への応用に期待が持てることを示した．


コーンビームCTの3次元血管像処理アルゴリズムについて

コーンビームCTの3次元血管像処理アルゴリズムについて

血管障害は，心臓病や脳卒中に関連して死亡数の大きな疾病である．この診断や治療のためには微妙な動脈瘤や狭窄の位置，形態，大きさなどの定量的な血管の解剖学的情報が求められる．本論文では，コーンビームCTで計測した高精度な3次元血管画像を用いて血管の診断や治療を支援する3次元血管像処理アルゴリズムを提案した．コーンビームCTはX線源と2次元検出器からなる高速回転装置で撮影したコーンビーム血管造影画像からショートスキャンのコーンビーム画像再構成法を用いて3次元血管再構成画像をえるものである．3次元血管像処理アルゴリズムはこの3次元血管再構成画像から血管走行方向の抽出，血管断面積の計測，血管経路の選択や経路の距離計測，病変形態の表示や容積の計測を可能にするものである．これらは3次元2値血管画像の細線化や血管芯線のグラフ表現抽出に基づいている．これらを実際の患者の3次元血管再構成画像に適用し，血管の診断や治療計画を支援することに有効であることを示した．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers D-II

電子情報通信学会論文誌(D-II)


3D image reconstruction with veiling glare correction to improve the contrast of 3D reconstructed vascular images

X線血管造影撮影法は空間分解能の優れた血管画像が得られるために血管障害の最終的な診断支援となっている．しかし，これは微妙な動脈瘤や狭窄のある血管診断や手術計画にはまだ不十分であり，さらに高精度な血管形状の画像化法の開発が望まれている．本論文では，X線源とImaging Intensifier(II)対を高速回転スキャンさせて計測した多方向のコーンビーム投影画像から血管網を高精度に3次元再構成するために，散乱線補正を考慮した血管3次元再構成アルゴリズムを提案した．本手法を実際に脳血管の投影画像に適用して血管3次元画像がより高精度に再構成できることを明らかにした．


高速X線回転撮影方式による血管3次元再構成

高速X線回転撮影方式による血管3次元再構成

X線血管造影撮影法は空間分解能の優れた血管画像が得られるために血管障害の最終的な診断支援となっている．しかし，これは微妙な動脈瘤や狭窄のある血管診断や手術計画にはまだ不十分であり，さらに高精度な血管形状の画像化法の開発が望まれている．本論文ではX線源とImaging Intensifier(II)対を高速回転スキャンさせて計測した多方向の投影画像から血管網を高精度に3次元再構成し，血管形状を正確に観察する手法について述べた．本手法を実際に脳血管の投影画像に適用して有効性を明らかにした．従来技術では困難であった高精度な血管形状が計測でき，この血管形状を3次元の空間領域で正確な把握を可能にした．

電子情報通信学会論文誌(D-II)


医用画像のあいまい形状の3次元表示法

医用画像のあいまい形状の3次元表示法

CT画像，MRI画像から臓器形状を構成して3次元表示する技術は医学上の認識支援として有効である．この手法は臓器の輪郭抽出，臓器の形状構成，陰影付けからなる．しかし，輪郭抽出は境界がはっきりしない臓器形状を対象とすると困難である．本論文では，境界がはっきりと指定できないような臓器形状に対してあいまいに境界を定め，それで実現でされた臓器形状を3次元表示する手法を提案した．その原理は境界部のあいまいさを境界部が臓器に属する度合いで表現し，これで表現された臓器形状の数値分布を陰影づけて3次元表示するものである．本手法を頭部MRI画像に適用して有効性を明らかにした．

電子情報通信学会論文誌(D-II)