JP2004509722A - 椎骨の椎弓根の位置を含む脊椎の正面幾何学データを抽出する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、各脊椎骨の左側及び右側椎弓根ランドマークを抽出する、脊椎の幾何学データを抽出する画像処理方法に関し、この方法は、脊椎の２Ｄ正面画像の画像データを取得するステップ、前記脊椎に沿って脊椎の状態を椎骨の位置に関連付け、各状態における左側及び右側椎弓根ランドマーク候補の位置を推定するステップ、これら左側及び右側椎弓根ランドマーク候補（Ｐ_Ｌ及びＰ_Ｒ）の対を形成する状態コストを規定するステップ、各状態において、最も低い状態コストから最良の対候補の組を推定するステップ、ある状態から次の状態へ進む経路コストを規定するステップ、前記最良の対候補中の各脊椎状態（Ｖ）における候補ランドマーク対を最も小さい経路コストから選択するステップ、及び各脊椎骨の左側及び右側候補ランドマークを前記選択された候補ランドマーク対から場所を特定するステップを有する。本発明は、この方法を実行するためのシステム、医療装置及びプログラムにも関する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、椎骨の椎弓根位置を含んだ脊椎画像の正面の幾何学的データを抽出する画像処理方法に関する。本発明は、それを医学的撮像に応用することが分かっている。
【０００２】
【従来の技術】
脊椎に適用される分割方法（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）は、Ｃｌａｕｄｅ Ｋａｕｆｆｍａｎｎ及びＪａｃｑｕｅｓ Ａ ｄｅ． Ｇｕｉｓｅ著、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３０３４、頁２４３−２５１の刊行物“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃｏｌｉｏｔｉｃ Ｖｅｒｔｅｂｒａｌ Ｂｏｄｙ ｕｓｉｎｇ Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｏｄｅｌｓ”で既に知られている。この刊行物は、動的輪郭モデル（ｇ−ｓｎａｋｅ）に基づき、事前の知識を用いたコンピュータ分割方法を開示している。この方法は、側湾した脊椎のデジタルＸ線写真において各椎体の輪郭線を独立して自動的に検出するのに適し且つ用いられる。これら輪郭線は、二平面（ｂｉ−ｐｌａｎａｒ）技術を用いて側湾した脊椎を３Ｄで復元するための対応する解剖学的ランドマークを識別するのに用いられる。椎骨の各種類（胸部又は腰部）に対し標準的なテンプレートを構成し、脊椎のＸ線画像において適当なテンプレート３つの最適な適合である、ｇ−ｓｎａｋｅエネルギー最小化、各椎骨に対する最良の輪郭を個々に選択、及び（角及び脊椎の中心線の点を含む）解剖学的ランドマークの抽出を実行するステップを有する。この脊椎の中心線のデジタル化と、標準的なテンプレートの高さ及び幅を含んだ事前の知識の取得とからなる先行するステップが最初に実行される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
引用文献で知られる方法は、脊椎の椎弓根の位置に対応するランドマークを特に抽出するステップを開示していない。ここで、椎弓根の位置は各椎骨の回転角を推定するのに特に有用である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、椎弓根の位置に対応するランドマークと呼ばれる脊椎データを抽出する画像処理方法を提供することを目的とする。この方法は、椎骨の角の突出部に対応する他のランドマークの事前に決められた位置を用いて、これら椎弓根ランドマークの抽出を実行するステップを有する。例えば、これらステップは、脊椎の多くの隣接する椎弓根の正面画像を処理することで実施される。このような画像処理方法は請求項１に記載されている。撮像システム、Ｘ線装置及びコンピュータプログラムもこの方法を実施することが記載されている。
