JP2004057826A - ボリュームデータセットの処理方法およびコンピュータプログラム製品ならびにコンピュータ - Google Patents

Abstract

【課題】血管を通る非常に便利なナビゲーションを可能にするボリュームデータセットの処理方法を提供する。
【解決手段】ボリュームデータセットは少なくとも血管（２４）およびその周辺（２５）を示す。ボリュームデータセットの処理の枠内で先ず作業点（１８）が決定される。その後、コンピュータは作業点（１８）を含む断面を求めると共に、断面のそれぞれについて、それぞれの断面に含まれる、血管（２４）によって包囲された部分面を求める。続いて、コンピュータは最小の部分面を持った断面を求め、この断面に基づいて作業断面（１９）を求める。
【選択図】　　図５

Description

　本発明は、少なくとも１つの血管とその周辺とを示すボリュームデータセットの処理方法に関する。

　この種の処理方法はとくに医療分野において狭窄検査に使用される。このために、従来技術においては、使用者によってポリゴンコース（多辺形進路）が設定され、これに沿って作業断面が移動される。その場合に作業断面はポリゴンコースの現在観察されている断片に垂直である。それによって、血管構造における血管主軸線に沿った任意のナビゲーションは著しく制限され、血管構造に沿ったポリゴンコースの新しい選択を必要とする。自動化された測定と、視覚評価を医師の要求に合せる手動修正との間の対話が非常に限られている。このような作業の流れは非侵襲の臨床分野においては受け入れがたい。

　本発明の課題は、血管を通る非常に便利なナビゲーションを可能にするボリュームデータセットの処理方法を提供することにある。

　この課題は次のステップを有する処理方法によって解決される。すなわち、
　作業点が決定され、
　コンピュータによって、作業点を含む断面が求められ、
　コンピュータによって、各断面について、それぞれの断面に含まれ血管によって包囲されている部分面が求められ、
　コンピュータによって、最小の部分面を有する断面が求められ、
　コンピュータによって、最小の部分面を有する断面に基づいて作業断面が求められる。

　本発明によれば、作業断面が予め与えられた進路に依存することなく局部的な血管主軸線に対してほぼ垂直に延びる。

　コンピュータによって、最小の部分面の重心点が求められ、重心点に基づいて作業断面内において新しい作業点が決定される場合、作業点はコンピュータによって自動的に重心点へ修正可能である。その場合に、新たに決定された作業点が古い作業点と重心点との間に位置すると好ましい。なぜならば、この部分的な修正によって、処理方法がノイズと血管構造の小さな変動とに対して安定であるからである。

　コンピュータに使用者から傾斜指令が与えられ、コンピュータによってこの与えられた傾斜指令に応じて作業断面が傾斜軸線を中心に傾けられるならば、コンピュータによって求められた作業断面の手動的な再修正が可能である。その場合、とくに、傾斜指令がコンピュータにジョイスティク、マウスまたはキーボードのカーソルキーを介して与えられる。完全さを期するためにだけ言うならば、傾斜軸線が互いに直交すると好ましい。

　コンピュータに使用者から移動指令が与えられ、この与えられた移動指令にしたがって作業点がコンピュータによって新たに決定され、前の作業点と新たに決定された作業点との間の接続線が作業断面に対して垂直に延び、その後コンピュータによって作業断面が「課題を解決するための手段」に記載したステップにしたがって新たに求められるならば、作業断面の移動によって血管を伝いながら作業することが簡単に可能である。移動指令は、傾斜指令を与えるのと同じように、キーボードのカーソルキー、マウスまたはジョイスティックを介して行なうことができる。

　コンピュータによって、画像面におけるボリュームデータセットの、投影中心から出発する透視投影が求められ表示装置に表示されるならば、ボリュームデータセットの重要内容が使用者によって特に簡単かつ直観的に把握可能である。

　コンピュータによって、作業断面が透視投影にて共に表示されるならば、ボリュームデータセットをさらに簡単に評価することができる。

　コンピュータによって、作業断面によって決定されたボリュームデータセット断面も表示装置に表示されるならば、ボリュームデータセットの評価がさらに簡単となる。

　コンピュータに使用者から画像面における画像点が予め与えられ、コンピュータによって投影中心および画像点に基づいて投影ビームが求められ、コンピュータによって投影ビームと血管との交点が求められ、作業点がコンピュータによって交点に基づいて決定される場合、作業点の決定が特に簡単で使用者にとって特に便利になる。

