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ROI・マスク・解析

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以下の内容を予定しています。

ROI

  • ROI の描画（矩形・楕円・多角形・フリーハンド）
  • ROI マネージャ — 一覧、名前・色の編集、表示切り替え
  • 統計値（面積、平均、標準偏差、最大 / 最小など）とヒストグラム
  • 動画シリーズでのフレーム指定 ROI

マスク・セグメンテーション

  • マスク塗り、ワンドツール、レベルセット
  • ROI ↔ メッシュの変換
  • DICOM SEG / RTSTRUCT の読み込みと書き出し

定量解析

  • PET の SUV 校正（body weight ほか）
  • Time-Intensity Curve
  • テクスチャ解析（Radiomics）— RadiomicsJ 連携

テクスチャ解析に使える画像（テクスチャマップ・GLAM 解析・Radiomics 特徴量（ROI）に共通）

  • 非圧縮と圧縮の DICOM を読めます。圧縮は JPEG Lossless・JPEG-LS・JPEG 2000・RLE などで、可逆圧縮なら非圧縮と同じ値になります。
  • 非可逆圧縮の画像（JPEG Baseline・JPEG 2000・JPEG-LS Near-Lossless など、または LossyImageCompression が 01）も計算しますが、結果の上に「非可逆圧縮の画像です。特徴量は圧縮の影響を受けます」と出ます。テクスチャマップでは、派生シリーズの DerivationDescription にも source: lossy compressed と残ります。
  • 圧縮画像の伸長には、同梱の dcm4che の部品（OpenCV）を使います。部品が使えない環境では「圧縮画像の伸長に必要な部品がありません（理由）」と出て止まります。
  • カラー画像と、圧縮されたマルチフレーム画像（Enhanced CT・MR など 1 ファイルに複数枚）は対象外です。理由を示して止まります。

Radiomics 特徴量（ROI）

ROI 全体を 1 つの領域として、RadiomicsJ で Radiomics 特徴量を計算し、表と CSV に出します。研究用（Research Use Only）で、診断には使いません。

開き方: 2D ビューアで画像を表示し、メニューの 解析 ▸ Radiomics 特徴量（ROI）… を選ぶと、別ウィンドウが開きます（デスクトップ版のみ）。

手順

  1. 対象シリーズと ROI マスクを選びます。必要なら「症例ラベル」（例 case-012）を入れます。CSV の CaseLabel 列とファイル名に入ります。症例を突き合わせるための番号などを入れ、患者名・患者 ID は入れないでください。マスクは DICOM SEG などのマスクシリーズです。SEG に複数のセグメントがあれば、セグメントを名前で選べます。塗りの ROI は、ROI マネージャーの「DICOM SEG で保存」でマスクシリーズにしてから選んでください。
  2. 設定を選びます。
    • 離散化: ビン数（既定 32）かビン幅（既定 25）。
    • リサンプリング: なし、または等方の画素間隔（mm）。
    • 特徴量の族: 既定は RadiomicsJ と同じです（GLAM と 2D 形状はオフ）。GLAM は計算量が ROI のボクセル数の 2 乗で増えるので、大きな ROI では断られることがあります。
  3. 「計算」を押します。計算中は「読み込み中／計算中」と経過時間が出ます。数万ボクセルの ROI では数十秒〜数分かかります。

表の見方

  • 族ごとに、特徴名・IBSI の識別子・値・注記を並べます。IBSI の識別子で、IBSI（Image Biomarker Standardisation Initiative）の定義表と照合できます。
  • 族の見出しに、その族の離散化（ビン数かビン幅）が出ます。
  • 取り違えやすい定義には注記が付きます。
    • 過剰尖度（−3 済み）: 一次統計と強度ヒストグラムの Kurtosis は、正規分布で 0 になる過剰尖度です。
    • log2・離散化後: 強度ヒストグラムの Entropy は、離散化した値の、底 2 のエントロピーです。
    • IBSI 外: IBSI の定義に無い特徴です（フラクタル、GLAM、2D 形状、一次統計の TotalEnergy・StandardDeviation・StandardError など）。
    • Diagnostics の ResegmentedROIMorphMaskVoxelCount には、RadiomicsJ 2.4.1 では強度マスクの数が入ります。形態マスクの数は、表の上の「形態」か CSV の Roi_MorphMaskVoxels を見てください。
  • 表の上に ROI の大きさが出ます。
    • 「ROI」: 選んだマスクのボクセル数。
    • 「計算に使った数」: リサンプリング・範囲フィルタ・外れ値除去の後に、強度とテクスチャの特徴を計算したボクセル数。
    • 「形態」: 形態特徴に使うマスクのボクセル数。リサンプリングの後の数で、範囲フィルタ・外れ値除去では減りません。
    • 「体積」: 形態のボクセル数 × 計算に使った画素の体積（mm³）。
  • 環境設定 ▸ テクスチャの「小さい ROI の警告（ボクセル数）」に値を入れておくと、計算に使った数がそれより少ない ROI で、表の上に警告が出ます。空欄なら警告しません（環境設定）。

