JP6285618B1 - ３ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのデバイス及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、3D超音波画像ボリューム(3)にマーカー(2)を配置するためのデバイス(1)、3D超音波画像ボリューム(3)にマーカー(2)を配置するためのシステム、3D超音波画像ボリューム(3)にマーカー(2)を配置するための方法、そのような方法を実行するデバイス(1)を制御するためのコンピュータ・プログラム要素、及び、そのようなコンピュータ・プログラム要素を保存したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関連する。デバイス(1)は、画像提供ユニット(11)と、マーカー・ユニット(12)と、ディスプレイ・ユニット(13)とを有する。画像提供ユニット(11)は、対象(4)を示す3D超音波画像ボリューム(3)を提供するように構成される。マーカー・ユニット(2)は3D超音波画像ボリューム(3)にマーカー(2)を配置するように構成される。ディスプレイ・ユニット(13)は、第1撮像面の第1撮像視野(31)及び別の第2撮像面の第2撮像視野(32)において、3D超音波画像ボリューム(3)及びマーカー(2)を表示するように構成される。マーカーの配置はプロジェクション・ライン(5)上にあるように制限される。プロジェクション・ライン(5)が第1撮像面に対して第1角度を有し且つ第2撮像面に対して別の第2角度を有するように、第1及び第2撮像視野は互いに対して回転される。

Description

本発明は、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのデバイス、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのシステム、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するための方法、そのような方法を実行するデバイスを制御するためのコンピュータ・プログラム要素、及び、そのようなコンピュータ・プログラム要素を保存したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等に関連する。
画像誘導医療、特に外科的処置においては、しばしば3D超音波イメージングが使用される。例えば、WO01/3325(A1)は、そのような超音波診断イメージング・システムを開示している。3D超音波イメージングの利点は、それが外科的処置の間にリアルタイムで利用できることである。例えば、心臓手術において、トランス食道プローブ(trans-esophageal probes)は、心臓の間近でナビゲートされ、解剖学的な詳細とともにリアルタイム体積画像を生成することが可能であり、そのような解剖学的な詳細は標準的な経胸腔超音波(standard transthoracic ultrasound)によっては見えづらいものである。典型的な介入は、僧帽弁の切り取りのような経皮弁修復(percutaneous valve repair：PVR)であり、その場合、3D超音波イメージングは、軟組織生体構造に対するツール/体内プロテーゼ(endoprosthesis)の配置のモニタリングに役立つことが判明している。
国際公開第01/33251号
3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するための改善されたデバイスを提供するニーズが存在し、そのデバイスは、マーカーを配置することを、ユーザーにとって簡便にする。
本発明の課題は、独立請求項に係る対象事項により解決され、更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。以下に説明される本発明の形態は、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのデバイス、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのシステム、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するための方法、コンピュータ・プログラム要素、及び、コンピュータ読み取り可能な媒体にも適用されることに留意すべきである。
本発明によれば、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するデバイスが提示される。デバイスは、画像提供ユニットと、マーカー・ユニットと、ディスプレイ・ユニットとを有する。画像提供ユニットは、対象を示す3D超音波画像ボリュームを提供するように構成される。マーカー・ユニットは3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するように構成される。ディスプレイ・ユニットは、第1撮像平面内の第1撮像視野及び別の第2撮像平面内の第2撮像視野において、3D超音波画像ボリューム及びマーカーを表示するように構成される。マーカーの配置の仕方はプロジェクション・ライン上にあるように制限される。プロジェクション・ラインが第1撮像平面に対して第1角度を有し且つ第2撮像平面に対して別の第2角度を有するように、第1及び第2撮像視野は互いに対して回転した位置関係にある。
