JP2006075602A - 血管構造の３ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】評価の改善を可能にする。
【解決手段】セグメント化された画像データを得るために、３Ｄ画像データセットにおいてプラーク沈着７を有する血管構造４の少なくとも一部分５がセグメント化される、血管構造、特に冠状血管の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法において、セグメント化された画像データから、血管構造４の少なくとも一部分５およびプラーク沈着７の人工的な３Ｄモデル画像１２，１３が作成され、この人工的な３Ｄモデル画像１２，１３は血管構造４およびプラーク沈着７の境界面のみを含み、人工的な３Ｄモデル画像１２，１３の作成は、３Ｄモデル画像のための画素に一様な網目を得るために、血管構造の境界面に属する画素間およびプラーク沈着７の境界面に属する画素間の空間的補間によって行われ、人工的な３Ｄモデル画像１２，１３またはその部分ボリュームが可視化される。
【選択図】図５

Description

本発明は、セグメント化された画像データを得るために、３Ｄ画像データセットにおいてプラーク沈着を有する血管構造の少なくとも一部分がセグメント化される、血管構造、特に冠状血管の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法に関する。

血管構造は、とりわけコンピュータ断層撮影（ＣＴ）の技術により造影剤注入後に非常に良好に可視化することができる。現代のマルチスライスＣＴ装置は、とりわけ管状血管構造の可視化にとって非常に重要であるような比較的高い空間的分解能で血管構造の撮影および表示を可能にする。記録された３Ｄ画像データセットに基づいて、使用者は適切な可視化において、血管内径と血管に存在するプラーク沈着との間の関係を求め、この関係から患者の梗塞危険度を推定することができる。この評価結果に応じて患者の治療のための次のステップが確定される。

血管構造が存在する検査ボリュームの３Ｄ画像データセットの評価は、一般にＭＰＲ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｌａｎａｒ−Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ、多断面変換表示法）の如き標準可視化技術によって、あるいは血管の中心軸に沿ったアキシャル断層画像に基づいて行なわれる。この方法では、観察者に、記録された３Ｄ画像データが所望の投影または所望の断面で、場合によっては血管構造のセグメント化後にモニタに表示される。その場合に、プラーク沈着と血管内径との間の空間的関係、従って狭窄度数の算出は、一般に検査ボリューム全体の画像表示を基にして行なわれる。

ＭＲＴデータセットからのアテローム性沈着の識別および３Ｄ表示のための画像処理システムは公知である（特許文献１参照）。このために画像データセットからセグメント化により血管が抽出され、プラーク沈着が画像データにおいて識別される。この特許文献の方法では、プラーク沈着が等級分けされ、引き続く表示において種々の等級分けが可視化される。３Ｄ可視化は、関心ボリューム全体が直方体に分割される「クオードツリー（ｑｕａｄｔｒｅｅ）」表示に基づいて行なわれ、各直方体にはプラークの相応の等級分けを表わす特定の明るさまたはカラーが割り当てられる。各直方体においては１つ又は複数の本来の画素が統合されているので、全体としても処理すべきデータの個数が低減されている。
米国特許出願第４９４５４７８号明細書

本発明の課題は、評価の改善を可能にする、血管構造の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、セグメント化された画像データを得るために、３Ｄ画像データセットにおいてプラーク沈着を有する血管構造の少なくとも一部分がセグメント化される、血管構造の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法において、セグメント化された画像データから、血管構造の少なくとも一部分およびプラーク沈着の人工的な３Ｄモデル画像が作成され、この人工的な３Ｄモデル画像は血管構造の境界面およびプラーク沈着の境界面のみを含み、人工的な３Ｄモデル画像の作成は、３Ｄモデル画像のための画素に一様な網目を得るために、血管構造の境界面に属する画素間およびプラーク沈着の境界面に属する画素間の空間的補間によって行われ、人工的な３Ｄモデル画像またはその部分ボリュームが可視化されることによって解決される。
なお、本発明の実施態様は次の通り列記される。
（１）セグメント化は、血管構造の少なくとも一部分の中心軸の経過を決定し、中心軸に沿ったアキシャル断面を算出し、血管構造の少なくとも一部分の境界線およびプラーク沈着の境界線をアキシャル断面の画像データから決定することによって行なわれる（請求項２）。
（２）人工的な３Ｄモデル画像は多角形網として形成され、可視化される（請求項３）。
（３）観察者に、観察透視法の対話式に制御可能な変更および／または血管構造の少なくとも一部分をリアルタイムで通過する仮想移動を可能にする（請求項４）。