画像フィルタ（LoG）: 「画像フィルタ」で LoG を選び、σ（mm、カンマか空白で複数）・切り捨て（σ の倍数、既定 4）・境界（既定 MIRROR）を指定すると、強度・テクスチャの特徴をフィルタ後の画像からも計算し、σ ごとの列（log_sigma1.5mm_…）を元の列の後ろに足します。 - 形態（Morphology）と Diagnostics は元の ROI のままで、繰り返しません。フィルタ後の列には IBSI の識別子を付けず、「LoG 後の画像に元の定義を適用」の注記を付けます。 - LoG は等方の格子が前提です。画素間隔がそろっていない画像でリサンプリングを指定しないと、理由を出して計算しません。固定ビン幅の値はフィルタ後の値の単位になるため、固定ビン数をお勧めします。 - 3D の単位は体積に、2D の単位（最大断面・スライス別）は面内にフィルタを掛けます。

空間スケール（LoG を構造の半径で指定）: 「画像フィルタ」で「LoG（構造の半径）」を選ぶと、強調したい構造の半径 r（mm）を 0, 2, 3, 4 のように並べて指定できます。r ごとに独立して計算し、結果の上にスケールのタブが並びます。 - r=0 はフィルタなしで、通常の表と同じ値です。r>0 は σ に換算して LoG を掛けます。既定の換算は σ = r/√d（d はフィルタの次元で、3D の単位は 3、2D の単位は 2）です。半径 r の円板（2D）・球（3D）への σ² 正規化した応答が最大になる σ が r/√d で、核の山の半径も r になります。σ = r、σ = k·r も選べます。 - 換算は仮定で、他のソフトの同名の設定と同じ値になるとは限りません。LoG の応答は、明るい構造に負の値（IBSI の定義）になります。 - スケールごとの結果は個別にキャッシュされます。「0, 2」を計算したあとに「0, 2, 3」を計算すると、0 と 2 はキャッシュから返り、3 だけ新しく計算します。 - CSV はスケールごとに 1 行（3D の表）で、記録の列の後ろに Filter_Kind・Filter_ScaleMm・Filter_SigmaMm・Filter_ScaleToSigma・Filter_Dimension・Filter_TruncateSigma・Filter_Boundary が入ります（フィルタなしの行は Filter_Kind=none で、r 以外は空）。LoG の列名は σ ごとに違うので、列は全スケールの和集合で、そのスケールに無い列は空です。設定ファイルと 2D の CSV はスケールごとに別ファイル（…-r3_…）です。

スケールの書き方（走査・幅〔画素〕・名札）: スケールの「値」には、カンマか空白で区切った値と、連続値の走査「開始:終了:刻み」（例 0, 1:2:0.5 → 0, 1, 1.5, 2）を混ぜて書けます。計算の前に「計算するスケール（N 個）」の一覧が出るので、刻みの打ち間違いに気づけます（個数に上限はありません。計算中は終えたスケール数から残り時間の目安を出し、取り消しで残りを止められます）。刻み 0 以下・終了が開始より小さい・数にならない値は、理由を出して計算しません。「LoG（σ）」の σ の欄にも同じ走査が使えます。 - 「書き方」を「幅（画素）」にすると、値を構造の直径の画素数として読み、r = 幅 × 面内の画素間隔 / 2 に直します（リサンプリング前の元の間隔）。画素幅で指定すると、画素の大きさが違う画像どうしでは同じ長さになりません。縦横の画素間隔が違う画像では使えません（半径 mm で指定してください）。 - 「名札」には旧フィルタ値などを書けます。記録するだけで計算には使いません（旧フィルタ値から σ や幅は自動では決めません。対応する式が文献で確かめられないためです）。 - CSV の Filter_* 列に Filter_InputNotation（radius_mm・width_px）・Filter_InputValue・Filter_PixelSpacingMm（幅のときだけ）・Filter_LegacyLabel が加わります。

