JP2002541950A

JP2002541950A - 関連する幾何学的物体を集合的に構成する方法及び装置

Info

Publication number: JP2002541950A
Application number: JP2000612891A
Authority: JP
Inventors: ベールトエルエーヴェルドンク; ルトゲルネイルンシング
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2002-12-10
Also published as: WO2000063844A1; EP1090376A1

Abstract

(57)【要約】カテゴリの有限セット内の物体カテゴリに各々規定される関連する幾何学的物体を相互に構成する医学的環境に対し、各物体は、当該物体を集合的に固定する多数のパラメタを割り当てられる。特に、各物体は事前に規定されたリンク構造で他の上記物体への１つ以上の指向性リンクを割り当てられる。その上、様々な上記物体は、前記医学的画像に関する更新する対応幾何学情報を終了した後、様々な上記物体のパラメタ値をこれらの関連する画像位置へ調節し、この構造に従ってこれとリンクされる他の物体のパラメタを更新する間、第１次元及び第２次元を持つ医学的画像における画像位置と幾何学的に関連する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、請求項１の序文に述べられるようなシステムに関する。現代医学は
、例えば、シングルショット及びマルチショットＸ線、コンピュータトモグラフ
ィー(computer tomography)、磁気共鳴、超音波及びその他の様々な技術で生成
される医学的画像について専門家の取り扱いに今まで以上に頻繁に依存している
。これらの画像に基づく後続の医学手順は、特定の処置を決定、施し及びサイジ
ング(sizing)するために画像に示される様々な物体の正確且つ詳細な記載を必要
とする。本発明の発明者は、系統的に組織化された構造における物体を相関関係
にすることで良好な取り扱いの緩和(ease-of-handling)及び改善された信頼性を
可能にすると認識している。この構造は、生体内の画像要素の関係をある程度反
映している。

【０００２】結果的に、とりわけ、本発明の目的は、一定の幾何学的整合性が維持され、ユ
ーザ個人又はプロトコル若しくはヴィザードにより達成されるやり方で、前記画
像における様々な幾何学的物体の構造化した取り扱いを提供することである。こ
れにより、本発明の１つの見地に従って、本発明が請求項１の特徴部に従って特
徴付けされる。

【０００３】本発明は、前記方法を実施する装置にも関する。本発明の更なる利点は、従属
請求項に述べられている。

【０００４】

【発明の実施の形態】

本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、好ましい実施例の開示を参照、特に
添付する図面を参照してより詳細に述べられる。

【０００５】画像において、幾何学的物体は、しばしば他の幾何学的物体と関係がある。便
宜上、この関係は、図表現自体によって実効されず、これにより、１つの物体に
施される変化は、完全な図による構造を描き直し又は再生しなければならない程
度まで、しばしば他の物体については多くの変更を必要とする。本発明は、電子
的及び概念上容易なやり方で、図による物体の表示間の関係を適用する方法を提
案する。

【０００６】これら物体は２次元、３次元又はそれ以上の次元を持ってもよい。ここでは時
間も変数で示される。物体の完全なセットは、測定、分析する機能及び組立操作
を含むツールキットを表す。物体間の関係は、これら物体が互いに関し平行、垂
直又は同心であるような純粋な幾何学でもよい。代わりに、このような関係は、
他の物体のセットに依存するように、距離を固定又は最適にする原因の１つであ
るようなより複雑な形式主義に従っている。さらに、これら物体間の関係は、下
にある画像データ又は統計モデルにおける情報、例えば、局部画像強度の重心、
画像勾配の端部、コーナー又は他の特徴、統計形状モデル等により決定される。
物体の構成の設計は、学習が容易なユーザの対話から起こってくる。代わりに、
複雑な及び／又は反復するタスクを実施するプロトコルが事前にプログラムされ
てもよい。

