JP2006508772A - ノイズの多い画像において関心対象の境界を検知する医療観察システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、画像シーケンス内の関心対象を検知する観察システム及び方法に関する。当該関心対象はまず当該関心対象に関するローカライザを位置付け、当該ローカライザの位置（ＬＩ、ＬＺ）を利用し当該関心対象に関する境界（ＢＬ）を位置付けることで検知される。本発明に従った観察システムは、画像中の関心対象が強調された被強調画像シーケンスを供給し、いくつかの特性を測定し、当該関心対象の三次元表示を構築することが可能である。観察システムはまた、参照画像シーケンスと共に当該被強調画像シーケンスを登録し、結合することも可能である。

Description

本発明は、画像シーケンスを取得する取得手段、当該画像シーケンスの関心対象を検知する検知手段及び当該画像シーケンスを表示する表示手段を有する観察システムに関する。本発明はまた、当該システムの利用方法に関する。本発明はまた、そのようなシステムに接続される医療検査装置に関する。

本発明は、例えば血管造影図中のステント及び動脈壁のような関心対象を検知する医療画像化システムにその用途を見いだす。

医療画像中のステントを検知する方法は既にＩｏａｎｎｉｓ Ｋｏｍｐａｔｓｉａｒｉｓ ｅｔ ａｌｉｉによる“Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｎｔｓ ｉｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｅｓ、ｉｎ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、Ｖｏｌ．１９、ｎｏ６、Ｊｕｎｅ ２０００、ｐａｇｅｓ ６５２−６６２”の刊行物により公知となっている。この文書は、血管造影法において、ステントと呼ばれる医療器具の変形しやすい境界を検知するための画像処理方法について説明する。

狭窄とは血管が細くなっている部分をいう。狭窄が患者の冠状動脈中に確認されると、血管形成術又は経皮経管冠動脈形成術（ＰＴＣＡ）と呼ばれる処置が施される。ＰＴＣＡの基本的な考え方は小さな拡張バルーンを伴うモノレールを動脈の狭まった部内に配置することにある。狭まった動脈壁を外側に押し拡げるためにバルーンは膨張する。この処置はその狭まった血管部分を、血液の流れに干渉しない程度まで減少させる。その後バルーンは収縮し動脈から取り除かれる。再度の狭窄の発生を避けるため、当該処置はしばしばステント移植を伴う。ステントは手術用のステンレス鋼コイルで、別のバルーンモノレールに載せて動脈内に導入される。ステントはモノレールに付けられたバルーンの周りにきつく巻きつけられる。当該バルーンはモノレールの先端に置かれ、動脈内に導入される。バルーンの膨張はステントを拡張させ動脈壁にそれを押し付ける。ステントは一旦拡張すると常在のインプラントと見なされ、動脈壁を拡がった状態に維持し、血液が動脈を普通に流れるようにやぐらのような機能を果たす。ステント留置は多くの患者が緊急の心臓バイパス手術及び／又は心臓発作になるのを避けられるようにする。
Ｉｏａｎｎｉｓ Ｋｏｍｐａｔｓｉａｒｉｓ ｅｔ ａｌｉｉ、"Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｎｔｓ ｉｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｅｓ"、Ｊｕｎｅ ２０００、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、Ｖｏｌ．１９、ｎｏ６、ｐａｇｅｓ ６５２−６６２

当該処置のキーステップとなるのは、ステントが狭窄の正しい位置に留置されたか否か、及び成功裏に拡張したか否かを確認するステップである。実際のところ、臨床に関する問題はステントの不適切な留置又は拡張の問題である。不適切に拡張されたステントは局所的に血流を乱し、血栓症を引き起こす。

ＰＴＣＡ中、血管造影図のシーケンスによりリアルタイムに狭窄領域を観察することが可能だが、正確なステント留置は以下のいくつかの理由により可視化が容易でない。
●画像シーケンスがかなりのノイズを含む上、低いＸ線量のためコントラストが弱い。
●心臓の脈動及び患者の呼吸の影響によりステント位置が画像シーケンスすべてを通じ変化し続ける。
過去の調査結果は、血管造影図のシーケンスでは明らかに留置が成功しているにも関わらず、８０％以上のステントは拡張が不十分である可能性があることを表している。従って、ステント境界の自動検出は、より正確なステント留置の確認を実現するうえで役立つものである。

引用した刊行物で説明される方法では血管造影図によるステントの識別が利用される。この方法は以下のステップを有する。
●ステントの３Ｄモデルの形成
●遠近法を利用した２Ｄモデルセットの抽出
●トレーニング段階における当該２Ｄモデルと現実の血管造影図との整合
●２Ｄモデルセットと最尤基準とを利用した血管造影図にあるステントのおおよその検知
●動的輪郭モデルを利用し、おおよそ検知されたステント境界の絞込み
当該方法の不利な点は、ステント移植の診療段階における画像シーケンスのリアルタイム処理にとって、実際には大き過ぎる計算負荷を与えるということである。

