JP2003263498A

JP2003263498A - 検査されるべき対象の様々な画像を形成する方法

Info

Publication number: JP2003263498A
Application number: JP2002370943A
Authority: JP
Inventors: Peter Roesch; レーシュペーター; Joern Borgert; ボルゲルトイェルン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2003-09-19
Also published as: EP1329851A2; US20030128890A1; EP1329851A3; DE10163813A1

Abstract

(57)【要約】【課題】特に臨床診断のために弾性変換を使用するこ
とを可能とする被検対象の様々な画像を形成する方法を
提供することを目的とする。【解決手段】本発明による検査されるべき対象の様々
な画像、特に患者の医用画像を形成する方法は、少なく
とも一つの第１の画像及び一つの第２の画像を表示する
段階と、第１の画像の画像要素を第２の画像の夫々の画
像要素と関連付ける弾性変換を決定する段階と、第１の
画像に重ね合わされ第１の画像と共に表示される対象を
定義する段階と、弾性変換を用いて第１の画像中の対象
に対応する第２の画像中の対象を決定する段階と、対応
する対象を第２の画像に重ね合わせる段階と、対応する
対象を第２の画像と共に表示する段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査されるべき対
象の様々な画像を形成する方法及び装置、並びに、この
方法を実行するためのコンピュータプログラムに関連す
る。

【０００２】

【従来の技術】医用診断の分野では、検査されるべき対
象の変化を同じ対象の様々な画像に基づいて認識するこ
とが必要である場合が多い。しかしながら、コンピュー
タ断層撮影法又は磁気共鳴断層撮影法によって異なった
時点において形成される画像は、一般的には異なった位
置及び視線方向から捕捉される。更に、患者の自然な動
きは、様々な画像において器官の位置及び形状を異なら
せる原因となる。関節を曲げることや呼吸運動は、柔軟
な又は堅くない動きを構成し、即ち、検査されるべき解
剖学的な対象は回転や平行移動といった堅い変換によっ
てはその元の位置へ移動させることができない。

【０００３】異なる時点において捕捉される画像は、撮
像された対象中に現れるどの変化が自然な動き及び変形
によるものであり、どの変化が例えば腫瘍の成長といっ
た病的な変化によるものであるかを、医師が認識するこ
とを可能とするものであることが望まれる場合が多い。
通常、手術又は処置の結果を評価するために手術又は処
置の前と後に形成された患者の画像を比較することが行
われている。

【０００４】医師は、患者の自然な動きによる画像と病
的な変化又は手術による変化の違い見分けるという困難
な作業を行う。この作業を行うとき、医師は従来は比較
されるべき画像の位置合わせを行うイメージング方法に
よって支援される。検査されるべき対象の変形は多くの
場合は堅い動きを示さないため、位置合わせのために弾
性変換が使用される。弾性変換を特定するパラメータを
決定するための様々な方法が公知である。公知の方法に
は、例えば非特許文献１に記載の方法ものがある。

【０００５】決定されたパラメータから稠密な変換場を
得るために例えば、非特許文献２に記載の補間方法とい
った適当な補間方法が用いられる。このようにして得ら
れる画像又は変換場は、変換の結果を計算するために画
像のうちの１つに適用される。変換された画像及び対応
する元の画像は、互いに隣接して表示されえ、又は、２
つの画像間の差は差分法又は重畳法によって視覚化され
る。

【０００６】

【非特許文献１】ピー・ロシュ(P. Rosch)、ティー・ネ
ッシュ(T. Netsche)、エム・クイスト(M. Quist)、ジー
・ピー・ペニー(G.P. Penney)、ディー・エル・ジー・
ヒル(D.L.G. Hill)及びジェイ・ウィース(J. Weese)著
「テンプレート伝搬によるロバストな３次元変形場推定
(Robust 3 D deformation field estimation bytemplat
e propagation)」、２０００年Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，ＭＩ
ＣＣＡＩ，第１９３５号、ｐ．５２１−５３０

