JP2005532861A - 平面の再フォーマットの内面観察 - Google Patents

Abstract

対象の面において選択された点に対して再フォーマットされたスライスを表示する方法を説明する。その面における初期の点が、選択され、ある深さが、その面に対して選択され、再フォーマットのスライスが、その面上で選択されたさらなる点について計算される。再フォーマットのスライスを、選択された面の点におけるその面に対する法線に垂直な角度で表示してもよい。この法線に沿って計算された多平面の再フォーマットを使用して、法線に対して横向きの情報を使用して、又は先験的な情報を使用して、深さを選んでもよい。

Description

本発明は、多次元の対象のデータセットからのボリュームの生成及び表示に関する。これは、医療用の撮像に使用されるが、考古学の調査、コンピューターに支援された訓練のような他の活動において、及びあるボリュームの画像解析が行われる任意の場所でも存在する。

医療用撮像の技術分野は、被験者の内部の解剖学的構造又はある構造の画像を見る多くの機会を臨床医に提示する。現代の撮像及び画像再構築方法は、平面の及び断層撮影の透視図の両方からの内部構造の正確な且つ信頼性のある可視化を可能にすると共に、ある構造を、様々な情報を強調した方式で観察することができるように画像データを操作することを可能にする。

要するに、臨床医又はユーザーには、任意の身体から関連性のある情報を、及び獲得されたデータセットを抽出するための様々な機会が提示される。

対象物を、様々な方法のいずれか一つによって撮像すると共に、対象のデータセット、すなわち現実の対象の物理的特徴についての情報を含む記憶されたデータ点の集合によって情報空間に記述することができる。これらの物理的特徴は、例えば、走査を行うために使用される撮像の様式に依存して、Ｘ線の不透明度又は含水率であってもよい。結果として生じるデータ点を、元来の対象の画像を生じさせるため及びこれらの画像において変動する技術的結果を生じさせるための様々な既知の技術によって、操作することができる。例えば、空間を占めるボリュームを与える技術を使用して３次元で与えられる、異なる角度から対象を示すために、データを使用してもよく、又は元来の対象内のある平面に沿った画像データを表示する２次元のスライスでデータを示してもよい。

さらに、二次元のスライスを、対象のデータセット内における任意の角度で構築してもよい。これは、通常、多平面の再フォーマットの技術を使用して達成される。多平面の再フォーマットは、しばしば画像の様式の制限により平面の横断面で既に獲得された画像データを、任意の角度又は方向から観察することができる方法である。このことを達成するために、基準の方向が、しばしば、対象のデータセットの中で選択され、画像データは、その方向に垂直な２次元のスライスのスタックへと再構築され、対象のデータセットに含まれるデータを包含するか、又は対象のデータセットに含まれるデータから誘導される。

原則として、このような２次元画像のスタックを、ユーザーによって選ばれる任意の方向に対して再構築することができる。

スタックにおけるあらゆる２次元画像を示す又は実のところ生成させることは、必要ではなく、３次元のボリュームのデータを含むデータセットから単一の平面の再フォーマットを計算することができる方法が存在する。実際には、再フォーマットは、平面のものであることを必要とさえせず、原則として、一つ以上の次元に沿って曲面のものであり得るか、又は任意の形状をとり得る。

当業者に知られた他の技術は、画像全体のボリューム内における対象の面を識別すること、全ての点でのそれらの面に対する法線を識別すること、及び現実の対象内の構造に対応するサブボリュームを識別することを含む。

多次元の対象のデータセットからボリュームの画像を生じさせる及び表示する方法は、表示デバイス上でボクセルデータを観察するためのコンピューター化されたシステムを開示する特許文献１から知られている。それは、ユーザー、通常は臨床医が、患者の画像データを含む対象のデータセットからボリュームで与えられた画像を生成させると共に取り扱うことを可能にする。システム内で、ユーザーは、画像を選択する、それらを通じて又はそれらの周囲を飛行する、画像をパンする及びズームする、スライスを変化させる、直交の及び斜めの図形の間で留める、並びに、色及び透明度の値のような画像内における可視の属性を操作することができる。特に、そのシステムは、ユーザーが、元来の対象のデータセットから再構築される多平面の再フォーマット画像（ＭＰＲ）を生成させると共に観察することを可能にする。しかしながら、ＭＰＲの既存の制限は、そのシステムによっては緩和されない。ＭＰＲは、スタックに再構築され、各々の個々の画像の取り扱いを容易にするが、異なるスタックからの多数のスライスの観察は、まだ面倒である。
米国特許第５，９８６，６６２号明細書

