JP2006509541A - 断層撮像方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、断層撮像方法に関連し、特に、患者の体の一部の診断スライス画像の反復的な再生のためのＣＴ又はＭＲ方法に関連する。幾何学的変換が決定されるのを可能とするため、この場合はまず体の部分の以前の参照スライス画像と一致させられる体の一部の現在の参照スライス画像が作成される。現在撮像パラメータは、次に、以前の撮像パラメータを以前に決定された幾何学的変換によって変換することにより計算される。より高い精度を達成するとともに短い画像作成時間を達成するために、画像は少なくとも２つの現在の参照スライス画像が作成され、それらの画像平面は、３次元でのそれらの夫々の位置及び向きが以前の参照スライス画像の３次元での相対的な位置及び向きに一致するよう予め設定され、幾何学的変換は、全ての現在の参照スライス画像が対応する以前の参照スライス画像に同時に一致するように決定される。

Description

本発明は、患者の体の部分の診断スライス画像を反復的に生成する特にＣＴ又はＭＲ方法である断層撮像方法であって、
ａ）体の部分の現在の参照スライス画像を作成する段階と、
ｂ）現在の参照スライス画像が体の部分の以前の参照スライス画像と一致されるのに用いられる幾何学的変換を決定する段階と、
ｃ）段階ｂ）において決定された幾何学的変換により以前の撮像パラメータを変換することにより現在の撮像パラメータを計算する段階と、
ｄ）現在の診断スライス画像を作成し、診断スライス画像の画像平面の３次元での位置及び向きは段階ｃ）において計算された現在の撮像パラメータによって決定される段階とを有する、方法に関連する。

本発明はまた、コンピュータプログラム、及び、方法を実行する画像作成手段を有する断層撮像ユニットに関連する。

断層撮像方法、並びに、特にＣＴ及びＭＲ方法は、近年の医療診断のパワフルな武器となっている。

例えば進行する腫瘍状態といった病状の発見がかなり長い時間期間に亘って検査されることを可能とするために、患者の体の一部の診断用撮像画像が異なったときに反復的に行われることが必要である。検査の様々な撮像方法の様々なコントラスト特徴により、異なったモダリティで作成される検査のための対象のスライス画像から診断上の利点も引き出される。

診断スライス画像が反復的処理で作成されるとき、異なった時間に異なったモダリティを用いて作成されたスライス画像の、検査されている患者の部分に対する３次元の位置及び向きは、例えば、状態の進行が正確に観察されうるよう、できるだけ厳密に一致すべきである。このために、体の部分の参照スライス画像は、通常は、実際の診断撮像画像が作成される前に作成される。幾何学的変換を計算することにより、作成される新しい現在の参照スライス画像が、以前の参照スライス画像と合同となるようにされることが可能である。このために必要な方法は、異なった時間に作成される参照スライス画像に対する画像データの組が一致するようにされる、最適化の方法である。計算される幾何学的変換から、現在の撮像パラメータを計算する基礎となる変換パラメータが得られる。診断スライス画像に対しては、現在撮像データは、診断スライス画像の画像平面が反復可能に設定されるのを可能とするのに用いられる（例えば、非特許文献１及び２を参照）。
ジェイ・エム・フィッツパトリック（J.M.Fitzpatrick）, ディー・エル・ヒル（D.L. Hill）及びシー・アール・モーラー・ジュニア（C.R.Maurer Jr）著、"Chapter 8: Image Registration"、"Handbook of Medical Imaging, Volume2; Medical Image Processing and Analysis"（M. Sonka及びJ.M.Fitzpatrick編）、第４４７乃至５１３頁、ＳＰＩＥ出版、米国ワシントン州ベリンガム、２０００年 ジェイ・ビー・マインツ（J.B.Maintz）及びエム・エイ・ヴィエルゲヴァー（M.A. Viergever）著、"A Survey of Medical Image Registration"、Medical Image Analysis, 第２巻（１）、第１乃至３６頁、１９９８年

公知の方法では、撮像パラメータの計算で得られる精度はしばしば十分に高くないという不利点がある。この特定の理由は、幾何学的変換を決定する精度は、参照スライス画像の平面の所定の設定に非常に依存しており、なぜならば予め設定される画像平面上の画像の解像度は、それに対して垂直な方向よりもかなり大きいからである。参照スライス画像を作成するのに必要な時間のため、参照スライス画像の作成の一部として、捕捉されるべき画像データが全ての３つの次元で適切な解像度を有することは可能ではなく、これは不利点である。このために必要なことは、実際上は可能ではない、高解像度の体積撮像である。

上述のことを出発点として、本発明は、診断スライス画像の作成に必要な撮像パラメータの正確な計算を可能とし、参照スライス画像の作成に最小限の画像作成時間のみでうまく行われる改善された断層撮像方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的は、冒頭の段落に記載の種類の断層撮像方法であって、段階ａ）において、少なくとも２つの現在の参照スライス画像が作成され、これらの画像平面は、これらの３次元での相対的な位置及び向きが以前の参照スライス画像の３次元での相対的な位置及び向きと一致するよう予め設定され、段階ｂ）において幾何学的変換は、それにより、全ての現在の参照スライス画像が対応する以前の参照スライス画像と同時に一致するようにされるよう、決定されることを特徴とする方法によって達成される。