【非特許文献２】エム・フォルンフェット(M. Fornefet
t)、ケイ・ロア(K. Rohr)、エス・スティール(S. Stieh
l)著「医用画像の弾性位置合わせのためのコンパクトな
支持を用いた放射状の基本関数(Radial base functions
with compact support for elastic registration of
medical images)」、２００１年、画像及びビジョンコ
ンピューティング(Image and Vision Computing)、１
９：ｐ．８７−９６

【発明が解決しようとする課題】弾性変換の適用には多
くの課題がある。一つは、補間法を用いることにより変
換された画像の縁にぼけや不鮮鋭さが生ずることであ
る。また、定義された弾性変換の不正確さによってアー
ティファクトが生ずる。この種類のアーティファクト
は、視覚化された解剖学的構造の形状の顕著な変化を生
じさせる。

【０００７】しかしながら、最も重要な問題は次の通り
である。弾性変換を決定するのに使用される方法は、病
気による変化（例えば腫瘍の成長による）と検査される
べき対象の自然の変形（例えば患者の動きによる）の差
異を見分けない。従って、従来適用されている全てのア
ルゴリズムは、検査されるべき視覚化された対象の病気
による変化だけでなく病気によるものでない変化も補正
する傾向がある。これは、元の画像と変換された画像と
の間の差からは、病気による変化であるか手術による変
化であるかについてなんらの結論も得られないことを意
味する。変換された画像は診断を行うのには適しておら
ず、これは放射線医師が元の画像を見て解釈することに
固執する理由となっている。従って、画像変化の視覚化
のために弾性変換を使用することは、これまでのところ
臨床分野では一般的な方法となっていない。

【０００８】本発明は、上述の問題点を軽減し、特に臨
床診断のために弾性変換を使用することを可能とする検
査されるべき対象の様々な画像を形成する方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、検査されるべき対象の様々な画像、特に患者の医
用画像を形成する方法であって、少なくとも一つの第１
の画像及び一つの第２の画像を表示する段階と、第１の
画像の画像要素を第２の画像の夫々の画像要素と関連付
ける弾性変換を決定する段階と、第１の画像に重ね合わ
され第１の画像と共に表示される対象を定義する段階
と、弾性変換を用いて第１の画像中の対象に対応する第
２の画像中の対象を決定する段階と、対応する対象を第
２の画像に重ね合わせる段階と、対応する対象を第２の
画像と共に表示する段階とを含む方法によって達成され
る。

【００１０】本発明によれば、最初に捕捉された画像は
変更を受けることなく表示される。従って、観察者は視
覚化された解剖学的構造中の差を以前と同じ方法で個々
に評価しうる。しかしながら、このとき、観察者は本発
明による方法によって支援される。このために、観察者
は、例えば第１の画像中の腫瘍又は解剖学的要素といっ
た関心となる画像要素を選択し、観察者は第１の画像に
重ね合わされた対象を見分ける。これについては、表
面、輪郭、又は線、更に、個々の点、即ちいわゆるラン
ドマークが適当な対象である。対象は、第１の画像中で
観察者に対して示される。例えば、対象には均一な色が
与えられ、これにより対象は第１の画像中ではっきりと
区別される。

【００１１】第２の画像中の対応する対象は、弾性変換
によって決定される。弾性変換は、第１の画像の画像要
素を第２の画像の夫々の画像要素に関連付けられるマッ
ピング規則を表わす。画像内容、特に第１の画像の色付
きの影、クレー値、及び輝度レベルは、弾性変換によっ
ては変更されない。弾性変換は、第１の画像中の画像点
の位置を第２の画像中の対応する位置に関連付けるだけ
である。弾性変換は、定義された対象が重ね合わされた
第１の画像のサブ領域に基づいて第２の画像中の対応す
る対象を決定する。元の第２の画像は、対応する対象以
外は、変更されていない形でまだ表示されている。観察
者は、画像中の視覚化された解剖学的構造が変化したか
を個々に評価する。第２の画像中に示される弾性変換の
結果はこのように表示された画像の評価を支援するのに
役立つ。