フィルタ画像（LoG の派生シリーズ）: 2D ビューアの 解析 ▸ フィルタ画像（LoG）… で、選んだシリーズ全体に LoG を掛け、スケールごとに元と同じ位置・画素間隔の派生シリーズを保存します（作成後、1 本目を新しいタイルで開きます）。スケールの書き方（半径 mm・幅 画素・走査）と換算は ROI 特徴量と共通です。 - 2D は面内、3D は体積にフィルタを掛けます（換算の d は 2D で 2、3D で 3）。LoG は等方の格子が前提なので、3D は 3 軸、2D は面内の 2 軸が揃っていない画像では、理由を出して作りません。元の格子のまま作り、リサンプリングはしません。 - 保存されるのは Secondary Capture（ImageType=DERIVED\SECONDARY\LOG）の 16 bit 画像で、元の値は RescaleSlope/Intercept で復元できます。DerivationDescription に filter=LoG; r_mm=…; sigma_mm=…; scale_to_sigma=…; dim=…; truncate_sigma=…; boundary=…; radiomicsj=… を残します。表示の初期の窓は 0 が中心で、符号（明るい構造は負）が見えます。 - 値は表示用に 16 bit へ丸められるので、ROI の数値は「Radiomics 特徴量（ROI）」の表を使ってください（派生シリーズの上で ROI 統計を取ると、丸めの分だけ違います）。マスクは不要で、画像全体に掛けます。web モードでは作れません。

フィルタ層（色分けの重ね表示）: 解析 ▸ フィルタ層を重ねる… で、選んだタイルに、同じスタディの「LoG r …」の派生シリーズを色を変えて最大 3 本重ねます。 - 重ねられるのは、位置・向き・画素間隔・行列・枚数が元と一致するシリーズだけです（0.001 mm を超えるずれは不一致）。一致しないものは理由を出して選べません。 - 層ごとに、しきい値（既定 0）・見せる側・不透明度・表示の切り替え・［×］（外す）があります。しきい値以下の画素は透明で、下の画像がそのまま見えます。LoG の応答は明るい構造で負になる（IBSI の定義のまま）ので、見せる側の既定は「負の側（明るい構造）」です。色は色覚の違いに配慮した橙・空色・青緑で、重なった所は色が混ざります（スクリーン合成）。 - 凡例（色・r・σ）は層のバーに出ます。状態バーには層ごとのカーソル値（r2 … / r4 … / r6 …）が並びます。 - 層は表示だけで保存しません。派生シリーズは表示用に 16 bit へ丸めてあるので、ROI の数値は「Radiomics 特徴量（ROI）」の表を使ってください。「画素ごとに最も強いスケールの色で塗る」表示は今のところありません。

計算の単位（3D・最大断面 2D・スライス別 2D）: 「計算の単位」で、全腫瘍（3D、常に計算）に加えて最大断面（2D）とスライス別（2D）を選ぶと、1 回の計算で 3 つを並べた表（行＝特徴、列＝単位）が出ます。何も選ばなければ従来と同じ 3D だけです。 - 最大断面（2D）は、上の「最大断面」の 1 枚だけで計算します。スライス別（2D）は、前景のあるスライスごとに計算し、スライス別の表（折りたたみ）と、値のあるスライスの単純平均・ROI の画素数で重み付けした平均を出します。計算できなかったスライスは、位置と理由が表示され、集約には含まれません。 - 2D では形態（Morphology）と GLAM は計算せず、代わりに Shape2D を出します（その単位で計算しない特徴は「—」）。リサンプリングは面内だけで、固定ビン数の離散化はスライスごとに決まります。3D と 2D の値は定義が違うので、同じ量の差としては読まないでください。 - 環境設定 ▸ テクスチャの「小さい ROI の警告（画素数、2D）」に値を入れると、2D の画素数がそれ未満のスライスを警告します（空欄＝警告しない）。 - CSV は、3D の 3 本（変更なし）に加えて、選んだ単位ごとに _maxsection2d*.csv、_slices2d.csv・_slices2d_aggregate.csv などを別ファイルで書き出します。どれも先頭の記録 5 列は 3D と同じなので、CaseLabel で結合できます。

