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JP2018102351A - Fibrous tissue extraction device, fibrous tissue extraction method, and fibrous tissue extraction program - Google Patents

Fibrous tissue extraction device, fibrous tissue extraction method, and fibrous tissue extraction program Download PDF

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JP2018102351A JP2016248930A JP2016248930A JP2018102351A JP 2018102351 A JP2018102351 A JP 2018102351A JP 2016248930 A JP2016248930 A JP 2016248930A JP 2016248930 A JP2016248930 A JP 2016248930A JP 2018102351 A JP2018102351 A JP 2018102351A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filamentous tissue extraction device, a filamentous tissue extraction method, and a filamentous tissue extraction program in which tracking results of forward direction tracking and reverse direction tracking coincide with each other in extracting a filamentous tissue using a diffusion weighted image taken by a magnetic resonance imaging apparatus.SOLUTION: A filamentous tissue extraction device includes: a start point setting part for setting a point on a diffusion weighted image to a starting point; an origin setting part for setting the starting point to an origin; a candidate point setting part for setting a plurality of candidate points on the origin; a candidate point selection part for selecting a candidate point; a candidate point determination part for determining one candidate point and a curve on the basis of an index of a curve connecting the origin and the candidate point; an origin update part for setting the determined one candidate point to a next origin; and a control part for repeating processing of the candidate setting part to the origin update part until there is no candidate point to be selected, and extracting the curve determined by the candidate point determination part as a filamentous tissue.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、磁気共鳴画像撮影装置(以下、MRI装置)にて撮像された拡散強調画像(以下、DWI画像)を用いて、線維状組織を抽出する方法、線維状組織を抽出し表示する装置並びに線維状組織を抽出するプログラムに関する。   The present invention relates to a method for extracting a fibrous tissue using a diffusion weighted image (hereinafter referred to as a DWI image) captured by a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter referred to as an MRI apparatus), an apparatus for extracting and displaying the fibrous tissue. The present invention also relates to a program for extracting fibrous tissue.

被検体を傾斜磁場内に載置し水素原子核の磁気モーメントの励起エネルギーに相当するラジオ波を照射したのち水素原子核の磁気モーメントが基底状態に戻る時に発生するエコー信号を検出し被検体の形態画像や被検体内の生体分子の移動情報を得るMRI装置がある。被検体内の水分子は傾斜磁場が作用することで、被検体内の構造に従って異方性をもった拡散を示す。   The specimen is placed in a gradient magnetic field, irradiated with radio waves corresponding to the excitation energy of the magnetic moment of the hydrogen nucleus, and then the echo signal generated when the magnetic moment of the hydrogen nucleus returns to the ground state is detected, and the morphological image of the subject And an MRI apparatus that obtains movement information of biomolecules in a subject. The water molecules in the subject exhibit diffusion with anisotropy according to the structure in the subject by the action of a gradient magnetic field.

特に、線維状組織の走行方向に沿って大きな異方性をもって拡散することが知られている。線維状組織を抽出する方法として、異なる印加方向をもつ複数の傾斜磁場を印加して得られるDWI画像から計算される拡散テンソルを用いて、線維状組織の経路を追跡し、抽出する方法がある。従来は、設定した追跡開始点から、拡散テンソルの最大固有ベクトルの方向に次の開始点を設定し、これを繰り返すことによって線維状組織の抽出を行っていた。   In particular, it is known to diffuse with great anisotropy along the traveling direction of the fibrous tissue. As a method of extracting fibrous tissue, there is a method of tracking and extracting the path of fibrous tissue using a diffusion tensor calculated from DWI images obtained by applying multiple gradient magnetic fields with different application directions. . Conventionally, the next start point is set in the direction of the maximum eigenvector of the diffusion tensor from the set tracking start point, and the fibrous tissue is extracted by repeating this.

特開平11-000320号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-000320

特許文献1に記載の追跡方法は、開始点の最大固有ベクトルの方向のみに基づいて次の開始点を設定する処理を繰り返し、線維状組織の抽出を行っていた。この処理を繰り返すと誤差が累積する事になり、線維状組織の抽出精度が低下したり、誤抽出により順方向の追跡と逆方向の追跡の抽出結果が一致しなかったりするおそれがあった。   In the tracking method described in Patent Document 1, the process of setting the next start point based on only the direction of the maximum eigenvector of the start point is repeated to extract the fibrous tissue. If this process is repeated, errors will accumulate, and the extraction accuracy of the fibrous tissue may be reduced, or the extraction results of the forward tracking and the backward tracking may not match due to erroneous extraction.

本発明は、1つの開始点に対して追跡先の候補点を複数設定し、開始点の最大固有ベクトルと候補点の最大固有ベクトルの両方を用いて開始点と候補点を結ぶ曲線を生成し、生成した曲線の指標に基づき、複数の候補点の中から、1つの候補点を決定する線維状組織の抽出方法を提供する。したがって、本発明により提供される線維状組織抽出装置、線維状組織抽出方法並びに線維状組織抽出プログラムは、順方向による抽出結果と逆方向による抽出結果が原理的に一致する追跡方法であり、誤抽出の可能性を低減しつつ線維状組織の抽出精度を向上することを可能にする。   The present invention sets a plurality of candidate points to be tracked for one start point, generates a curve connecting the start point and the candidate point using both the maximum eigenvector of the start point and the maximum eigenvector of the candidate point, and generates Provided is a fibrous tissue extraction method for determining one candidate point out of a plurality of candidate points based on the index of the curve. Therefore, the fibrous tissue extraction device, the fibrous tissue extraction method, and the fibrous tissue extraction program provided by the present invention are tracking methods in which the extraction result in the forward direction and the extraction result in the reverse direction are in principle identical, It is possible to improve the extraction accuracy of the fibrous tissue while reducing the possibility of extraction.

上記課題を解決するために、本発明は、MRI装置にて撮像されたDWI画像を用いて線維状組織を抽出する線維状組織抽出装置であって、前記DWI画像上の点において算出される拡散テンソルを対角化し、固有値と、絶対値が最大の固有値に対応する最大固有ベクトルを算出する対角化演算部と、前記DWI画像上の点を開始点に設定する開始点設定部と、前記開始点を起点に設定する起点設定部と、前記起点からの方向が前記起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、前記起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する候補点設定部と、複数の前記候補点の中から拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する候補点選別部と、前記起点と前記候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように前記起点と前記候補点を結ぶ曲線を複数の前記候補点について各々生成する曲線生成部と、生成された前記曲線の指標に基づき、複数の前記候補点の中から、1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定する候補点決定部と、前記候補点決定部により決定された前記1つの候補点を次の起点に設定する起点更新部と、前記候補点選別部により選別される候補点が無くなるまで、前記候補点設定部と、前記候補点選別部と、前記曲線生成部と、前記候補点決定部と、起点更新部の処理を繰り返し、前記候補点決定部により決定された全ての曲線をつなげ、線維状組織として抽出する制御部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a fibrous tissue extraction apparatus that extracts a fibrous tissue using a DWI image captured by an MRI apparatus, and is a diffusion calculated at a point on the DWI image Diagonalizing the tensor and calculating the eigenvalue and the maximum eigenvector corresponding to the eigenvalue with the maximum absolute value, the starting point setting unit for setting the point on the DWI image as the starting point, and the start A starting point setting unit for setting a point as a starting point, and a plurality of points whose direction from the starting point is equal to or less than a predetermined angle with an angle formed with the direction of the maximum eigenvector at the starting point, and the distance from the starting point is within a predetermined range A candidate point setting unit that sets a candidate point having a diffusion anisotropy equal to or greater than a threshold value from among the plurality of candidate points, and a tangent vector at the starting point and the candidate point. Each maximum eigenvector A curve generating unit that generates a curve connecting the starting point and the candidate point for each of the plurality of candidate points so as to be in a direction, and one of the plurality of candidate points based on the generated index of the curve A candidate point, a candidate point determining unit for determining the starting point and one curve connecting the one candidate point, and a starting point for setting the one candidate point determined by the candidate point determining unit as a next starting point The candidate point setting unit, the candidate point selecting unit, the curve generating unit, the candidate point determining unit, and the starting point updating unit until there is no candidate point selected by the update unit and the candidate point selecting unit. A control unit that repeats the process and connects all the curves determined by the candidate point determination unit and extracts them as a fibrous tissue.