【００１２】望ましくは、３つの第１の画像及び３つの
第２の画像が表示され、上記３つの第１の画像及び３つ
の第２の画像は検査されるべき対象の３つの異なる望ま
しくは互いに直交する断面平面を夫々表わす。第１の画
像は、例えば第２の画像とは異なる時点における検査さ
れるべき対象の状態を表わす。しかしながら、これら
は、検査されるべき異なる対象の画像であってもよい。
第１及び第２の画像は、検査されるべき表示された対象
の３次元の形態の印象を観察者に与える。望ましくは、
３つの第１の画像のうちの一つにおいて定義された対象
は、他の夫々の第１の画像中に示される。このように、
最終的には、例えば検査されるべき解剖学的対象の関心
領域に対応する３次元対象が定義されうる。弾性変換
は、３つの第１の画像の画像要素を３つの第２の画像の
夫々の画像要素に関連付ける。本発明による方法は、望
ましくは、１つの第１の画像中の対象が変化したとき
に、他の全ての第１及び第２の画像中の対象の全ての表
現が直接的に自動的に変化されると考えられる。

【００１３】第１及び第２の画像は、検査されるべき対
象を異なる向きから表わす場合が多い。観察者による表
示された画像の比較は、検査されるべき対象を対応する
向きからの第１及び第２の画像中に表示することによっ
て支援されうる。このために、例えば、観察者は第１の
画像中の幾つかの点又はランドマークを選択する。続い
て、全てのランドマークがその上に位置する平面又は表
面が計算される。ランドマークが単一の平面又は表面上
に位置しないときは、ランドマークからのユークリッド
距離が最小となる表面が計算される。望ましくは、平坦
な平面又は表面が計算される。しかしながら、ランドマ
ークから最も短い距離にある湾曲した平面又は表面を計
算することも可能である。続いて、弾性変換を用いて、
第２の画像に対して対応する平面又は表面が計算され
る。第１及び第２の画像中の計算された平面又は表面
は、検査されるべき対象がその中に再現されるべき夫々
のビュー平面を表わす。捕捉された画像データから、観
察者に対して表示された計算された平面又は表面中で検
査されるべき対象がどのように見えるかが計算される。

【００１４】望ましくは、第１の画像中の選択された対
象は、３次元対象の縁を表わす。縁は、例えば第１の画
像中の腫瘍の表面の表現として定義されうる。すると、
第２の画像の対応する対象は、その間に腫瘍が変化して
いないかぎり、第２の画像の捕捉の時点において弾性変
換によって計算された腫瘍の縁を表わす。計算された表
面は元の第２の画像に重ね合わされるよう表示されるた
め、放射線医師は腫瘍が変化しているか否かを直ぐに判
断しうる。これは、腫瘍が変化していなければ、第２の
画像上に重ね合わされた（計算された）縁は、望ましい
実施例では第２の画像中の腫瘍の実際の縁と位置が合わ
ないからである。診断を放射線医師にまかせないのでは
なく、医師は診断を行ううえで支援されるだけである。

【００１５】また、対象に重ね合わされる画像内容が寸
法及び位置について第１及び第２の画像間で異なると
き、例えば、第１及び第２の画像間で対象によって囲ま
れる腫瘍が縮んだとき又は成長したとき、対象の寸法及
び位置もまた弾性変換によって変更されるようにされう
る。対象は、特に重ね合わされた画像内容の変化が弾性
変換規則の決定のために考慮に入れられる場合に変化さ
れる。このように、囲まれた腫瘍が第１の画像中に再現
され、第２の画像の形成の前に腫瘍の寸法が変化してい
れば、このバージョンでは第２の画像中の腫瘍の縁は対
応する対象によって再び正しくマークされ、従って医師
が画像中の腫瘍を直接比較することが可能である。