【０００５】
これら抽出された幾何学データは、単一の２Ｄ画像ですら側湾症の診断の助けとなる情報を提供することを許容する。前記データも幾何学モデル製作技術を用いて、２つの二平面画像から脊椎の３次元画像を復元することも許容する。脊椎の３次元画像は、前記病気が脊椎の３Ｄ変形であるため、側湾症を診断するのに特に助けとなる。この脊椎の３Ｄモデルの構成は、角のランドマーク及び脊椎の椎弓根ランドマークの位置に基づいている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、脊椎画像において脊椎の特定要素の場所を特定するために、脊椎の奇形を調査する脊椎の幾何学データを抽出する画像処理方法に関する。これら特定要素とは椎骨の椎弓根である。
【０００７】
透視図である図１Ａから図１Ｃを参照して、椎骨は、脊椎の軸及び椎骨盤（ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃ）の形状を規定し、端板（ｅｎｄｐｌａｔｅ）と呼ばれる平坦な長方形の基盤１、２（図１Ａ、図１Ｃ）を持つほぼ円筒状の身体７と、面対称な椎骨に配される脊椎突起４（図１Ａ、図１Ｂ）と、２つの横突起３（図１Ａ、図１Ｃ）と、椎弓（ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ａｒｃｈ）の付け根に配される２つの横突起３（図１Ａ、図１Ｃ）及び椎弓根５（図１Ａ、図１Ｂ）とを示し、これら椎弓根は、その軸を回る椎骨の固有回転を規定する。
【０００８】
図２Ａ及び図２Ｂに示される正面画像及び側面画像にそれぞれ表されるような、６個の最適なランドマークが選択される。これらランドマークは、椎骨の角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’である椎体の突出部の先端と、更に椎弓根ランドマークと呼ばれる椎弓根の突出部の内部点Ｅ，Ｆの位置とにある。本方法は、関心のある椎骨の角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは既に正面図に配されていると仮定する。この方法は以下のようなステップを有する。
【０００９】
検査される患者の正面画像が取得される。この画像は、図４Ａに示されるようなＸ線撮像により形成される。各点は、光度と軸が前記正面図の側面に平行なデカルト基準（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ）における座標とを有する。この正面図は、多くの隣接する椎骨、例えば１６個の椎骨を有する。前記処理方法は、この脊椎に沿った異なる椎骨における他のランドマークに関して椎弓根の位置による問題に直面する。胸椎において、椎弓根は、上方の端板とほぼ同じ高さか又はそれよりも高いところにあり、それらを検出することは非常に難しい。腰椎において、椎弓根は、椎骨の上半分にあり、それらを検出することは容易である。椎骨は、一般的に垂直ではなく、互いに異なる別個の回転軸を有する。
【００１０】
椎骨を検出するための局部的な強度特性の平均を取るために、各椎骨は別々に処理される。この処理された椎骨の付近で、椎骨の側部は、椎骨の検出に支障となる高いコントラストを示す。この支障を防ぐために、椎弓根を検出する処理すべき画像の一部である、限られた走査領域が規定される。このために、各椎骨は、走査領域が更に規定される独立デカルト基準に属する。
【００１１】