本発明の目的は、ノイズの多い画像シーケンス中にある関心対象の境界を検知する、より簡便な解決策を提供することである。

導入部において説明したように本発明に従った観察システムは、画像シーケンスを取得する取得手段と、当該画像シーケンス内の関心対象を検知する検知手段と、当該画像シーケンスを表示する表示手段とを有し、当該検知手段は以下を有する。
●当該関心対象に関するローカライザ位置を検知するローカライザ検知副手段
●当該関心対象に関する境界位置を検知する境界検知副手段
本発明に従った観察システムは間接的に関心対象の境界を検知する検知手段を有する。この目的のため、当該検知手段は関心対象の代わりにローカライザを探索することを目的とするローカライザ検知副手段を有する。有利な点は、ローカライザは血管造影図において目で捉えることができるよう特別に設計されていることである。それらは単に放射線に対し不透明である物質から形作られた物であり、例えば弱いコントラスト及び複雑な形状を有するステント又は狭窄のようなものではない。必然的に、当該ローカライザは複雑なモデルを伴うことなしに簡単に検知され得る。

検知手段はまた、当該ローカライザを有する最も目立つ境界から、関心対象の境界を求めることを目的とする境界検知副手段を有する。例えばステント留置処置中、ステント境界はたいてい冠状動脈の境界より見易いものである。動脈境界を探索する場合には、いくらかの造影剤がコントラストを強調するために注入される。

従って、本発明に従った検知手段はそれ程複雑ではなく、それゆえリアルタイム検知の実施を可能とする。

本発明に従った観察システムはさらに、関心対象の境界を強調し、当該境界の位置を利用し、被強調画像シーケンスを配信する強調手段を有する。強調手段は、当該位置の認識により関心対象の輪郭を際立たせて強調することができる。血管造影法分野において、そのように際立たせた強調はステント位置及びステント配置を確認するのに役立つ。

本発明に従った観察システムはまた、当該境界位置を利用して当該関心対象の特性を測定する測定手段を有する。例えば関心対象のその長さに沿って変化する幅といった当該特性における利点は、例えば狭窄の深刻度又はステントによるその減少効果を客観的に評価するために利用できる点にある。

本発明に従った観察システムはまた、当該関心対象を三次元で表示する三次元（３Ｄ）表示手段を有する。当該３Ｄ表示は当該関心対象境界及びいくつかの関心対象の予備的知識から容易に取得されるという利点を有する。ステント又は狭窄のようなチューブ状関心対象の３Ｄ表示は、例えば２つの視点におけるその境界位置の認識及び変動する楕円形断面を伴う円筒形を想定することにより導き出されてもよい。

本発明を添付の図を参照してさらに説明する。

本発明は、ノイズの多い画像シーケンスでリアルタイムに関心対象の境界を検知する観察システム及び当該観察システムの作動方法に関する。本発明の観察システム及び方法を、心臓病医学分野における適用の実施例により以下に説明する。当該適用では、関心対象は動脈のような器官又はバルーン若しくはステントのような器具をいう。これら関心対象は、血管形成術又はＰＴＣＡと呼ばれる医学的診療行為中に、血管造影図と呼ばれるＸ線蛍光透視像の手順により観察される。

当該システム及び方法は、血管造影図以外の図におけるステント又は動脈の他、如何なる関心対象に適用されてもよい点に留意すべきである。

図１ａ乃至図２ｂを参照しながら以下に説明する適用であるステント移植は、狭窄と呼ばれる障害位置での動脈を拡大するいくつかのステップを一般的に有する医学的診療行為である。準備段階において、施術者は画像シーケンスで患者の動脈１内部の狭窄２を特定する。第１段階において、図１ａに示すように、施術者はカテーテル４を使用し動脈１の内腔を経て細いガイドワイヤ３を導入する。当該ガイドワイヤ３は狭窄２を越えて伸びる。当該ガイドワイヤ３は放射線に対し不透明なチップ９をその先端に有し、ガイドワイヤ３が適切に導入されているかを施術者が画像シーケンス中で確認するのに役立つ点に留意すべきである。そして、モノレールと呼ばれる細い管５がガイドワイヤ３上を造作なく滑り入り、狭窄領域に置かれる。当該モノレール５はその周りに巻付けたバルーン６を有する。当該バルーン６は放射線に対し不透明な２つのバルーンマーカー７及び８を有し、施術者がバルーン６を狭窄２に対する正確な位置に位置付けるのに役立つ。そしてバルーン６は図１ｂで示すように高圧により膨張し、膨張バルーン１０となる。動脈を強制的に拡張するためである。施術者は、一旦狭窄２が適切に小さくなったことを確認すると、膨張バルーン１０を収縮させる。血液が流れるようし、またモノレール５を動脈から取り除くためである。