また、本発明に係る線維状組織抽出方法は、MRI装置にて撮像されたDWI画像を用いて線維状組織を抽出する線維状組織抽出方法であって、前記DWI画像上の点において算出される拡散テンソルを対角化し、固有値と、絶対値が最大の固有値に対応する最大固有ベクトルを算出する対角化演算ステップと、前記拡散強調画像上の点を開始点に設定する開始点設定ステップと、設定した前記開始点を起点に設定する起点設定ステップと、設定した前記起点からの方向が前記起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、前記起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する候補点設定ステップと、複数の前記候補点の中から拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する候補点選別ステップと、前記起点と前記候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように前記起点と前記候補点を結ぶ曲線を複数の前記候補点について各々生成する曲線生成ステップと、生成された前記曲線の指標に基づき、複数の前記候補点の中から、1つの候補点と、前記起点と該候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定する候補点決定ステップと、決定された前記1つの候補点を次の起点に設定する起点更新ステップと、前記候補点選別ステップにより選別される候補点が無くなるまで、前記候補点設定ステップと、前記候補点選別ステップと、前記曲線生成ステップと、前記候補点決定ステップと、前記起点更新ステップと、を繰り返し、候補点決定ステップにより決定された全ての曲線をつなげ、線維状組織として抽出する制御ステップと、を備えることを特徴とする。   The fibrous tissue extraction method according to the present invention is a fibrous tissue extraction method that extracts a fibrous tissue using a DWI image captured by an MRI apparatus, and is calculated at points on the DWI image. Diagonalization of the diffusion tensor, eigenvalue, diagonalization calculation step for calculating the maximum eigenvector corresponding to the eigenvalue having the maximum absolute value, a start point setting step for setting a point on the diffusion weighted image as a start point, A starting point setting step for setting the set starting point as a starting point, a direction from the set starting point being equal to or less than a predetermined angle with an angle formed by the direction of the maximum eigenvector at the starting point, and a distance from the starting point being within a predetermined range A candidate point setting step for setting a plurality of points as candidate points, a candidate point selecting step for selecting a candidate point having a diffusion anisotropy equal to or greater than a threshold value from the plurality of candidate points, and the starting point Based on a curve generation step for generating a curve connecting the starting point and the candidate point for each of the plurality of candidate points such that a tangent vector at the candidate point is in the direction of each maximum eigenvector, and the generated index of the curve A candidate point determining step for determining one candidate point and one curve connecting the starting point and the candidate point from among the plurality of candidate points; and determining the determined one candidate point as the next starting point The candidate point setting step, the candidate point selection step, the curve generation step, and the candidate point determination step until there is no candidate point selected by the candidate point selection step, And a control step of repeating all the starting point updating steps, connecting all the curves determined by the candidate point determining step, and extracting them as a fibrous tissue. And wherein the Rukoto.

本発明によれば、各点の最大固有ベクトルに接する曲線で接続することで、節点における線が連続となり、線維状組織を誤抽出する可能性を低減した線維状組織抽出装置、線維状組織抽出方法、並びに線維状組織抽出プログラムを提供することができる。   According to the present invention, a fibrous tissue extraction device and a fibrous tissue extraction method that are connected by a curve that touches the maximum eigenvector of each point so that the lines at the nodes are continuous and the possibility of erroneous extraction of the fibrous tissue is reduced. As well as a fibrous tissue extraction program.

本発明に係る線維状組織抽出装置のハードウェア構成を示す図The figure which shows the hardware constitutions of the fibrous tissue extraction apparatus which concerns on this invention 本発明に係る表示装置の表示画面の例を示す図The figure which shows the example of the display screen of the display apparatus which concerns on this invention 実施例1における線維状組織抽出方法の処理の流れを示すフロー図Flow chart showing the flow of processing of the fibrous tissue extraction method in Example 1 実施例1における線維状組織抽出処理の詳細を説明するフロー図Flow chart for explaining the details of the fibrous tissue extraction processing in Example 1 実施例1における起点と候補点の関係を示す図The figure which shows the relationship between the starting point and candidate point in Example 1 候補点の中から、各候補点の拡散テンソルの最大固有ベクトルが、各候補点と起点を結んだ直線より外側に向いている候補点を選別することを説明するための図The figure for explaining selecting the candidate point which the maximum eigenvector of the diffusion tensor of each candidate point faces outside the straight line connecting each candidate point and the starting point from the candidate points 起点と候補点を曲線接続する方法を説明するための図Diagram for explaining how to connect the starting point and the candidate point with a curve 曲率を計算する方法を説明するための図Diagram for explaining how to calculate curvature 実施例2における線維状組織抽出処理の詳細を説明するフロー図Flow chart illustrating details of fibrous tissue extraction processing in Example 2 実施例2における起点と候補点の関係を示す図The figure which shows the relationship between the starting point and candidate point in Example 2

以下、添付図面を用い本発明に係る線維状組織抽出装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of a fibrous tissue extraction device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

図1に、本発明に係る線維状組織抽出装置1のハードウェア構成を示す。線維状組織抽出装置1は、CPU(Central Processing Unit)2、主メモリ3、記憶装置4、表示メモリ5、表示装置6、マウス8に接続されたコントローラ7、キーボード9、ネットワークアダプタ10が、システムバス11によって信号送受可能に接続されて構成される。   FIG. 1 shows a hardware configuration of a fibrous tissue extraction device 1 according to the present invention. The fibrous tissue extraction device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 2, a main memory 3, a storage device 4, a display memory 5, a display device 6, a controller 7 connected to a mouse 8, a keyboard 9, and a network adapter 10, The bus 11 is configured so as to be able to send and receive signals.

線維状組織抽出装置1は、ネットワーク12を介して磁気共鳴画像撮影装置(MRI装置)13や医用画像データベース14と信号送受可能に接続される。ここで、「信号送受可能に」とは、電気的、光学的に有線、無線を問わずに、相互にあるいは一方から他方へ信号送受可能な状態を示す。   The fibrous tissue extraction apparatus 1 is connected to a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) 13 and a medical image database 14 via a network 12 so as to be able to send and receive signals. Here, “to enable signal transmission / reception” indicates a state in which signals can be transmitted / received to each other or from one to the other, regardless of whether they are electrically or optically wired or wireless.

CPU2は、各構成要素の動作を制御する装置である。CPU2は、記憶装置4に格納されるプログラムやプログラムの実行に必要な医用画像情報等のデータを主メモリ3にロードし実行する。記憶装置4は、例えばハードディスクである。記憶装置4は、また、データの受け渡しをする装置であれば良く、フレシキブルディスク、光(磁気)ディスク、ZIPメモリ、USBメモリ等の可搬性記録媒体であっても良い。   The CPU 2 is a device that controls the operation of each component. The CPU 2 loads the program stored in the storage device 4 and data such as medical image information necessary for executing the program into the main memory 3 and executes them. The storage device 4 is, for example, a hard disk. The storage device 4 may be any device that exchanges data, and may be a portable recording medium such as a flexible disk, an optical (magnetic) disk, a ZIP memory, or a USB memory.