【０００７】前記ツールキットは様々なツール型式を含んでいる。実際、これらは基本又は
混合でもよい。後者の場合、これらは初期型式及び／又は他の派生型式を具備す
る様々な物体のセットから生じている。各物体の型式は、物体が重畳される画像
型式に依存する、例えば３Ｄ物体のビューの投影方向のようなユーザの視点であ
る幾何学表示を有する。

【０００８】直観的及び対話式ユーザインタフェースは、新しい物体の創造、物体の位置の
訂正、他の物体に関し生じる物体の創造、及び残存する未決定な物体のパラメタ
の修正を可能にする。選択された物体の数及び型式に依存して、ユーザは、新し
い物体が創造されたことを理解する。このような物体は、前記選択された物体と
の既定の関係を有する。この物体に関連する残存する自由度が対話式に更新され
てもよい。

【０００９】実施は、設計に適応した物体又はプログラム環境に直接行われる。ツールは、
クラス分けされ、このクラスから物体は具体例(instance)に変換される。これら
物体間の関係は、図による構造で維持される。

【００１０】例えば、アプリケーションの２つの領域が述べられる。最初は、例えば臀部及
び膝の補綴(prosthesis)に対するＸ線画像のインプラント(implant)の平面化で
ある。多数の点、線及び楕円のような基本幾何学的物体の近くに、補綴テンプレ
ートのモデルが表示され、他の物体と結合される。この補綴は一般に異なるサイ
ズの範囲内にあることに注意されたい。二番目に、膝の骨切り(osteotomy)にお
けるノコギリによる切断面の平面化は、以下のように行われる。最初に、このノ
コギリに対する支持構成は、幾つかの調節ネジによって位置決めされる。次に、
切断方向に対する残存する自由度が決定される。これは最初の切断面を与える、
この第１切断面から始まる場合、前記切断は様々な切断ガイドを使用することで
続けられる。

【００１１】図１は、本発明を実施する装置を示す。ここで、項目２０は、例えば人体の一
部のような医学的物体である。項目２２は、例えば相対的な伝導率のパターンを
供給するＸ線装置のような医学的撮像システムである。例えば磁気共鳴のような
他の撮像技術に対し、画像強度を生成する物理的背景は勿論異なっている。項目
２４は画像処理装置であり、これは画像のエンハンスメント(enhancement)の他
の処理の様々な型式を実施してもよい。次に、画像はデータ処理装置２６に記憶
され、ユーザ表示装置２８に表示される。例えばキーボード３２により例示され
、マウス型式又は簡潔性のため図示しない他の特徴により一般的に強調される適
切なユーザインタフェースによって、使用者個人は、幾何学的物体をそれに関連
させる様々な画像位置を選択してもよい。この選択は、項目２８である後続する
表示に対し再び元の装置２６に結合される。その上、この装置２６は、必要なら
ば、これら関係の様々な更新を実施してよい。全体の幾何学構造は、上記データ
及びプログラムの記憶を必要であるとして収容するメモリ３０に記憶される。応
用可能な場合、構成は、反復する後者の使用のためにメモリに記憶される。

【００１２】実施例により、以下の物体及び関係が与えられる。・点・線・楕円（特別な場合：円）・長方形（特別な場合：正方形）・ジオパス(GeoPath)（ライン又はポリライン(PolyLine)の開／閉シーケンス又
はベジエカーブ(Bezier curve)又はポリベジエ(PolyBezier)のシーケンスである
）・テキスト（長さ測定、角度測定、エリア測定等）関係の実施例：

【００１３】点１つの点は、３つのパラメタ、方向、開始、終了で線を規定し、１つの点は、３つのパラメタ、２つの半径及び配向で楕円を規定し、２つの点は、２つのパラメタ、開始、終了で線を規定し、３つの点は、円を規定し、２つより多い点は、適切な最小正方形を持つ線であり、３つより多い点は、適切な円／楕円である。