第２段階において、図２ａ及び２ｂに示すように別のモノレール１１が動脈１の内腔に導入される。当該モノレール１１もまた、その周りに巻付けたバルーン１２を有し、２つのバルーンマーカー１３及び１４を伴う。しかし、当該バルーン１２上に追加のステント１５が置かれている。バルーン１２は膨張バルーン１６となるよう膨張し、また、拡張ステント１７となるようステント１５をも拡張する。そして、拡張ステント１７を常在のインプラントとして、膨張バルーン１６、モノレール１１、ガイドワイヤ３及びカテーテル４は取り除かれる。

第１段階は必須ではないが、ステント導入前に動脈の拡張が可能か否かを前もって確認するためにしばしば施術者によって行われる点に留意すべきである。

上述のように、本発明のキーポイントは、ステントを適切に狭窄領域に置くことである。この目的のため、施術者は画像シーケンスの狭窄領域を診療行為中幾度かリアルタイムで可視化する。

本発明に従い、観察システムは当該画像シーケンス中の関心対象を検知する検知手段を有する。機能図３に示されるように、当該検知手段２０はローカライザ検知副手段３０及び境界検知副手段６０を有し、ローカライザ検知副手段３０は当該関心対象に関するローカライザの位置を検知する。また、境界検知副手段６０は当該関心対象の境界位置を検知する。画像シーケンスＩＳは当該検知手段２０に表示される。当該シーケンスＩＳの画像Ｉ_０から、ローカライザ検知副手段３０は関心対象に関するローカライザを探索する。当該ローカライザは様々な形態を有してもよく、関心対象の内側又は外側に位置付けられてもよい。

本発明の好適な実施例では、関心対象はステント又は狭窄である。問題は、そのような関心対象のほとんどは放射線に対し不透明でなく、動的背景上を動く関心対象であることである。それゆえ、ステント又は狭窄は好適には関連するバルーンマーカーを位置付けることで間接的に検知される。当該バルーンマーカーは、バルーンの両先端部に配置される。バルーンマーカーは特別に認識可能である。なぜなら、バルーンマーカーは定時の、血管造影図で実質的に黒であるか、少なくとも暗い区間を構成するからである。それらはまた形態が非常に近似している。図４ａを参照すると、ローカライザ検知副手段３０はマーカー抽出副手段４０を有し、マーカー抽出副手段４０はマーカーの抽出候補の基本測定を行い、複数組のマーカー候補群を形成する。

他のタイプのローカライザがステント又は動脈境界の検知に利用されてもよい点に留意すべきである。いくつかのステントは、それらの境界上に位置するそれら自身のステントマーカーを有する。図１ａから図２ｂに示すガイドワイヤのチップもまた、チップの位置決め処置中に狭窄の境界を検知するための単一のローカライザとして考えることができる。実際のところ、ガイドワイヤの先端をマークする当該チップはまた、ガイドワイヤが狭窄領域を通過したか否かをも示す。そのようなチップ位置決め処置は、動脈狭窄のためにむしろ決定的な意味を持つ。それゆえ、当該処置中の狭窄境界の検知は、施術者がガイドワイヤを正確に狭窄に通過させるのに役立つ場合がある。当該チップは、閾値手段及び骨組化手段に伴われるリッジ強調フィルター手段を利用して検知されてもよい。

本発明の好適な実施例では、ローカライザはバルーンマーカーである。図５を参照すると、マーカー抽出副手段４０はいくつかの基本的測定副手段を有し、基本的測定副手段はマーカーの候補群の特定を意図する。

第１測定手段４１は、明るい背景上で際立つ定時暗部を選択する。この測定はＦ_０で表されるフィルター手段により得られる。好適な実施例（図４ｂ参照）では、適切なフィルターは、中心ゾーンＣＺ、デッドゾーンＤＺ及び周辺ゾーンＰＺを持つ３つの同心円形ゾーンを有する。フィルターＦ_０はまた３６０°をカバーするｎ区分のゾーンＳＺに分割され、１からｎの番号が付される。現在の区分ゾーンＺ_ｋにはｋの番号が付され、ｋは１以上ｎ以下である。第１測定は、定時暗部を探索するためにシーケンス画像の現在画像を走査することからなる。定時暗部は当該定時暗部がフィルターの中心となる場合に検知され得る。定時暗部が中心となると、その部分はフィルターの中心ゾーンＣＺ及び、おそらくデッドゾーンＤＺの一部を占有する。第１測定は中心ゾーンＣＺと周辺ゾーンＰＺとの間のコントラストの強さの評価に基づく。当該コントラスト評価は、中心ゾーンＣＺと周辺ゾーンＰＺとの間の平均強度の差異を評価することで達成されてもよい。この単純な測定は線形のコントラスト評価を実施する。この評価結果の改善のため、第１測定は実際には、ｎ個の周辺区分ゾーンで別々に判断されたｎ個の平均強度の最小値を計算することで達成される。強度のこれら最小値は次のように表される。Ｉ_ＰＫは番号ｋの付された周辺区分ゾーン平均強度、Ｉ_ＣＺは中心ゾーンＣＺの平均強度である。フィルターＦ_０による最終の測定値は

