의사의 화상 진단 업무를 효율화
다른 일시에 촬영된 동일한 환자의 CT 화상에 대해서 고정밀도로 종양의 위치 교정을 하는 기술을 일본 주식회사 후지쯔(Fujitsu) 연구소가 개발하였다.
CT 화상으로는 일반적으로 호흡이나 심박의 영향으로 종양의 위치가 변동한다. 기존 종양의 주변에 있는 혈관 등을 실마리에 위치를 맞추는 방법이 있었지만 종양 주변에 혈관이 적은 경우는 위치 교정의 정밀도가 저하된다는 과제가 있었다.
이번에 종양의 주변뿐만 아니라 보다 광범위하게 있는 혈관도 실마리로 하는 것으로 종양의 주변에 혈관이 적은 경우에서도 고정밀도에 위치 교정을 하는 기술을 개발하였다. 이것에 의해 실용화의 기준이 되는 오차 2.5밀리미터 미만(주 1)으로 위치 교정 가능한 비율이 기존 약 30%에서 약 80%로 향상되는 것을 확인하였다. 본 기술을 적용하는 것으로 화상 진단 업무의 위치 교정에 걸리는 시간을 저감할 수 있어 의사의 부하 경감에 공헌할 수 있다고 한다.
개발의 배경으로는 의사가 암 검진이나 병의 경과 관찰에 대해 종양의 변화를 관찰하기 위하여 다른 일시에 촬영된 동일한 환자의 CT 화상을 비교하고 있다. 상세하게 관찰하기 위해서 확대 표시하고 싶은 종양의 위치를 수동으로 지정하여 비교 대상의 화상 상에서도 대응하는 종양을 확대 표시한다. 이 때 호흡・심박의 영향에 의해서 전회 촬영 시부터 종양의 위치 차이가 발생하기 때문에 의사는 여러 장의 단면 화상으로부터 해당하는 단면을 찾아내어 단면상에서도 종양의 위치를 수동으로 맞춘다고 한 번잡한 작업이 필요하게 된다(<그림 1>).
기존에 다른 일시에 촬영된 동일한 환자의 CT 화상에 대해서 화상 상에서 의사가 지정한 종양에 대해서 주변에 있는 혈관이나 장기의 경계 등 비교적 특징이 있는 부위의 점(이하, 특징점)을 자동적으로 복수 요구하여 다른 화상 상에서도 동일하게 요구되는 특징점과의 대응 관계를 실마리로 하여 종양의 위치를 자동으로 맞추는 기술이 있었다(<그림 2>). 그러나 종양 주변에 특징점이 적은 경우 위치 교정의 정도가 저하된다는 과제가 있었다. 특징점의 추출 범위를 넓히는 경우 장소에 의해서 호흡 등에 기인하는 변형 시 특징점의 어긋나는 방법이 다르기 때문에 멀어진 장소에 있는 특징점의 엇갈림으로부터 종양 위치를 추정하는 것이 어렵다는 새로운 과제가 발생한다.
이번에 종양 주변에 혈관 등의 특징점이 적은 경우 광범위한 특징점을 실마리로 하여 종양의 위치를 자동으로 고정밀도로 맞추는 기술을 개발하였다(<그림 3>).
본 기술에서는 종양 주변에 특징점이 적은 경우에 대응하기 위하여 기존에 비해 넓은 범위로부터 특징점을 찾는다고 한다. 그러나 종양으로부터 멀리 떨어진 특징점에 있어서의 오차가 종양 위치에 있어서의 오차와 반드시 일치한다고는 할 수 없다. 따라서 종양 위치에 있어서의 엇갈림과 일치하는 경향이 가능한 높아지도록 종양으로부터의 거리에 따라 종양 위치의 오차를 산출한다. 종양의 위치 교정의 순서는 종양 위치를 중심으로 광범위하게 걸쳐 특징점을 추출, 2매 화상의 특징점을 대응시켜, 특징점에 있어서의 엇갈림을 산출, 종양 위치를 중심으로 선형(扇形)으로 영역을 분할하여 전방위에 걸쳐 종양 위치에 가장 가까운 엇갈림을 탐색, 종양 위치와 특징점과의 거리로 가까울 정도 중량감이 늘어나도록 가중을 설정, 가중을 가미하여 종양 위치의 엇갈림의 방향과 거리를 산출, 산출한 종양 위치의 오차 방향과 거리를 지우는 방향으로 화상을 이동, 종양으로부터 가까운 위치의 특징점은 몸의 연속성으로부터 움직임이 유사하여 오차도 유사한 경향에 있기 때문에 종양에 가까운 특징점의 오차를 중시하여 이것을 종양 위치의 엇갈림의 계산에 반영하고 있다.
또한 특징점을 대응시킬 때와 비교하는 특징 점수가 증가하는 것으로 처리량이 증가하지만 비교에 이용하는 화상 특징량(주변 화소 정보)을 간소화하는 것으로 처리를 고속화하고 있다. 이것에 의해 여러 단면을 위치 교정을 고속으로 실시할 수 있다.
폐 질환 증례 실험에서는 실용화의 기준이 되는 오차 2.5밀리미터(mm) 미만으로 위치 교정 가능한 비율이 기존의 33%에서 83%로 향상되는 것을 확인하였다. 1건당 수백 장의 단면 화상 중에서 종양이 존재할 가능성이 높은 약 20장의 단면 화상을 대상으로 종양의 위치를 맞추는 경우 약 1.5초에 처리 가능하다고 한다. 이것에 의해 화상 진단 업무의 위치 교정에 걸리는 시간을 저감할 수 있어 의사의 부하 경감에 공헌할 수 있다.
향후 후지쯔 연구소는, 여러 가지 화상에 의한 실증 실험을 거듭해 2015년도에 후지쯔 제품에서의 탑재를 목표로 할 예정이라고 한다.
(주 1) 오차 2.5 밀리미터 미만
일본 CT 검진 학회가 정하는 ′저선량 CT에 의한 폐암 검진의 폐 결절의 판정 기준과 경과 관찰의 생각 제3판′(2012년 2월 개정)에서 정밀 검사 대상이 되는 최소의 종양 사이즈는 직경 5mm이기 때문에 그 반인 2.5mm를 허용 가능한 오차의 상한치로 설정하였다.
<그림 1> 화상 비교에 의한 종양의 경시 변화 관찰
<그림 2> 자동 위치 교정의 기본적인 개념
<그림 3> 개발 기술에 의한 종양 위치의 위치 교정