これにより、本発明による3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのデバイスは、シーン(又は場面)の中に3Dマーカーを配置及び/又は再配置する簡便な方法を提供する。例えば、マーカーは、対象の表面上に配置され、その後に、対象表面の「後方(behind)」、したがって対象の背後又は内部にある別のポイントへ再配置されてもよい。言い換えれば、マーカー・ユニットは、第1超音波画像データにおけるマーカーを第1位置に配置し、第2超音波画像データにおけるマーカーを別の第2位置に配置し直すように構成されてよい。マーカー・ユニットは、第1撮像視野におけるマーカーを、対象の表面上の第1位置に配置し、第2撮像視野におけるマーカーを、対象のボリューム内の第2位置に再配置するように構成されてもよい。第1及び第2撮像視野は、1つの同じ3Dボリュームに帰属し、異なる視点から眺められる。3D超音波画像ボリュームは静止画3D又は3Dビデオであるとすることが可能である。後者は、ボリュームが時間に依存して変化することが可能であり、しばしば4Dデータとしても言及される。対象は身体部分であってよい。
マーカーの配置及び再配置はプロジェクション・ラインに制限され、言い換えれば、マーカーはプロジェクション・ラインに沿ってスライドすることしかできない。これにより、単独の眺めを利用して3Dポイントを位置決めしようとする場合の深度の曖昧さは、克服される。これは、同じ3D超音波画像ボリュームが、互いに回転させられた位置関係にある2つの異なる撮像視野の中でユーザーに見せられることで、達成される。これにより、プロジェクション・ラインは2つの異なる角度で示される。言い換えれば、プロジェクション・ラインは、第1撮像視野においては第1方向に延び、第2撮像視野においては別の第2方向に延びる。
例えば、第1撮像視野において、プロジェクション・ラインはポイント又はドットとして表示され、第2撮像視野においては直線又はラインとして表示されるかもしれない。第1撮像視野の場合に点状のプロジェクション・ラインを取り扱うよりも、第2撮像視野において線状のプロジェクション・ラインに沿ってマーカーを動かすことは、ユーザーにとって非常に簡単である。プロジェクション・ラインは、3D内の2つのポイントを利用して規定されてもよい。デフォルトでは、これら2つのポイントは、3Dにおける仮想的なカメラの位置と、例えばユーザーにより選択される対象の表面上のポイントとであるとすることが可能である。このデフォルト設定によれば、プロジェクション・ラインは点として見えることになり、その後、視野を回転させることを要する。仮想的なカメラは、そのボリュームを眺めるカメラの3Dにおける仮想的な位置にある。言い換えれば、第1視野ではプロジェクション・ラインはカメラに整合しており、第2視野ではそうではない。
プロジェクション・ラインを通過する垂直平面を利用してボリュームを切り取ることにより、プロジェクション・ラインを隠す又は覆う、シーンの要素を除外する(又は透明にする)ことも可能である。言い換えれば、マーカー・ユニットは、プロジェクション・ラインを覆うエレメントを除外するように、第2撮像視野のボリュームを切り取るように構成されてもよい。マーカー・ユニットは、プロジェクション・ラインを横断する平面を利用してボリュームを切り取るように構成されてもよい。これにより、その視野は、マーカーの配置を促すように明確化される。
一例では、第1及び第2撮像視野の間の変更は、剛体変換である。例えば、第1及び第2撮像視野の間の変更は、並進を含む。一例では、第1及び第2撮像視野の間の変更は、拡大又はスケーリングを含む。これは、第1及び第2撮像視野の間の回転が、並進及び/又は拡大を含んでよいことを意味する。
本発明によるデバイスをユーザーが制御するための幾つかの代替例が存在する。ユーザーは、マーカーを配置した後に、第1視野を回転するためにボタンをクリックすることが可能である。回転した第2視野において、ユーザーはプロジェクション・ラインに沿ってマーカーをスライドさせることが可能である。マーカーが正しい又は所定の位置になると、ユーザーは、再びボタンをクリックし、元の第1視野に戻ってもよい。
代替的に、ユーザーは、3Dにおいてマーカーを配置する場合に、視野を回転するようにクリック(ボタン)を押し下げることが可能である。回転した第2視野において、クリック(ボタン)が押し下げられている限り、ポイントはプロジェクション・ラインに沿ってスライドさせることが可能である。そして、第2視野は元の第1視野に戻されることが可能である。他の代替例も可能である。
本発明によれば、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するシステムも提供される。システムは、上記のデバイスと、デバイスの画像提供ユニットにデータを供給する超音波プローブとを有する。
本発明によれば、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置する方法も提供される。本方法は以下のステップを有するが、必ずしもその順序でなくてよい：
a) 対象を示す3D超音波画像ボリュームを提供するステップ；
b) 3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するステップであって、マーカーの配置はプロジェクション・ライン上にあるように制限される、ステップ；及び
c) 第1撮像面の第1撮像視野及び別の第2撮像面の第2撮像視野において、3D超音波画像ボリューム及びマーカーを表示するステップ。