医用画像情報は、LAN(Local Area Network)等のネットワーク12を介し、医用画像データベース14や、MRI装置13から取得される。   The medical image information is acquired from the medical image database 14 and the MRI apparatus 13 via a network 12 such as a LAN (Local Area Network).

表示メモリ5は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)等の表示装置6に表示するための表示データを一時格納するものである。   The display memory 5 temporarily stores display data to be displayed on the display device 6 such as a liquid crystal display or a CRT (Cathode Ray Tube).

マウス8やキーボード9は、操作者が線維状組織抽出装置1に対して操作指示を行う操作デバイスである。マウス8はトラックパッドやトラックボールなどの他のポインティングデバイスであっても良い。コントローラ7は、マウス8の状態を検出して、表示装置6上のマウスポインタの位置を取得し、取得した位置情報等をCPU2へ出力するものである。   The mouse 8 and the keyboard 9 are operation devices for an operator to give an operation instruction to the fibrous tissue extraction device 1. The mouse 8 may be another pointing device such as a trackpad or a trackball. The controller 7 detects the state of the mouse 8, acquires the position of the mouse pointer on the display device 6, and outputs the acquired position information and the like to the CPU 2.

ネットワークアダプタ10は、線維状組織抽出装置1をLAN、電話回線、インターネット等のネットワーク12に接続するためのものである。   The network adapter 10 is for connecting the fibrous tissue extraction device 1 to a network 12 such as a LAN, a telephone line, or the Internet.

MRI装置13は、線維状組織を抽出するために必要なDWI画像を撮像する装置である。医用画像データベース14は、MRI装置13によって撮像された医用画像情報を記憶するデータベースシステムである。   The MRI apparatus 13 is an apparatus that captures a DWI image necessary for extracting a fibrous tissue. The medical image database 14 is a database system that stores medical image information captured by the MRI apparatus 13.

CPU2が後述する方法を実行することにより、線維状組織が抽出される。抽出された線維状組織は表示装置6に表示される。   When the CPU 2 executes a method described later, a fibrous tissue is extracted. The extracted fibrous tissue is displayed on the display device 6.

図2に、本発明に係る表示装置6の表示画面200を示す。表示画面200は、画像表示部210、開始点領域設定部220、画像操作部230、追跡開始指示部240を有する。開始点領域設定部220を用い、画像表示部210に表示されるMPR画像または3D画像211上に、開始点領域212を設定する。MPR画像または3D画像211上に重畳表示された213及び214は、後述する追跡方法を実行することにより抽出される線維状組織であり、それぞれ順方向の追跡により抽出された線維状組織213、逆方向の追跡により抽出された線維状組織214を示す。   FIG. 2 shows a display screen 200 of the display device 6 according to the present invention. The display screen 200 includes an image display unit 210, a start point region setting unit 220, an image operation unit 230, and a tracking start instruction unit 240. Using the start point region setting unit 220, the start point region 212 is set on the MPR image or 3D image 211 displayed on the image display unit 210. 213 and 214 superimposed on the MPR image or the 3D image 211 are fibrous tissues extracted by executing a tracking method described later, and the fibrous tissues 213 extracted by forward tracking are respectively inverted. A fibrous tissue 214 extracted by direction tracking is shown.

以下、図3を用い、本実施例1の処理の流れを説明する。
Hereinafter, the processing flow of the first embodiment will be described with reference to FIG.

(ステップS301)
記憶装置4は、MRI装置13または医用画像データベース14からDWI画像を読み込む。
(Step S301)
The storage device 4 reads the DWI image from the MRI apparatus 13 or the medical image database 14.

(ステップS302)
CPU2はステップS301で読み込んだDWI画像上の各点における拡散テンソルを算出する。傾斜磁場を印加して得られるDWI画像の画素値Sは以下の(式1)で与えられる。

Figure 2018102351
(Step S302)
CPU 2 calculates a diffusion tensor at each point on the DWI image read in step S301. The pixel value S of the DWI image obtained by applying the gradient magnetic field is given by the following (formula 1).
Figure 2018102351

ここで、S0は傾斜磁場を印加しないときの画素値であり、bは傾斜磁場強度及びパルスシーケンスによる傾斜磁場印加時間等により決まるスカラー量でありb値(b factor)と呼ばれる。Gは傾斜磁場の印加方向を示す単位ベクトルであり、Dは拡散テンソルである。拡散テンソルDは3行3列の対称行列を用いて、(式2)のように表される。

Figure 2018102351
Here, S 0 is a pixel value when no gradient magnetic field is applied, and b is a scalar amount determined by the gradient magnetic field strength, the gradient magnetic field application time by a pulse sequence, and the like, and is called a b value (b factor). G is a unit vector indicating the application direction of the gradient magnetic field, and D is a diffusion tensor. The diffusion tensor D is expressed as (Equation 2) using a 3 × 3 symmetric matrix.
Figure 2018102351

拡散テンソルDの未知数は6つであり、6つ以上の異なる印加方向をもつ傾斜磁場Gを印加して得られるDWI画像を用いて求めることができる。   There are six unknowns of the diffusion tensor D, which can be obtained using a DWI image obtained by applying a gradient magnetic field G having six or more different application directions.

(ステップS303)
CPU2はS302で算出した拡散テンソルDを対角化し、3つの固有値と固有ベクトルを算出する。算出した固有ベクトルのうち、絶対値が最大の固有値に対応する固有ベクトルを最大固有ベクトルとして保存する。
(Step S303)
The CPU 2 diagonalizes the diffusion tensor D calculated in S302 and calculates three eigenvalues and eigenvectors. Of the calculated eigenvectors, the eigenvector corresponding to the eigenvalue having the maximum absolute value is stored as the maximum eigenvector.

(ステップS304)
操作者は、表示画面200を参照しながら、マウス8及びキーボード9、あるいは表示装置6がタッチパネルモニタである場合はタッチパネルモニタを用いて、開始点領域設定部220を操作し、画像表示部210に表示されるMPR画像または3D画像211上に、開始点領域212を設定する。開始点領域212は、例えば、抽出したい線維状組織が通過する可能性が高い領域に設定する。開始点領域212を設定後、操作者は、追跡開始指示部240を操作し、CPU2は線維状組織の抽出処理を開始する。
(Step S304)
While referring to the display screen 200, the operator operates the start point area setting unit 220 using the touch panel monitor when the mouse 8 and the keyboard 9 or the display device 6 is a touch panel monitor, and displays the image display unit 210. A start point area 212 is set on the displayed MPR image or 3D image 211. For example, the start point region 212 is set to a region where the fibrous tissue to be extracted is likely to pass. After setting the start point region 212, the operator operates the tracking start instruction unit 240, and the CPU 2 starts the fibrous tissue extraction process.

なお、上記の開始点領域の設定は、線維状組織を抽出する開始点を設定するための方法の一例である。開始点領域を設定する代わりに、画像表示部210に表示されるMPR画像または3D画像211上の1点を開始点としてポイントし、ポイントした1点について線維状組織の抽出を行ってもよい。   Note that the above setting of the start point region is an example of a method for setting a start point for extracting a fibrous tissue. Instead of setting the start point region, a point on the MPR image or 3D image 211 displayed on the image display unit 210 may be pointed as a start point, and fibrous tissue may be extracted from the pointed point.

(ステップS305)
CPU2はS304で設定した開始点領域に含まれる複数の点を開始点に設定し、最大固有ベクトルに基づいて、順方向に線維状組織を抽出する。ステップS305の詳細については、以下、図4を用い説明する。
(Step S305)
The CPU 2 sets a plurality of points included in the start point region set in S304 as start points, and extracts a fibrous tissue in the forward direction based on the maximum eigenvector. Details of step S305 will be described below with reference to FIG.

