JP2005523758A - 画像データを視覚化する方法、コンピュータプログラム、及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、被験者の検査に関する画像データを視覚化する方法に関する。この方法は、画像データに適用されるべき視覚化技法を定義する所定のプロトコルのセットからの適切なプロトコルの自動選択が関連する。第１の段階（１０）において、画像データは、コンテンツについて解析される。第２の段階（２０）において、解析に基づいて、画像データによって表される被験者の解剖学的構造の一部、及び／又は、被験者に行われた検査の目的に関する決定が行われる。最後に、第３の段階（３０）において、存在する解剖学的構造の一部及び／又は行われた検査の目的に依存して１つ以上の適切なプロトコルが選択される。本発明は更に、本発明の方法を実行するコンピュータプログラム及びシステムにも関る。

Description

本発明は、被験者の検査に関する画像データを視覚化する方法に関り、この方法は、画像データに適用される視覚化技法を定義する所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有する。

特に、（人間の）患者である被験者の画像データは、Ｘ線技法、磁気共鳴技法、コンピュータ断層撮影技法、又は超音波技法といった様々な検査技法から獲得することができる。獲得後、画像データは、適切な熟練の作業者がよく調べるために適切な方法で表示される必要がある。

上述したような種類の方法は、ＵＳ５，９８６，６６２から公知である。公知の方法によると、適切な表示プロトコルが、画像データに付随する属性データに基づいて選択される。属性データは、ユーザによって記入される必要のある又は患者の走査時に自動的に記入される、行われた検査技法の名前を有し得る。他の属性データとしては、画像の数及び解像度と、用いたモダリティがある。

公知の方法は、記入されるべき属性データは、しばしば、完全に記入されないという不利点を有する。更に、各検査を記述するための一般的に認められた基準もない。言及した他の属性データは、通常、検査の性質を決定するためには十分ではない。検査の性質が不確かである場合、画像データにはデフォルトの表示技法が適用され、その結果、最適ではない表現がもたらされ得る。表現を向上させるためには、ユーザは、適切なプロトコルの手動選択を行わなくてはならず、このことは、大きな負担であり、特に、あまり経験のないユーザに対して言える。

本発明の方法は、この不利点を解決する上述したような種類の方法を提供することを目的とする。

本発明の方法は、従って、ｂ）画像データを解析する段階、ｃ）画像データによって表される被験者の解剖学的構造の一部を決定する段階、及び／又は、ｄ）被験者に行われた検査の目的を決定する段階、及び、ｅ）存在する解剖学的構造の一部及び／又は行われた検査の目的に依存して、１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階を更に有することを特徴とする。好適には、解析段階において、画像データ画像コンテンツが解析される。更に好適には、画像コンテンツは、好適な画素に基づいたアプローチによって解析される。そのような好適な画素に基づいたアプローチの例は、画像内に大域的又は局所的グレイ値ヒストグラムを構築し、それを、既知の画像コンテンツ及びそのヒストグラムを有する予め格納されたテンプレート画像と比較することが挙げられる。更に、画像内のエッジ強度、テクスチャ、ノイズ構造といった好適な特徴の分布を構築し、それらを既知の特徴を有するテンプレート画像と比較することも可能である。更に、骨、造影剤が投与された管、結腸又は気管といった空気が入った構造のような突出構造を抽出することも可能である。更に、観察下の画像内の主な形及びその寸法の抽出を行うことも可能である。更に、画像中にある構造を決定するために観察下の画像の粗い完全自動セグメンテーションを行うことも可能である。画像データのコンテンツを解析することによって、ユーザの介入なく適切なプロトコルを常に選択することが可能である。従って、本発明の方法は、画像データの後処理のためのより自動化され且つ柔軟性のある作業の流れを可能にする。

第１の実施例では、段階ｅ）は、ｅ１）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階を有し、所定のプロトコルの幾つかは、画像データに適用されるべき処理技法を定義する。ここでは、更に好適な処理技法が画像データに自動的に適用され、ユーザへの画像データの最適な表現と更に自動化される作業の流れを確実にすることが有利である。