【００１６】第１の画像又は複数の第１の画像中の対象
は、手動で選択されることが望ましい。対象の選択は、
モデルに基づくセグメンテーション方法によって実現さ
れうる。その場合、変形可能なモデル領域が使用され
る。このために、変形可能なモデル領域は、例えば、続
いて変形されるよう第１の画像中の適当な位置に配置さ
れうる。第２の画像中に表示される対応する対象は、第
１の画像中に定義される対象の変化を常に正確に表わし
ているわけではなく、即ち、弾性変換の不正確さ及びア
ーティファクトにより正確に表わさない場合がある。従
って、第２の画像中の対応する対象の手動の補正を行う
ことが可能であることが望ましいが、自動又は半自動の
補正を行ってもよい。

【００１７】第１の画像は、検査されるべき対象の標準
化されたモデルの画像を形成することが望ましく、第２
の画像は検査されるべき対象の画像であることが望まし
い。この方法は、材料の試験のために特に適している。
例えば、正しく製造された部品のモデルは第１の画像と
して視覚化されうる。第２の画像は試験されるべき部品
を表わす。第２の画像中の対応する対象と第１の画像中
の対象の差は、正しく製造された部品に対する試験され
るべき部品のずれを表わす。

【００１８】本発明は、検査されるべき対象の様々な画
像を形成する装置を提供する。本発明による装置は、表
示手段、対象を定義する定義手段、及び算術ユニットを
含む。表示手段は、検査されるべき対象の第１及び第２
の画像を同時表示するよう構成される。定義手段は、放
射線医師又は観察者が第１の画像中で対象を定義するこ
とを可能とするのに用いられる。選択された対象は、続
いて表示手段によって第１の画像中に表示される。算術
ユニットは、第１の画像の画像要素を第２の画像の夫々
の画像要素と関連付ける弾性変換を決定するよう設けら
れる。算術ユニットは、また、選択された対象から対応
する対象を計算し、この対応する対象は最終的には表示
手段によって第２の画像中に視覚化される。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の望ましい実施例につい
て、添付の図面を参照して以下詳述する。図１ａ乃至図
１ｃ、並びに、図２ａ乃至図２ｃに示す患者の頭部３の
断面画像は、放射線技師に対して同時に表示される。こ
れらは、腫瘍を患っている患者の磁気共鳴画像を表わ
す。図２ａ乃至図２ｃに示す画像は、腫瘍の組織の標本
の摘出と検査の後に捕捉されたものである。腫瘍組織の
全ての中間の変化の評価を可能とするために、放射線技
師は腫瘍組織を様々な画像の中で識別することが可能で
なくてはならない。この評価は、本発明による方法によ
って支援される。

【００２０】図３に示す装置では、算術ユニット３０
は、図１ａ乃至図１ｃ、並びに、図２ａ乃至図２ｃに示
す画像を表示する例えばディスプレイスクリーンといっ
た表示手段３２に接続される。算術ユニット３０は、図
１ａ乃至図１ｃに示す画像を図２ａ乃至図２ｃに示す画
像へマップする弾性変換を計算する。図１ａ乃至図１ｃ
に示す画像点又は画像要素は、図２ａ乃至図２ｃに示す
夫々の対応する画像要素に関連付けられる。弾性変換
は、公知の方法によって計算される。弾性変換の計算に
公知の方法のうちのどれが使用されるかにより、稠密な
変換場を得るために例えば放射方向の基本関数を用いつ
つ補間方法を実行することが必要な場合がある。変換
は、例えば多項式といった連続関数のパラメータによっ
ても表わされうる。計算されたパラメータ又は変形場
は、後の使用のために算術ユニット３０によって格納さ
れる。