となる。

この測定値Ｉ_Ｆ０は、原画像Ｉ_０の各ピクセルをフィルターＦ_０で走査することで判断され、Ｚで表される定時暗部のＩＺ１で表される被強調画像を提供し、他のすべての構造は、現時点でマーカーを構成する候補の当該定時暗部を除き消滅する。

第２測定手段４２は、Ｈで表されるヒストグラムを有する。この画像ＩＺ１において、各ピクセルはグレーレベル値を有する。画像ＩＺ１からヒストグラムが構成され、ヒストグラムは、それぞれのグレーレベル値Ｇに対応するそれぞれのピクセル数Ｈを表す。図５において、Ｇ軸の右側に向かって高いグレーレベル値を、Ｇ軸の左側に向かって低いグレーレベル値を提示する。それぞれのグレーレベル値Ｇで、長方形の高さＨは当該グレーレベル値を有するものとして発見されたピクセル数を表す。定時暗部Ｚの平均サイズはフィルターＦ_０の特性により決まるので、定時暗部Ｚのサイズをピクセル数で評価することが可能である。定時暗部Ｚのサイズがｐ個のピクセルであり、例えばｚ個のゾーンが画像ＩＺ１で発見されると仮定すると、最も高いグレーレベル値を有するｐ・ｚ（ｐ掛けるｚ）個のピクセルが探索されることとなる。図５に示すように、ヒストグラムＨは隣接する長方形のピクセル数の累積を可能にする。Ｇ軸の右側から始まって当該画像のため評価されるｐ・ｚ個のピクセル数に到達するまでのピクセル数の累積であり、最も高いグレーレベル値を有するｐ・ｚ個のピクセルを選択しながらである。当該画像はすなわち、ｚ個のゾーンにそれぞれｐ個のピクセルのある画像であり、最も高いグレーレベルを有するｐ・ｚ個のピクセルはすなわち、Ｇ軸の右端の長方形が示すピクセル数である。ヒストグラムＨは、グレーレベルＧ_Ｈの判断を可能にし、ｐ・ｚ個のピクセルを得る。

第３測定手段４３はＴ_１で表される閾値手段を有する。第１強度閾値Ｔ_１がその後画像ＩＺ１に適用される。閾値Ｔ_１は事前に決められたグレーレベルＧ_Ｈと等しいものが選択される。閾値手段は、画像ＩＺ１で、少なくともＧ_Ｈに等しいグレーレベルを有する当該ｐ・ｚ個のピクセルを選択できる。ピクセルの強度及び座標が既知である新しい画像が形成され、その後、点画像ＩＺ２が形成される。

ラベル手段と呼ばれる第４測定手段４４は、画像ＩＺ２用に既に選択されたピクセルの接続性分析を行う。同一の定時暗部Ｚに関係するピクセルを結合するためである。ラベル手段４４は被ラベル定時暗部の数を新しい画像ＩＺ３に提供する。

第５測定手段４５は第２閾値手段Ｔ_２を有する。この第２閾値手段Ｔ_２は、例えば被ラベルゾーンの画像ＩＺ３のピクセル強度に適用され、また、最適な被ラベルゾーンを選択するため、当該被ラベルゾーンの直径にも適用される。例えば、Ｔ_２は所与の強度と所与の直径との積に等しい。最も高い強度とマーカー構成のために最適な形態とを有する残余の定時暗部Ｚの数を選択するためであり、このようにしてマーカー画像ＩＺ４を得る。

第６測定手段４６はＣＴで表される表を使用する。選択された定時暗部の起こり得る結合Ｃ１、Ｃ２、…からなるこの表ＣＴは、マーカー間の予備的に既知である距離ＩＭに基づいて構成される。すなわち、例えば２０％の不確実性を伴う。表ＣＴは起こり得るマーカー結合Ｃ１、Ｃ２、…の画像ＩＣを与える。

図４ａを参照し、起こり得るマーカー結合の画像ＩＣに基づき、ローカライザ検知副手段３０はさらに結合抽出副手段５０を有し、結合抽出副手段５０は最適なマーカー結合を以下の判定基準に基づいて抽出する。

距離による判定基準：最適結合のマーカー間距離は、所与の不確実性を伴う予備的に既知である距離ＩＭに極めて近似していなければならない。

強度による判定基準：最適結合の強度は他の結合の強度より大きいものでなければならない。所与の結合の強度はフィルターＦ_０で得られる被強調平均強度として決定されてもよい。

類似度による判定基準：最適結合のマーカーは非常に類似した構造でなければならない。起こりうる結合のマーカー類似度が判断され、ｐ個のピクセルの定時暗部Ｚが一旦決定されると、それらの図心が計算される。ＲＯＩで表される関心領域の小領域がそれぞれの図心の周りに規定され、図６ｂの白い正方形で表される。それぞれの起こりうる結合の相関関係が対応するＲＯＩ間で計算される。強い相関は、強い相関を持つ２つのＲＯＩがマーカー結合のマーカーに相当することを示す指標となる。