(ステップS306)
CPU2は、最大固有ベクトルを-1倍し、S305と同様の処理で、逆方向に線維状組織を抽出する。
(Step S306)
The CPU 2 multiplies the maximum eigenvector by −1 and extracts the fibrous tissue in the reverse direction by the same processing as S305.

(ステップS307)
CPU2は、S305とS306で抽出した線維状組織をMPR画像または3D画像211上に重畳し、画像表示部210に表示する。213はS305の順方向の追跡により抽出された線維状組織であり、214はS306の逆方向の追跡により抽出された線維状組織である。
(Step S307)
The CPU 2 superimposes the fibrous tissue extracted in S305 and S306 on the MPR image or 3D image 211, and displays it on the image display unit 210. Reference numeral 213 denotes a fibrous tissue extracted by the forward tracking of S305, and reference numeral 214 denotes a fibrous tissue extracted by the backward tracking of S306.

なお、図2には、順方向の追跡により抽出された線維状組織213と、逆方向の追跡により抽出された線維状組織214の両方を表示しているが、上記のステップS305又はS306いずれか一方の処理を省略し、順方向又は逆方向いずれか一方の方向のみ線維状組織の追跡を行ってもよい。   FIG. 2 shows both the fibrous tissue 213 extracted by the tracking in the forward direction and the fibrous tissue 214 extracted by the tracking in the backward direction. One process may be omitted, and the fibrous tissue may be tracked only in either the forward direction or the reverse direction.

以下、図4と図5を用い、S305の処理の詳細を説明する。図4はS305の処理の中身を説明するためのフローチャートである。   Hereinafter, the details of the processing of S305 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart for explaining the contents of the process of S305.

(ステップS401)
CPU2は、開始点領域212に含まれる1つの点を開始点に設定し、設定した1つの開始点について線維状組織の抽出を開始する。
(Step S401)
The CPU 2 sets one point included in the start point area 212 as a start point, and starts extracting fibrous tissue for the set one start point.

(ステップS402)
CPU2は、開始点を起点に設定する。
(Step S402)
CPU2 sets the starting point as the starting point.

(ステップS403)
CPU2は、起点からの方向が起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する。
(Step S403)
The CPU 2 sets, as candidate points, a plurality of points whose direction from the starting point is equal to or less than a predetermined angle with respect to the direction of the maximum eigenvector at the starting point and whose distance from the starting point is within a predetermined range.

図5に、起点と候補点の関係を示す。CPU2は、起点501における最大固有ベクトル502を中心として所定角以下の方向でかつ、起点501からの距離が所定の範囲内にある候補点設定領域506内に含まれる複数の点を候補点503(503-1、503-2、503-3、503-4)として設定する。   FIG. 5 shows the relationship between the starting point and the candidate points. The CPU 2 selects a plurality of points included in the candidate point setting area 506 in the direction of a predetermined angle or less around the maximum eigenvector 502 at the starting point 501 and within a predetermined range from the starting point 501 as candidate points 503 (503 -1, 503-2, 503-3, 503-4).

(ステップS404)
CPU2は、設定した候補点の中から、線維状の異方性拡散を示している候補点を選別する。
(Step S404)
The CPU 2 selects candidate points showing fibrous anisotropic diffusion from the set candidate points.

異方性拡散の度合いは、拡散異方性(Fractional Anisotropy)を用いて評価される。拡散異方性は拡散の偏りの程度を示す値であり、拡散異方性が大きいほど線維状の異方性拡散が大きいことを示す。拡散異方性は、3つの拡散テンソルの固有値λ1、λ2、λ3を用いて、以下の(式3)で与えられる。

Figure 2018102351
The degree of anisotropic diffusion is evaluated using diffusion anisotropy. The diffusion anisotropy is a value indicating the degree of bias of diffusion, and the greater the diffusion anisotropy, the greater the fibrous anisotropic diffusion. The diffusion anisotropy is given by the following (formula 3) using eigenvalues λ 1 , λ 2 , and λ 3 of the three diffusion tensors.
Figure 2018102351

ここで、Davは見かけの拡散度合い(Apparent Diffusion Coefficient)であり、以下の(式4)で与えられる。

Figure 2018102351
Here, Dav is an apparent diffusion coefficient (Apparent Diffusion Coefficient), and is given by (Equation 4) below.
Figure 2018102351

CPU2は、上記(式3)の拡散異方性を計算し、拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する。   The CPU 2 calculates the diffusion anisotropy of the above (Equation 3) and selects candidate points where the diffusion anisotropy is equal to or greater than a threshold value.

(ステップS405)
CPU2は、選別した候補点503の中から、更に、起点501と候補点503を結ぶ方向ベクトルを含む平面を決定し、起点501の最大固有ベクトルと前記平面を挟んで反対方向に伸びる最大固有ベクトルを有する候補点503を選別する。
(Step S405)
The CPU 2 further determines a plane including a direction vector connecting the starting point 501 and the candidate point 503 from the selected candidate points 503, and has a maximum eigenvector extending in the opposite direction across the plane from the maximum eigenvector of the starting point 501. Candidate points 503 are selected.

より詳しくは、CPU2は、で選別した候補点の中から、更に、各候補点の拡散テンソルの最大固有ベクトルが、前記各候補点と起点501を結んだ直線より外側に向いている候補点を選別する。図6に、各候補点の拡散テンソルの最大固有ベクトルが、前記各候補点と起点501を結んだ直線より外側に向いている候補点を選別することを説明するための図を示す。本ステップによる選別処理を行う理由は、図6に示すように候補点設定領域506内の候補点503の拡散テンソルの最大固有ベクトル504のように、候補点503と起点501を結んだ直線603より外側を向いている場合、曲線505のように滑らかな接続となるが、最大固有ベクトル604のように内側を向いている場合、S字状の曲線605で結ばれることとなり自然な接続とならないためである。   More specifically, CPU 2 selects candidate points whose maximum eigenvector of the diffusion tensor of each candidate point is directed outward from the straight line connecting each candidate point and starting point 501 from the candidate points selected in (2). To do. FIG. 6 is a diagram for explaining selection of candidate points whose maximum eigenvector of the diffusion tensor of each candidate point is directed outward from a straight line connecting each candidate point and the starting point 501. The reason for performing the selection processing in this step is that the outer side of the straight line 603 connecting the candidate point 503 and the starting point 501 as shown in FIG. 6, such as the maximum eigenvector 504 of the diffusion tensor of the candidate point 503 in the candidate point setting area 506 This is because the connection is smooth as shown by the curve 505, but if it faces the inside like the maximum eigenvector 604, it is connected by the S-shaped curve 605 and does not become a natural connection. .

本ステップの理想的な実施方法を以下に示す。   The ideal implementation method for this step is shown below.

直線603と最大固有ベクトル502が張る平面の法線を決定し、前記法線と直線603が張る平面を境界平面とし、最大固有ベクトル502との内積が正となる前記境界平面の単位法線ベクトルを決定する。更に、前記単位法線ベクトルとの内積が負となる最大固有ベクトルを有する候補点を選別する。   Determines the normal of the plane extending from the straight line 603 and the maximum eigenvector 502, determines the plane normal to the straight line 603 as the boundary plane, and determines the unit normal vector of the boundary plane in which the inner product of the maximum eigenvector 502 is positive To do. Further, the candidate point having the largest eigenvector whose inner product with the unit normal vector is negative is selected.

なお、本ステップS405の処理は、省略可能な処理であり、必要に応じて実施する形態であってもよい。   Note that the process of step S405 is an optional process and may be implemented as necessary.