【００１４】楕円楕円は、中心点を持ち、楕円は、それの輪郭上に点（パラメタ：配向）を持ち、楕円は、それの輪郭の点上に接線（パラメタ：配向）を持ち、楕円は、同じ中間点を持つ他の楕円（３つのパラメタ：配向及び２つの半径）を
規定し、特別な場合、楕円は同じ中間点及び個々の半径として長／短軸を持つ２
つの円を規定し、２つの楕円は、両方の中間点を通る線を規定し、２つの楕円は、両方の楕円に接する２つの線を規定し、楕円は、それの最短の半径を示すテキスト物体を持ち、楕円は、それの最長の半径を示すテキスト物体を持つ。

【００１５】線線は、この線に平行な線（パラメタ：両方の線間の距離）を規定し、線は、中間点、すなわち合理的な点、つまり線の２つの発生点に関し固定比率で
の点を規定し、２つの線は、交点を規定する。

【００１６】点−楕円点を通り、楕円の中間点を通る線、１つの点及び１つの楕円：点及び楕円の中間点を通る線と楕円との交点、１つの点及び１つの楕円：楕円に接する、点を通る１つ又は２つの線。

【００１７】点−線点を通る線に平行な線、線上の点の突出点、点を通る線に直交する線、線に接する、中間点として点を具備する円。

【００１８】ジオパス(GeoPath) ジオパス上の接合部、ジオパスの点における接線、ジオパスの点への法線、このジオパスの点を逸れるジオパス。

【００１９】特に、本発明は、相互に作用する３つのそれぞれ異なるレベル上で実行されて
よい。最初に、ユーザ個人は、例えば新しく又は珍しい状況に対する解決法を改
善する構成を手製で完全に生成する。次に、この構成は様々なレベルでプロトコ
ルされるので、本システムは、この構造を構築する方法をユーザに案内する。最
後に、構造は、プログラムされた、すなわち初期構造を記憶した後のメモリから
固定及び回復される。それは実際の場合に適合するだけでよい。

【００２０】幾つかの実施例として、以下のことが述べられている。当該物体が２つの他の
点＝物体間に描かれる線の中間点である場合、これら点のシフトは、すぐにこの
中間点の適切なシフトを引き起こす。反対に、中間点のシフトは、例えば、それ
の場所を変更している間、それの長さ及び向きを保持することで、前記線のシフ
トを引き起こす。このモデルの構成は更新を調節し、定量化することに注意され
たい。例えば、この線は有限又は無限でもよく、有限ラインの端点を越える無限
ラインとの交点は、有効又は無効と見なされてもよい。後者の場合、有限ライン
の端点を越えた交点を移動する行動が無効と判断され、従って、効果無しとなる
ので、この行動が取り消される。

【００２１】図２は、臀部の補綴物(prothesis)の平面化、特に臀部の補綴物を平面化する
のに必要とされる様々な幾何学構造の一部を示す。様々な基本要素(primitive)
が骨盤(pelvis)の２つの基本点、右大腿骨頭部近くの楕円、及び左大腿骨輪郭上
の４つの点をプロットしている。これらの基本要素から、幾つかの依存物体は、
骨盤の２つの基本点を通る線、右大腿骨頭部の楕円の中心点、この右大腿骨頭部
の中心を通り骨盤の線に平行な線、この平行線上に中心を持つ左大腿部頭部の楕
円、両方の大腿骨の輪郭点の組の中間点、及びこれら中間点を通る線上の補綴物
のテンプレートを構成する。

【００２２】図３は、様々な幾何学的物体を選択した後の同じものを示す。実際の使用時、
この画像はカラーであり、物体が選択されたとき、この物体がハイライト(highl
ight)されることが説明され、実施例として、これにより黄色となり、この物体
に直接影響する物体、いわゆる親物体もその色を例えば赤色に変化させる。代わ
りに又は付加的に、この選択された物体に直接依存する物体も同様にその色を例
えば緑色に変化してよい。他のハイライト技術は、当業者には自明である。