CSV に書き出す

2 つのファイルを保存します。ファイル名は、症例ラベルがあれば <症例ラベル>-seg<セグメント>、無ければ roi-features-<シリーズ番号>-seg<セグメント> で始まります。

  • ….csv: 1 行目が列名、2 行目が値（1 行 = 1 ROI）。先頭の 5 列は記録です。

    • CaseLabel: 症例ラベル（空のこともあります）。
    • Provenance_GraphyNextVersion・Provenance_RadiomicsJVersion: 計算したソフトの版。
    • Provenance_ExtractedAt: 計算した日時（ISO 8601、UTC）。
    • Provenance_SettingsSha256: 計算に使った設定ファイルの SHA-256。設定が同じなら同じ値になるので、症例ごとの CSV を集めたときに設定の違いがこの列で分かります。

    続く 6 列は ROI の大きさです。体積を共変量として解析に入れるときに使います。 - Roi_InitialVoxels・Roi_IntensityMaskVoxels・Roi_MorphMaskVoxels・Roi_VolumeMm3: 表の上の「ROI」「計算に使った数」「形態」「体積」と同じ値。 - Warning_SmallRoiThresholdVoxels: 計算したときの警告の基準値。 - Warning_SmallRoi: 小さい ROI なら 1、そうでなければ 0。基準値が空欄なら、この 2 列は空です（0 ではありません）。

    その後ろが特徴量の列で、列名は RadiomicsJ の結果表と同じです（例 IntensityBasedStatistical_Kurtosis）。計算できなかった値は NaN です。症例ごとのファイルを縦につなげば、そのまま統計ソフトに読み込めます。 - …_definitions.csv: 列名ごとの族・特徴・IBSI の識別子・注記の符号（EXCESS_KURTOSIS・LOG2_DISCRETISED・NON_IBSI・RJ_MORPH_COUNT_IS_INTENSITY）・離散化。

設定ファイルを書き出す

表の上に、版と設定の要約（離散化・リサンプリング・有効な族の数）が出ます。「設定ファイルを書き出す」で、計算に実際に使った設定を RadiomicsJ の設定ファイル（…_radiomicsj.properties）として保存します。

  • 全部の設定を、既定値も含めて書きます。RadiomicsJ が範囲外の値を直した場合（ビン数 0 → 1 など）は、直した後の値です。
  • このファイルの SHA-256 が、CSV の Provenance_SettingsSha256 と一致します。
  • 同じ画像とマスクで、このファイルを RadiomicsJ（ImageJ・コマンドライン）に読ませると、同じ値が出ます。

患者名などの患者情報は、表にも CSV にも入りません。

計算済みの結果（キャッシュ）

同じ画像・マスク・設定・RadiomicsJ の版で計算し直すと、保存してある結果がすぐに出ます。表の上に「キャッシュの結果（計算 日時）」と出ます。「計算し直す」を押すと、保存した結果を使わずに計算し、結果を置き換えます。

「取り消す」を押すと、結果を画面に出さなくなります。ただし計算そのものは最後まで続き、結果は保存されます（RadiomicsJ に途中で止める仕組みが無いため）。

6 統計・副次量・範囲で除く

  • プリセット「6 統計」: 一次統計・強度ヒストグラム・補助統計の 3 つの族だけを有効にします。
  • 補助統計（IBSI 外） は既定でオフです。オンにすると AuxiliaryStatistics_ の列が増えますが、ほかの列の値は変わりません。値が 0 より大きいボクセルだけの平均（MPP）・割合（PPP）、ln(SD)/ln(N)（nSD）、1/(過剰尖度+3)、値が 0 より大きいボクセルの uniformity（UPP）です。これらの量には公開された参照値が無く、手計算の理論値との一致だけを確かめています。
  • 計算すると、結果の上に「6 統計」（Mean・SD・Entropy・MPP・Skewness・Kurtosis）と「副次量」（Variance・Uniformity・PPP・nSD・UPP・1/(kurtosis+3)）の欄が出ます。値は下の全特徴の表の同じ列と同じです。定義できない値（全ボクセルが同じ値、値が 0 より大きいボクセルが無い、など）は 0 ではなく「—（未定義）」と表示します。
  • 範囲で除く（再セグメント）: 下限・上限のどちらか片方だけでも入れられます（例: 下限 −50 だけ）。その範囲の外のボクセルを強度マスクから除きます（両端を含みます）。空欄の側は開いたままです。下限が上限より大きい入力は計算できません。
  • GPU: 本体の Radiomics 抽出は GPU を使わず CPU で計算します（RadiomicsJ 2.5.2 までと同じ計算経路で、値を変えないため）。設定ファイルの記録には BOOL_USE_GPU=0 が入ります。

