JP2004313790A - 画像の縮尺係数を決定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】較正物体を用いずに画像の縮尺係数を決定する。
【解決手段】縮尺係数を決定する方法及び装置が、線源（１２）及び線源（１２）からの線を受光するように設計されている受像器（１４）を有する撮像カメラ（１０）を設ける工程と、患者（９）を線源（１２）と受像器（１４）との間に配置する工程と、患者を透過する線の経路に沿って患者の両側で患者表面において第一の縮尺係数及び第二の縮尺係数を決定する工程とを含んでいる。この方法は、誤差の原因になり得る較正物体の利用を回避することを可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、画像の縮尺係数（scaling factor）を決定する方法及び装置に関する。

患者の器官のような対象を撮像する場合に、病変を治療することを可能にするためには、被撮像器官の正しい寸法を知ることが重要である。例えば、動脈径の収縮によって発現する狭窄症の治療ではしばしば、患部動脈に血管バルーン又はステントを導入する。次いで、血管拡張バルーンを健全な動脈の寸法に達するまで膨脹させる。健全な動脈の寸法は、病変の近位部において健全な動脈の寸法を測定することにより決定される。この測定値を用いて、適当な治療用ステントを選択する。Ｘ線のような撮像を用いる場合には、投影によって画像が形成される。従って、画像での寸法に基づいて動脈の実寸法を得るために縮尺係数が必要である。縮尺係数を生成する幾つかのアプローチが提案されている。

一般的なアプローチの一つは、画像でのカテーテル（又は既知の寸法を有する較正物体）の存在に基づくものであり、画像でのカテーテルの寸法を決定する。縮尺係数は、物体の既知の寸法に基づいて生成される。投影の中心からの距離が較正物体と動脈とで類似していると仮定して、動脈に同じ縮尺係数が用いられる。このアプローチには次の欠点がある。すなわち、このアプローチでは、医師が病変に直接関連しない情報すなわち利用している較正物体の寸法を得る必要がある。また、物体の寸法に誤差がある場合には、誤った縮尺係数が決定される。さらに、このアルゴリズムは較正物体と寸法を決定すべき動脈とが類似していると仮定している。このことは完全に当てはまる訳ではないので、これもまた誤差の原因となる。さらに、場合によっては、医師がカテーテルを較正物体として用いたくても、動脈の測定のために選択された画像にカテーテルが必ずしも現われているとは限らない。従って、器官の実寸法を決定することに関して問題がある。

本発明の一実施形態によれば、縮尺係数を決定する方法を実施する方法及び装置が、線源及び線源からの線を受光するように設計されている受光する手段を有するカメラのような放射線撮像の手段を設ける工程を含んでおり、患者のような撮像対象が線源と受像器との間に配置される。この方法は、患者を透過する線の経路に沿って患者の両側で患者の表面において第一の縮尺係数及び第二の縮尺係数を決定する工程を含んでいる。この方法は、線の経路に沿って位置しており画像に現われている患者の注目器官の縮尺係数について区間の決定を行なう。この方法は、誤差の原因になり得る較正物体の利用を回避することを可能にする。

本発明及び本発明の実施形態は、添付図面と共に以下の記載を参照するとさらに十分に理解されよう。

図１には、撮像カメラ１０が示されている。撮像カメラ１０は、線源１２と、線源１２からの線を受光するように設計されている受像器１４とを有する。線源１２は例えばＸ線放出器である。さらに、撮像対象である患者９も示されている。患者９は線源１２と受像器１４との間に配置されているので、線は患者を透過する。患者９はテーブル１６に横臥している。テーブル１６は、患者に関して高さ、横方向及び縦方向について調節が可能であり、位置センサ（図示されていない）によってカメラ１０におけるテーブル１６の位置を知ることが可能である。画像が受像器に形成される。この画像は、患者の厚みの受像器１４への投影としての画像である。このようなカメラを設ける工程、及び線源１２と受像器１４との間に患者を配置する工程に加えて、本方法はさらに、患者を透過する線の経路に沿って患者の両側で第一の縮尺係数ｆｍｉｎ及び第二の縮尺係数ｆｍａｘを決定する工程を含んでいる。

よって、本方法は、患者の器官について縮尺係数の上限値及び下限値を得ることを可能にする。この器官は、線１８に沿って、係数ｆｍｉｎ及びｆｍａｘが決定される患者の各表面要素の間に位置するので、この器官の縮尺係数ｆは、ｆｍｉｎとｆｍａｘとの間にある値を有する。次いで、縮尺係数ｆを生成することにより、器官の実寸法を求めることが可能となる。これにより、動脈の狭窄のような病変は、動脈を健全な動脈の寸法に復元することを可能にする血管拡張バルーンを選択することにより治療することができる。