図３Ａを参照して、現在の本来の椎骨の正面画像は、角のランドマークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを示す。これら角を繋ぐ左側及び右側線それぞれＣＡ，ＤＢの中間点は、ＡＣに対しＯ_１、ＢＤに対しＯ_２と示される。これら中間点Ｏ_１，Ｏ_２の座標は、正面図の基準に関し計算される。これらの点を通過する線Ｏ_１Ｏ_２は、上述されたように通例水平ではない軸Ｘ’である。Ｏ_１Ｏ_２の中心Ｏを通過する垂直軸Ｙ’は、通例垂直ではない。新しい参照Ｘ，Ｙは、水平軸Ｘと垂直軸Ｙとで決められる。走査領域は、Ｘ’軸と正面図において規定される現在の水平軸との角度である回転角Θを用いて、本来の椎骨の現在の正面画像の一部を回転させることにより得られる。この新しいＸ軸は、この現在の軸と平行である。回転の中心はＯであり、回転する画像の一部は、新しいＸ軸上の角Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの最大の投影部によって決められる。
【００１２】
図３Ｂを参照して、前記回転により生じる画像の一部は、Ｏを中心に持つ長方形であり、前記走査領域を構成する。それは、縦座標Ｙ_０，Ｙ_ＥにおいてＸ軸に平行な水平線と、横座標Ｘ_０，Ｘ_ＥにおいてＹ軸に平行な垂直線とによって境界付けされる。そして、この新しい参照Ｘ，Ｙにおける走査領域は、Ｘ_０となるＸ軸上の角Ａ及びＣの最も右にある投影部と、Ｘ_ＥとなるＸ軸上の角Ｂ及びＤの最も左にある投影部とによって規定される。Ｙ軸に対する同じ手順もＹ_０及びＹ_Ｅとなる。この走査領域は、Ａ_０（Ｘ_０，Ｙ_Ｅ），Ｂ_０（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ），Ｄ_０（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ）及びＣ_０（Ｘ_０，Ｙ_０）である新しい角により規定される。
【００１３】
前記走査領域で見つけられた点の特性である特徴が推定される。特徴推定というこの動作の結果は、走査領域の局部的基準Ｘ，Ｙにおける特徴画像を構成することを許容する。椎弓根を検出するための異なる特徴、例えば勾配値、グレイレベル又は強度変化が考えられる。椎弓根を表す細い構造を識別するのに最も効果的だと考えられる特徴はリッジネス値（ｒｉｄｇｅｎｅｓｓ ｖａｌｕｅ）である。
【００１４】
前記走査領域の画像は、ピクセルの座標用の２つの次元と前記ピクセルに関連する強度信号用の第３の次元とを有する３Ｄ画像と考えられるポジ画像（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ）である。リッジは、近傍に最大となる強度信号を持つ隣接するピクセルにより形成される尾根のような構造（ｃｒｅｓｔ−ｌｉｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり、前記ピクセルは特定の性質を持ち、他方に関して一方は、方位に関して特定の勾配値となる。リッジピクセルは、その近傍において最初に既定された方向への低い強度勾配を示し、この最初の方向に垂直な方向において最大となる強度勾配を示す。与えられる構造がこの勾配特徴を変化させるピクセルで形成されるほど、この構造のリッジネスの大きさは高くなる。リッジの換わりに、トラフ（ｔｒｏｕｇｈ）は、例えばＸ線撮像により得られる走査領域の本来のネガ画像（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ）で構成されることが可能である。Ｘ線のネガ画像において、リッジ構造は、明るい背景における暗い構造である。この場合、椎弓根を抽出するための計算は、トラフピクセルを抽出することを目的とし、これはリッジネスの計算に似たやり方で決められる。トラフの決定に用いられるリッジネスの計算において、リッジを特徴付けするのに必要な特定の強度勾配の推定が依然としてトラフを特徴付けするのに重要である。そして、本方法の説明において、これらの計算は“リッジネス”計算と呼ばれ、これらは走査領域のリッジ又はトラフに適用される。
【００１５】