　画像点がコンピュータにカーソルの位置決めおよび確認指令の入力によって与えられる場合、画像点の設定が特に簡単になる。

　使用者による作業点の設定の代替として、コンピュータによって、複数の可能な作業点について、「課題を解決するための手段」の項に記載したステップにしたがって、それぞれ最小の部分面を有する断面が求められ、コンピュータによってこれらの各断面について特性値が求められ、コンピュータによって特性値のための評価基準に基づいて可能な作業点のうちの１つが作業点として決定されるようにすることも可能である。その場合、特性値は、例えば最小の部分面の面積、最小広がり長さまたは最大広がり長さであってよい。

　とくに、可能な作業点のうちから、該当部分面の特性値が最小である作業点が作業点として求められる。

　この処理方法は、求められた特性値がコンピュータによって仮の作業点の関数として表示装置に表示されることによってさらに改善される。

　作業点の決定は、コンピュータに使用者から、開始点および終了点が、最小の部分面を持った血管を有し開始点に関して求められた断面の最小の部分面が最小の部分面を持った血管を有し終了点に関して求められた断面の最小の部分面とは別の場所に配置されるように与えられ、可能な作業点が血管に関して開始点と終了点の間にあることによって、早められる。

　以下において、図面を参照しながら実施例について説明することにより、他の利点および詳細を明らかにする。

　図１によれば、コンピュータはデータメモリ１および作業メモリ２を有し、これらはコンピュータユニット３に接続されている。さらに、コンピュータユニット３には、例えばモニタである表示装置４と入力ユニット５〜７とが接続されている。入力ユニット５〜７は、例えばマウス５、ジョイスティック６およびキーボード７を含む。キーボード７はとくにカーソルキー８を含む。

　コンピュータユニット３は、コンピュータがプログラムされているコンピュータプログラム製品９によって作動させられる。その場合に、コンピュータプログラム製品９の働きの枠内において、コンピュータユニット３は、とりわけデータメモリ１および作業メモリ２にアクセスし、入力ユニット５〜７から入力を受取り、表示装置４を介して出力を提供する。入力は使用者１０から行なわれ、出力は使用者１０に対して行なわれる。

　データメモリ１にはボリュームデータセットが記憶されている。ボリュームデータセットは多数のボリュームデータエレメント１１を有する。各ボリュームデータエレメント１１には座標系の３つの座標ｘ，ｙ，ｚおよびデータ値ｄが割当てられている。この座標系は典型的には直交座標系である。ボリュームデータエレメント１１の１つが図２に例示されている。

　コンピュータは画像面１２への２次元の透視投影を求め、表示装置４に表示させる。これが図２に概略的に示されている。透視投影は投影中心１３から出発する。投影中心１３から出る投影ビーム１４によりコンピュータは多数の画像点１５についてそれぞれ該当の画像データ値を求める。その後このようにして求められた透視投影が表示装置４に表示される。

　図３によれば、ボリュームデータセットは血管２４とその周辺２５とを有する血管系を示している。なお、ボリュームデータエレメント１１のデータ値ｄに基づいて周辺２５内の血管２４を発見する方法は一般に知られている。同様に、血管系自体を周辺２５からきわだたせるか、もしくは周辺２５を取り除くことを可能にする方法も知られている。

　ここで、使用者１０からコンピュータに画像面１２の画像点１５が予め与えられたとする。これは、例えば使用者１０がカーソル１６を位置決めし、その後確認指令を入力することによって行なわれる。カーソル１６は例えばカーソルキー８によって位置決めすることができ、その後キーボード７のエンターキーが押される。代替として、例えばマウス５によりカーソル１６を位置決めし、その後マウスキーの操作によって位置を確認するようにしてもよい。同じように、ジョイスティック６による位置決めと確認をするようにしてもよい。

　投影中心１３および選択された画像点１５は投影ビーム１４を規定する。したがって、コンピュータは、投影中心１３および画像点１５に基づいて投影ビーム１４を求め、投影ビーム１４が血管２４に当たるまで、ボリューム内で投影ビーム１４を追跡する。投影ビーム１４が血管２４に当たると、これは投影ビーム１４と血管２４との交点１７に相当する。この交点１７に基づいてコンピュータによって作業点１８が決定される。作業点１８はとりわけ交点１７と一致させてもよい。