以下では、カメラが図１に従って構成されており、線源は患者の下方に配置され、患者は受像器の下方に配置されているものとする。言うまでもなく、この位置は例として掲げられており、異なっていてもよい。

図２は、図１のカメラに採用されている幾何学的原理を示す。図２は、線源１２、患者９及び受像器１４を示す。患者９は自身に線１８を透過させている。線１８は患者９の全体を透過している。本方法は、第一の縮尺係数ｆｍｉｎの決定を含んでおり、この係数は、線源１２からの線１８が入射する側の患者９の限界において決定される。本方法はさらに、第二の縮尺係数ｆｍａｘの決定を含んでおり、この係数は、線１８が受像器１４の方向へ離脱する側の患者９の限界において決定される。

図２で、Ｘは受像器１４に投影された器官の寸法を表わし、ｘｍｉｎは患者の下方限界（線源１２と同じ側）に対応する寸法を表わし、ｘｍａｘは患者の上方限界（受像器１４と同じ側）に対応する寸法を表わす。上方限界及び下方限界は線源１２が患者の上方に位置する場合は、異なっていてよい。

また、距離も図示されている。距離ＳＩＤは、線源１２を受像器１４から隔てる距離を表わす。距離Ｄｍｉｎは、患者９を線源１２から隔てる距離を表わす。距離Ｄｍｉｎは、線源１２と患者９の下方限界との間の距離である。距離Ｄｒａｎｇｅは、患者９の上方限界と受像器１４との間の距離である。さらに、距離Ｄｍａｘは、患者９の上方限界と線源１２とを隔てる距離である。

距離ＳＩＤは、カメラ１０の二要素の間の距離を表わしており、製造元データから求めることができる。距離Ｄｍｉｎは、患者９がテーブル１６に横臥していることに着目することにより得られる。患者の下面（例えば患者の背中）はテーブル１６の上面と一致し得る。テーブルの上面の位置は、カメラ１０におけるテーブル１６の位置を検出するセンサによって決定することができる。撮像の前にカメラを調節しているときに、テーブル１６を線経路に沿って並進させることができ、位置センサが線源１２とテーブル１６の上面との間の距離、従って距離Ｄｍｉｎを伝達する。距離Ｄｒａｎｇｅは、患者９の上面と受像器１４の間の距離を決定する距離センサを利用して得ることができる。距離センサは受像器１４の上に位置していてよい。センサはレーザ・ビーム、超音波センサ又は容量センサであってよい。距離Ｄｍａｘは、ＳＩＤからＤｒａｎｇｅを減算することにより得ることができる。さらに、距離ＳＩＤから距離Ｄｒａｎｇｅ及び距離Ｄｍｉｎを減算することにより、患者の厚みを求めることも可能である。

用いられる距離センサは衝突センサであってもよい。この衝突センサは、テーブル１６が、調節を行なうために線１８の経路に沿って並進しているときに、患者９と受像器１４との間の衝突を回避することを可能にする。

係数ｆｍｉｎは次のようにして決定される。本方法は、線源１２を受像器１４から隔てる距離ＳＩＤ、及び患者９を線源１２から隔てる距離Ｄｍｉｎを線１８の経路に沿って決定する工程を含んでいる。すると第一の係数ｆｍｉｎは、距離ＳＩＤと距離Ｄｍｉｎとの間の比に比例する。

係数ｆｍａｘは次のようにして決定される。本方法は、線源を受像器１４から隔てる距離ＳＩＤ（まだ決定されていない場合）、及び患者９を線源１２［原文のまま］から隔てる距離Ｄｒａｎｇｅを、線１８の経路に沿って決定する工程を含む。すると第二の係数ｆｍａｘは、距離ＳＩＤと距離Ｄｒａｎｇｅとの間の比に比例する。

第一及び第二の係数は、ターレスの定理を適用することにより決定される。この定理は、線源１２を頂点とし、受像器１４での器官の長さＸを底辺とする三角形に適用される。

よって次式が得られる。

Ｘ／ｘｍｉｎ＝ＳＩＤ／Ｄｍｉｎ （１）
Ｘ／ｘｍａｘ＝ＳＩＤ／Ｄｍａｘ （２）
尚、
Ｄｍａｘ＝ＳＩＤ−Ｄｒａｎｇｅ （３）
及び
Ｘ＝ｔ・Ｉ （４）
であり、ここで、Ｉは受像器への器官の投影のピクセル数であり、ｔは画像での１個のピクセルの寸法である。この寸法ｔは所与である。Ｉはアルゴリズムによって公知の方法で決定することができる。