プロジェクション・ラインが第1撮像面に対して第1角度を有し且つ第2撮像面に対して別の第2角度を有するように、第1及び第2撮像視野は互いに対して回転されている。
一例において、本方法は、プロジェクション・ラインを覆うエレメントを除外するように、第2撮像視野のボリュームを切り取るステップを更に有する。ボリュームは、プロジェクション・ラインを横断する平面を利用して、切り取られてもよい。これにより、視野は、マーカーの配置を促すように明確化される。
本発明によれば、コンピュータ・プログラム要素も提供され、コンピュータ・プログラム要素は、コンピュータ・プログラムが、デバイスを制御するコンピュータ上で実行される場合に、独立請求項で規定される方法ステップの実行を、独立請求項で規定されるデバイスに行わせるプログラム・コード手段を有する。
独立請求項に従うデバイス、方法、そのようなデバイスを制御するコンピュータ・プログラム要素、及び、そのようなコンピュータ・プログラム要素を保存したコンピュータ読み取り可能な媒体は、類似する及び/又は同一の好ましい実施形態を有し、特に独立請求項に規定されるような実施形態を有することが、理解されるべきである。本発明の好ましい実施形態は、個々の独立請求項と従属請求項との任意の組み合わせであるとすることも可能であることが、理解されるべきである。
本発明のこれら及び他の形態は、以下に説明される実施形態により説明され且つ明確になるであろう。
以下、本発明の例示的な実施形態が添付図面に関連して説明される。
3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するためのデバイス例を概略的に示す図。 3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置する様子を概略的かつ例示的に示す図。 3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置する様子を概略的かつ例示的に示す図。 3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置する方法例の基本ステップを示す図。
図1は3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置するシステム10の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。システムは、以下において詳細に説明されるようなデバイスと、デバイス1の画像提供ユニット11にデータを供給する超音波プローブ14とを有する。図1は、本発明により3D画像ボリューム3にマーカー2を配置するデバイス1を更に示している(図2も参照のこと)。デバイス1は、画像提供ユニット11と、マーカー・ユニット12と、ディスプレイ・ユニット13とを有する。画像提供ユニット11は、対象(又はオブジェクト)4を示す3D画像ボリューム3を提供する。対象4はここでは身体部分である。マーカー・ユニット12は、3D超音波画像ボリュームにマーカーを配置する。ディスプレイ・ユニット13は、3D超音波画像ボリュームとマーカー2とを、第1撮像面における第1撮像視野31及び別の第2撮像面における第2撮像視野32の中で表示する。マーカー2の配置は、プロジェクション・ライン(又は投影線)5の上に限られる。プロジェクション・ライン5は、超音波プローブと対象4との間にあるように規定されてもよい。
図2aに示されるように、マーカー2は、対象の表面上に配置され、かつ、図2bに示されるように、別の地点2’へ再配置されることが可能であり、別の地点2’は対象の表面の「背後(behind)」にあり従って対象4の内部又は後方にある。すなわち、マーカー・ユニット12は、第1の超音波画像データのマーカー2を第1位置に配置し(図2a)、第2の超音波画像データのマーカー2を別の第2位置に再配置する(図2b)。ここで、マーカー・ユニット12は、第1撮像視野31のマーカー2を対象4の表面上に第1位置に配置し、第2撮像視野32のマーカー2を対象4のボリューム内の第2位置に再配置する。
マーカー2の配置及び再配置はプロジェクション・ライン5に制限され、言い換えれば、マーカー2はプロジェクション・ライン5に沿ってスライドすることしかできない。深度の曖昧性は、プロジェクション・ライン5が2つの異なる角度で示されることによって克服される。この例では、第1撮像視野31においては(図2a)、プロジェクション・ライン5は点又はドットとして表示され、第2撮像視野32においては(図2b)直線又はラインとして表示される。第2撮像視野32においてプロジェクション・ライン5に沿ってマーカー2を動かすことは、第1撮像視野31では点のような形状のプロジェクション・ライン5を取り扱うことよりも、かなり容易になる。プロジェクション・ラインは3D内の2点を利用して定義されてもよい。デフォルトでは、これら2つの点は、3D内の仮想カメラの位置と、例えばユーザーにより選択される対象の表面上の位置とであるようにすることが可能である。仮想カメラは、ボリュームを撮像するカメラの3D内の仮想的な位置である。このデフォルト設定により、プロジェクション・ラインは、1点として見え、そして、視野を回転させることを必要とする。言い換えれば、第1視野ではプロジェクション・ラインはカメラに整合させられており、第2視野ではそうなっていない。図2の例では、プロジェクション・ライン5は、第1撮像視野31の第1撮像面に対して90°(度)という第1角度を有し、第2撮像視野32の第2撮像面に対して例えば0°(度)という別の第2角度を有する。