本発明の方法の第２の好適な実施例では、段階ｅ）は、ｅ２）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階を有し、所定のプロトコルの幾つかは、画像データに適用されるべきコンピュータ支援診断（ＣＡＤ）の技法を定義する。必要なＣＡＤ技法を自動的に開始する場合、作業の流れは、更により自動化される。ＣＡＤ技法は、通常、時間がかかり、この開始時間を短くすることによって画像データを早く観察することを可能にする。

本発明の方法の第３の好適な実施例では、段階ｅ）は、ｅ３）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有し、所定のプロトコルの幾つかは、画像データに適用されるべき解剖学的構造に専用の技法を定義する。作業の流れは、人間の解剖学的構造の特定の一部を視覚化するために開発され、関連の分野において周知であるいわゆる「専用ツール」の自動選択によって更にうまく自動化される。

本発明の方法の段階ｅ）は更に、段階ｅ）は、ｅ４）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有し、所定のプロトコルの幾つかは、画像データに適用されるべき表示技法を定義する。従って、好適な表示技法の選択は、自動的に行われ、画像データはユーザに正しいビューで表示される。

別の好適な実施例では、段階ｂ）は、画像データを基準データと比較する段階を有する。基準画像を用いることによって、画像コンテンツの解析は、信頼度のあるより迅速なやり方で行われることが可能である。好適な基準データの一例は、既知のコンテンツを有するテンプレート画像である。好適には、テンプレート画像は予め格納され、例えば、テンプレート画像のデータベースから取出しすることによって、利用可能にされる。

更なる好適な実施例では、段階ｂ）は、画像データをコヒーレント部分に分割する段階を有する。好適には、この段階は、専門家の知識に基づいて行われる。専門家の知識を、コンピュータ内で実施される好適なサブルーチンによってこの解析に導入することは、より一層信頼度の高い結果を有利にもたらす。

更なる好適な実施例によると、段階ｂ）は、画像データ内にある突出構造を抽出する段階を有する。骨、造影剤が投与された管、空気が入った結腸等の人間の解剖学的構造の突出構造を抽出且つ定義することは、解析段階において非常に重要である。これは、画像データ内にある解剖学的構造を決定する段階ｃ）と、被験者に行われた検査の目的を決定する段階ｄ）の重要な準備でもある。

本発明は更に、本発明の方法を実行するコンピュータプログラムについても言及する。

本発明は更に、本発明の方法を実行するシステムに関連し、このシステムは、画像データに適用されるべき視覚化技法を定義する所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する手段を有する。このシステムは、ｂ）画像データを解析する手段、ｃ）画像データによって表される被験者の解剖学的構造の一部を決定する手段、及び／又は、ｄ）被験者に行われた検査の目的を決定する手段、及び、ｅ）存在する解剖学的構造の一部及び／又は行われた検査の目的に依存して、１つ以上の適切なプロトコルを選択する手段を有することを特徴とする。

本発明を、添付図面を用いて更に説明する。

一般的に、本発明の方法は、被験者に関する解剖学的画像データを視覚化する方法に関する。図１は、本発明の主な段階１０、２０、及び３０を示し、以下に詳細に説明する。

段階１０：画像データを解析する：
この段階では、画像データのコンテンツが解析される。当該技術において解析技法自体は多く知られており、この段階１０に用いることが可能である。以下にそのうちの幾つかを説明し、それらは、特に有用であると考える。

解析技法の第１の例として、画像における大域的又は局部的グレイ値ヒストグラムを決定することができる。別の例は、画像データにおける特徴の分布を評価することであろう。移行部、エッジ強度、テクスチャ、ノイズ構造等、様々な特徴を観察することができる。

解析技法の別の例として、画像データ内にある突出構造を抽出することができる。突出構造は、一般的に、鋭いエッジや強い移行部といった解剖学的目標を有する。主な形状及びその寸法の抽出も有用であり得る。

画像データの解析は更に、画像データを、データベース内に含まれる基準データと比較する段階を有し得る。好適な基準データは、一般的に、そのコンテンツが知られている画像データを有する。更に、又は代替として、画像データの解析は、画像データを、専門家知識に基づいてコヒーレントな部分に分割する段階を有し得る。専門家知識は、例えば、ＣＴ検査に関しては、空気から軟組織への移行部といった画像データにおける移行部に関連する、ハウンスフィールド（Hounsfield）値に基づいた所定の閾値データ値を用いることによって導入することができる。