血管構造、特に冠状血管の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法において、セグメント化された画像データを得るために、３Ｄ画像データセットにおいてプラーク沈着を有する血管構造の少なくとも一部分がセグメント化される。セグメント化された３Ｄ画像データセットは、本発明によれば、公知の可視化技術とは異なり、予め与え得る投影または断面で表示されない。寧ろセグメント化された画像データから、先ず、血管構造およびプラーク沈着の選択された部分の人工的な３Ｄモデル画像が作成される。このモデル画像は血管構造のそれぞれの境界面（すなわち血管壁）およびプラーク沈着の境界面のみを含む。引続いて、使用者に人工的な３Ｄモデル画像またはその選択可能な部分画像が可視化される。

使用者は、本発明によれば、表示されたモデル画像を対話式に、例えば透視法または表示すべき断面の選択によって、あるいは表示の回転、移動または拡大によって解析することができる。更に、観察者は、仮想的に表示を通過移動し、これにより個々の血管内の状態を把握することが可能である（フライスルー）。３Ｄモデル画像は血管の境界面およびプラーク沈着の境界面を含むだけであるので、血管内径に対する相対的なプラーク沈着の割合が容易にいつでも簡単に求められる。重要な境界面の人工的に作成された３Ｄモデルの準備は、さらに表示内の対話式移動時に非常に高速の画像処理を可能にする。本発明による方法は、必要であれば、３Ｄ画像データセット内に含まれた全血管構造の３Ｄモデル画像の作成および可視化を可能にする。

血管構造およびプラーク沈着のセグメント化は公知のセグメント化技術、例えばリージョングローイング技術により行なうことができる。本発明の有利な実施態様において、セグメントは、まず血管構造の選択された血管の中心軸の経過が決定され、中心軸に沿ったアキシャル断面が３Ｄ画像データセットから算出されることによって行なわれる。引続いて、血管構造の境界線およびプラーク沈着の境界線が個々のアキシャル断面の画像データから決定される。この決定は、使用者が表示されたアキシャル断面内にこれらの境界線をマーキングすることによって、あるいはそれぞれのピクセルのＨＵ値もしくはグレー値に対する閾値法に基づいて境界線を求める自動的な画像処理アルゴリズムによっても行なうことができる。画像処理アルゴリズムと使用者による対話形式との組み合わせも可能である。対話形式はとりわけプラーク沈着の境界線の検出に適している。観察者はこのプラーク沈着を今日までのところ、自動的な画像処理アルゴリズムにより可能であるよりも確実に認識することができる。もちろん、血管の中心軸の経過も対話式にても相応の画像処理アルゴリズムにても３Ｄ画像データから求めることができる。

セグメント化された画像データから人工的な３Ｄモデル画像を作成することは、セグメント化された画像データにおける血管構造の画素およびプラーク沈着の画素間の補間によって行なわれる。この場合に血管構造の境界線もしくは境界面の画素およびプラーク沈着の境界線もしくは境界面の画素のみが考慮される。補間は、一方では３Ｄモデルの作成のための画素に一様な網目を得るために行なわれ、他方では３Ｄ画像データに比べて高い分解能を有するモデルを表示することができるようにするために行なわれる。簡単な直線補間のほかに、もちろん複雑な補間技術も使用することもできる。とりわけ人工的な３Ｄモデル画像は３Ｄ多角形網として形成され、引続いてこの形で可視化される。

ここでの説明では先ずＣＴ血管撮影の用途を引き合いに出したが、本発明による方法はもちろん他の画像化技術により記録された血管構造の３Ｄ画像データセットにも適用することができる。これに関する例が、磁気共鳴断層撮影（ＭＲ）、ＰＥＴ（ポジトロン断層撮影）、ＳＰＥＣＴ（シングルフォトンエミッション断層撮影）または超音波技術である。本発明による方法を適用するための条件は、記録された血管構造並びにプラーク沈着のセグメント化が３Ｄ画像データセットから可能であることである。

以下において図面を参照しながら実施例に基づいて請求項によって与えられる保護範囲の限定なしに本発明をもう一度手短に説明する。図示は極めて概略的である。
図１は冠状血管構造のＣＴ撮影の表示例、
図２は図１の表示の部分拡大の例、
図３は血管の中心を通るアキシャル断面の配置例、
図４はその血管のアキシャル断層画像の例、
図５は人工的な３Ｄモデルの２つの表示例を示す。

以下において本発明による方法を、模範的に、現代のマルチスライスＣＴ装置によりＣＴ血管撮影技術を用いて撮影することができるような患者の冠状血管構の血管部分の可視化に基づいて説明する。これに合わせて図１はＣＴ血管撮影により得られた３Ｄ画像データセットの画像表示例を示し、これには冠状血管構造４が示されている。この画像から使用者が更に詳細に検査すべき血管部分を含む切り抜き２を選択する。この選択は対話式で行なわれ、使用者は、一般に、場合によってはあり得るプラークの形成された血管部分を識別するために、特に画像の方位の３次元変化によって、ＣＴ画像１の適切な透視法および表示方法を選択できる。