　今や、コンピュータは、作業点１８から出発して半球内における多数の方向を決定する。これらの方向の一部が図４に例示的に書き込まれている。その後、コンピュータは作業点１８を通るこれらの方向に対して垂直な断面を決定する。その後、コンピュータはこれらの断面のそれぞれについて部分面を求める。この部分面は、それぞれの断面に含まれ血管２４によって包囲されている部分面であることによって規定されている。コンピュータは部分面の相互の比較によって作業断面１９を求める。この場合、作業断面１９は最小の部分面を有する断面である。

　断面は方向に関して求められるが、個々の方向を、一つの方向がｚ軸に対して平行であるように決定することは実際上十分正確であることが証明された。４つの方向がｚ軸と２２.５°の角度をなし、そのように定められた円形リングに等分される。８つの方向がｚ軸と４５°の角度をなし、そのように定められた円形リングに等分される。同じことがｚ軸と６７.５°の角度をなす１２個の方向に関しても当てはまる。同様に、ｚ軸に対して垂直な１６個の方向ベクトルはｘｙ平面においてそれぞれ２２.５°ずつずれている。

　これらの方向ベクトルにより一般には十分な精度で作業断面１９が求められる。しかし、場合によっては２番目の一巡においてより正確な最適化を行なうこともできる。画像点１５の設定に基づいて求められた作業点１８は一般に血管２４の縁にある。この作業点１８を良好に中心に置くためには、コンピュータによって最小の部分面の重心点２０が求められる。その後この重心点２０に基づいて、コンピュータによって作業断面１９内において新たな作業点１８´が決定される。その場合、安定性の理由から、新たに決定された作業点１８´は古い作業点１８と重心点２０との間に位置していると好ましい。

　図５による表示から分かるように、作業断面１９はコンピュータによって透視投影で表示される。さらに、図５においては２つの方向矢印２１が記入されている。これらの方向矢印２１は作業断面１８に対して垂直である。方向矢印２１によって指示された方向に作業断面１９をずらすことができる。これは次のように行なわれる。

　コンピュータに使用者から移動指令が予め与えられる。この場合、移動指令の入力は、選択的にカーソルキー８、マウス５によって、あるいは好ましくはジョイスティック７を介して行なわれる。確認指令の入力も可能であるが、これは絶対に必要であるというわけではない。

　移動指令に基づいて、コンピュータは移動方向に応じて新しい作業１８を決定する。前の作業点１８もしくは１８´と新たに決定された作業点１８との間の接続線は方向矢印２１に沿って、したがって作業断面１９に対して垂直に延びる。今新たに決定された作業点１８については、図４と結び付けて説明した方法に応じて、作業断面１９が新たに決定される。この際にも場合によっては、再び作業点１８が新たに求められた最小の部分面の重心点２０に移動される。それによって、作業点１８は徐々に血管主軸線に近づく。

　図６から特に明確に分かるように、作業断面１９は傾斜軸線２２，２３を中心に傾斜可能である。傾斜軸線２２，２３は作業点１８において直交している。図６に示された傾斜軸線２２，２３は使用者２０がコンピュータに傾斜要請を指示した際にのみ表示される。傾斜要請の指示は、例えば使用者１０が定められた指令を入力することによって行なわれる。例えば、使用者１０がマウス５、ジョイスティク６またはキーボード７の所定キーを操作したならば、これはコンピュータによって、カーソルキー８、マウス５またはジョイスティク６の後続の操作が作業断面１９の移動ではなくて、作業断面１９の傾斜に関係していると解釈される。したがって、傾斜指令自体も使用者１０からジョイスティク６、マウス５またはキーボード７のカーソルキー８を介して与えられる。その際、コンピュータは与えられた傾斜指令に応じて作業断面１９を傾斜軸線２２，２３を中心にして傾斜させる。しかし、作業断面１９の傾斜後における作業点１８の移動は行なわれない。

　図７から分かるように、表示装置４上にコンピュータによって透視投影と共に、作業断面１９によって決定されているボリュームデータセット断面を表示することができる。この表示は、血管２４自体だけでなく、それの周辺２５をも示す。さらに、この表示には、とくに血管２４の最小半径２６および最大半径２７が書き込まれている。この場合、半径２６，２７は重心点２０から出発している。

　上述の処理方法の場合には、作業点１８がコンピュータによって使用者１０による一義的な設定に基づいて決定される。作業点１８は、場合によっては発見された作業断面１９内においてさらに修正されるが、しかしコンピュータによって自動的に求められる。しかし、コンピュータが作業点１８をもっぱら血管２４自体に基づいて求めることも可能である。これについては次に図８を参照しながら説明する。