図５Ａは、椎骨の本来の正面図を示す。本方法は、図５Ａの椎骨に対応する走査領域の画像に適用される“リッジネス”計算のステップを有する。この“リッジネス”計算は、リッジ又はトラフ構造のピクセルを決めるリッジフィルタとして知られるフィルタをピクセル上に適用することで実行される。このリッジネス計算に基づき、走査領域の各ピクセルは更にリッジネスデータと関連付けされる。この結果生じる画像は、図５Ｂに見られるような特徴画像と呼ばれる。
【００１６】
好ましくは、特徴画像形式のこのステップの変形時、これら特徴は、関心領域（ＲＯＩ）上で計算され、これは、多くの隣接する椎骨と、例えば図４Ａに見られる図のような正面図に表される椎骨の周りの境界領域とから構成される。ＲＯＩに関するこの特徴計算から、ＲＯＩ特徴画像と呼ばれる画像が形成される。回転による様々な新しい基準の計算と、上述されるような前記新しい基準における様々な制限された走査領域の計算とが前記ＲＯＩ特徴画像に基づき更に実行される。図４Ｂは、前記様々な走査領域に対応する特徴画像の様々なアイコンを示す。図４Ｂのアイコン２は、図４Ａの丸で囲んだ椎骨の対応する特徴画像である。アイコン１は、前記丸で囲んだものの上にある椎骨の特徴画像であり、アイコン３から１０は、前記丸で囲んだものの下にある連続する椎骨の特徴画像である。
【００１７】
全ての椎骨に対し、走査領域に対応する各アイコンにおける特徴画像のコントラストは、好ましくは更に一次的に強められる。この特徴画像は、垂直なＹ軸に対し平行に走査され、特徴値は、Ｘ領域と呼ばれるＸ_０とＸ_Ｅとの間の全Ｘ座標に対しＹ軸の方向へ合計することにより累積される。実際にこの累積は、椎体の上方領域に関してのみ計算されるように制限される。この上方領域は、椎弓根が通常はこの上方領域に置かれるので、走査領域のＹ軸の長さの７０％だけしか覆わないように規定される。この走査領域の最も下の部分の走査を避けることは、下方の端板を考慮することを避ける、従って外乱との干渉を避けることを可能にし、計算量を減少させることを可能にする。
【００１８】
図６Ａを参照して、合計された特徴値は、水平なＸ軸上に投影される。この操作は、垂直なＹ軸に略平行なリッジの発生に対応するピーク（ｐｅａｋ）と呼ばれる最大値を示すＡＳと呼ばれる累積特徴値の曲線となる。この曲線Ｓは、強度が反転された特徴画像上に重ね合わされる。
【００１９】
これら累積値は更に、ローカルコスト（ｌｏｃａｌ ｃｏｓｔ）に変えられる。ローカルコスト計算のこのステップにおいて、曲線ＡＳの最も高い累積値又はピークと、最も低いローカルコストとの間の対応を供給する反対の操作が必要とされる。Ｘ領域は、左側部分及び右側部分の２つの部分に分割される。両方の部分それぞれに対し、前記累積値はしきい値の操作に従っている。例えば、しきい値は累積値の平均レベルの８０％に設定される。そして、ＬＣは、関連するローカルコストであり、最も高い累積値に関連するとき、ＬＣ＝０となり、既定のしきい値レベルに等しい累積値に関連するとき、ＬＣ＝１０００となり、累積値が既定のしきい値レベルよりも下であることが分かるＸ軸上の全ての位置に関連するとき、ＬＣは無限大となる。
【００２０】
他の位置に対しては、関連するコストＬＣは、対応する累積値の正反対として計算される。椎弓根の式は、例えば、
【数１】

である。ここでｆはしきい値レベルであり、Ｓは累積値であり、
【数２】

はその平均値であり、Ｍ_Ｓはその最大値である。図６Ａは累積曲線を示し、図６Ｂは図５Ａ，５Ｂに示される椎弓根に対するローカルコスト曲線を示す。図６Ｂにおいて、視覚化のために、椎弓根特徴の画像は、反転したコントラストで図６Ａのようなグラフの背景に含まれる。コストグラフは０から２０００の範囲に制限されているが、実際には実用領域を制限する１０００を持つ、１０^９に規定される無限コスト（ＩＮＦＩＮＩＴＥ ＣＯＳＴ）になることに注意されたい。
【００２１】