解析すべき血管部分の選択後に使用者が図２に模範的に示されている切り抜き２の拡大部において対話式に血管部分５の中心軸にマーキングする。このために書き込まれたマーキング６が図２において認識できる。

代替として、血管中心軸の決定は公知の画像処理アルゴリズムによって自動的に行なうこともできる。これは、特に造影剤を注入された血管のＣＴ画像撮影において造影剤注入にともなうコントラスト強調に基づいて、場合によってサブトラクションアンギオグラフィの適用時にはマスク画像の減算後に、容易に可能である。

これに続いて、それによって決定された血管部分５の中心軸１０の経過に基づいて、図３に具体例で示されているように、この血管部分５のアキシャル断面３が算出される。

次のステップにおいて使用者にこのアキシャル断面３が相前後して断層画像として表示される。図４はこの種のアキシャル断層画像の例を示す。この図において使用者は対話式にプラーク沈着７の境界線９をマーキングする（図４には正方形によって示されている）。同じようにして対話式にまたは自動セグメント化アルゴリズムにより血管部分５の境界線８がマーキングされる（図４における円）。

血管部分５の全てのアキシャル断面３に対してこのステップを実行した後、血管部分５の境界点並びにプラーク沈着７の境界点はこの血管部分内に位置する。元のＣＴ撮影の空間分解能並びに設定されたマーキング点に依存して種々の大きさの空間距離に存在し得るこれらの境界点に基づいて、血管部分の境界面並びにプラーク沈着の境界面の人工的な３次元モデルを作成するための補間が高い分解能で行なわれる。この人工的な３次元モデルは、それぞれ境界面を形成する多角形網、例えば三角網によって表わされる。

このようにして作成された３次元モデルは、次に、図５に２つの表示１２，１３で極めて概略的に示されているように、適切なおよび／または予め与えられた方法で可視化される。これらの表示において、多角形網１１並びにそれによって形成された血管部分の境界面１４並びにプラーク沈着の境界面１５を認識することができる。

この技術は使用者に血管部分並びにそこに存在するプラーク沈着の明瞭な可視化を高い空間分解能で可能にする。使用者は、プラーク沈着と血管壁もしくは血管内径との間の空間的関係をリアルタイムで異なる透視法から解析することができ、特にリアルタイムで３Ｄモデルの表示によって移動させることができる。この場合に使用者は狭窄の幾何学的関係および狭窄によってひき起こされた血流影響について現実的な印象を持つことができる。

冠状血管構造のＣＴ撮影の表示例を示す図 図１の表示の部分拡大例を示す図 血管の中心を通るアキシャル断面の配置例を示す図 血管のアキシャル断層画像の例を示す図 人工的な３Ｄモデルの２つの表示例を示す図

符号の説明

１ ＣＴ画像
２ 切り抜き
３ アキシャル断面
４ 冠状血管構造
５ 血管部分
６ 血管中心軸マーキング
７ プラーク沈着
８ 血管部分の境界線
９ プラーク沈着の境界線
１０ 血管中心軸
１１ 表示
１２ 表示
１３ 多角形網
１４ 血管部分境界面
１５ プラーク沈着の境界面

Claims (4)

1. セグメント化された画像データを得るために、３Ｄ画像データセットにおいてプラーク沈着（７）を有する血管構造（４）の少なくとも一部分（５）がセグメント化される、血管構造の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法において、
   セグメント化された画像データから、血管構造（４）の少なくとも一部分（５）およびプラーク沈着（７）の人工的な３Ｄモデル画像（１２，１３）が作成され、この人工的な３Ｄモデル画像（１２，１３）は血管構造（４）の境界面およびプラーク沈着（７）の境界面のみを含み、
   人工的な３Ｄモデル画像（１２，１３）の作成は、３Ｄモデル画像のための画素に一様な網目を得るために、血管構造の境界面に属する画素間およびプラーク沈着（７）の境界面に属する画素間の空間的補間によって行われ、人工的な３Ｄモデル画像（１２，１３）またはその部分ボリュームが可視化される
   ことを特徴とする血管構造の３Ｄ画像データセットからなるプラーク沈着の可視化方法。
2. セグメント化は、
   血管構造の少なくとも一部分（５）の中心軸（１０）の経過を決定し、
   中心軸（１０）に沿ったアキシャル断面（３）を算出し、
   血管構造の少なくとも一部分（５）の境界線（８）およびプラーク沈着（７）の境界線（９）をアキシャル断面（３）の画像データから決定する
   ことによって行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 人工的な３Ｄモデル画像（１２，１３）は多角形網（１１）として形成され、可視化されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 観察者に、観察透視法の対話式に制御可能な変更および／または血管構造の少なくとも一部分（５）をリアルタイムで通過する仮想移動を可能にすることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。

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