連続的トラックによる判定基準：結合のマーカーはモノレールにより運搬され、ガイドワイヤにより導かれる。ガイドワイヤは多かれ少なかれ目で捉えることができる。しかし、それはリッジフィルターで強調されてもよい。そのため、起こり得る結合のマーカーが、それらを結ぶリッジに対応するトラック上に位置付けられると、これは、連続的トラックの先端に位置する２つのゾーンがマーカーの結合に相当するという別の指標を構成する。そのような連続的トラックは、２つのゾーンを結ぶ経路に沿った平均リッジを評価することで限定されてもよい。平均リッジ測定は線分形状又は放物線形状にできるだけ近い形状を持つトラックを与えなければならない。

マーカーの結合を結ぶ連続的トラックの検知は高速マーチング技術を利用して行われてもよい。この技術は当業者によく知られ、まず、マーカーの結合の近傍ピクセルにコストの属性を与える。当該コストは例えば上述の計算されたリッジに反比例とする。当該技術はまた、当該近傍ピクセルで作られるグラフ中の全体コストを最小化する両マーカー間の経路を形成する。以下、当該連続的トラックをマーカー間ラインＩＭＬと呼ぶこととする。ガイドワイヤは動脈の大部分に存在し、結果としてマーカー間ラインはマーカーを越えて検知され得る点に留意すべきである。

動きによる判定基準：冠状動脈中のマーカーは心拍との関係で迅速に動いている。背景につきものである定時暗部の誤報は、患者の呼吸と共によりゆっくりと動いている。これら起こり得る誤報を消滅させるために、２つの連続するシーケンス画像間に時間差が形成される。この差は時間コントラストの測定を可能とする。時間コントラストの測定は重要な時間コントラストを示す定時暗部の検知を可能とする。この測定はまた、起こり得るマーカー結合を示す指標ともなる。誤報はよりかすかな時間コントラストしか有さないからである。

説明されたすべての判定基準は、ファジー理論技術を使い結合され合成測定値を得る。合成測定値が高いほど、マーカー結合の存在可能性が高まる。最も高い合成測定値により最適な結合マーカーをマーカー抽出手段１で得られる結合の画像ＩＣから選択することができる。図４ａにおいて（Ｌ_１、Ｌ_２）で表される当該マーカーの座標及びマーカー間ラインＩＭＬを形成するピクセルの座標が出力となる。

図６ａはカテーテル、ガイドワイヤ、バルーンマーカー（２つの小さな暗点）を伴うバルーン及び他の器官の背景上にある動脈を表す医療処置の原画像である。関心対象（バルーン及び動脈）の可視化は非常に困難を伴う。バルーンマーカーでさえほとんど見ることができない。図６ｂは白く範囲を区切られたゾーンを伴う原画像であり、定時暗部の判定に用いられる。図６ｃは、関心対象が強調され、背景がフィルタリングされたものである。

診療中の臨床医の快適性向上のため、ローカライザは画像シーケンスの可視化中、画像フレームに対し一時的に登録されてもよい。登録は現画像の対応するローカライザと画像シーケンス中の参照画像とを一致させることによる。ローカライザ登録は、ローカライザに対して実質的に不動である関心対象を更に登録することもできる。従って、関心対象は図６ｃに示すように、当該関心対象を画像フレーム外に出すことなくズームインすることもできる。さらに、シーケンス画像の更なる画質向上のため、時間フィルター手段を本発明の手段と共に組み合わせて利用してもよい。

当該画像Ｉ_０、当該マーカー座標（Ｌ_１、Ｌ_２）及び当該マーカー間ラインＩＭＬは図３に示す境界検知副手段６０で処理される。当該境界検知副手段６０は、ローカライザの位置（Ｌ_１、Ｌ_２）の情報から関心対象の境界を生成することを狙いとする。本発明の好適な実施例において、これは例えば、動的輪郭技術（スネークとも呼ばれる）により実現される。この技術は、当業者によく知られ、第一に初期の輪郭を規定し、第二に当該初期の輪郭を内部及び外部からの影響を受けて発展させることから成る。この目的のため、当該境界検知副手段６０は図３に示すように初期化副手段６１及び動的輪郭副手段６２を有する。

図７ａに示すように、当該初期化副手段６１はマーカー位置（Ｌ_１、Ｌ_２）を楕円形初期輪郭ＥＩＣ生成に利用してもよい。楕円形初期輪郭ＥＩＣは、マーカー間距離ＩＭＤと呼ばれるマーカーＬ１とＬ２との間の距離に等しい長軸ＭＡと、当該マーカー間距離ＩＭＤのある比率に等しい短軸ｍＡとにより規定される。

動脈がカーブしている場合には、マーカー間ラインを中央軸として有するゴムバンドＲＢの輪郭ＲＩＣを初期輪郭とすることが（図７ｂに示すように）より現実的である。当該初期輪郭ＥＩＣ及びＲＩＣはその後、図８ａに示す当該動的輪郭副手段６２により変形される動的輪郭ＡＣの開始位置として利用される。動的輪郭ＡＣの力は運動の法則により与えられる。当該動的輪郭ＡＣの変形は２タイプの力の意味を含み、これら力は法線上の動的輪郭ＡＣの各点で当該輪郭に適用される。