本発明の目的は、対象のデータセットから取得された画像データを観察する別の方式をユーザーに提示することである。

これは、
ボリュームと関連する面を識別し、
識別された面における初期の位置を選択し、
識別された面と関連する少なくとも一つの深さを選択し、
再フォーマットのスライスを、選択された位置での識別された面に対する法線に沿った選択された深さにおいて、対象のデータセットから生じさせる
ことを特徴とする発明者等の発明によって達成される。

本発明による方法においては、撮像された対象又はボリュームの面を識別すると共にユーザーに対して表示する。その識別を、既知の方法を使用して、例えば、光線を放つことによって、行ってもよい。その面の画像を、ユーザーに対して、観察面上に、且つこの表示された識別された面上の選択された初期の位置に、表示する。この選択された位置は、ユーザーによって初期に選択されてもよく、又は、コンピューターによって自動的に選択されてもよい。

次に、ある深さが選択される。この深さは、識別された面より下の、選択された位置が選ばれる点での、その面に対する法線に沿った距離に対応する。それは、対象のデータセット内の点に対応し、従って、元来撮像された現実の対象の面より下の現実の深さに対応する。

次に、再フォーマットを、識別された面上の選択された位置より下の、この深さで生成させると共に表示する。これは、平面の再フォーマットであってもよいが、曲面の再フォーマットでもよい。それによって、ユーザーには、それ自体が現実の面に対応する識別された面より下のこの深さで、対象のデータセットによって記述される現実の対象の図形が与えられる。

この再フォーマットを、その面に対する法線に対して任意の角度で計算すると共に表示してもよい。その再フォーマットが、平面の再フォーマットであるとすれば、観察者が、対象のその面及び外側の層を選択された深さまで下がって剥ぎ取ると共に下位構造を、その下位構造に直接面することによって、観察することが仮にできるとすれば、この平面の再フォーマットが、観察者によって見られるであろうものに類似の図形を与えることになるので、その再フォーマットは、通常、その面に対する法線に対してその再フォーマットを垂直にする角度で、計算されるかもしれない。しかしながら、時々、下に横たわる解剖学的構造が、何らかの他の配向をより有益にするとき、他の角度で再フォーマットを観察することが、また好都合であることもある。

説明したような方法を、選択された面上の他の点へ拡張することができる。この場合には、一旦深さを選択しておけば、平面の再フォーマットを、その後に選択される、識別された面上の各々の点に対して生じさせると共に表示させることができる。これは、深さのいかなるさらなる選択又は再選択も無く起こり、この深さは、初期の再フォーマットを生成させたときには、既に選択されてしまっている。重ねて、その後の再フォーマットは、全て、選択された点においてその面に対する法線に垂直であってもよく、垂直でなくてもよい。

平面の再フォーマットを生成させると共に表示する、識別された面より下の選ばれた深さを、多くの方式で計算するか又は選択することができる。例えば、その面における位置の選択及びこの面に対する法線の固有の識別に従って、多平面の再フォーマットのスタック、すなわち、ＭＰＲを、この法線に沿って生成させることができる。次に、システムのユーザーは、有用であると共に関心のあるような情報をユーザーに提供するものが識別されるまで、これらのＭＰＲを観察してもよい。次に、ユーザーは、この情報を示す深さで特定のＭＰＲのスライスを選択し、その際に、識別された面に対してその特定の深さを選択することができる。

あるいは、その面における位置を選択しておくと、選択された位置でその面に対して横向きである、情報を示す画像をユーザーに与えてもよい。この事例では、ユーザーは、その面を含む対象を通じた断面図を見ると共に、対象に組み込まれたいかなる構造も見る。この画像の境界の中で、ユーザーは、識別された面に関してある深さを選択することができる。マウスのクリックによって、又は、たとえば、座標が画像の中に提供されるとすれば、座標の入力によって、選択の物理過程に取り掛かってもよい。また、その深さを、特徴検出を使用して横向きの画像の中から自動的に選択してもよい。換言すれば、画像の平面内にある関心のある構造を自動的に識別することが可能なシステムを、本発明を使用して対象の面及び観察される構造を識別するために使用する。次に、その深さを、識別された対象及びその対象の面の間における垂直距離として、自動的に識別すると共に選択する。

別の選択肢としては、その深さを、画像に構わず、画像を取り扱うシステムに入力してもよい。この状況は、例えば、対象のデータセットによって表される対象又は対象の部類の先験的な知識があるときに、発生することもある。この場合には、何らかの下位構造が画像の面の下方にある、深さが、既に知られていることもある。