【００２３】図４は、脊椎(vertebral)のランドマークの印、特に、脊椎部位の４つの角点(
corner point)を得る構造を示す。２つの基本要素の点は、脊椎部位の４つの側
部、つまり２つの端面と２つの側部の各々に示されている。これら点の組は、線
によって相互接続され、連続する線の４つの交点が計算される。右下の交点（大
きな”黄色い”ダイヤモンド）が選択される。この交点（対応する親）からの線
は、これにより同様にハイライトされる。

【００２４】図５は、図４に更に、計算された脊椎の角点から長さ及び角度の大きさを示す
。つまり、上方の脊椎の端面の長さと、上方と下方との端面間の角度を示す。

【００２５】図６は、例示的な物体構成を与える。この実施例は、最善には下から上へ読み
取られる。最初に、４つの２Ｄ点は、ブロック６２，６６，６８及び７２で作ら
れ、ブロック５０，５４，５６及び６０で表されるいわゆるｔｋｃ画像と呼ばれ
る画像上に緑色（図示せず）で上塗りされる。それ自体の色は、ブロック６４，
７０により表される。更に、点の組を接続する線の中間点は、ブロック５２及び
５８で計算され、ブロック４０により示される線を生じさせる。その上、他の２
つの点は、ブロック４６で示される”ｂｅｔｗｅｅｎ−０．５”及びブロック４
８で表される”ｂｅｔｗｅｅｎ１．５”の中間点を接続する線に関し計算される
。適当な値は、これら２つの中間点に関し比較的同等である。自分の番になり、
後半の２点は、ブロック４４で示されるような更なる線を構成し、ブロック４２
で示されるような画像上に表示される。実際には、このようなグラフは、明瞭性
のため示さないが、更なる関係及び／又は物体をと続いている。

【００２６】図６において、全ての関係は、一方向として示されている。上述のように、こ
れら関係の全て又は一部を双方向として規定してもよい。物体の全体のセットを
更新するとき、特に全ての関係が一方向だけのとき、しばしば単一実行(single
run)で十分である。例えば、図６において４つの基本点６２，６６，６８及び７
２の１つが変化するとき、ボトムアップ実行(bottom up run)で十分である。双
方向の関係も同様に存在する場合、このボトムアップ実行の後にトップダウン実
行(top down run)、次に第２のボトムアップ実行が続いてよい。多くの又は少数
の実行による他のパターンは、特定の状況又は構成に適する。もちろん、実際に
必要とされる以上実施されることはない。

【００２７】２Ｄの臀部補綴物平面化に関し、以下の較正用手順が述べられている。実際の
平面化は、表示される場面における、ピクセルからミリメータの突出物体のスケ
ール因子の正確な決定に依存する。通常は、このような較正用手順は、公知の大
きさを持つ物体を示すこと構成される。線の実際の長さをこのシステムに与える
ために、この線はこの物体上に描かれる。これは全ての長さの測定に関し結果生
じる使用に対する較正用因子を固定する。この較正用手順は、接続されるグラフ
に組み込まれてもよいので、全ての長さの測定はこの較正用因子とリンクしてい
る。同じものが、絶対的測定、例えばミリメータで規定される重要なテンプレー
トの大きさに当てはまる。いつでも較正を変化させるということは、全ての長さ
の測定及びテンプレートの大きさに関する効果を直ちに示す。これは、較正の精
度に関する結果の感度を評価することを可能にする。

【００２８】臀部インプラントの平面化の上述した手順は、２Ｄ突出画像に基づいている。
計算される断層Ｘ線写真法(Computed Tomography)により生成される３Ｄ画像へ
のこれの拡張は容易である。ここで、大腿骨は円柱、大腿骨頭部は球体又は楕円
体、骨盤の基盤は面などでモデル化される。大腿骨の軸は、２つの線の中間点を
通る線の代わりに、２つの円の中間点を通る線によって近似される。他の２Ｄ関
係は、面に平行であり、球体又は楕円体の中間点を通って走る線によって、直接
生成されてもよい。

