JP2016180649A - 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ioflupaneなどの機能画像の解剖学的標準化を適切に行うことができる装置を提供する。
【解決手段】画像処理装置１は、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力する入力部１０と、形態画像の解剖学的標準化処理を行い、解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、機能画像の標準化を行う演算処理部１１とを備える。演算処理部１１は、標準化後の機能画像のVOIにおける画素値を用いてSBRを計算するSBR計算部１５を有している。また、画像処理装置１は、標準化後の機能画像を、標準脳上に定義されたVOIに合わせて表示する表示部１２を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、脳の核医学画像を画像処理する技術に関し、特に、形態学的情報に乏しい核医学画像を処理する技術に関する。

ドパミントランスポーターは、脳の線条体内に存在する黒質線条体ドパミン神経の終末部に高発現する。パーキンソン病やレビー小体型認知症では、この発現量が低下することが知られているため、これらの病気の診断には、¹²³I-ioflupaneや¹⁸F-DOPAといった放射性医薬品を用いたPETやSPECT検査によってドパミントランスポーターの脳内分布の評価が行われる（非特許文献１）。以下、¹²³I-ioflupaneを用いて得られたSPECT画像を「ioflupane画像」といい、¹²³I-ioflupaneや¹⁸F-DOPAといったドパミントランスポーター親和性を有する放射性医薬品の投与により得られた画像を「ドパミントランスポーター分布画像」という。

日本核医学会 日本脳神経核医学研究会 編「イオフルパン診療ガイドライン」２０１４年１月３１日

線条体内のドパミントランスポーターを評価するためには、線条体にVOIを設定する必要があるが、ドパミントランスポーター分布画像は、形態学的情報に乏しいため、解剖学的標準化は非常に困難であり、解剖学的標準化を利用したVOI設定が難しい。

本発明は、ドパミントランスポーター分布画像などの機能画像の解剖学的標準化を適切に行うことができる装置及び方法を提供する。

本発明の画像処理装置は、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力する入力部と、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、前記機能画像の標準化を行う演算処理部とを備える。

このように同一の被験者の形態画像を解剖学的標準化した際の変換パラメータを用いることにより、機能画像を適切に標準化できる。これにより、従来は解剖学的標準化が困難であった機能画像を用いた統計学的解析が可能になり、様々な定量的、半定量的指標を提供することが可能となる。なお、形態画像とは、解剖学的な情報にすぐれた画像であり、例えば、MRI画像、CT画像といった画像の他、IMP投与SPECT画像等の脳血流画像や、FDG PET画像等の糖代謝画像を用いることができる。機能画像とは、生理的な情報にすぐれた画像であり、例えば、ioflupane画像に代表される、ドパミントランスポーター分布画像である。

本発明の画像処理装置において、前記演算処理部は、標準化後の機能画像の関心領域における画素値を用いて被験者の状態を表す指標となる数値を演算してもよい。この構成により、標準脳上に定義された関心領域を用いて、被験者の状態を表す指標を計算できる。

本発明の画像処理装置は、標準化後の機能画像を、標準脳上に定義された関心領域に合わせて表示する表示部を備えてもよい。この構成により、機能画像を読影する際の補助をすることができる。

本発明の別の態様の画像処理装置は、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力する入力部と、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、標準脳上に定義された関心領域の逆変換を行う演算処理部と、逆変換された関心領域を前記機能画像に合わせて表示する表示部とを備える。

このように同一の被験者の形態画像を解剖学的標準化した際の変換パラメータを用いることにより、機能画像における関心領域を生成できる。そして、この関心領域を機能画像に合わせて表示することにより、機能画像を読影する際の補助をすることができる。この構成では、実際の被験者の脳の画像に関心領域を重ねることになるので、診断になじみやすい。

本発明の画像処理装置において、前記演算処理部は、前記関心領域における画素値を用いた演算処理を行い、被験者の状態を表す指標となる数値を得てもよい。この構成により、逆変換によって得られた関心領域を用いて、被験者の状態を表す指標を計算できる。

本発明の画像処理方法は、脳の機能画像の標準化を行う方法であって、画像処理装置が、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、画像処理装置が、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行うステップと、画像処理装置が、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、前記機能画像の標準化を行うステップとを備える。

本発明の別の態様の画像処理方法は、脳の機能画像に関心領域を設定する方法であって、画像処理装置が、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、画像処理装置が、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、標準脳上に定義された関心領域の逆変換を行うステップと、画像処理装置が、逆変換された関心領域を前記機能画像に合わせて表示するステップとを備える。

本発明のプログラムは、上記画像処理方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明は、機能画像の解剖学的標準化を適切に行うことができるという効果を有する。

従来技術の課題を示す図である。 第１の実施の形態の画像処理の概念を示す図である。 第２の実施の形態の画像処理の概念を示す図である。 第１の実施の形態の画像処理装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態の画像処理装置の動作を示す図である。 第２の実施の形態の画像処理装置の構成を示す図である。 第２の実施の形態の画像処理装置の動作を示す図である。 （ａ）同一被験者におけるIMP SPECT画像を形態画像として用い、第２の実施の形態によりVOIを設定した画像を示す図である。（ｂ）ioflupane画像を標準化して得られた変換パラメータを利用して標準脳のVOIを逆変換し、観察脳に合わせた例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の画像処理装置について図面を参照して説明する。初めに、図１乃至図３を参照して実施の形態の画像処理装置の概要を説明する。