【００２１】選択装置３４を用いて、ユーザは、例えば
腫瘍といった検査されるべき対象の関心サブ領域を選択
し、例えばサブ領域の縁又は表面といった対象を定義す
る。定義された対象は、表示手段３２によって第１の画
像（図１ａ乃至図１ｃ）中で視覚化される。参照番号１
ａ乃至１ｃは、ユーザによって定義される対象を夫々特
徴付ける。この場合、図１ａ乃至図１ｃの夫々の中で視
覚化されるサブ領域は、例えば腫瘍である３次元対象の
表面に対応する。このように、直交する断面平面の夫々
において、この対象の縁は画像に重ね合わされた定義さ
れた対象として表示される。対象の選択及び定義は、変
形可能なモデル又はアクティブな輪郭によって簡単化さ
れうる。対応する対象（図２ａ乃至図２ｃ）は、算術ユ
ニット３０による第１の画像１ａ乃至１ｃ中の対象の定
義に直ぐ続いて計算され、続いて第２の画像に重ね合わ
されて表示される。以前に計算された弾性変換は、第１
の画像の定義された対象１ａ乃至１ｃに適用され、計算
結果は第２の画像（図２ａ乃至図２ｃ）中で再現され
る。参照番号２ａ乃至２ｃは、視覚化された対象１ａ乃
至１ｃに対応する計算された対象を示す。計算は、第１
の画像中の対象に変化がある場合に、第２の画像中の対
応する対象の対応する変化が当該のユーザに直接表示さ
れるよう、リアルタイムで行われることが望ましい。

【００２２】視覚化されたサブ領域、即ち腫瘍が、第１
の画像と第２の画像の形成の間に経過する時間中に変化
しない限り、定義された対象は第１及び第２の画像中の
サブ領域に対して同じ位置及び向きを有する。対象が、
例えば腫瘍の縁であると定義されると、腫瘍の縁は第１
及び第２の画像中で正しくマークされる。しかしなが
ら、腫瘍がその間に変化したとき、例えば処置により小
さくなったとき又は成長により大きくなったとき、第２
の画像中に示される縁はもはや腫瘍の実際の縁に対応せ
ず、この腫瘍の変化は観察者に直ぐにわかるようにな
る。

【００２３】他の可能性は、弾性変換規則が規則自体の
中に腫瘍の変化を考慮に入れるものであり、従って、第
１の画像中で定義される腫瘍の縁に対して弾性変換が適
用されると、第２の画像中の縁の寸法もまた腫瘍の寸法
と同様に変化する。計算された縁が第２の画像中で重ね
合わされると、腫瘍の縁はマークとして正しく表示され
る。

【００２４】検査されるべき対象の少なくとも一つの第
１の画像と少なくとも一つの第２の画像を本発明により
視覚化することにより、第１及び第２の画像の画像内容
自体が弾性的に変換されることなく、検査されるべき表
示された対象の全ての変化の画像比較及び検出は望まれ
ていない変換による誤りを生じさせることなく実質的に
簡単化される。使用される位置合わせ方法の不正確さに
よるアーティファクト、又は、画像内容の補間によるア
ーティファクトは、このようにして防止される。本発明
によれば弾性変換は予め計算されるため、画像又は変化
された画像をリアルタイムで表示すること、従って視覚
化されたものに観察者が相互作用的な影響を与えるこ
と、例えば、多数の画像の時系列で腫瘍の成長を観察す
ることが可能となる。本発明による方法が適用される場
合、位置合わせの誤りは、画像に含まれる形態的情報と
ユーザによって定義される対象との間の誤りとして現れ
る。従って誤りは容易に検出され相互作用的に訂正され
うる。このようにして、病状の変化の分類を行うことに
ついて支援されるが、その決定自体は専門家が行う。本
発明による方法は、従来技術と比較して臨床的に採用さ
れやすいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】頭部の３つの第１の直交断面画像のうちの一
つを示す図である。