要約すると、第1及び第2撮像視野は、プロジェクション・ライン5が第1撮像面に対しては第1角度を有し且つ第2撮像面に対しては別の第2角度を有するように、互いに回転させられている。これにより、シーン(又は場面)の中に3Dマーカー2を配置及び/又は再配置する便利な方法が提供される。第1及び第2撮像視野の間の回転は、並進及び/又は拡大を更に含んでもよい。
言い換えれば、図2a及び2bは、1つの眺めを利用して3Dポイントを配置しようとする場合の深度の曖昧さを例示し且つ解決している。マーカー2がプロジェクション・ライン5に沿っているべき場所は未知であり、従って、マーカー2はプロジェクション・ライン5と交差する第1表面に配置され、第1表面は対象の表面である。詳細に言えば、図2aにおける「点」は、図2bにおける「線」に対応する。図2aでは、2つの点2及び2’が一緒になっており、その理由はプロジェクション・ライン5が1点に見えるからである。しかしながら、2bでは、2つの点2及び2’は区別され、プロジェクション・ライン5は「実際に」線として見える。破線は、プロジェクション・ライン5と、図示の立方体の面ABCD及びEFGHとの交わりを表現する。
図3に示されるように、プロジェクション・ライン5を例えば隠す又は覆うシーン中の要素は、プロジェクション・ライン5を通過する垂直面を利用して、ボリュームを切り取る又はカットすることにより、除去されることが可能である。言い換えれば、マーカー・ユニット12は、プロジェクション・ライン5を覆う(カバーする)要素を取り除くために、第2撮像視野32のボリュームを切り取る。これにより、マーカー2の配置を促すように視野が明確化される。
図4は3D超音波画像ボリューム3にマーカー2を配置する方法のうちのステップの概略を示す。本方法は、以下のステップを有するが、必ずしもその順序である必要はない：
− 第1ステップS1において、対象4を示す3D超音波画像ボリューム3を提供する。
− 第2ステップS2において、3D超音波画像ボリューム3にマーカー2を配置し、この場合において、マーカー2の配置はプロジェクション・ライン5の上に制限される。
− 第3ステップS3において、第1撮像面における第1撮像視野31及び異なる第2撮像面における第2撮像視野32に、3D超音波画像ボリューム3及びマーカー2を表示する。
第1及び第2撮像視野は互いに回転した位置関係にあり、これにより、プロジェクション・ライン5は、第1撮像面に対しては第1角度を有し、第2撮像面に対しては異なる第2角度を有する。
本方法は、プロジェクション・ライン5を覆ってしまう要素を除外するために、第2撮像視野32のボリュームを取り除くことを更に含む。ボリュームは、プロジェクション・ライン5を横断する平面を利用して取り除かれてもよい。これにより、マーカー2の位置決めを促すように眺めが明確になる。
本発明の別の例示的な実施形態では、コンピュータ・プログラム又はコンピュータ・プログラム要素が提供され、コンピュータ・プログラム等は、上記の何れかの実施形態による方法の方法ステップを適切なシステムで実行するように適合していることを特徴とする。
コンピュータ・プログラム要素は、従って、本発明の実施形態の一部であってもよいコンピュータ・ユニットに保存されてもよい。このコンピュータ・ユニットは、上記の方法のステップを実行する又は実行することを包含するように適合している。更に、上記の装置のコンポーネントを操作するように適合していてもよい。コンピューティング・ユニットは、自動的に操作するように及び/又はユーザーの指示を実行するように適合していてもよい。コンピュータ・プログラムは、データ・プロセッサのワーキング・メモリにロードされてもよい。データ・プロセッサは、本発明による方法を実行するように装備される。
本発明の例示的な実施形態は、最初から本発明を利用しているコンピュータ・プログラム、及び、アップデートにより既存のプログラムを本発明を利用するプログラムに変更したコンピュータ・プログラムの双方をカバーする。
更に、コンピュータ・プログラム要素は、上述した方法の例示的な実施形態のプロシジャを実行するために必要な全てのステップを提供することが可能であってもよい。
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、CD-ROMのようなコンピュータ読み取り可能な媒体が提供され、コンピュータ読み取り可能な媒体は、そこに保存されるコンピュータ・プログラム要素を有し、コンピュータ・プログラム要素については上述したとおりである。
コンピュータ・プログラムは、光ストレージ媒体又は他のハードウェアと一緒に又はその一部分として提供されるソリッド・ステート媒体などのような適切な媒体に保存及び/又は分配されてもよいが、インターネット又は有線若しくは無線通信システムを介するような他の形式で分散されていてもよい。
しかしながら、コンピュータ・プログラムは、ワールド・ワイド・ウェブのようなネットワークで提供されてもよいし、そのようなネットワークからデータ・プロセッサのワーキング・メモリにダウンロードされることも可能である。本発明の別の例示的な実施形態によれば、コンピュータ・プログラム要素をダウンロードに利用可能にする媒体が提供され、コンピュータ・プログラム要素は、本発明の上述した実施形態の何れかによる方法を実行するように構成される。
本発明の実施形態は様々な対象事項に関連して説明されることに留意を要する。特に、ある実施形態は方法の形式の請求項に関連して記述されるが、別の実施形態はデバイスの形式の請求項に関連して記述される。しかしながら、当業者は、上記及び以下の記述から、別段の言及がない限り、或るタイプの対象事項に帰属する特徴の任意の組み合わせだけでなく、異なる対象事項に関連する特徴同士の任意の組み合わせも、本願で開示されていると考えられることを、推測するであろう。しかしながら、全ての特徴は、特徴の単なる寄せ集めを超える相乗効果を奏するように結合されることが可能である。