図１は、従来の課題を示す図である。図１の左側は、被験者の脳の機能画像である。図において、「観察脳」と記載しているのは、被験者の脳を撮像して得られた画像であることを意味し、解剖学的標準化処理が行われた画像ではないことを示すためである。脳の輪郭を点線で示しているのは、機能画像は、解剖学的な情報が乏しいことを示している。したがって、機能画像の解剖学的標準化を行おうとしても難しい。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施の形態の画像処理装置の概念を示す図である。図２（ａ）の左側の図は被験者から得られた脳の形態画像を示し、図２（ｂ）の左側の図は同じ被験者から得られた機能画像を示す。形態画像は、解剖学的な情報にすぐれているので、図２（ａ）に示すように、形態画像においては、観察脳を解剖学的標準化することができる。このときに用いた変換パラメータを用いて、図２（ｂ）に示すように、機能画像の解剖学的標準化を行う。これにより、機能画像の適切な標準化を行える。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２の実施の形態の画像処理装置の概念を示す図である。図３（ａ）の左側の図は被験者から得られた脳の形態画像を示し、図３（ｂ）の左側の図は同じ被験者から得られた機能画像を示す。第２の実施の形態においても、図３（ａ）に示すように、形態画像の観察脳を解剖学的標準化し、このときに用いた変換パラメータを保持する。第２の実施の形態では、変換パラメータを用いて、図３（ｂ）に示すように、標準脳上に設定された関心領域テンプレート（図３（ｂ）では線条体のVOIを示す）を逆変換して、観察脳における関心領域を求める。これにより、観察脳の機能画像において、適切な関心領域を設定できる。以下、実施の形態の画像処理装置の構成について説明する。

なお、以下の例では、SBR算出処理を実行する態様を示しているが、これは、本発明によって適切なVOIが設定された画像の利用例を示しているにすぎず、発明の範囲を限定する意図ではない。

（第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１の実施の形態の画像処理装置１の構成を示す図である。以下の説明では、機能画像としてioflupane画像を用い、形態画像としてIMP投与SPECT画像（以下、「IMP-SPECT画像」という）を用いる例を挙げる。これらの画像は、いずれもSPECT装置を用いて取得することができるので、CTやMRI等の撮像手段を持たない施設でも取得することができる。

画像処理装置１は、ioflupane画像とIMP-SPECT画像のデータを入力する入力部１０と、ioflupane画像を標準化する標準化部１４とSBRを計算するSBR計算部１５とを有する演算処理部１１と、ioflupane画像の標準化画像とSBRの計算結果を出力する表示部１２とを有する。

演算処理部１１には、標準脳データ記憶部１３が接続されている。標準脳データとは、脳の特定の位置にある組織を座標で表したものである。標準化部１４は、ioflupane画像の標準化を行う際に、標準脳データを参照する。また、SBR計算部１５は、標準脳データから線条体の座標データを取得し、線条体にVOIを設定する。

画像処理装置１は、CPU、RAM、ROM、ディスプレイ、キーボード、マウス、通信インターフェース等を備えるコンピュータによって構成される。画像処理のためのプログラムをROMに記憶しておき、CPUがROMからプログラムを読み出して実行することにより、コンピュータがioflupane画像の画像処理を行う。

図５は、第１の実施の形態の画像処理装置１の動作を示すフローチャートである。画像処理装置１は、ioflupane画像とIMP-SPECT画像のデータを取得する（Ｓ１０）。画像処理装置１は、IMP-SPECT画像における観察脳を、標準脳データ記憶部１３に記憶された標準脳に変換し、この際に用いた変換パラメータを記憶する（Ｓ１１）。

続いて、画像処理装置１は、ioflupane画像の観察脳の位置及び向きをIMP-SPECT画像の観察脳の位置及び向きに合わせた上で、上記の変換パラメータを用いて解剖学的標準化を行う（Ｓ１２）。標準化されたioflupane画像に対して、標準脳データ記憶部１３から読み出した線条体及び、バックグラウンドとなる部位の座標データを用いて、VOIを設定する（Ｓ１３）。ここで、バックグラウンドとなる部位としては、脳実質上で薬剤が非特異的に分布し、病態による集積変化が小さい部位を示し、例えばioflupane画像においては、脳実質から線条体部位を取り除いた部位や、小脳部位を示す。また、SBR計算部１５１６は、以下の式（１）によって、SBRを計算する（Ｓ１４）。
SBR＝（VOI平均カウント−B.G.平均カウント）／B.G.平均カウント・・・（１）
ここで、B.G.は、バックグランドを意味し、VOI以外の部分である。
画像処理装置１は、VOIを設定した標準化画像と、SBRの計算結果を出力する（Ｓ１５）。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態の画像処理装置２の構成を示す図である。第２の実施の形態の画像処理装置２は、ioflupane画像とIMP-SPECT画像のデータを入力する入力部１０と、ioflupane画像を標準化する標準化部１４と標準脳上のVOIを逆変換する逆変換部１６とSBRを計算するSBR計算部１５とを有する演算処理部１１と、ioflupane画像の標準化画像とSBRの計算結果を出力する表示部１２とを有する。