(ステップS406)
CPU2は、選別した候補点の中から、更に、起点501の最大固有ベクトル502と候補点の最大固有ベクトル504のなす角が所定値以下となる候補点503を選別する。
(Step S406)
From the selected candidate points, the CPU 2 further selects candidate points 503 whose angle between the maximum eigenvector 502 of the starting point 501 and the maximum eigenvector 504 of the candidate points is a predetermined value or less.

なお、本ステップS406の処理は、省略可能な処理であり、必要に応じて実施する形態であってもよい。   Note that the process of step S406 is an optional process and may be implemented as necessary.

(ステップS407)
CPU2は、候補点が残っているか確認する。候補点が残っている場合(Yesの場合)、ステップS408に進み、複数の候補点の中から1つの候補点を決定する。候補点が残っていない場合(Noの場合)、ステップS411に進む。
(Step S407)
CPU2 checks whether candidate points remain. If candidate points remain (Yes), the process proceeds to step S408, and one candidate point is determined from among a plurality of candidate points. If no candidate points remain (No), the process proceeds to step S411.

(ステップS408)
CPU2は、選別した各候補点について、起点と候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように、起点と候補点を結ぶ曲線505を生成する。図7に、起点と候補点を曲線接続方法の概念図を示す。曲線505は、好適には、3次のスプライン曲線を用いる。起点501の3次元座標を(x0,y0,z0)とすると、起点501を通る3次のスプライン曲線は媒介変数sを用いて以下の(式5),(式6)のように表される。

Figure 2018102351
(Step S408)
For each selected candidate point, the CPU 2 generates a curve 505 connecting the starting point and the candidate point so that the starting point and the tangent vector at the candidate point are in the direction of the maximum eigenvector. FIG. 7 shows a conceptual diagram of a method of connecting a starting point and a candidate point with a curve. The curve 505 is preferably a cubic spline curve. Assuming that the three-dimensional coordinates of the starting point 501 are (x 0 , y 0 , z 0 ), the cubic spline curve passing through the starting point 501 uses the parameter s as follows (Formula 5) and (Formula 6) expressed.
Figure 2018102351


Figure 2018102351

Figure 2018102351

ここで、{an、bn、cn|n=x、y、z}は未知の定数である。起点501における拡散テンソルの最大固有ベクトル502と候補点503における拡散テンソルの最大固有ベクトル504に接する3次のスプライン曲線505を決定するためには、9つの条件式が必要となる。起点501における最大固有ベクトル502に接する条件から3つ、候補点503における最大固有ベクトル504に接する条件から3つ、候補点503の座標(x1,y1,z1)を通る条件から3つの条件式がそれぞれ得られる。これらの条件式を解くことにより、9つの未知数{an、bn、cn|n=x、y、z}が定まり、曲線505が決定される。
Here, {a n , b n , c n | n = x, y, z} are unknown constants. In order to determine the maximum eigenvector 502 of the diffusion tensor at the starting point 501 and the cubic spline curve 505 in contact with the maximum eigenvector 504 of the diffusion tensor at the candidate point 503, nine conditional expressions are required. Three conditions from the condition that touches the maximum eigenvector 502 at the starting point 501, three from the condition that touches the maximum eigenvector 504 at the candidate point 503, and three conditions from the condition that passes through the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) of the candidate point 503 Are obtained respectively. By solving these conditional expressions, nine unknowns {a n , b n , c n | n = x, y, z} are determined, and the curve 505 is determined.

(ステップS409)
CPU2は、S408で生成した各候補点503と起点501を結ぶ各曲線505の曲率を計算する。図8に、曲率を計算する方法を説明するための図を示す。平面802は、r(s)で表される曲線上の点801における接触平面である。ベクトルe1(s)は、曲線r(s)上の点801における接線ベクトルである。ベクトルe2(s)は、曲線r(s)上の点801における法線ベクトルである。平面802上にある法線ベクトルを主法線ベクトルと呼ぶ。また、曲線r(s)上の点801を通り平面802に垂直なベクトルe3(s)を陪法線ベクトルと呼ぶ。点801がΔsだけ変化したとき、e1(s)とe1(s+Δs)のなす角をΔθとおくと、主曲率k(s)は以下の(式7)で表される。

Figure 2018102351
(Step S409)
The CPU 2 calculates the curvature of each curve 505 connecting each candidate point 503 and the starting point 501 generated in S408. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of calculating the curvature. A plane 802 is a contact plane at a point 801 on the curve represented by r (s). The vector e 1 (s) is a tangent vector at the point 801 on the curve r (s). The vector e 2 (s) is a normal vector at the point 801 on the curve r (s). A normal vector on the plane 802 is called a main normal vector. A vector e 3 (s) passing through a point 801 on the curve r (s) and perpendicular to the plane 802 is called a normal vector. When the point 801 changes by Δs, if the angle formed by e 1 (s) and e 1 (s + Δs) is Δθ, the main curvature k (s) is expressed by the following (formula 7).
Figure 2018102351

また、点801がΔsだけ変化したとき、e3(s)とe3(s+Δs)のなす角をΔφとおくと、捩率と呼ばれる第二曲率τ(s)が以下の(式8)のように定義される。

Figure 2018102351
Further, when the point 801 changes by Δs and the angle formed by e 3 (s) and e 3 (s + Δs) is Δφ, the second curvature τ (s) called torsion is expressed by the following (Equation 8). Is defined as
Figure 2018102351

CPU2は、各候補点503と起点501を結ぶ各曲線505の曲率を計算し、比較する。比較する曲率は、主曲率k(s)であってもよいし、主曲率k(s)と第二曲率τ(s)から生成される評価関数f(k(s),τ(s))であってもよい。評価関数f(k(s),τ(s))の例として、例えば、f(k(s),τ(s))= w1*k(s)+w2*τ(s)が用いられる。ここで、w1,w2は経験的に決定されるパラメータである。f(k(s),τ(s))の起点501から候補点503までの経路における平均値は、以下の(式9)のように表される。

Figure 2018102351
CPU 2 calculates and compares the curvature of each curve 505 connecting each candidate point 503 and the starting point 501. The curvature to be compared may be the main curvature k (s), or an evaluation function f (k (s), τ (s)) generated from the main curvature k (s) and the second curvature τ (s) It may be. As an example of the evaluation function f (k (s), τ (s)), for example, f (k (s), τ (s)) = w 1 * k (s) + w 2 * τ (s) is used. . Here, w 1 and w 2 are parameters determined empirically. The average value of f (k (s), τ (s)) on the route from the starting point 501 to the candidate point 503 is expressed as in (Equation 9) below.
Figure 2018102351

ここで、l(si)は分割した曲線の曲線長であり、

Figure 2018102351
Where l (s i ) is the curve length of the divided curve,
Figure 2018102351

である。 It is.

(ステップS410)
CPU2は、S409で計算した起点501と各候補点503とを結ぶ、複数の曲線505の曲率の平均値<f>の中から、曲率が最小となる候補点と、その候補点と起点とを結ぶ1つの曲線を決定する。決定した1つの曲線を抽出し、決定した候補点を次の起点に設定する。ステップS403に戻り、設定した次の起点について線維状組織の抽出処理を継続する。
(Step S410)
The CPU 2 determines the candidate point with the smallest curvature, the candidate point and the starting point from the average value <f> of the curvatures of the plurality of curves 505 connecting the starting point 501 and each candidate point 503 calculated in S409. Determine one curve to connect. One determined curve is extracted, and the determined candidate point is set as the next starting point. Returning to step S403, the fibrous tissue extraction process is continued for the next set starting point.