外力

は、輪郭を関心対象の境界に付けるよう動的輪郭ＡＣを律する。それらは例えば、上述の計算されたステント境界のリッジに関するものである。当該外力

の強さは、法線

上で所与の点Ｐの動的輪郭ＡＣにぶつかる最も高いリッジにより判断され、正則化力を表す内力

は、動的輪郭ＡＣを滑らかに律する。それらはたいてい曲率制限に基づいている。

マーカー間ラインＩＭＬは、ガイドワイヤのコントラストのための無視できないリッジを有する点に留意すべきである。当該リッジは、動的輪郭が当該マーカー間ラインＩＭＬに引き寄せられるのを防止するためには消去すべきである寄生性の外力を生じる場合がある。この消去は、当該マーカー間ラインの位置が既知であるため容易に行われる。

当該外力及び内力が互いにバランスを取り合った状態で、当該動的輪郭ＡＣは最終位置に留まり、当該最終位置が図８ｂに示す関心対象の境界位置ＢＬである。

本発明の第２実施例では、観察システムは（図９に示すように）また、強調手段７０を有し、強調手段７０は当該境界位置ＢＬを利用する当該境界を強調し、被強調画像シーケンスＥＩＳを供給する。当該境界位置ＢＬは既知であるため、関心対象の境界は容易に強調される。当該境界はグレーレベル値を持つ点群で形成される。当該強調手段７０は単に境界をより見やすくするため当該グレーレベル値を強調する。従って、際立った強調が得られるが、本題は強調を調整し、強調した画像シーケンスＥＩＳを施術者の許容範囲内のものに維持することである。

本発明の第３実施例では、観察システムは（図９に示すように）また、測定手段７１を有し、測定手段７１は、当該境界位置ＢＬを利用する当該関心対象の特性ＣＭを測定する。ステントや動脈のようなチューブ状オブジェクトの関心を引く特性の測定とは、当該オブジェクトの長さに沿ったいくつかの位置で測定される当該オブジェクト幅の集合である。オブジェクト幅の集合は例えば、ステントの場合の当該マーカー間ラインＩＭＬに沿ったもの、又は、狭窄の場合のそのチップに沿ったものである。当該幅の変動は、狭窄が適切に減少したかどうか、又は、ステントが適切に拡張したかどうかを示してもよい。

本発明は幅測定に限定されるものでない点に留意すべきである。ステント又は動脈境界の認識はまた、例えば、動脈の隣接領域の平均コントラストを異なる時期に測定することで、狭窄領域を流れる造影剤の評価を得ることができる。

本発明の第４の実施例では、観察システムは（図９に示すように）また、３Ｄ表示手段７２を有し、３Ｄ表示手段７２は、境界位置ＢＬを利用する当該関心対象の三次元（又は３Ｄ）表示３ＤＲを実現させる。動脈やステントのようなチューブ状関心対象のそのような３Ｄ表示は２視点（Ｉ_０、Ｉ_０’）から容易に得ることができ、３Ｄ表示は好適には当該チューブ状オブジェクトの直交図である。血管造影法の分野における課題ではないが、Ｘ線Ｃアーム医療検査装置がチューブ状オブジェクトの軸に垂直な方向で互いに垂直な２視点を有してもよい。また、患者は医療検査装置の中心に配置されるので極わずかな歪曲が生じる点にも留意すべきである。

それぞれの画像シーケンスで検知されたローカライザ（Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_１’、Ｌ_２’）は適合され、関心対象のすべての境界点群が３Ｄに配置される３Ｄ参照を規定する。それにより、関心対象の３Ｄ測定及び３Ｄ可視化を実現することが可能となる。特に、関心対象の形態が既知であるか、又は３Ｄモデルが利用可能な場合、当該モデルを境界点及びオブジェクト特性に適合させ、関心対象の現実的な３Ｄ観察を実現することが可能となる。血管造影法の分野では、円形又は楕円形の断面を有する円筒形のような３Ｄモデルがステント又は動脈の３Ｄ表現として（図１０に示すように）利用されてもよい。当該３Ｄ表現は例えば、ステント留置術又はステントベンディングに関する情報を提供してもよい。

参照画像シーケンスはまた、ペリインターベンショナル画像とも呼ばれ、たいてい診療前に造影剤注入により取得され動脈を可視化する。従って、当該参照画像シーケンスは、動脈境界のような特徴を有し、施術者がステント留置処置を開始する前に狭窄の位置決め及び評価をするのに役立つ。ステント留置処置中、造影剤は一般的には注入されないので、動脈及び狭窄の境界は、本発明に従う観察システムによるリアルタイムの画像シーケンスＩＳでも被強調画像シーケンスＥＩＳでもたいてい見ることができない。可視化の明確性を向上させる方法には、ステント留置処置中、施術者に参照画像シーケンスが持つ特徴を提供するという方法がある。