投影された椎弓根は殆ど細い垂直線のように見える。前記細線上に置かれる図２Ａの椎弓根ランドマークは、正面図で検出される。図２Ａに示されるように、椎弓根の投影部は楕円形状である。この楕円形状の椎弓根の左側及び右側の外部縁がエラーの源である。本方法に従い、Ｙ累積手順は、各楕円形状の椎弓根の左側縁と右側縁との識別を行うのに用いられる。特徴画像は、高い特徴応答も示し、垂直な椎弓根の縁と、偽突起（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｐｒｏｃｅｓｓ）の投影とによる他の幾つかのエラーの源を含み、これは大体椎体の中間であるが、この椎体のほぼ最も低い部分に垂直線として現れる。本方法に従い、これら起こり得るエラーの影響は、他の動的なプログラミング手順によって減少される。
【００２２】
椎弓根の内縁の位置は、単に脊椎側湾症の重さを診断するための椎弓根の回転を推定するのに用いられるので、これらの位置を単に探索することだけを注意することが重要である。左側及び右側の椎弓根の内縁位置上にあるこれら椎弓根ランドマークは、それぞれ左側椎弓根位置及び右側椎弓根位置と呼ばれている。先に説明したように、本方法は、特定の患者の特定の脊椎骨に対する左側及び右側椎弓根位置を同時に検出することを目的とする。この操作を実行するために、Ｘ軸上の対応する横座標Ｘ_Ｌ，Ｘ_Ｒの対によって表される左側及び右側椎弓根位置の対は、全ての椎骨に対し探索される。ローカルコストがＸ軸上の各横座標に関連するので、最も低いコストを示す対Ｘ_Ｌ，Ｘ_Ｒは、各椎骨に対し探索される。各々与えられた左側椎弓根位置Ｘ_Ｌに対し、幾つかの右側椎弓根位置Ｘ_Ｒが可能であり、従って左側及び右側椎弓根位置の幾つかの対候補が形成される。最良の対候補を推定するために、
脊椎の全体の関心領域ＲＯＩは、他の椎骨の他の対候補に関して、与えられた椎骨の各対候補の位置を考慮するために考えられ、これは位置決定をより確固とし、
状態と呼ばれる脊椎における各椎骨の位置は、脊椎における前記椎骨の名前又は位置である椎骨インデックスＶにより規定され、以後は椎弓根距離と呼ばれる、各々与えられる椎骨に対し左側及び右側椎弓根位置の対を分離する距離の平均値を提供するデータベースが利用可能であり、
全ての起こり得る左側椎弓根位置は、Ｘ_０とＸ領域の中間（Ｘ_０Ｘ_Ｅの中間）との間の座標の範囲内に決められ、
典型的には“ビン（ｂｉｎ）”と呼ばれる１０個のバンド（ｂａｎｄ）において、右側椎弓根位置に対するある数の位置候補が１から３個の右側椎弓根位置を集めることを決める。
【００２３】
Ｐ_Ｌ候補と呼ばれる、与えられる特定の左側椎弓根位置Ｐ_Ｌから、Ｐ_Ｒ候補と呼ばれる、右側椎弓根位置Ｐ_Ｒを見つける手順は、
前記データベースから推定される距離
【数３】

に対する標準偏差に比例する範囲内でこの距離でのＰ_Ｒ候補を探索、従って調査領域を規定し、
この調査領域を同じ大きさからなる多数のビン、好ましくは１０個のビンに分割し、
各ビンに対し１つの同数（１０）のＰ_Ｒ候補を選択する、
ことを有する。１つのビンが空であることが分かった場合、無限コストが与えられる。Ｐ_Ｒ候補の幾つかが同じビンの中にある場合、最小のローカルコストを持つＰ_Ｒ候補が選択される。従って、全てのＰ_Ｌ候補に対して、前記数、例えば１０個のＰ_Ｒ候補からなる組が作られ、
Ｐ_Ｌ候補に関連するコスト、
現在のビンにおける全てのＰ_Ｒ候補に関連するコストの最小値、
前記データベースから推定されるような“平均”距離
【数４】

に関し、前記Ｐ_Ｌ候補とＰ_Ｒ候補との間の現在の距離Ｄ_Ｌ，Ｒの偏差、
である３つの期間の合計として、Ｐ_Ｌ候補と関連するＰ_Ｒ候補とを備える、椎骨インデックスＶにより規定されるある状態に関連するローカルコストを計算する手順を有する。実際に距離期間は、左側位置だけからの情報を用いることにより推定される現在の椎骨の回転角の余弦（コサイン）により正規化される。
【００２４】
図７Ａを参照して、実際の計算は、
【数５】