演算処理部１１には、標準脳データ記憶部１３が接続されている。標準化部１４は、IMP-SPECT画像の標準化を行う際に、標準脳データを参照する。また、逆変換部１６は、標準脳データから線条体の座標データを取得し、標準脳上の線条体のVOIを逆変換して観察脳上の線条体のVOIを求める。

図７は、第２の実施の形態の画像処理装置２の動作を示すフローチャートである。画像処理装置１は、ioflupane画像とIMP-SPECT画像のデータを取得する（Ｓ２０）。画像処理装置１は、IMP-SPECT画像における観察脳を、標準脳データ記憶部１３に記憶された標準脳に変換し、この際に用いた変換パラメータを記憶する（Ｓ２１）。

続いて、画像処理装置２は、標準脳データ記憶部１３から標準脳における線条体のVOIのデータを取得し、そのVOIを先に記憶した変換パラメータを用いて逆変換する（Ｓ２２）。これにより、被験者の観察脳に変換された線条体等のVOIを求めることができる。画像処理装置２は、ioflupane画像の観察脳の位置及び向きをIMP-SPECT画像の観察脳の位置及び向きに合わせた上で、上記のVOIを観察脳のioflupane画像上に設定する（Ｓ２３）。続いて、SBR計算部１５は、上述した式（１）によって、SBRを計算する（Ｓ２４）。画像処理装置２は、VOIを設定したioflupane画像とSBRの計算結果を出力する（Ｓ２５）。

図８（ａ）は同一被験者におけるIMP SPECT画像を形態画像として用い、第２の実施の形態によりioflupane画像にVOI（本例では、線条体及び小脳）を設定した例を示す図であり、図８（ｂ）はioflupane画像を解剖学的標準化して得られた変換パラメータを利用して標準脳のVOI（本例では線条体及び小脳）を逆変換し、観察脳に合わせた例を示す図である。図８（ｂ）に見られるように、ioflupane画像を解剖学的標準化することによって得られたパラメータにてVOIを逆変換した画像では、VOIの位置が不適切であった。これに対し、図８（ａ）に示すように第２の実施の形態によりVOIを設定した画像では、適切なVOIの位置を示すことができた。

１，２ 画像処理装置
１０ 入力部
１１ 演算制御部
１２ 表示部
１３ 標準脳データ記憶部
１４ 標準化部
１５ 逆変換部
１６ SBR計算部

Claims (11)

1. 被験者の脳の機能画像および形態画像を入力する入力部と、
   前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、前記機能画像の標準化を行う演算処理部と、
   を備える画像処理装置。
2. 前記演算処理部は、標準化後の機能画像の関心領域における画素値を用いて被験者の状態を表す指標となる数値を演算する請求項１に記載の画像処理装置。
3. 標準化後の機能画像を、標準脳上に定義された関心領域に合わせて表示する表示部を備える請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 被験者の脳の機能画像および形態画像を入力する入力部と、
   前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、標準脳上に定義された関心領域の逆変換を行う演算処理部と、
   逆変換された関心領域を前記機能画像に合わせて表示する表示部と、
   を備える画像処理装置。
5. 前記演算処理部は、前記関心領域における画素値を用いた演算処理を行い、被験者の状態を表す指標となる数値を得る、請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記機能画像は、ioflupane 画像である請求項１乃至５のいずれかに記載の画像処理装置。
7. 前記形態画像は、IMP投与SPECT画像である請求項１乃至６のいずれかに記載の画像処理装置。
8. 脳の機能画像の標準化を行う方法であって、
   画像処理装置が、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、
   画像処理装置が、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行うステップと、
   画像処理装置が、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、前記機能画像の標準化を行うステップと、
   を備える画像処理方法。
9. 脳の機能画像に関心領域を設定する方法であって、
   画像処理装置が、被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、
   画像処理装置が、前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、標準脳上に定義された関心領域の逆変換を行うステップと、
   画像処理装置が、逆変換された関心領域を前記機能画像に合わせて表示するステップと、
   を備える画像処理方法。
10. 脳の機能画像の標準化を行うためのプログラムであって、コンピュータに、
    被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、
    前記形態画像の解剖学的標準化処理を行うステップと、
    前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、前記機能画像の標準化を行うステップと、
    を実行させるプログラム。
11. 脳の機能画像に関心領域を設定するためのプログラムであって、コンピュータに、
    被験者の脳の機能画像および形態画像を入力するステップと、
    前記形態画像の解剖学的標準化処理を行い、前記解剖学的標準化処理に用いた変換パラメータを用いて、標準脳上に定義された関心領域の逆変換を行うステップと、
    逆変換された関心領域を前記機能画像に合わせて表示するステップと、
    を実行させるプログラム。