本発明の第５の実施例では、観察手段はそれゆえに局所登録手段８０を有する。局所登録手段８０は、当該参照画像シーケンス又はその一部を当該被強調画像シーケンスＥＩＳに対比して登録する。新しく被強調画像シーケンスを形成するためであり、当該参照画像シーケンス及び当該被強調画像シーケンスは結合される。

強調手段７０により出力された被強調画像シーケンスＥＩＳは、いわゆる実況中継のシーケンスであり、以下ＥＩＳ（ｔ）で表される。参照画像のシーケンスＲＩＳ（ｎ）は記憶されたシーケンスでありｎ個の画像を有する。図１１を参照すると、両シーケンスは局所登録手段８０に入力される。参照画像ＲＩＳ（ｎ_０）は例えばブロックマッチング技術を用いて登録される。当該参照画像ＲＩのグレーレベル値は、対応する被強調画像ＥＩ（ｔ_０）のグレーレベル値に例えばα混合技術を用いて結合される。ｎ_０とｔ_０との間の対応は、呼吸及び心臓の動きの補正を介して評価され得る。新しい被強調画像ＮＥＩ（ｔ_０）が出力され、参照画像ＲＩ（ｎ_０）の動脈境界のような特徴が被強調画像ＥＩ（ｔ_０）を介して見ることができる。

被強調画像シーケンスＥＩＳ（ｔ）は新しい参照画像シーケンスＮＲＩＳ（ｎ）を（図１１に示すように）供給するばかりでなく、参照画像シーケンスＲＩＳ（ｎ）に関して登録される点に留意すべきである。当該新しい参照画像シーケンスで、被強調画像ＥＩ（ｔ_０）のステント境界のような強調された特徴は、対応する参照画像ＲＩ（ｎ_０）を介して可視化される。

図１２は、本発明に従った観察システム１５０の実施例の基本要素を示す。当該システムは医療検査装置に統合されている。図１２に概略的に示されるように、当該医療検査装置は取得手段１５１を有し、取得手段１５１は画像シーケンスＩＳを取得する。当該画像シーケンスＩＳは上述の検知手段を有する処理装置１５３により処理される。画像観察システム１５０は一般的に診察室又は診察室付近でリアルタイム画像を処理するために利用される。例えば医学的パラメータを評価するため本方法のステップが、記憶された医療画像に適用されると、記憶された画像データを処理するシステムは画像観察ステーションと呼ばれ得る。医療検査装置は、コネクション１５７を介して画像データＩＳを処理装置１５３に供給する。当該処理装置１５３は処理した画像データを表示及び／又は記憶手段に供給する。表示手段１５４はスクリーンであってもよい。記憶手段は処理装置１５３のメモリＭＥＭであってもよい。当該記憶手段は別に外部記憶手段であってもよい。この処理装置１５３は適切にプログラムされたコンピュータ又は特定目的用プロセッサを有していてもよい。特定目的用プロセッサは、ＬＵＴｓ、メモリ、フィルター、論理演算子のような、本発明に従った方法ステップの機能を実現するよう配置された回路手段を有するものである。画像観察システム１５０はまた、キーボード１５５及びマウス１５６を有していてもよい。マウスクリックにより起動するようアイコンがスクリーン上に提供されてもよく、ユーザーがシステムの制御手段を開始し、期間中制御し、又停止できる制御手段１５８を構成するよう特定のプッシュボタンがシステム上に備えられてもよい。

本発明は二次元画像シーケンスに限定されることはない。既に上記記載により説明したように、同時刻ｔの人体の関心領域のいくつかの図を有する血管造影データを、Ｘ線Ｃアーム検査装置により取得してもよい。説明された処理ステップを、時刻ｔで生成されたそれぞれの図に適用してもよい。

本発明は、初期データ生成用に利用される医療画像技術に限らず適用可能である。既に説明した特定実施例における処理ステップの実行順には様々な変更がなされ得る。医療画像データに適用される既に説明した処理ステップは有利に、様々な他の既知処理／可視化技術に組み合わされる。

図及び既に記載のそれらの説明は本発明を限定するものでなくむしろ例証するためのものである。添付の特許請求の範囲に属する数多くの代替例があることも明らかである。この点において、次の結びの記述がなされる。ハードウェア、ソフトウェア、又は双方のアイテムによる機能の実現には数多くの方法がある。この点において、図は非常に概略的でそれぞれが単にひとつの実現可能な本発明の実施例を表しているに過ぎない。従って、図は異なる機能を異なるブロックに示しているが、これは決して単一のハードウェア又はソフトウェアアイテムがいくつかの機能を実現するのを排除するものではなく、ハードウェア、ソフトウェア又はその双方のアイテムの集合体が単一の機能を実現するのを排除するものでもない。

請求項中の如何なる参照記号も請求の範囲を限定するように解釈されるものではない。動詞“有する”の使用及びその結合は請求項に記載された以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素又はステップに先行する冠詞“ひとつの”等の使用はそのような要素又はステップが複数存在することを排除するものではない。