　図８によれば、コンピュータに使用者１０から先ず開始点２８および終了点２９が与えられる。これらの両点２８，２９に関してコンピュータは開始断面３０および終了断面３１を求める。さらに、コンピュータは、開始断面３０内で、求められた開始断面３０の血管２４を有する部分面の重心点の方向に開始点２８を修正する。同様に、コンピュータは終了断面３１の血管２４を有する部分面の重心点の方向に終了点２９を修正する。開始点２８の設定、開始断面３０の検出および開始断面３０における開始点２８の修正は、図４による作業点１８の設定、作業断面１９の決定および作業点１８の修正と全く同様に行なわれる。その結果、開始断面３０は開始点２８に関して血管２４を備える最小の部分面を有する。同じことが終了断面３１および終了点２９についても当てはまる。これらの断面３０，３１の最小部分面は、図８によれば、明らかに互いに異なる場所に配置されている。従って、開始点２８および終了点２９の設定によって血管系の範囲が予め選択される。その後、この範囲内において、コンピュータよって自動的に作業点１８が求められる。

　図８に矢印３２によって概略的に示されているように、コンピュータによってこの範囲内で次々と多数の可能な作業点が決定され、これらの可能な作業点について、図４を参照して説明した方法にしたがって、対応した可能な作業断面が決定される。したがって、可能な作業点は血管２４に関して開始点２８と終了点２９との間に位置している。同様にその都度最小の部分面を持った断面が決定される。コンピュータはこれらの各最小部分面について特性値を求める。この特性値は例えば部分面自体の大きさであってよい。これの代替として、この大きさが各部分における半径２６，２７の一つと対応していてもよい。特性値についての評価基準に基づいて、コンピュータは可能な作業点のうちの１つを作業点１８として求める。

　この処理方法は、医療分野においてとくに狭窄つまり血管狭窄の発見および診断のために用いられる。したがって、特に、可能な作業点から、対応する最小の部分面自体の特性値がさらに最小である作業点が作業点１８として求められる。

　図９に概略的に示されているように、コンピュータによって求められた特性値を仮の作業点の関数として表示装置４に表示することができる。その場合、実際の作業点１８がマーク３３によって強調されるとよい。

　以上に述べた処理方法により、唯一の点、すなわち投影ビーム１４と血管２４との交点１７のみの設定にもかかわらず、局部的な血管方向付け（血管軸線）の自動的な決定が簡単に可能となる。それによって、使用者インターフェースが使用者１０にとって著しく簡単化される。半自動（対話式）あるいは全自動で簡単に狭窄を求めて表示することができる。前方および後方へのナビゲーションも非常に簡単である。傾斜軸線２２，２３を中心とする傾斜によって作業断面１９の修正さえも簡単に可能である。それによって、この種のコンピュータ支援処理方法の臨床分野への受け入れを著しく拡大することができる。

主要構成要素を備えたコンピュータの原理図 ボリュームデータセットの透視図 他のボリュームデータセットの透視図 作業断面の決定を説明するための概略図 図３を作業断面と共に示した説明図 図５の部分拡大図 図５の補足説明図 他のボリュームデータセットの透視図 特性値の機能的な経過図

符号の説明

　１　　　　データメモリ
　２　　　　作業メモリ
　３　　　　コンピュータユニット
　４　　　　モニタ
　５　　　　マウス
　６　　　　ジョイスティック
　７　　　　キーボード
　８　　　　カーソルキー
　９　　　　コンピュータプログラム製品
１０　　　　使用者
１１　　　　ボリュームデータセット
１２　　　　画像面
１３　　　　投影中心
１４　　　　投影ビーム
１５　　　　画像点
１６　　　　カーソル
１７　　　　交点
１８，１８´作業点
１９　　　　作業断面
２０　　　　重心点
２１　　　　方向矢印
２２，２３　傾斜軸線
２４　　　　血管
２５　　　　周辺
２６，２７　半径
２８　　　　開始点
２９　　　　終了点
３０　　　　開始断面
３１　　　　終了断面
３２　　　　矢印
３３　　　　マーク
ｄ　　　　　データ値
ｘ，ｙ，ｚ　座標

Claims (19)