このように説明した方法が、初期の位置及び相対的な深さを一度選択しておいたユーザーが、その面上の全てのその後に選択された位置に対して、対象の既に識別された面より下におけるその固定された選択された深さで、一連の画像データを観察することを可能にすることを、理解することができる。このようにして、本発明は、観察者が、その面の下で目を通し、識別された面上の各々の点に対する法線に真っ直ぐに沿った位置に常にある画像データを観察することを可能にする。これは、関心のある対象が、そのボリュームに存すると共に、対象の何らかの様相が、識別可能な面に相対して常に同じ深さにあるような方式で位置決めされるときに、極めて好都合である。この様相は、あるボリューム内の別個の内面であってもよく、又は、そのボリューム内に存する何らかの対象の面であってもよい。このようにして、その方法が、観察される構造が、あるボリュームの識別された面より下においておおよそ同じ深さにあるとすれば、特に有用であることを理解することができる。次に、観察者には、対象全体の識別された面より下において、選択された深さで、その対象についての可視情報を含む一連の画像が、許容される。これの例として、皮膚の面より下における一定の深さにある動脈の曲面は、動脈の湾曲を包含する曲面の再フォーマットを、動脈の位置を追跡する対象の面に沿った全ての位置に対して計算すると共に表示するとすれば、観察されることもある。全ての選ばれたこのような位置に対して、２次元の観察面に表示されるような再フォーマットは、２次元に展開された動脈の湾曲に保持された情報を示すことになる。

ここで、識別された面に対する法線に対して、その面上で選択された各々の連続する位置で、９０°以外の角度で平面の再フォーマットがなされた図形を与えることが、好都合であることもあることが、理解される。そのボリュームの識別された面より下における目に見える構造の配向は、そのボリュームのいたるところで変動することもあり、よって、考慮中の構造についての可視情報をより有用に与える９０°以外の同じ角度で平面の再フォーマットを再構築することが、好都合であることもある。

本発明のこれら及び他の態様を、図面を参照して、さらに説明し記載することにする。

本発明の特徴を、対象のデータセットによって記述される対象の識別された面１０１を示す、図１に示す。初期の点１０２は、その面上で選択され、この点でのその面に対する法線１０３が、計算される。この点での法線に沿ったその面より下の深さ１０４が、選択され、画像データの平面の再フォーマット１０５を、この深さで生じさせる。

図２は、異なる角度で再構築される平面の再フォーマットを示し、同じ面２０１、選択された位置２０２、その面に対する法線２０３、及び深さ２０４を示す。しかしながら、ここで、９０°に等しくない多くの角度で生じさせた平面の再フォーマット２０５を示す。

図３は、多平面の再フォーマットを使用する深さの選択を示す。一旦面３０１及び位置３０２が選択されると共に法線３０２を生じさせると、ＭＰＲ３０５のスタックを生じさせる。次に、ユーザーは、関心のある情報を示すものを見つけるまで、これらを介して自由に探索することができる。次に、このＭＰＲのスライスを選択し、その際に、選択されたＭＰＲの位置を定める深さを、ここでは、選択された深さとして使用する。

図４は、さらに選択された点への本発明の技術の拡張を示す。一旦面４０１及び初期の位置４０２を選択しておくと、対応する平面の再フォーマットのスライス４０５と共に生じさせた法線４０３及び選択された深さ４０４、同じ深さ４０７、４０９、４１１における平面の再フォーマットを、全てのさらに選択された点４０６、４０８、４１０に対して、生じさせることができる。その際に、平面の再フォーマットのスライスが、観察者に対して、対象のデータセットにおいて元来識別された面４０１より下に定義される面４１２の画像にわたって掃引することを理解することができる。

事実上、観察者には、元来の対象内の二次的な面から取得された画像が与えられる。説明したような発明は、対象内の面を観察することに、特に有用である。このような面は、まさしく、脳の皮質の面であり、脳の皮質を観察するための可能性のある実施形態を図５で説明する。

頭部を記述する３次元情報を含む対象のデータセットをロードし（ロード−データセット５０１）、頭部の面を可視のディスプレイ上で識別すると共に示す（識別−面５０２）。次に、ユーザーは、この面上のある点を選択し（選択−点５０３）、識別された面に対する法線を、その選択された点で計算する（法線５０４）。次に、ＭＰＲのスタックを、この法線に沿って生じさせ（５０５）、次にこれらは、ユーザーによって観察される（５０６）。これらのＭＰＲの一つを選択し（５０７）、そのスライスを生じさせた深さを記憶する。次に、ユーザーは、頭部の面上のさらなる点を自由に選択することができ（選択＋点５０８）、全てのこのようなさらなる点に対して、ユーザーには、記憶された深さで、さらなる選択された点の真下に、再フォーマットされたスライスの画像が与えられる。