血管形成術の２つのステップである狭窄位置でのバルーン拡張中及びステント留置中を示す図である。 血管形成術の２つのステップである狭窄位置でのバルーン拡張中及びステント留置中を示す図である。 血管形成術の２つのステップである狭窄位置でのバルーン拡張中及びステント留置中を示す図である。 血管形成術の２つのステップである狭窄位置でのバルーン拡張中及びステント留置中を示す図である。 本発明に従った検知手段の機能ブロック図である。 本発明に従ったローカライザ検知副手段の機能ブロック図である。 本発明に従ったバルーンマーカーを抽出する円形フィルターの図である。 本発明に従ったマーカー抽出副手段の機能ブロック図である。 原血管造影画像を示す図である。 検知されたマーカーの２つのゾーンを示す図である。 背景にフィルターを適用した被強調関心対象を示す図である。 本発明に従った動的輪郭の起こり得る初期状態を示す図である。 本発明に従った動的輪郭の起こり得る初期状態を示す図である。 関心対象の境界に適合させるため如何に動的輪郭を拡張するかを示す図である。 関心対象の境界に適合させるため如何に動的輪郭を拡張するかを示す図である。 関心対象の境界を検知する３つの実現可能な適用であるオブジェクト強調、関心対象の特性測定、及び関心対象の３Ｄ表示を示す図である。 ステント又は動脈のようなチューブ状関心対象の３Ｄ表示を構築するための単純な３Ｄモデルを示す図である。 本発明に従った強調手段により生成される被強調画像シーケンス及び参照画像シーケンスを結合する局所登録手段を示す図である。 本発明のシステムを利用する医療検査装置の機能ブロック図である。

Claims (14)

1. 画像シーケンスを取得する取得手段と、
   前記画像シーケンス内の関心対象を検知する検知手段と、
   前記画像シーケンスを表示する観察手段と、を有し、
   前記検知手段は、
   前記関心対象に関するローカライザの位置を検知するローカライザ検知副手段；及び
   前記ローカライザの位置を利用して、前記関心対象に関する境界位置を検知する境界検知副手段；を有する
   ことを特徴とする観察システム。
2. 前記境界検知副手段が、
   前記関心対象の予備的知識から前記ローカライザを含む前記境界の初期輪郭を構築する初期化副手段と、
   前記関心対象に関する力の影響の下、前記画像シーケンス内で前記初期輪郭を移動させる動的輪郭副手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の観察システム。
3. 前記境界位置を利用して前記境界を強調し、被強調画像シーケンスを供給する強調手段を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の観察システム。
4. 前記境界位置を利用して前記関心対象の特性を測定する測定手段を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の観察システム。
5. 前記特性が前記関心対象の長さ方向に沿った当該関心対象の幅であることを特徴とする請求項４に記載の観察システム。
6. 前記取得手段が前記関心対象の少なくともふたつの図を取得でき、
   前記観察システムはさらに、前記境界位置と前記少なくともふたつの図とから前記関心対象の３Ｄ表示を供給する３Ｄ表示手段を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の観察システム。
7. 前記関心対象がチューブ形状を有する場合に、前記３Ｄ表示手段が円筒形モデルを使用することを特徴とする請求項６に記載の観察システム。
8. 前記関心対象が狭窄又はステントであり、前記ローカライザがチップ又はバルーンマーカーであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の観察システム。
9. 前記観察手段はまた、
   新しい被強調画像シーケンスを形成するため前記被強調画像シーケンスに関して参照画像シーケンスを登録する局所登録手段を有し、
   前記被強調画像シーケンスと前記参照画像シーケンスとが結合されることを特徴とする請求項３に記載の観察システム。
10. 前記観察手段はまた、
    新しい参照画像シーケンスを形成するため参照画像シーケンスに関して前記被強調画像シーケンスを登録する局所登録手段を有し、
    前記被強調画像シーケンスと前記参照画像シーケンスとが結合されることを特徴とする請求項３に記載の観察システム。
11. 画像シーケンス内の関心対象を検知する検知ステップを有する方法であって、
    前記検知ステップは、
    前記関心対象に関するローカライザ位置を検知するローカライザ検知副ステップと、
    前記ローカライザ位置を利用して、前記関心対象に関する境界位置を検知する境界検知副ステップと、
    を有することを特徴とする方法。
12. 画像シーケンス内の関心対象を検知する検知手段を有する装置であって、
    前記検知手段は、前記関心対象に関するローカライザ位置を検知するローカライザ検知副手段と、
    前記ローカライザ位置を利用して、前記関心対象に関する境界位置を検知する境界検知副手段と、
    を有することを特徴とする装置。
13. コンピュータプログラムであって、
    当該コンピュータプログラムがプロセッサにより実行される場合、請求項１１に記載の方法を実行する命令セットを有するコンピュータプログラム。
14. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の観察システムを有する医療検査画像装置。

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