段階２０：存在する解剖学的構造及び／又は検査目的を決定する：
解析の結果に基づいて、この段階では、画像データのコンテンツに関して、その画像データ内にある可能性が最も高い解剖学的構造か、行われた検査の目的か、又はその両方について、決定が行われるべきである。

コンピュータ科学の分野では、決定は、一般的に、決定樹を定義し、その中を歩くことによって行われる。そのような決定樹において、多数の関連する問いが定義される。問いに対する肯定的な答えの様々な組合せによって、様々な結果に導かれる。明らかなように、１つの実施例において、可能な結果の数は、人間の体の解剖学的部分の数に対応し得る。このことは、本願において説明するには膨大過ぎる。従って、以下に、特定の解剖学的部分の定義に繋がる制限された数の組合せを説明する。

画像コンテンツ＝脊椎 であり、
且つ、画像コンテンツ＝２つの大きい空気の体積 である場合、
解剖学的構造＝胸郭 である

画像コンテンツ＝脊椎 であり、
且つ、画像コンテンツ＝空気を含んだ管状構造 である場合、
解剖学的構造＝腹部 であり、且つ、検査目的＝結腸 である

画像コンテンツ＝（半）円形 であり、
且つ、画像コンテンツ＝小管状構造 である場合、
解剖学的構造＝頭部 であり、且つ、検査目的＝血管検査 である

例えば、属性の形で、検査技法又は記録された画像数といった追加データが利用可能である場合、これらも以下の段階に示すように、決定段階に用いることが可能である。

検査技法＝ＭＲ であり、
且つ、画像数＝多く、
且つ、時系列＝短く、
且つ、画像コンテンツ＝２つの同軸円形 であり、
且つ、２つの同軸円形のサイズ＝一定 である場合、
解剖学的構造＝心臓 であり、且つ、検査＝潅流 である

検査技法＝ＭＲ であり、
且つ、画像数＝多く、
且つ、時系列＝短く、
且つ、画像コンテンツ＝２つの同軸円形 であり、
且つ、２つの同軸円形のサイズ＝可変 である場合、
解剖学的構造＝心臓 であり、且つ、検査目的＝機能分析 である

段階３０：適切なプロトコルを選択する：
存在すると決定された解剖学的構造か、決定された行われた検査の目的か、又はそれらの組合せに基づいて、この段階では、適切なプロトコルが選択されるべきである。プロトコルは、表示技法、処理技法、ＣＡＤ技法、専用ツール、又はこれらの任意の組合せを有し得る。一般的に、プロトコルは、画像データの正確なビューを自動的にユーザに与えるために画像データに適用可能なソフトウェアアプリケーションとして存在する。プロトコルは、各検査のタイプについて、好適なツール、観察及び／又は処理技法を組込むことができるようユーザによって設定可能であることが好適である。以下に幾つかのプロトコルを説明する。

プロトコルのタイプ：
所定のプロトコルのセットは、画像データに適用されるべき表示技法を定義する幾つかの表示プロトコルを有することが好適である。有用な表示技法の幾つかの例には、リフォーマット（データのスライス）、最大輝度投影（ＭＩＰ）、ボリュームレンダリング技法、サーフェスレンダリング技法が挙げられる。これらの表示技法自体は全て当該の分野において周知である。

所定のプロトコルのセットは、画像データに適用されるべき処理技法を定義する幾つかの処理プロトコルを有することが好適である。有用な処理技法の幾つかの例を以下に示すが、これらは全て当業者には周知である。

−例えば、背景画素を決めてそれに適切な値を割当てる背景処理；
−管又は結腸といった被験者の解剖学的構造の一部を通る中心線の中心を決めるための経路追跡；
−骨といった解剖学的構造（の一部）のセグメント化、任意選択的に、例えば、骨の除去である１つ以上のセグメントの除去を続けて行う；
−管の直径、ポリープのサイズ、又は、左心室の容積を測定するといった解剖学的構造部の測定；
所定のプロトコルのセットは、画像データに適用されるべきコンピュータ支援診断（ＣＡＤ）の技法を定義する幾つかのＣＡＤプロトコルを有することが好適であり得る。