に従って実行され、この式は起こり得るＰＬ及びＰＲ候補に関連する状態コスト（Ｓｔａｔｅ Ｃｏｓｔ）ＳＣ（Ｌ，Ｒ）であり、前記起こり得る候補が示される位置におけるローカルコストＬＣ_Ｌ及びＬＣ_Ｒの合計に、前記候補の位置間の実際の距離Ｄ_Ｌ，Ｒと、与えられた椎骨に対する対応する“平均”正規化距離
【数６】

との差を加えて表される。これらのローカルコストの計算は、全ての椎骨に対し実行される、従って先の式が椎骨インデックスＶに依存していることに注意されたい。これら状態コストＳＣ（Ｖ，Ｌ，Ｒ）は、図７Ｂに記載される３Ｄ状態行列の行列コスト（Ｍａｔｒｉｘ−Ｃｏｓｔ）を規定するのに使用される。
【００２５】
連続する２つの椎骨に対し、椎弓根は（椎骨が移動する場合を除き）略一列に並べられ、全体の脊椎に対し、椎骨が置かれる経路が略スムーズであることを考慮して、脊椎の各椎骨に対し、Ｐ_Ｌ候補及びＰ_Ｒ候補間の１つの最良な対を決めるために、動的プログラミング（ＤＰ）手順が実行される。この動的プログラミング（ＤＰ）は、エネルギー関数を用いた輪郭検出に効果的な非反復方法であり、それは当業者に十分知られているので、以下に記載しない。この手順は、Ｐ_Ｌ候補及びＰ_Ｒ候補の位置に対する“おおよその経路”を決めることを目的とする。リンクされるべき点は、椎弓根の内側のおおよその部分の点である。この動的プログラミング（ＤＰ）手順は、この経路を生じさせるために、ある節から他の節へ移動する最も低いコストの経路を計算する。このＤＰは、正面図において垂直方向に実行される。
【００２６】
状態の３Ｄ行列が図７Ｂに示されるように規定される。この行列は、Ｐ_Ｌ候補の数、例えば３０に対するＰ_Ｌ軸を持ち、各Ｐ_Ｌ候補毎のＰ_Ｒビンの数（１０個）に対する（図７Ｂの深さ方向への）Ｐ_Ｒ軸を持ち、３Ｄ行列のバンド（図７Ｂの垂直バンド）とするＰ_Ｌ軸及びＰ_Ｒ軸が平面を規定する。この行列の第３の次元（水平方向）は、典型的には５又は１６個の椎骨である、ユーザ指定される隣接する椎骨の数Ｎの間で検討中である現在の椎骨インデックスＶにより与えられる状態である。
【００２７】
この動的プログラミング手順を実行するために、前方パス（ｆｏｒｗａｒｄ ｐａｓｓ）と呼ばれる第１パスがＶ軸に沿った前方方向において実行される。（第１椎骨に対する）第１状態において、例えばＰ_Ｌ１，Ｐ_Ｒ１で示されるＰ_Ｌ候補及びＰ_Ｒ候補の第１対は、状態の行列の対応する第１バンドにおいて最も低い状態コストを持つ対と規定される。この手順は、（第２椎骨に対する）以下のような状態において、この第２状態における最適な状態コストを持つ対であり、最も低い遷移コストを持つ第１状態の第１対とリンクされる、例えばＰ_Ｌ２，Ｐ_Ｒ２で示されるＰ_Ｌ候補及びＰ_Ｒ候補の対を決めることを目的とする。この遷移コストは、好ましくはＰ_Ｌ１，Ｐ_Ｌ２間の距離とＰ_Ｒ１，Ｐ_Ｒ２間の距離との合計である。第２状態におけるコスト条件を満たすこの対Ｐ_Ｌ２，Ｐ_Ｒ２は、最良の先行対（ｐｒｅｄｅｃｅｓｓｏｒ）と呼ばれる。そして、各状態に対し、この最良の先行対は、最も低い経路コストを持つ対と規定される。この最良の先行対の調査は、（±１０個の位置である）現在の状態の対に最も近いＰ_Ｌ候補を最初に探索することより実際に行われる。その後、前記現在の状態における最良のＰ_Ｒ候補を決めるために、現在の状態とそれの先行の状態とをリンクする経路コストが規定され、このコストは、
先行する状態のローカルコスト、
現在の状態の状態コスト、
Ｐ_Ｌ候補及びＰ_Ｒ候補の対の間の距離の合計であり、回転角の突然の局部的な変化を不利にする遷移コスト、
からなる３つのコストから合成される。
【００２８】
後方パスと呼ばれる第２パスは、後方方向において実行される。この後方パスは、全ての状態に対し、最も起こり得る先行対、すなわち最小の経路コストを持つ先行の状態の対を決める。この後方パスは、最も低い経路コストを有する最新の椎骨の状態で始まる。後方へ進み、この動的プログラミング手順は、全ての椎骨に対する両方の椎弓根用の位置を抽出する。従って、それが、３Ｄコスト行列の線を規定する。２つの垂直線はこのとき、全てのリンクされた椎骨に対し既定の椎弓根ランドマーク位置を表示するように、局部的な基準において描かれる。