なお、上記において、曲率の平均値<f>を、候補点を選定するための指標としたが、曲率の平均値<f>の代わりに、開始点から候補点までの曲線を複数の曲線に分割し、分割した曲線ごとに曲率f(si)を計算し、f(si)の最大値fmax = max{f(si)}が最小となる候補点を次の起点とし、その候補点と起点とを結ぶ1つの曲線を決定してもよい。 In the above, the average value <f> of curvature is used as an index for selecting candidate points, but instead of the average value <f> of curvature, the curve from the start point to the candidate points is changed into a plurality of curves. divided, calculate the curvature f (s i) for each divided curve, the candidate point maximum value f max = max {f (s i)} is a minimum of f (s i) as the next starting point, the One curve connecting the candidate point and the starting point may be determined.

以後、ステップS406において候補点が無くなるまで、ステップS403〜ステップS410までの処理を繰り返し、線維状組織の抽出処理を継続する。   Thereafter, the process from step S403 to step S410 is repeated until the candidate point is eliminated in step S406, and the fibrous tissue extraction process is continued.

(ステップS411)
CPU2は、現在の起点を線維状組織の終点とし、現在の開始点についての線維状組織の抽出処理を完了する。S410でこれまで決定した全ての曲線をつなげ、現在の開始点についての線維状組織の抽出結果とする。
(Step S411)
The CPU 2 uses the current start point as the end point of the fibrous tissue, and completes the fibrous tissue extraction process for the current start point. All the curves determined so far in S410 are connected to obtain the fibrous tissue extraction result for the current starting point.

(ステップS412)
CPU2は、開始点領域212内の全ての開始点について線維状組織の抽出処理を完了したか確認する。全ての開始点について線維状組織の抽出処理を完了した場合(Yesの場合)、ステップS306に進み、逆方向の線維状組織の抽出を行う。全ての開始点について線維状組織の抽出処理を完了していない場合(Noの場合)、ステップS413に進む。
(Step S412)
The CPU 2 confirms whether the fibrous tissue extraction processing has been completed for all start points in the start point region 212. When the fibrous tissue extraction processing has been completed for all the start points (in the case of Yes), the process proceeds to step S306, and the fibrous tissue is extracted in the reverse direction. When the fibrous tissue extraction process has not been completed for all the start points (in the case of No), the process proceeds to step S413.

(ステップS413)
CPU2は、開始点領域212に含まれる別の点を次の開始点に設定する。ステップS402に進み、次の開始点について線維状組織の抽出処理を行う。
(Step S413)
The CPU 2 sets another point included in the start point area 212 as the next start point. Proceeding to step S402, fibrous tissue extraction processing is performed for the next starting point.

本実施例1では、空間的に幅を持った領域で候補点を選別することができるため、次の起点として最適な候補点を決定し、線維状組織の抽出精度を向上することができる。   In the first embodiment, candidate points can be selected in a spatially wide region, so that an optimal candidate point can be determined as the next starting point, and the fibrous tissue extraction accuracy can be improved.

図9に、実施例2における処理の流れを示す。図10は、実施例2における起点と候補点の関係を示す図である。   FIG. 9 shows a processing flow in the second embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a starting point and candidate points in the second embodiment.

実施例1は、起点と候補点を結ぶ曲線の曲率を候補点を選定するための指標としたが、実施例2では、起点と候補点を結ぶ曲線の長さを候補点を選定するための指標とする。そのため、ステップS903において、起点から等距離となる球面上の点を候補点として設定する。実施例1と異なる処理は、ステップS903、S909及びS910の処理である。ステップS901〜S902、S904〜S908、S911〜S913の処理は、実施例1のステップS401〜S402、S404〜S408、S411〜S413の処理と同一であるので、その説明を省略する。   In Example 1, the curvature of the curve connecting the starting point and the candidate point is used as an index for selecting the candidate point. In Example 2, the length of the curve connecting the starting point and the candidate point is used for selecting the candidate point. Use as an indicator. Therefore, in step S903, a point on the sphere that is equidistant from the starting point is set as a candidate point. The processing different from the first embodiment is the processing in steps S903, S909, and S910. Since the processes in steps S901 to S902, S904 to S908, and S911 to S913 are the same as the processes in steps S401 to S402, S404 to S408, and S411 to S413 in the first embodiment, description thereof is omitted.

(ステップS903)
CPU2は、起点501からの方向が起点501における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、起点501から等距離となる球面1006上の点503(503-1、503-2、503-3、503-4)を候補点として設定する。
(Step S903)
The CPU 2 has a point 503 (503-1, 502-2, 503- on the spherical surface 1006 that is equal to or less than a predetermined angle with respect to the direction of the maximum eigenvector at the starting point 501, and is equal to or less than a predetermined angle. 3, 503-4) are set as candidate points.

(ステップS909)
CPU2は、S908で生成した起点501と各候補点503を結ぶ各曲線r(s)の長さを計算する。曲線の長さLは、以下の(式11)を用いて計算される。

Figure 2018102351
(Step S909)
The CPU 2 calculates the length of each curve r (s) connecting the starting point 501 generated in S908 and each candidate point 503. The length L of the curve is calculated using the following (formula 11).
Figure 2018102351

(ステップS910)
CPU2は、S909で計算した起点501と各候補点503を結ぶ、複数の曲線505の中から、長さが最小となる候補点と、その候補点と開始点とを結ぶ1つの曲線を決定し、決定した候補点を次の起点に設定する。ステップS903に戻り、次の起点についての線維状組織の抽出処理を行う。
(Step S910)
CPU2 determines a candidate point having the shortest length and a single curve connecting the candidate point and the starting point from among a plurality of curves 505 connecting the starting point 501 calculated in S909 and each candidate point 503. The determined candidate point is set as the next starting point. Returning to step S903, the fibrous tissue is extracted from the next starting point.

本実施例2では、実施例1よりも低い計算コストで線維状組織を抽出することができる。   In the second embodiment, a fibrous tissue can be extracted at a calculation cost lower than that in the first embodiment.

なお、本発明の線維状組織抽出装置は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記S408のステップにおいて、起点と候補点を結ぶ曲線の例として3次のスプライン曲線を挙げ、本発明の実施形態を具体的に説明したが、スプライン曲線の代わりにベジェ曲線を用いて起点と候補点を接続し、接続した曲線の指標から候補点を決定してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。   The fibrous tissue extraction apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the gist of the invention. For example, in the step of S408, a cubic spline curve is given as an example of a curve connecting a starting point and a candidate point, and the embodiment of the present invention has been specifically described. However, a starting point using a Bezier curve instead of a spline curve is described. And the candidate points may be connected, and the candidate points may be determined from the indices of the connected curves. Moreover, you may combine suitably the some component currently disclosed by the said embodiment. Furthermore, some components may be deleted from all the components shown in the above embodiment.

1 線維状組織抽出装置、2 CPU、3 主メモリ、4 記憶装置、5 表示メモリ、6 表示装置、7 コントローラ、8 マウス、9 キーボード、10 ネットワークアダプタ、11 システムバス、12 ネットワーク、13 磁気共鳴画像撮影装置(MRI装置)、14 医用画像データベース、200 表示画面、210 画像表示部、211 MPR画像または3D画像、212 開始点領域、213 順方向の追跡により抽出された線維状組織、214 逆方向の追跡により抽出された線維状組織、220 開始点領域設定部、230 画像操作部、240 追跡開始指示部、501 起点、502 最大固有ベクトル、503、503-1、503-2、503-3、503-4 候補点、504 最大固有ベクトル、505 曲線、506 候補点設定領域、603 直線、604 最大固有ベクトル、605 曲線、801 点、802 平面、1006 球面   1 Fibrous tissue extractor, 2 CPU, 3 main memory, 4 storage device, 5 display memory, 6 display device, 7 controller, 8 mouse, 9 keyboard, 10 network adapter, 11 system bus, 12 network, 13 magnetic resonance image Imaging device (MRI device), 14 medical image database, 200 display screen, 210 image display unit, 211 MPR image or 3D image, 212 starting point region, 213 fibrous tissue extracted by forward tracking, 214 reverse direction Fibrous tissue extracted by tracking, 220 start point area setting unit, 230 image operation unit, 240 tracking start instruction unit, 501 starting point, 502 maximum eigenvector, 503, 503-1, 502-2, 503-3, 503- 4 Candidate points, 504 maximum eigenvectors, 505 curves, 506 candidate point setting area, 603 straight lines, 604 maximum eigenvectors, 605 curves, 801 points, 802 plane, 1006 sphere