【００２９】関連する幾何学的物体のグラフの付加的で強い利点は、これの物体の１つのパ
ラメタの１つにおける変化の効果を直接学習することを可能にすることである。
表示スクリーン上の物体の１つを移動すること、すなわち物体のパラメタに結合
されるユーザインタフェーススライダの設定を変化することは、視覚的方法で、
全ての他の含有物体における効果を示す。誤り伝播(error propagation)の量子
的分析も各パラメタに誤り範囲を加え、全ての関連物体における効果を計算する
ことで容易に実施することができる。

【００３０】図４及び５に関し、先行する構造は、単一の脊椎部位上のランドマークの印が
説明されている。原則的に、この手順は、全ての関連する脊椎部位上で、１２の
胸椎(thoracal vertebrae)及び５の腰椎(lumbar vertebrae)まで繰り返されなけ
ればならない。その上、全ての脊椎部位からのランドマークの全体のセットも上
述されたツールキット概念で作られ、維持されてよい。これは、例えば、脊柱(s
pinal coloum)の全体の長さ、最大の曲率、又は垂直軸に関する特定の脊椎の中
間点の最大のオフセットのような物体の全体のセットにわたる付加的な量子パラ
メタの計算を可能にする。

【００３１】この手順が時間の浪費となるので、幾らか自動化するのが望ましい。例えば、
他のコンテキストにおける現在の譲受人に譲渡された特許出願（当方整理番号Ｐ
ＨＮ１７１３３）に開示されている。限定数の脊椎のランドマークが手動で示さ
れるとき、残っているランドマークが既に公知のデータ間に効果的に補間される
。本発明に従って、全ての補間されたランドマークは、操作する人が最適だと判
断するまで、この操作人は新しい又は改善された位置にランドマークの１つを移
動する度に直ちに更新する。この手順は、手動で示される必要がある点の数を大
幅に制限する。この継続的な更新手順は、幾何学に関連するグラフ概念で容易に
実施可能である。補間手順は、全ての脊椎部位の高さ、幅及び関係する位置の統
計モデルを利用することでさらに改善される。

【００３２】図７ａから７ｃは、一時的な構造における画像要素の相関を示す。簡素性のた
めに、一次元量の一時的構造が示されるので、２Ｄ構造が生じる。これの最も有
利な実施形態において、３Ｄ物体の一時変化は、例えば動いている心臓に関する
心臓のＭＲ測定又は超高速ＣＴ測定のシーケンスにより生成される４Ｄ構造を生
成する。この心臓壁の分割は、内部境界又は心内膜と、外部境界又は心外膜とも
トレースすることで達成される。ここで、手動の輪郭トレースが単一のセッショ
ンが測定する一人の人間に数百もの輪郭を生成するので、極端に厄介であり、誤
りやすい。

【００３３】上述する線において、ある程度の自動化は、脊椎部位のランドマークの補間を
参照し、先に示された発明の教えを続けることで導入されてもよい。１つのアプ
ローチは、他の時間スライス及び／又は鼓動フェーズの全てにおける輪郭を補間
及び／又は補外する開始点として各々に分離した輪郭を使用することである。

【００３４】図７ａから７ｃに示されるような具体的な実施は、心臓の異なる位置又は瞬間
から３つの短軸のスライスを表す規則的な星形形状パターン上の輪郭点のセット
から始まる。星形パターン及び全ての半径の中心がモデルベースの方法で全ての
他のスライス及びフェーズに進んでいく。ユーザが補間された外形(outline)が
十分正確であると判断するまで、輪郭の全体のセットが本発明の原理に従って絶
えず更新される。一次物体は黒っぽい円で示され、補間された物体は開口円(ope
n circle)として示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を実施するための装置を示す。