【００２９】
ユーザはその後、不完全な線を選択し、この線を正確な位置へ移動することが可能である。ユーザが出来るだけ早く線を放すと、前記コストは例えば、零（０）コストが選択される位置に関連し、無限コストが現在の半分の椎骨における全ての他の位置に対し設定されるように修正される。新しい動的プログラミング手順が続く新しいコスト行列の作成がその後実行される。
【００３０】
図８を参照して、医療用検査装置１５０は、脊椎のデジタル正面画像データを取得する手段を有し、デジタル処理システム１２０は、上述の処理方法に従ってこれらのデータを処理する。この医療用診断装置は、画像データを表示及び／又は記憶手段１３０，１４０に供給するための少なくとも１つの出力部１０６を有する前記処理システム１２０に画像データを供給する手段を有する。これら表示及び記憶手段は、それぞれスクリーン１４０及びワークステーション１３０のメモリでもよい。前記記憶手段は、代わりに外部の記憶手段でもよい。この画像処理手段１２０は、ワークステーション１３０の適切にプログラムされたコンピュータ、又は本発明に従う方法ステップの機能を実行するように配された、例えばＬＵＴ、メモリ、フィルタ、論理演算子のような回路手段を持つ特別な用途の処理器でもよい。ワークステーション１３０はキーボード１３１及びマウス１３２を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】透視図における椎骨の表示である。
【図１Ｂ】透視図における椎骨の表示である。
【図１Ｃ】透視図における椎骨の表示である。
【図２Ａ】椎骨の最適なランドマークを正面図で示す。
【図２Ｂ】椎骨の最適なランドマークを背面図で示す。
【図３Ａ】前記椎骨の場所を特定するステップを局部的な基準で例示する。
【図３Ｂ】前記椎骨の場所を特定するステップを局部的な基準で例示する。
【図４Ａ】脊椎の正面図を示す。
【図４Ｂ】連続する椎弓根のアイコンを示し、各アイコンはそれの基準内において椎骨の特徴を表す。
【図５Ａ】特定の椎骨を表す。
【図５Ｂ】対応するアイコンを表す。
【図６Ａ】特徴の累積の曲線をアイコン上に重ね合わせて示す。
【図６Ｂ】コストの対応する曲線を示す。
【図７Ａ】椎弓根の対を決定するコストの曲線である。
【図７Ｂ】左側及び右側椎弓根が脊椎に沿って見つかる最良の経路を決める３Ｄコスト行列である。
【図８】医療診断撮像システムと、前記方法を実行する装置の機能ブロック図である。

Claims (11)

1. 各脊椎骨の左側及び右側椎弓根ランドマークを抽出する、前記脊椎の幾何学データを抽出する画像処理方法であって、
   前記脊椎の２Ｄ正面画像の画像データを取得し、脊椎の状態を前記脊椎に沿った椎骨位置に関連付け、各状態において左側及び右側椎弓根ランドマーク候補の位置を推定するステップ、
   左側及び右側椎弓根ランドマーク候補の対を形成するための状態コストを規定するステップ、
   各状態において、最も低い状態コストから最良の対候補の組を推定するステップ、
   ある状態から次の状態へ進むための経路コストを規定するステップ、及び
   最小の経路コストから、前記最良の対候補中の各脊椎状態における椎弓根ランドマーク対を選択し、前記選択された椎弓根ランドマーク対から各脊椎骨の前記左側及び右側椎弓根ランドマークの場所を特定するステップ、
   を有する画像処理方法。
2. 請求項１に記載の画像処理方法において、前記椎弓根ランドマーク対のステップは、
   前記状態に対応するバンドを規定する、前記最良の対候補が配される平面を持つ３Ｄコスト行列を規定するステップであり、前記コスト行列は、脊椎の状態に対応するインデックス用である前記平面に直交する方向軸を持つステップ、及び