式（１）及び式（２）に基づいて、これらの式を式（４）と組み合わせることにより次式が得られる。

ｘｍｉｎ＝（ｔ・Ｄｍｉｎ／ＳＩＤ）・Ｉ （５）
尚、
ｆｍｉｎ＝ｔ・Ｄｍｉｎ／ＳＩＤ （６）
及び
ｘｍａｘ＝（ｔ・Ｄｍａｘ／ＳＩＤ）・Ｉ （７）
尚、
ｆｍａｘ＝ｔ・Ｄｍａｘ／ＳＩＤ （８）
よって、第一の縮尺係数ｆｍｉｎは距離Ｄｍｉｎと距離ＳＩＤとの間の比に比例する。また、距離Ｄｍａｘは距離Ｄｒａｎｇｅに依存するため、第二の縮尺係数ｆｍａｘは、距離ＳＩＤと距離Ｄｒａｎｇｅとの間の比に比例する。

本方法は、画像の１個のピクセルの寸法と、線１８に沿って患者の両側の表面における当該ピクセルの寸法との間の比例を確立することを可能にする。画像のピクセルの値ｔは既知であり、ｆｍｉｎ及びｆｍａｘは画像のピクセル寸法の振幅率（amplitude factor）に対応する。

カメラは、上述の全てのパラメータ（距離、ピクセルの寸法等）を管理するコンピュータのようなインタフェイス（図示されていない）を有していてよい。このインタフェイスは、自動的に結果を生成することを可能にする。

本方法はさらに、器官の実寸法の生成を得ることを可能にする。器官は、ｆｍｉｎ及びｆｍａｘが決定される患者の各表面要素の間に位置するため、器官の実寸法を生成することが可能になる。この目的のために、画像での器官の寸法は、図２のＸ次元に沿って、画像でのピクセル数Ｉの関数として、公知のアルゴリズム方法によって測定される。式（７）及び式（８）を利用してｆｍｉｎ及びｆｍａｘにピクセル数Ｉを乗算すると器官の実寸法の生成が得られる。狭窄の場合には、かかる生成によって、動脈を初期寸法に近い寸法まで復元することが可能なステントを選択することが可能になる。

よって、本方法は、治療する器官の実寸法の値を得ることを可能にする。この理由は、ｆｍｉｎ及びｆｍａｘが決定される二つの表面要素の間で、器官の線１８に沿った高さを求めることが可能であるためである。例えば冠状動脈を治療する場合には、線１８に沿った位置を決定することができる。心臓の位置は、多数の生理学的測定値を利用して決定することができ、ゆえに、標準的な心臓モデル、及び体内での心臓の位置を記述するモデルに基づいて、またいずれの動脈が治療を要しているのか（右動脈か左動脈か、又は前部動脈か後部動脈か）を知ることにより、患者の冠状動脈の高さを画定することが可能になる。

本方法は、幾つかの可能なシナリオを提供する。第一のシナリオによれば、医師によって採用されている臨床プロトコルがシステムには分かっており、従って治療する器官の相対位置が分かっている。縮尺係数の推定値が、各々の器官位置に自動的に関連付けされ得る。すると、本方法は、推定の「その場」（in situ）展開を容易にすることが可能である。医師は、インタフェイスを用いることにより検査対象器官の位置を指示すれば十分である。もう一つのシナリオによれば、システムは、行なわれている検査時に具現化されている臨床プロトコルを知らない。すると、システムは、器官の縮尺係数の生成又は器官の実寸法の生成をシステム自体によって決定するために、可能な位置区間を決定することができる。

上で行なわれた全ての測定は誤差区間を割り当てられている可能性がある。

言うまでもなく、本発明は例として説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、第一及び第二の縮尺係数は患者の表面以外の位置で決定してよい。これらの縮尺係数は、器官の縮尺係数のさらに正確な生成を最初から得るために患者の深部で決定してもよい。さらに、唯一の参照縮尺係数を決定すること、並びに患者の厚み及び器官の相対的位置を決定することにより器官の縮尺係数のさらに正確な生成を決定することが思量される。さらに、距離の決定、特に受像器１４と患者９の間の距離を縮尺係数の決定と別個に行なってもよい。

当業者は、開示された実施形態及びその均等構成に関して、本発明の範囲から逸脱することなく構造／方法及び／又は機能及び／又は結果及び／又は工程に様々な改変を施し又は提案することができる。