スケール比較（統計 × スケール）

  • 複数の半径（上の「空間スケール」）で計算すると、スケールのタブの右端に「スケール比較」のタブが出ます。プリセット「36 特徴」は、6 統計を半径 0・2・3・4・5・6 mm で計算する設定を一度に入れます。
  • 表は、行が統計（6 統計を先頭に、残りは「ほかの特徴」に折りたたみ）、列がスケールです。値は各スケールの結果の同じ列をそのまま並べたもので、ここで計算はしていません。r>0 の列は LoG を掛けた画像の値、r=0 はフィルタなしの値です。LoG の応答は明るい構造で負になります（IBSI の定義のまま）。
  • 見出しに fine・medium・coarse の目印が付きます。既定は r 2＝fine、3〜5＝medium、6＝coarse、0＝フィルタなしで、文献での呼び方に合わせています。割り当ては画面で変えられ（前回の値を覚えます）、割り当てに無い半径は「組なし」と出ます（近い組へは入れません）。組ごとの平均などの値は作りません。割り当てを変えても値は変わりません。
  • 「横長の CSV を保存」は 1 ROI＝1 行で、記録の列（CaseLabel・版）と ROI の大きさ（Roi_*・Warning_*）を 1 回、続けて Scale2mm_IntensityBasedStatistical_Mean のような列（半径は小数点のまま、Scale2.5mm_。既定は 6 統計 × スケールの 36 列だけで、「6 統計以外の共通の特徴も書き出す」を付けると全スケールに共通する列をすべて書きます）、最後にスケールごとの記録（Scale2mm_Provenance_SettingsSha256・Scale2mm_Filter_*）が並びます。定義表（_wide_definitions.csv）には scale_mm・sigma_mm・group の欄があります。ROI の大きさや版がスケールの間で食い違うときは、片方を黙って書かず書き出しを止めます。
  • 2 症例の横長の CSV は、同じスケールと族なら列の集合と並びが同じなので、そのまま行方向につなげます。従来の縦長の CSV（スケールごとに 1 行）も残っています。

IBSI 照合

解析 ▸ IBSI 照合… を開き、照合する を押すと、この PC の中で RadiomicsJ が IBSI 1 のデジタルファントムの参照値と一致するかを確かめます（数秒）。判定と規則は RadiomicsJ のものをそのまま表示します。

  • 件数は「許容幅の内側」「桁数で一致」「不合格」「計算されず」「RadiomicsJ に無い」「手引きに参照値なし」に分けて出ます。
  • 許容幅が無い行は、IBSI の手引きに丸めの規則が書かれていないため、RadiomicsJ が独自に定めた基準（参照値の有効数字の桁数で丸めて一致）で判定し、許容幅の内側とは別に数えます。IBSI 公式の合格基準ではありません。
  • 表は「不合格だけ」「不合格と計算されず」「判定の対象外」で絞り込め、族・特徴名で検索できます。
  • CSV・JSON で書き出せます。JSON は RadiomicsJ の結果に、GRAPHY-Next の版と実行日時を添えたものです。
  • 「論文の方法欄の例」の文は、結果の数から作られます。
  • CT ファントム（構成 C・D）は、画像の配布条件のため同梱できないので、この PC では実行しません。RadiomicsJ のリリース時に測った値だけを「記録」として表示します（記録の RadiomicsJ の版は、実行中の版と違うことがあります）。

出典: IBSI（Image Biomarker Standardisation Initiative）。デジタルファントムのデータは CC BY 4.0。この照合は、RadiomicsJ の計算が参照値と一致したことの記録で、臨床での正しさを保証するものではありません。standalone モードのみで使えます。

関連: 2D ビューア ／ 3D ビューア