   各状態の前記最良の対候補と前記対応する先行の状態の前記最良の対候補との間の前記経路コストを計算し、前記方向軸に沿う第１方向において第１パスを実行し、次の状態へ進むために、最も低い経路コストを示す各状態において対を選択するための反対方向へ第２パスを実行するステップ、
   を有する画像処理方法。
3. 請求項２に記載の画像処理方法において、前記経路コストの規定は、前記先行の状態における前記ランドマーク位置候補に関する合成ローカルコストと、前記現在の状態における対候補を形成する前記状態コストと、前記先行の状態及び現在の状態の椎骨の回転角の突然の局部的な変化を不利にする、各状態における前記対候補間の距離の関数である遷移コストとを混合することを有する画像処理方法。
4. 請求項３に記載の画像処理方法において、前記状態コストの規定は、左側及び右側椎弓根ランドマーク位置候補に対し各々のローカルコストを合計し、各状態における前記左側及び右側椎弓根ランドマーク位置候補間にある、前記状態のインデックスを考慮する正規化された距離を有する画像処理方法。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像処理方法において、各状態における前記左側及び右側椎弓根ランドマーク位置候補の推定は、
   前記脊椎画像データから細い構造を特徴とする特徴値を計算し、
   前記椎弓根ランドマークが置かれるべき、前記椎弓根の内縁線にほぼ平行な走査線に沿って、前記椎弓根を含み、走査領域と呼ばれる各椎骨に対する領域を走査し、前記走査線と直交するＸ軸と呼ばれる軸上の各走査線の特徴値を累積し、前記累積された特徴値を前記Ｘ軸に沿って測定される、ローカルコストと呼ばれるコストに変形させ、前記ローカルコスト値は最も高い累積値に対し最も低くなり、
   前記最も低いローカルコストに関連する前記Ｘ軸の点の中で前記左側及び右側椎弓根ランドマーク位置の調査を実行する、
   ことを有する画像処理方法。
6. 請求項５に記載の画像処理方法において、与えられた状態での最良の対候補の決定は、
   前記Ｘ軸上の前記左側椎弓根ランドマーク位置候補に対する領域を決定し、
   現在の前記左側椎弓根位置候補の既定距離で前記Ｘ軸上に決められる調査領域において、右側椎弓根ランドマークに対し多数の位置候補を決め、及び
   前記調査領域を多数の右側椎弓根ランドマーク位置候補を各々含む多数のビンに分割し、前記状態コストを計算し、前記最も低い状態コストによりリンクされる最良の対候補の組を選択する、
   ことを有する画像処理方法。
7. 請求項５又は６に記載の画像処理方法において、前記走査領域の決定は、
   角のランドマークを結合する線によって境界付けされる現在の椎骨の画像を選択し、
   前記椎骨の側部の中間軸及び、当該中間軸と２Ｄ脊椎正面画像の基準水平軸との間の角度を概算し、
   前記角度により前記現在の椎骨の画像を回転させ、前記現在の椎骨に対応するＸ軸である水平軸を規定し、前記Ｘ軸上の椎骨の角のランドマークの最も左側及び最も右側の突出部により前記回転画像を制限、従って走査領域として用いられる矩形の画像領域を規定する、
   ことを有する画像処理方法。
8. 請求項５乃至７の何れか一項に記載の画像処理方法において、前記特徴値は、前記走査領域において推定されたリッジネス値である画像処理方法。
9. 適当にプログラムされたコンピュータ又は回路手段を有する特定目的の処理器を有するシステムであって、先行する請求項の何れか一項に記載の方法に従い画像データを処理するように配されるシステム。
10. 医療デジタル画像を取得する手段と、請求項９に従って、前記医療デジタル画像データにアクセスするシステムと、前記医療デジタル画像及び処理される前記医療デジタル画像を表示する表示手段とを有する医療画像検査撮像装置。
11. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法を実行する命令の組を有するコンピュータプログラム。