【図１ｂ】頭部の３つの第１の直交断面画像のうちの一
つを示す図である。

【図１ｃ】頭部の３つの第１の直交断面画像のうちの一
つを示す図である。

【図２ａ】図１ａ乃至図１ｃに示す頭部と同じ頭部の３
つの第２の直交断面画像のうちの一つを示す図である。

【図２ｂ】図１ａ乃至図１ｃに示す頭部と同じ頭部の３
つの第２の直交断面画像のうちの一つを示す図である。

【図２ｃ】図１ａ乃至図１ｃに示す頭部と同じ頭部の３
つの第２の直交断面画像のうちの一つを示す図である。

【図３】図１ａ乃至図１ｃ、並びに、図２ａ乃至図２ｃ
に示す画像の同時表示のための本発明による装置を示す
図である。

【符号の説明】

３０算術ユニット３２表示手段３４選択装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ペーターレーシュドイツ連邦共和国，22399 ハンブルク, ランダールヴェーク３ (72)発明者イェルンボルゲルトドイツ連邦共和国，22089 ハンブルク, ヴァルテナオ 19 Ｆターム(参考） 5B057 AA08 BA03 CA02 CA08 CA13 CA16 CB02 CB08 CB13 CB16 CD11 CE08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査されるべき対象の様々な画像、特に
患者の医用画像を形成する方法であって、少なくとも一つの第１の画像及び一つの第２の画像を表
示する段階と、第１の画像の画像要素を第２の画像の夫々の画像要素と
関連付ける弾性変換を決定する段階と、第１の画像に重ね合わされ第１の画像と共に表示される
対象を定義する段階と、弾性変換を用いて第１の画像中の対象に対応する第２の
画像中の対象を決定する段階と、対応する対象を第２の画像に重ね合わせる段階と、対応する対象を第２の画像と共に表示する段階とを含む
方法。
【請求項２】３つの第１の画像及び３つの第２の画像
が表示され、上記３つの第１の画像及び３つの第２の画
像は検査されるべき対象の３つの異なる特に直交する断
面平面を夫々表わすことを特徴とする、請求項１記載の
方法。
【請求項３】上記第１の画像のうちの一つにおいて定
義された対象は、他の各第１の画像中に示されることを
特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】上記第１の画像に重ね合わされた対象は
３次元対象の縁を表わすことを特徴とする、請求項１記
載の方法。
【請求項５】上記第１の画像中の上記対象は、手動
で、自動的に、又は半自動的に定義されることを特徴と
する、請求項１記載の方法。
【請求項６】上記第１の画像中の上記対象はモデルを
用いたセグメンテーション方法によって定義されること
を特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項７】上記第２の画像中の上記対応する対象
は、手動で、自動的に、又は半自動的に訂正されること
を特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】上記第１の画像及び上記第２の画像は、
検査されるべき同じ対象の夫々の画像であることを特徴
とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】上記第１の画像は検査されるべき対象の
標準化されたモデルであり、上記第２の画像は上記検査
されるべき対象の画像であることを特徴とする、請求項
１記載の方法。
【請求項１０】第１の画像及び第２の画像を表示する
表示手段と、第１の画像の画像要素を第２の画像の夫々
の画像要素に関連付ける弾性変換を決定する算術ユニッ
トと、第１の画像に重ね合わされ第１の画像と共に表示
される対象を定義する手段とを含む、検査されるべき対
象の様々な画像、特に患者の医用画像を形成する装置で
あって、上記算術ユニットは、弾性変換を用いて第１の画像中の
対象に対応する第２の画像中の対象を決定するよう構成
され、上記表示手段は上記対応する対象を上記第２の画
像に重ね合わせ上記対応する対象を上記第２の画像と共
に表示するよう構成されることを特徴とする、装置。
【請求項１１】コンピュータプログラムがコンピュー
タ上で実行されたときに請求項１に記載の方法の段階を
コンピュータに実行させるコンピュータプログラム手段
を有するコンピュータプログラム。