本発明は図面及び上記の記述において詳細に説明及び記述されているが、そのような説明及び記述は、例示又は具体例であり、限定ではないように解釈されるべきである。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例は、添付の特許請求の範囲、明細書及び図面を学ぶことにより、請求項に係る発明を実施する当業者により理解及び把握されることが可能である。
特許請求の範囲において、「有する(comprising)」という用語は他の要素又はステップを排除しておらず、「或る(“a” or “an”)」という不定冠詞的な語は複数個を排除していない。単独のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数の事項についての機能を発揮してもよい。所定の複数の事項が相互に異なる請求項に記載されているという単なるそれだけの事実は、これらの特徴の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項における如何なる参照符合も(存在する場合)、範囲を限定するように解釈されるべきでない。

Claims (10)

  1. ３Ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置するデバイスであって：
    画像提供ユニット；
    マーカー・ユニット；及び
    ディスプレイ・ユニット；
    を有し、前記画像提供ユニットは、対象を示す３Ｄ超音波画像ボリュームを提供するように構成され；
    前記マーカー・ユニットは前記３Ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置するように構成され；
    前記ディスプレイ・ユニットは、第１撮像面の第１撮像視野及び別の第２撮像面の第２撮像視野において、前記３Ｄ超音波画像ボリューム及び前記マーカーを表示するように構成され；
    前記マーカーの配置はプロジェクション・ライン上にあるように制限され；
    前記プロジェクション・ラインが前記第１撮像面に対して第１角度を有し且つ前記第２撮像面に対して別の第２角度を有するように、前記第１及び第２撮像視野は互いに対して回転され；及び
    前記マーカー・ユニットは、前記プロジェクション・ラインを覆うエレメントを除外するように、前記第２撮像視野のボリュームを切り取るように構成される、デバイス。
  2. 前記マーカー・ユニットは、前記第２撮像視野におけるマーカーを、前記対象のボリュームに配置するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記マーカー・ユニットは、前記第１撮像視野におけるマーカーを前記対象の表面上の第１位置に配置し、前記第２撮像視野におけるマーカーを前記対象のボリュームにおける第２位置に再配置するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記第１及び第２撮像視野の間の変更は、並進を含む、請求項１ないし３のうちの何れか一項に記載のデバイス。
  5. 前記第１及び第２撮像視野の間の変更は、拡大を含む、請求項１ないし４のうちの何れか一項に記載のデバイス。
  6. 前記マーカー・ユニットは、前記プロジェクション・ラインを横断する平面によってボリュームを切り取るように構成される、請求項１ないし５のうちの何れか一項に記載のデバイス。
  7. 請求項１ないし６のうちの何れか一項に記載のデバイス；及び
    前記デバイスの画像提供ユニットにデータを供給する超音波プローブ；
    を有する、３Ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置するシステム。
  8. ３Ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置する方法であって：
    ａ） 対象を示す３Ｄ超音波画像ボリュームを提供するステップ；
    ｂ） 前記３Ｄ超音波画像ボリュームにマーカーを配置するステップであって、前記マーカーの配置はプロジェクション・ライン上にあるように制限される、ステップ；
    ｃ） 第１撮像面の第１撮像視野及び別の第２撮像面の第２撮像視野において、前記３Ｄ超音波画像ボリューム及び前記マーカーを表示するステップであって、前記プロジェクション・ラインが前記第１撮像面に対して第１角度を有し且つ前記第２撮像面に対して別の第２角度を有するように、前記第１及び第２撮像視野は互いに対して回転されている、ステップ；及び
    ｄ） 前記プロジェクション・ラインを覆うエレメントを除外するように、前記第２撮像視野のボリュームを切り取るステップ；
    を有する方法。
  9. 請求項８に係る方法のステップをプロセシング・ユニットに実行させるように、請求項１ないし６のうちの何れか一項に記載のデバイスを制御するコンピュータ・プログラム。
  10. 請求項９に記載のコンピュータ・プログラムを保存したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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