それ自体は知られている一部の例は、動脈瘤、結腸直腸ポリープ、腫瘍、肺結節、乳房撮影における異常といった異常の検索に関する。

所定のプロトコルのセットは、更に、画像データに適用されるべき、当該技術において「専用ツール」としても知られている、解剖学的構造に専用の技法を定義する幾つかの専用プロトコルを有することが好適であり得る。専用ツールの幾つかの例には、バーチャル内視鏡ツール（Endo-3dツール）、心臓検査ツール（心臓解析ツール）、管検査ツール（管解析ツール）、肺結節検出ツール及び肺結節評価ツール等が挙げられる。

プロトコルの選択：
プロトコルの選択は、以下の例に示すように単純化された決定樹によって実現することができる。

解剖学的構造＝胸郭 である場合、
表示プロトコル＝デジタル再構成レントゲン写真（ＤＲＲ） であり、
且つ、ＣＡＤプロトコル＝肺結節検出ツール である

解剖学的構造＝頭部 である場合、
表示プロトコル＝３つの直交ビュー であり、
且つ、表示プロトコル＝リフォーマット である

検査目的＝結腸 である場合、
専用プロトコル＝バーチャル内視鏡（ＶＥ） であり、
且つ、処理プロトコル＝経路追跡 であり、
且つ、ＣＡＤプロトコル＝ポリープ検出 である

解剖学的構造＝頭部、且つ、検査目的＝管 である場合、
表示プロトコル＝最大輝度投影（ＭＩＰ） であり、
且つ、処理プロトコル＝経路追跡 であり、
且つ、処理プロトコル＝骨除去 である

解剖学的構造＝心臓 である場合、
表示プロトコル＝リフォーマット である

例示目的のために、本発明による方法の２つの例を以下に示す。

例Ａ：
ＣＴデータボリュームが取込みされる（この情報は、画像属性にあるものと想定される）。

解析段階では、背骨及び骨盤といった骨構造を、グレイ値閾値を用いることによって容易に分けることができる。粗構造認識器を用いた後、画像データ中に（少なくとも部分的に）背骨及び骨盤があると決定することができる。利用可能な情報に基づいて、存在する解剖学的構造は腹部であることを決定することができ、そして、ＣＴの腹部に関連するプロトコルのみが選択される。

ａ）特定の直径を有する細長い空気で満たされた構造があると決定される場合、検査の目的は結腸であり、また、患者はバーチャル結腸内視術のために準備が整えられていたと決定することができる。選択されるべき適切なプロトコルは、ここの場合ではendoツールである専用ツールと、ここの場合では自動ポリープ検出であるＣＡＤツールと、経路追跡といった処理ツールを有し得る。

ｂ）造影剤で満たされた血管があると決定される場合、選択されるべき適切なプロトコルは、個々の場合では管解析ツールである専用ツールと、経路追跡といった処理ツールを有し得る。

ｃ）造影剤で満たされた大動脈があると決定される場合、選択されるべき適切なプロトコルは、自動的に大動脈を測定する処理プロトコルを有し得、また、動脈瘤を見つけるべく例えばＣＡＤプロトコルといった専用ツールを開始することができる。

例Ｂ：
Ｘ線画像が取込みされる（この情報は、画像属性にあるものと想定される）。

ａ）専用胸部発見器を用いた後、存在する解剖学的構造は胸郭であると決定することができる。Ｘ線の胸郭に関連するプロトコルのみが選択される。選択されるべき適切なプロトコルは、エンハンスメントフィルタといった処理ツールと、ここの場合では自動肺結節検出器であるＣＡＤツールを含み得る。

ｂ）コンテンツ解析によって、画像データ中に存在する解剖学的構造は、膝であり、検査の目的は、整形検査であることを示し得る。適切なプロトコルは、例えば、膝のプロテーゼ計画のために膝の測定をとる処理プロトコルを有し得る。

本発明の方法を説明したので、当業者は、本発明の方法の段階を、この本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムに変換することができるであろう。

図２は、本発明の方法の段階を実行するよう構成されるシステム１の主な構成要素を概略的に示す。システム１は、画像データ獲得システム２を有する。解剖学的画像データを獲得する獲得システムには多数の種類が関連の分野において利用可能である。そのうち、コンピュータ断層撮影システム、ＭＲシステム、Ｘ線システム等があり、これらは、システム１の一部を形成することができる。