Claims (15)

磁気共鳴画像撮影装置にて撮像された拡散強調画像を用いて線維状組織を抽出する線維状組織抽出装置であって、
前記拡散強調画像上の点において算出される拡散テンソルを対角化し、固有値と、絶対値が最大の固有値に対応する最大固有ベクトルを算出する対角化演算部と、
前記拡散強調画像上の点を開始点に設定する開始点設定部と、
前記開始点を起点に設定する起点設定部と、
前記起点からの方向が前記起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、前記起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する候補点設定部と、
複数の前記候補点の中から拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する候補点選別部と、
前記起点と前記候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように前記起点と前記候補点を結ぶ曲線を複数の前記候補点について各々生成する曲線生成部と、
前記曲線の指標に基づき、複数の前記候補点の中から、1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定する候補点決定部と、
前記候補点決定部により決定された前記1つの候補点を次の起点に設定する起点更新部と、
前記候補点選別部により選別される候補点が無くなるまで、前記候補点設定部と、前記候補点選別部と、前記曲線生成部と、前記候補点決定部と、起点更新部の処理を繰り返し、前記候補点決定部により決定された全ての曲線をつなげ、線維状組織として抽出する制御部と、
を備えることを特徴とする線維状組織抽出装置。
A fibrous tissue extraction device that extracts a fibrous tissue using a diffusion weighted image captured by a magnetic resonance imaging apparatus,
Diagonalizing a diffusion tensor calculated at a point on the diffusion-weighted image, and calculating a eigenvalue and a maximum eigenvector corresponding to the eigenvalue having the maximum absolute value,
A starting point setting unit for setting a point on the diffusion weighted image as a starting point;
A starting point setting unit for setting the starting point as a starting point;
A candidate point setting unit configured to set a plurality of points as candidate points, wherein a direction from the starting point is equal to or less than a predetermined angle with an angle formed with the direction of the maximum eigenvector at the starting point, and a distance from the starting point is within a predetermined range; ,
A candidate point selection unit for selecting a candidate point having a diffusion anisotropy equal to or greater than a threshold value from the plurality of candidate points;
A curve generator for generating a curve connecting the starting point and the candidate point for each of the plurality of candidate points such that a tangent vector at the starting point and the candidate point is in the direction of each maximum eigenvector;
A candidate point determination unit for determining one candidate point and one curve connecting the starting point and the one candidate point from among the plurality of candidate points based on the index of the curve;
A starting point updating unit for setting the one candidate point determined by the candidate point determining unit as a next starting point;
Until there are no candidate points to be selected by the candidate point selection unit, the candidate point setting unit, the candidate point selection unit, the curve generation unit, the candidate point determination unit, and the starting point update unit are repeated, A control unit that connects all the curves determined by the candidate point determination unit and extracts as a fibrous tissue,
A fibrous tissue extraction apparatus comprising:
前記対角化演算部により算出された最大固有ベクトルと、前記最大固有ベクトルを−1倍した最大固有ベクトルの両方を用いて、前記開始点から両方向に線維状組織を抽出する、ことを特徴とする請求項1に記載の線維状組織抽出装置。   The fibrous tissue is extracted in both directions from the start point using both the maximum eigenvector calculated by the diagonalization calculation unit and the maximum eigenvector obtained by multiplying the maximum eigenvector by -1. 2. The fibrous tissue extraction device according to 1. 前記拡散強調画像上の所定領域を開始点領域に設定する開始点領域設定部を、更に備え、
前記開始点設定部は、前記開始点領域に含まれる複数の点から1つずつ開始点を設定し、
前記制御部は、前記開始点領域に含まれる複数の点すべてについて、前記線維状組織を抽出するように制御する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の線維状組織抽出装置。
A start point region setting unit for setting a predetermined region on the diffusion weighted image as a start point region;
The start point setting unit sets a start point one by one from a plurality of points included in the start point region,
The control unit controls to extract the fibrous tissue for all of a plurality of points included in the start point region;
The fibrous tissue extraction device according to claim 1 or 2, wherein the device is a fibrous tissue extraction device.
前記候補点選別部は、前記起点と前記候補点を結ぶ方向ベクトルを含む平面を決定し、前記起点の最大固有ベクトルと前記平面を挟んで反対方向に伸びる最大固有ベクトルを有する前記候補点を更に選別する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The candidate point selection unit determines a plane including a direction vector connecting the starting point and the candidate point, and further selects the candidate point having the maximum eigenvector of the starting point and the maximum eigenvector extending in the opposite direction across the plane. ,
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記候補点選別部は、複数の前記候補点の中から、前記起点の最大固有ベクトルと前記候補点の最大固有ベクトルのなす角が所定値以下となる候補点を、更に選別する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The candidate point selection unit further selects a candidate point having an angle between a maximum eigenvector of the starting point and a maximum eigenvector of the candidate point that is equal to or less than a predetermined value from the plurality of candidate points.
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記曲線の指標は、前記曲線の経路における平均主曲率であり、
前記候補点決定部は、複数の前記候補点の中から、前記曲線の指標が最小となる1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The indicator of the curve is an average principal curvature in the path of the curve,
The candidate point determination unit determines, from among the plurality of candidate points, one candidate point with the smallest index of the curve, and one curve connecting the starting point and the one candidate point;
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記曲線の指標は、前記曲線の主曲率と第二曲率に関する評価関数によって得られる値の、前記曲線の経路における平均値であり、
前記候補点決定部は、複数の前記候補点の中から、前記曲線の指標が最小となる1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The index of the curve is an average value in the path of the curve of the value obtained by the evaluation function relating to the main curvature and the second curvature of the curve,
The candidate point determination unit determines, from among the plurality of candidate points, one candidate point with the smallest index of the curve, and one curve connecting the starting point and the one candidate point;
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記曲線の指標は、前記曲線を複数の曲線に分割し、分割した曲線ごとに計算した主曲率の最大値であり、
前記候補点決定部は、複数の前記候補点の中から、前記曲線の指標が最小となる1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The index of the curve is a maximum value of the main curvature calculated for each of the divided curves by dividing the curve into a plurality of curves.
The candidate point determination unit determines, from among the plurality of candidate points, one candidate point with the smallest index of the curve, and one curve connecting the starting point and the one candidate point;
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記曲線の指標は、前記曲線を複数の曲線に分割し、分割した曲線ごとに計算した主曲率と第二曲率に関する評価関数によって得られる値の最大値であり、
前記候補点決定部は、複数の前記候補点の中から、前記曲線の指標が最小となる1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The index of the curve is a maximum value obtained by dividing the curve into a plurality of curves and obtained by an evaluation function relating to the main curvature and the second curvature calculated for each of the divided curves,
The candidate point determination unit determines, from among the plurality of candidate points, one candidate point with the smallest index of the curve, and one curve connecting the starting point and the one candidate point;
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記曲線の指標は、前記起点と前記候補点を結ぶ曲線の長さであり、
前記候補点決定部は、複数の前記候補点の中から、前記曲線の指標が最小となる1つの候補点と、前記起点と該1つの候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The index of the curve is a length of a curve connecting the starting point and the candidate point,