【図２】図２は、臀部の補綴物を計画を示す。

【図３】図３は、様々な物体を選択した後の臀部の補綴物を計画を示す。

【図４】図４は、脊椎のランドマークの印を示す。

【図５】図５は、計算された脊椎の角点からの長さ及び角度測定を示す。

【図６】図６は、例示的な物体構造を示す。

【図７a】図７aは、一時構造での画像要素の相関関係を示す。

【図７b】図７bは、一時構造での画像要素の相関関係を示す。

【図７c】図７cは、一時構造での画像要素の相関関係を示す。

【符号の説明】

２０医学的物体２２医学的撮像システム２４画像処理装置２６データ処理装置２８ユーザ表示装置３０メモリ３２キーボード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ネイルンシングルトゲルオランダ国 5656 アーアーアインドーフェンプロフホルストラーン６Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB50 AC04 AD14 AD15 AD16 DB07 DC22 DC33 DC36 DC37 DD07 DE02 5B050 AA02 BA03 BA06 BA09 CA07 DA02 EA13 EA28 FA02 FA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】医学環境において、当の物体を集合的に固定する多数のパラ
メタを各物体に割り当てることでカテゴリの有限のセット内に物体カテゴリで各
々規定される関連する幾何学的物体を相互に構成する方法であって、前記更新を
終了した後、前記医学的画像に関する幾何学情報を収容するために事前に規定さ
れたリンク構造における他の物体への１つ以上の指向性リンクを各物体に割り当
て、少なくとも１次元及び２次元を持つ医学的画像における画像位置と様々な物
体とを幾何学的に関連させ、及び前記構造に従って、これにリンクされた他の物
体のパラメタ値を更新する間、様々な物体のパラメタ値を前記関連する画像位置
に調節することを特徴とする方法。
【請求項２】連続する複数の画像を横切る様々なリンクを介して、少なく
とも３次元を同じように集合的に規定する複数の医学的画像に使用する請求項１
に記載の方法。
【請求項３】選択されたリンクは一方向であり、他は双方向である請求項
１に記載の方法。
【請求項４】前記リンクは、指向グラフにおける全ての物体を接続する第
１グループと、前記第１グループにおける個々のリンクと反対にランする第２グ
ループとに分割される請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記更新は、前記第１グループ及び前記第２グループの少な
くとも一方に関する限定数のランに実行される請求項４に記載の方法。
【請求項６】前記調節は既定物体に関する選択動作しだいであり、前記選
択は、第１のやり方で前記既定物体をハイライトにして、第２の異なるやり方で
リンクの選択型式を介して結合される他の物体をハイライトにする請求項１に記
載の方法。
【請求項７】較正用物体を前記リンク構造に導入する請求項１に記載の方
法。
【請求項８】同様の物体の特定シーケンスが対応する副物体を特徴付け、
前記更新は、前記シーケンスを横切る対応する副物体及び／又は単一の物体に付
随する様々な副物体に関する補間によって実行される請求項１に記載の方法。
【請求項９】前記物体の少なくとも１つは、それのパラメタ値の１つに導
入される既定量の不確実性を有し、前記不確実性の量が他の物体の不確実なパラ
メタ値に変えられる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】医学的画像において、関連する幾何学的物体がカテゴリの
有限セット内に物体カテゴリで各々規定され、当の物体を集合的に固定する多数
のパラメタ及び事前に規定されたリンクに構造おける他の物体への１つ以上の指
向性リンクを各々割り当てる関連する幾何学的物体を相互に扱う方法であって、
更新を終わらせた後、前記医学的画像に関する幾何学情報を収容するために少な
くとも１次元及び２次元を持つ医学的画像における画像位置と上記物体とを幾何
学的に関連させ、前記構造に従い、これらとリンクされる他の物体のパラメタ値
を更新する間、様々な上記物体のパラメタ値をこれらの関連する画像位置に調節
することを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１又は１０に記載の方法を実施する装置。