1. 　少なくとも１つの血管（２４）とその周辺（２５）とを示すボリュームデータセットの処理方法において、
   　作業点（１８）が決定され、
   　コンピュータによって、作業点（１８）を含む断面が求められ、
   　コンピュータによって、各断面について、それぞれの断面に含まれ血管（２４）によって包囲されている部分面が求められ、
   　コンピュータによって、最小の部分面を有する断面が求められ、
   　コンピュータによって、最小の部分面を有する断面に基づいて作業断面（１９）が求められる
   ことを特徴とするボリュームデータセットの処理方法。
2. 　コンピュータによって、最小の部分面の重心点（２０）が求められ、重心点（２０）に基づいて作業断面内（１９）において新しい作業点（１８´）が決定されることを特徴とする請求項１記載の処理方法。
3. 　新たに決定された作業点（１８´）が古い作業点（１８）と重心点（２０）との間に位置することことを特徴とする請求項２記載の処理方法。
4. 　コンピュータに使用者（１０）から傾斜指令が与えられ、コンピュータによってこの与えられた傾斜指令に応じて作業断面（１９）が傾斜軸線（２２，２３）を中心に傾けられることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の処理方法。
5. 　傾斜指令がコンピュータにジョイスティク（６）、マウス（５）またはキーボード（７）のカーソルキー（８）を介して与えられることを特徴とする請求項４記載の処理方法。
6. 　コンピュータに使用者（１０）から移動指令が与えられ、この与えられた移動指令にしたがって作業点（１８）がコンピュータによって新たに決定され、前の作業点（１８）と新たに決定された作業点（１８）との間の接続線が作業断面（１９）に対して垂直に延び、その後コンピュータによって作業断面（１９）が請求項１に記載のステップにしたがって新たに求められることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の処理方法。
7. 　移動指令がコンピュータにジョイスティック（６）、マウス（５）またはキーボード（７）のカーソルキー（８）を介して与えられることを特徴とする請求項６記載の処理方法。
8. 　コンピュータによって、画像面（１２）におけるボリュームデータセットの、投影中心（１３）から出発する透視投影が求められ表示装置（４）に表示されることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の処理方法。
9. 　コンピュータによって、作業断面（１９）が透視投影にて共に表示されることを特徴とする請求項８記載の処理方法。
10. 　コンピュータによって、作業断面（１９）によって決定されたボリュームデータセット断面も表示装置（４）に表示されることを特徴とする請求項８または９記載の処理方法。
11. 　コンピュータに使用者（１０）から画像面（１２）における画像点（１５）が予め与えられ、コンピュータによって投影中心（１３）および画像点（１５）に基づいて投影ビーム（１４）が求められ、コンピュータによって投影ビーム（１４）と血管（２４）との交点（１７）が求められ、作業点（１８）がコンピュータによって交点（１７）に基づいて決定されることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の処理方法。
12. 　画像点（１５）がコンピュータにカーソル（１６）の位置決めおよび確認指令の入力によって与えられることを特徴とする請求項１１記載の処理方法。
13. 　コンピュータによって、複数の可能な作業点について、請求項１に記載のステップにしたがって、それぞれ最小の部分面を有する断面が求められ、コンピュータによってこれらの各断面について特性値が求められ、コンピュータによって特性値のための評価基準に基づいて可能な作業点のうちの１つが作業点（１８）として決定されることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の処理方法。
14. 　特性値が最小の部分面の面積、最小広がり長さまたは最大広がり長さであることを特徴とする請求項１３記載の処理方法。
15. 　可能な作業点のうちから、該当部分面の特性値が最小である作業点が作業点（１８）として求められることを特徴とする請求項１３または１４記載の処理方法。
16. 　求められた特性値がコンピュータによって仮の作業点の関数として表示装置（４）に表示されることを特徴とする請求項１３乃至１５の１つに記載の処理方法。
17. 　コンピュータに使用者（１０）から、開始点（２８）および終了点（２９）が、最小の部分面を持った血管（２４）を有し開始点（２８）に関して求められた断面（３０）の最小の部分面が、最小の部分面を持った血管（２４）を有し終了点（２９）に関して求められた断面（３１）の最小の部分面とは別の場所に配置されるように与えられ、可能な作業点が血管（２４）に関して開始点（２８）と終了点（２９）の間にあることを特徴とする請求項１３乃至１６の１つに記載の処理方法。
18. 　請求項１乃至１７の１つに記載の処理方法を実施するためのコンピュータプログラム製品。
19. 　請求項１８によるコンピュータプログラム製品にてプログラムされたコンピュータ。

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