The candidate point determination unit determines, from among the plurality of candidate points, one candidate point with the smallest index of the curve, and one curve connecting the starting point and the one candidate point;
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記起点と前記候補点を結ぶ曲線は、3次のスプライン曲線である、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の線維状組織抽出装置。
The curve connecting the starting point and the candidate point is a cubic spline curve.
The fibrous tissue extraction device according to any one of claims 1 to 10, wherein
磁気共鳴画像撮影装置にて撮像された拡散強調画像を用いて線維状組織を抽出する線維状組織抽出方法であって、
前記拡散強調画像上の点において算出される拡散テンソルを対角化し、固有値と、絶対値が最大の固有値に対応する最大固有ベクトルを算出する対角化演算ステップと、
前記拡散強調画像上の点を開始点に設定する開始点設定ステップと、
設定した前記開始点を起点に設定する起点設定ステップと、
設定した前記起点からの方向が前記起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、前記起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する候補点設定ステップと、
複数の前記候補点の中から拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する候補点選別ステップと、
前記起点と前記候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように前記起点と前記候補点を結ぶ曲線を複数の前記候補点について各々生成する曲線生成ステップと、
生成された前記曲線の指標に基づき、複数の前記候補点の中から、1つの候補点と、前記起点と該候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定する候補点決定ステップと、
決定された前記1つの候補点を次の起点に設定する起点更新ステップと、
前記候補点選別ステップにより選別される候補点が無くなるまで、前記候補点設定ステップと、前記候補点選別ステップと、前記曲線生成ステップと、前記候補点決定ステップと、前記起点更新ステップと、を繰り返し、候補点決定ステップにより決定された全ての曲線をつなげ、線維状組織として抽出する制御ステップと、
を備えることを特徴とする線維状組織抽出方法。
A fibrous tissue extraction method for extracting a fibrous tissue using a diffusion weighted image captured by a magnetic resonance imaging apparatus,
Diagonalizing a diffusion tensor calculated at a point on the diffusion-weighted image to calculate a eigenvalue and a maximum eigenvector corresponding to the eigenvalue having the maximum absolute value;
A starting point setting step of setting a point on the diffusion weighted image as a starting point;
A starting point setting step for setting the set starting point as a starting point;
Candidate point setting for setting a plurality of points as candidate points, the direction from the set starting point being equal to or less than a predetermined angle with the angle formed by the direction of the maximum eigenvector at the starting point, and the distance from the starting point being within a predetermined range Steps,
A candidate point selection step of selecting candidate points having a diffusion anisotropy equal to or greater than a threshold value from the plurality of candidate points;
A curve generating step for generating a curve connecting the starting point and the candidate point for each of the plurality of candidate points such that a tangent vector at the starting point and the candidate point is in the direction of each maximum eigenvector;
A candidate point determining step for determining one candidate point and one curve connecting the starting point and the candidate point from among the plurality of candidate points based on the generated index of the curve;
A starting point update step of setting the determined one candidate point as a next starting point;
The candidate point setting step, the candidate point selection step, the curve generation step, the candidate point determination step, and the starting point update step are repeated until there are no candidate points to be selected by the candidate point selection step. A control step of connecting all the curves determined by the candidate point determination step and extracting as a fibrous tissue;
A fibrous tissue extraction method comprising:
前記拡散強調画像上の所定領域を開始点領域に設定する開始点領域設定ステップを、更に備え、
前記開始点設定ステップは、前記開始点領域に含まれる複数の点から1つずつ開始点を設定し、
前記制御ステップは、前記開始点領域に含まれる複数の点すべてについて、前記線維状組織を抽出するように制御する、
ことを特徴とする請求項12に記載の線維状組織抽出方法。
A start point region setting step of setting a predetermined region on the diffusion weighted image as a start point region;
The start point setting step sets a start point one by one from a plurality of points included in the start point region,
The control step controls to extract the fibrous tissue for all of a plurality of points included in the start point region.
The fibrous tissue extraction method according to claim 12, wherein:
磁気共鳴画像撮影装置にて撮像された拡散強調画像を用いて線維状組織を抽出する線維状組織抽出プログラムであって、
前記拡散強調画像上の点において算出される拡散テンソルを対角化し、固有値と、絶対値が最大の固有値に対応する最大固有ベクトルを算出する対角化演算ステップと、
前記拡散強調画像上の点を開始点に設定する開始点設定ステップと、
設定した前記開始点を起点に設定する起点設定ステップと、
設定した前記起点からの方向が前記起点における最大固有ベクトルの方向となす角と所定角以下であり、前記起点からの距離が所定の範囲内にある、複数の点を候補点として設定する候補点設定ステップと、
複数の前記候補点の中から拡散異方性が閾値以上となる候補点を選別する候補点選別ステップと、
前記起点と前記候補点における接線ベクトルが各々の最大固有ベクトルの方向となるように前記起点と前記候補点を結ぶ曲線を複数の前記候補点について各々生成する曲線生成ステップと、
生成された前記曲線の指標に基づき、複数の前記候補点の中から、1つの候補点と、前記起点と該候補点を結ぶ1つの曲線と、を決定する候補点決定ステップと、
決定された前記1つの候補点を次の起点に設定する起点更新ステップと、
前記候補点選別ステップにより選別される候補点が無くなるまで、前記候補点設定ステップと、前記候補点選別ステップと、前記曲線生成ステップと、前記候補点決定ステップと、前記起点更新ステップと、を繰り返し、候補点決定ステップにより決定された全ての曲線をつなげ、線維状組織として抽出する制御ステップと、
を備えることを特徴とする線維状組織抽出プログラム。
A fibrous tissue extraction program for extracting fibrous tissue using a diffusion weighted image captured by a magnetic resonance imaging apparatus,
Diagonalizing a diffusion tensor calculated at a point on the diffusion-weighted image to calculate a eigenvalue and a maximum eigenvector corresponding to the eigenvalue having the maximum absolute value;
A starting point setting step of setting a point on the diffusion weighted image as a starting point;
A starting point setting step for setting the set starting point as a starting point;
Candidate point setting for setting a plurality of points as candidate points, the direction from the set starting point being equal to or less than a predetermined angle with the angle formed by the direction of the maximum eigenvector at the starting point, and the distance from the starting point being within a predetermined range Steps,
A candidate point selection step of selecting candidate points having a diffusion anisotropy equal to or greater than a threshold value from the plurality of candidate points;
A curve generating step for generating a curve connecting the starting point and the candidate point for each of the plurality of candidate points such that a tangent vector at the starting point and the candidate point is in the direction of each maximum eigenvector;
A candidate point determining step for determining one candidate point and one curve connecting the starting point and the candidate point from among the plurality of candidate points based on the generated index of the curve;
A starting point update step of setting the determined one candidate point as a next starting point;
The candidate point setting step, the candidate point selection step, the curve generation step, the candidate point determination step, and the starting point update step are repeated until there are no candidate points to be selected by the candidate point selection step. A control step of connecting all the curves determined by the candidate point determination step and extracting as a fibrous tissue;
A fibrous tissue extraction program comprising:
前記拡散強調画像上の所定領域を開始点領域に設定する開始点領域設定ステップを、更に備え、
前記開始点設定ステップは、前記開始点領域に含まれる複数の点から1つずつ開始点を設定し、
前記制御ステップは、前記開始点領域に含まれる複数の点すべてについて、前記線維状組織を抽出するように制御する、
ことを特徴とする請求項14に記載の線維状組織抽出プログラム。
A start point region setting step of setting a predetermined region on the diffusion weighted image as a start point region;
The start point setting step sets a start point one by one from a plurality of points included in the start point region,
The control step controls to extract the fibrous tissue for all of a plurality of points included in the start point region.
The fibrous tissue extraction program according to claim 14, wherein:
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