強度解析 · Radiomics · IBSI準拠

強度ヒストグラム
IH・IVH 特徴量

離散化ヒストグラムから算出される IBSI 強度ヒストグラム(IH)23特徴量に加え、強度体積ヒストグラム(IVH)を、合成画像でリアルタイムに体験できます。

強度ヒストグラム(IH)とは?

強度ヒストグラム特徴量は、ROI(Region of Interest、関心領域)内の輝度のヒストグラム(明るさの分布)から算出されます。強度統計と同じくボクセルの位置は使いませんが、エントロピー(複雑さ)・一様性(Uniformity)・ヒストグラム勾配など、分布の複雑さや偏りを捉える指標を含むのが特徴です。IBSI Intensity histogram グループは23特徴量

腫瘍の中は均一?それともまだら?——明るさの“ちらばり方”を数字にするのがヒストグラム特徴量。なかでもエントロピー(複雑さ)は、腫瘍内の不均一性を測る代表選手です。

あわせて 強度体積ヒストグラム(IVH)(強度閾値と体積割合の関係)も扱います。

画像と離散化ビン数を変えて観察

(IH/IVHはビン数に依存します)
横軸: 離散化レベル (1〜Ng)・縦軸: 頻度 (ボクセル数)
X軸: 強度割合, Y軸: その強度以上の体積割合 ν

23特徴量の意味

いずれも離散化レベル(ビン化した明るさ)の上で算出します。各特徴がどんな画像で大きく/小さくなるかを併記。数式はクリックすると LaTeX をコピーできます。多くは 強度統計 と対応し、Entropy・Uniformity・勾配は離散化後にのみ定義されます。

強度体積ヒストグラム(IVH)

IVH 特徴量Intensity-volume histogram

強度閾値 \(g\) 以上を占める体積割合 \(\nu(g)\) の曲線(放射線治療の線量体積ヒストグラムに着想)。強度割合 x に対応する体積 \(V_x\)体積割合 x に対応する強度 \(I_x\) と、その差分を特徴量とします。

差(\(V_{10}{-}V_{90}\), \(I_{10}{-}I_{90}\))が大 = 強度が広く分布し不均一
差が小さい = 強度が均一(IVH曲線が急峻)
6特徴量(V10・V90・I10・I90・V10−V90・I10−I90)の値は、上の実験台に他の特徴量と並べて表示されます。
補足: IVH は IBSI 公式の特徴量グループで、トップページの網羅表(172)にも算入しています。ただし、最も普及している radiomics ライブラリ pyradiomics では標準では計算されません。そのため実際の研究で使われる機会は比較的少なく、本ページでは IH の補足として(独立ページではなく)紹介しています。
\[ \nu(g)=\frac{1}{N_v}\#\{X_k\ge g\},\quad V_x=\nu\!\big(g_{\min}+x(g_{\max}-g_{\min})\big) \]\[ I_x=\max\{g:\nu(g)\ge x\},\quad V_{10}{-}V_{90},\ I_{10}{-}I_{90} \]
\(\nu(g)\)=強度 \(g\) 以上が占める体積割合、\(N_v\)=総ボクセル数、\(X_k\)=ボクセル輝度、\(x\)=割合(例: 10%・90%)、\(V_x\)=強度割合 \(x\) に対応する体積、\(I_x\)=体積割合 \(x\) に対応する強度、\(g_{\min},g_{\max}\)=強度の最小・最大

画像パターン × 全23特徴量 比較表

各プリセット画像で全23 IH特徴量をライブ算出し(現在の Ng)、各行=特徴量ごとにパターン間で相対比較し、バーの長さと色で大小を表示しています(各行の最大・最小を明示)(数値はマウスオーバー)。エントロピーは均一で0、Uniformityは均一で1になります。