システム１は更に、画像表示システム６を有する。好適な表示システムには、多くの種類がこの分野において利用可能であり、例えば、パーソナルコンピュータがあり、任意選択的にＰＡＣＳステーションとして機能する。

本発明では、システム１は更に、画像データ獲得システム２と画像表示システム６と通信する手段３、４、及び５を有する。手段３は、画像データを解析するよう構成される。手段４は、画像データ中に示される被験者の解剖学的構造の一部、及び／又は、その被験者に行われた検査の目的を決定するよう構成される。手段５は、存在する解剖学的構造の部分又は行われた検査の目的に依存して、適切なプロトコルを選択するよう構成される。

本発明の方法を詳細に説明したので、当業者は、手段３、４、及び５を、本発明の段階を実行可能であるよう構成することができるであろう。このタスクを達成するために必要な全ての手段及び技法自体は、ソフトウェア又はハードウェアで、当業者に利用可能である。手段３は、最も多くの計算力を必要とするので、ワークステーションといった高い計算力を有するコンピュータに結合されることが好適である。

尚、手段３、４、及び５は別個のユニットとして図示する。しかし、当業者には、手段３、４、及び５は、１つ又は２つのユニットに組合わされることが可能であることは明らかである。１つの代替として、これらのユニットのうちの１つ以上が、画像データ獲得システム２又は画像表示システム６内に組込まれることが可能である。手段４及び５を、例えば、手段３及び画像表示システム６内に組込むことが可能である。

当然ながら、本発明は、説明及び図示した実施例に制限されるものではなく、一般的に、上述の説明及び図面を踏まえた特許請求の範囲にある任意の実施例まで拡張される。

本発明の方法の主な段階を示す図である。 本発明の方法を実行するシステムの主な構成要素を示す図である。

Claims (10)

1. 被験者の検査に関する画像データを視覚化する方法において、
   ａ）前記画像データに適用されるべき視覚化技法を定義する所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有する方法であって、
   ｂ）前記画像データを解析する段階、
   ｃ）前記画像データによって表される前記被験者の解剖学的構造の一部を決定する段階、及び／又は、
   ｄ）前記被験者に行われた前記検査の目的を決定する段階、及び、
   ｅ）前記存在する解剖学的構造の一部及び／又は前記行われた検査の目的に依存して、前記１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記段階ｅ）は、
   ｅ１）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階を有し、
   前記所定のプロトコルの幾つかは、前記画像データに適用されるべき処理技法を定義する請求項１記載の方法。
3. 前記段階ｅ）は、
   ｅ２）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを選択する段階を有し、
   前記所定のプロトコルの幾つかは、前記画像データに適用されるべきコンピュータ支援診断（ＣＡＤ）の技法を定義する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記段階ｅ）は、
   ｅ３）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有し、
   前記所定のプロトコルの幾つかは、前記画像データに適用されるべき解剖学的構造に専用の技法を定義する請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記段階ｅ）は、
   ｅ４）所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する段階を有し、
   前記所定のプロトコルの幾つかは、前記画像データに適用されるべき表示技法を定義する請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 前記段階ｂ）は、前記画像データを基準データと比較する段階を有する請求項１乃至５のうち一項以上に記載の方法。
7. 前記段階ｂ）は、前記画像データをコヒーレント部分に分割する段階を有する請求項１乃至６のうち一項以上に記載の方法。
8. 前記段階ｂ）は、前記画像データ内にある突出構造を抽出する段階を有する請求項１乃至７のうち一項以上に記載の方法。
9. 請求項１乃至８のうち一項以上に記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
10. 請求項１乃至８のうち一項以上に記載の方法を実行するシステムであって、
    ａ）前記画像データに適用されるべき視覚化技法を定義する所定のプロトコルのセットから１つ以上の適切なプロトコルを自動的に選択する手段、
    ｂ）前記画像データを解析する手段、
    ｃ）前記画像データによって表される前記被験者の解剖学的構造の一部を決定する手段、及び／又は、
    ｄ）前記被験者に行われた前記検査の目的を決定する手段、及び
    ｅ）前記存在する解剖学的構造の一部及び／又は前記行われた検査の目的に依存して、前記１つ以上の適切なプロトコルを選択する手段、
    を有するシステム。

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