実際には、さらなる点の選択のこの動作は、より流動的であろう。本発明の実施形態においては、初期の深さを選択しておいたユーザーは、次に、表示された面にわたって観察面上でカーソルを移動させ、ユーザーには、カーソルが横切ってきた識別された面上の点ごとに等価な平面の再フォーマットが与えられるであろう。表示過程の性質そのものによって、観察面が、異なる特徴を表示することが、要求されるであろう。よって、例えば、表示画面の一部は、その面の画像を示すであろうし、一部は、各々のカーソルの位置に対して生成した、結果として生じる再フォーマットを示すであろう。仮にカーソルが、スクリーンの一部分における表示された面にわたって移動したとすると、再フォーマットの図形は、カーソルの各々の位置に対して、計算された再フォーマットを示すように変化するであろう。

対象の識別された面が、面の法線の計算に必要であるが、本発明を、この面の表示無しに達成することができる。例えば、一旦初期の点を選択すると共にマウスをドラッグすると、初期の点に対するその後のあらゆる位置を、マウスの移動の量の関数として計算することができる。例えば、初期の点を、三つの直交する多平面の再フォーマットから選択することができ、たとえその面が表示されないとしても、追加の再フォーマットを、その面が知られている、すなわち、その面を形成する全ての点の群が知られている限りは、その後のあらゆる位置に対して計算することができる。

この実施形態は、本発明を頭部に適用されるものとして説明するが、進歩したボリュームの可視化の技術は、識別された面が、あるボリューム内のどこにも存することを可能にする。例えば、胴を記述する対象のデータセットを、使用してもよく、腹部内の腎臓を区分してもよい。次に、その技術を腎臓に適用して、腎臓の髄の面を観察することができるであろう。ユーザーは、本発明を理解する際に、多くのさらなる例を提供することができることになる。

本発明の特徴を示す。 本発明の使用において適用可能であることもあるような、法線に対して異なる角度で生じさせた平面の再フォーマットを示す。 本発明で説明するような、多平面の再フォーマットを使用する深さの選択を示す。 識別された面上のさらに選択された位置への本発明の技術の拡張を示す。 実際に本発明が使用されることもあるフロー図を示す。

Claims (9)

1. 多次元の対象のデータセットからボリュームの画像を生じさせると共に表示する方法において、
   該ボリュームと関連する面を識別し、
   該識別された面における初期の位置を選択し、
   該識別された面と関連する少なくとも一つの深さを選択し、
   再フォーマットのスライスを、該選択された初期の位置での該識別された面に対する法線に沿った該選択された深さにおいて、該対象のデータセットから生じさせることを特徴とする方法。
2. 前記識別された面における少なくとも一つのさらなる位置を選択し、
   再フォーマットのスライスを、該さらに選択された位置での前記識別された面に対する法線に沿った前記選択された深さにおいて生じさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 再フォーマットのスライスを、前記選択された位置での前記識別された面に対する法線に垂直に生じさせ、
   前記識別された面と関連する前記深さを、それらの再フォーマットのスライスの一つを選択することによって、選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記識別された面及び前記選択された点を含む、横向きの図形を生成させ、
   前記識別された面と関連する前記深さを、この横向きの図形から選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記識別された面と関連する前記深さを、先験的な情報から選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記再フォーマットのスライスは、前記識別された面における前記選択された点での前記識別された面に対する法線に垂直であり、
   前記再フォーマットのスライスにおける前記点では、前記再フォーマットのスライスには、前記識別された面に対する法線が交差することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
7. 再フォーマットのスライスを、前記選択された点での前記識別された面に対する法線に沿って生じさせ、
   前記再フォーマットのスライスを、前記面における前記選択された点に対する前記法線に垂直に生じさせた再フォーマットのスライスのスタックから生じさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ボリュームと関連する面が選択されることを可能とする命令、
   該識別された面における初期の点が選択されることを可能とする命令、
   少なくとも一つの深さが選択されることを可能とする命令、及び
   再フォーマットのスライスを、該選択された位置での該識別された面に対する法線に沿った該選択された深さで、対象のデータセットから生じさせることを可能とする命令
   を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
9. 画像を生じさせる、表示する、及び使用する目的で構成されると共に多次元の対象のデータセットからのボリュームの画像の生成及び表示用の命令を含むワークステーションにおいて、
   該ボリュームと関連する面が選択されることを可能とする命令、
   該識別された面における初期の点が選択されることを可能とする命令、
   少なくとも一つの深さが選択されることを可能とする命令、及び
   再フォーマットのスライスを、該選択された位置での該識別された面に対する法線に沿った該選択された深さで、該対象のデータセットから生じさせることを可能とする命令
   をさらに含むことを特徴とするワークステーション。

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