撮像カメラの模式図である。 図１のカメラに採用されている幾何学的原理を示す図である。

符号の説明

９ 患者
１０ 撮像カメラ
１２ 線源
１４ 受像器
１６ テーブル
１８ 線

Claims (16)

1. 撮像する手段（１０）を設ける工程と、
   放射線源の手段（１２）を設ける工程と、
   前記線源（１２）からの放射線を受光する手段（１４）を設ける工程と、
   前記線源（１２）と前記受像器（１４）との間に対象（９）を配置する工程と、
   前記対象を透過する前記放射線の経路に沿って前記対象の両側で前記対象の表面において第一の縮尺係数及び第二の縮尺係数を決定する工程とを備えた縮尺係数を決定する方法。
2. 前記放射線（１８）の経路に沿って、
   前記線源（１２）を前記受像器（１４）から隔てる距離（ＳＩＤ）と、
   前記対象（９）を前記線源（１２）から隔てる距離（Ｄｍｉｎ）とを決定する工程を含んでおり、
   前記第一の縮尺係数は前記各距離（ＳＩＤ、Ｄｍｉｎ）の間の比に比例している、請求項１に記載の方法。
3. 前記撮像する手段（１０）は、前記放射線の経路に沿って位置が調節可能であるテーブル（１６）を含んでおり、前記対象は配置する工程時に前記テーブルに配置される、請求項２に記載の方法。
4. 前記撮像する手段（１０）は、該撮像する手段における前記テーブル（１６）の位置を出力として供給する位置センサを含んでいる、請求項３に記載の方法。
5. 前記対象を前記線源から隔てる前記距離（Ｄｍｉｎ）は、前記位置センサにより伝達される位置に基づいて決定される、請求項４に記載の方法。
6. 前記線（１８）の経路に沿って、
   前記線源（１２）を前記受像器（１４）から隔てる距離（ＳＩＤ）と、
   前記対象（９）を前記受像器（１４）から隔てる距離（Ｄｒａｎｇｅ）とを決定する工程を含んでおり、
   前記第二の縮尺係数は前記各距離（ＳＩＤ、Ｄｒａｎｇｅ）の間の比に比例している、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記対象（９）を前記受像器（１４）から隔てる前記距離（Ｄｒａｎｇｅ）は距離センサにより決定される、請求項６に記載の方法。
8. 前記距離センサは前記受像器（１４）に搭載されている、請求項７に記載の方法。
9. 前記距離センサは、レーザ・ビーム、超音波センサ又は容量センサである、請求項７又は請求項８に記載の方法。
10. 前記距離センサは、前記対象（９）と前記受像器（１４）との間の衝突を検知するセンサである、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記線源と前記受像器との間に患者を配置する工程と、
    前記患者の器官の画像での寸法を画像でのピクセル数の関数として測定する工程と、
    前記第一の振幅縮尺係数及び前記第二の振幅縮尺係数を前記工程で得られた測定値に乗算することにより前記器官の実寸法を生成する工程とを含んでいる請求項９又は請求項１０に記載の方法。
12. 撮像する手段（１０）と、
    放射線源の手段（１２）と、
    前記線源（１２）からの放射線を受光する手段（１４）と、
    前記線源と前記受像器との間に配置されている対象を透過する前記放射線の経路に沿って前記対象の両側で前記対象の表面において第一の縮尺係数及び第二の縮尺係数を決定する手段とを備えた縮尺係数を決定する装置。
13. 前記決定する手段は、前記放射線（１８）の経路に沿って、
    前記線源（１２）を前記受像器（１４）から隔てる距離（ＳＩＤ）を決定し、
    前記対象（９）を前記線源（１２）から隔てる距離（Ｄｍｉｎ）を決定することを含んでおり、
    前記第一の縮尺係数は前記各距離（ＳＩＤ、Ｄｍｉｎ）の間の比に比例している、請求項１２に記載の装置。
14. 前記決定する手段は、前記線（１８）の経路に沿って、
    前記線源（１２）を前記受像器（１４）から隔てる距離（ＳＩＤ）と、
    前記対象（９）を前記受像器（１４）から隔てる距離（Ｄｒａｎｇｅ）とを決定することを含んでおり、
    前記第二の縮尺係数は、前記各距離（ＳＩＤ、Ｄｒａｎｇｅ）の間の比に比例している、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
15. コンピュータ上で実行されると請求項１の各工程を実行するコード手段を備えたコンピュータ・プログラム。
16. コンピュータ上で実行されると請求項１の各工程を実行するコードを担持した担体上のコンピュータ・プログラム。