本発明が基礎とする事実は、撮像パラメータを計算するために、画像平面の３次元の相対的な位置及び向きが固定の値に予め設定され常に同じである複数の現在及び以前の参照スライス画像からの画像データの組が、単一の幾何学的変換により同時に一致させられれば有利である。画像平面が、可能であれば幾何学的変換を決定するよう異なった向きとされている複数の参照スライス画像を有する組を用いることにより、この場合は空間中の異なった方向で実際に利用可能である解像度が高められるが、参照スライス画像を作成するためにいかなる時間のかかる高解像度体積撮像も行われる必要がない。全体として、従来技術で知られている方法と比較して参照スライス画像によって覆われる視野（ＦＯＶ）が本発明により増加し、これは精度に関して有利な効果があり、特に、検査されるべき身体の部分の回転及び平行移動が検出されるときは明確さに関して有利な効果がある。本発明によれば、比較的低い個々の解像度を有する複数の参照スライス画像は、短時間で作成されうる。本発明により、空間の１つの方向の参照スライス画像中の低解像度は、空間中の同じ方向の他の参照スライス画像中の相当するより高い解像度について補正されることが達成される。

本発明によれば、幾何学的変換は、段階ｂ）において、以前の参照スライス画像中の対応する参照点と一致するよう現在の参照スライス画像中の参照点を識別することによって決定されることを特徴とする。一致する参照点を見つけることにより、中心に参照点が夫々配置される画像の領域が定義される。幾何学的変換は、以前の参照スライス画像中の参照点の座標を現在参照スライス画像中で識別される参照点へ変換した結果である。本発明の方法のこの変形では、他へ変換されるべき参照点は、例えばユーザによって手動で識別されてもよく、ユーザはこれを、適当な出力ユニット上にそのために表示されている以前の及び現在の参照スライス画像を互いに比較し、この間に、参照スライス画像中の適切な点を双方向に選択することによって行なう。

本発明の方法によれば、段階ｂ）において決定される幾何学的変換は、一組の変換パラメータによって定義されるリジッド又はアフィン変換である。アフィン変換の特別な場合であるリジッド変換は、回る動き及び変位、即ち回転及び平行移動を定義し、一方でアフィン変換は、点から点へ、直線から直線へ、平面から平面へ写像し、この場合、平行性及び相対的な長さが保たれる。従って、リジッド変換では、例えば、撮像スライス画像の作成が繰り返されると、検査されている患者の頭の位置のシフトを感知することが可能である。

幾何学的変換を決定するための上述の手動手順の代わりの又はそれに加えた本発明による方法の変形例では、一組の変換パラメータは、適切なアルゴリズムにより、現在の参照スライス画像の対応する以前のものに対する類似性を表わす類似性尺度を最適化することによって自動的に決定される。参照スライス画像が一致するのに用いられる変換パラメータの組が自動的に決定されるのを可能とするよう、幾何学的に変換された現在の参照スライス画像の対応する以前の参照スライス画像に対する類似性を定量化できるようにすることが必要である。このために適していることは、例えば、画像点のグレー値の差の平方和（ＳＳＤ−差の平方和）又は情報理論で用いられる類似性の測度（例えば、ＭＩ−相互情報）といったものである。考えられる最適化アルゴリズムは、例えば、Gauss Newton又はDownhill Simplexアルゴリズムといった従来のアルゴリズムである。

頭−足方向、前−後方向、及び右−左方向の夫々の複数の平行な参照スライス画像は望ましくは段階ａ）において形成され、解像度は、画像平面内ではそれに対して垂直なものよりも高いよう選択される。従って、本発明によれば、頭−足方向の体解像度は、例えば、上述した他の方向の高い解像度について補償されうる。このようにして、参照スライス画像を作成するために比較的短い撮像時間のみが必要であることが有利である。

請求項５に記載のコンピュータプログラムは、例えば断層撮像ユニットに接続されたコンピュータ上で、本発明による方法を実行するのに適している。このために必要なソフトウエアは、フレキシブルディスク又はＣＤ−ＲＯＭといった適切なデータ担体上に、又はダウンロードのためにデータネットワーク（インターネット）を介して、断層撮像ユニットにユーザにとって利用可能とされうる。

本発明による方法を実行する断層撮像ユニットは、請求項６に記載のものであり、診断スライス画像の作成が上述の方法によって行われるソフトウエアに関してコンピュータが設定される。

本発明の上述の及び他の面については、以下説明する実施例を参照して明らかとなろう。

本発明の上述の及び他の面は、以下説明する実施例を参照して明らかとなろう。図１は、患者の体の一部の現在の参照スライス画像１の作成を示す図であり、画像は、特に、ＭＲ又はＣＴ撮像方法によって生成される。幾何学的変換２が決定されるのを可能とするよう、以前の参照スライス画像３は、現在の参照スライス画像１と一致するようにされる。幾何学的変換２の変換パラメータの組４から、現在の撮像パラメータ５が計算され、これらは診断スライス画像６の画像平面の位置及び向きを設定するのに使用される。

このようにして、様々な時間又は様々なモダリティで作成される診断スライス画像の、検査されている体の部分に対する３次元での位置及び向きは、できる限り一致するようにされることが確実とされる。

本発明によれば、少なくとも２つの現在の参照スライス画像１，１’が作成される。参照スライス画像１及び１’の矢印７で示される相対的な位置及び向きは、この場合は、対応する以前の参照スライス画像３、３’の相対的な値及び向き８と一致する。本発明による方法の更なる段階では、幾何学的変換２は、現在の参照スライス画像１，１’のいずれもが同時に、対応する以前の参照スライス画像３、３’と一致するよう決定される。変換パラメータの組４は、この場合は、現在の参照スライス画像１及び１’のそれに対応する以前の参照スライス画像３及び３’の類似性を表わす類似性の尺度が、適切なアルゴリズムによって最適化するようにすることにより、自動的に決定される。現在の撮像パラメータ５は、これに基づいて計算される。

本発明による方法は、画像作成手段１０を有する断層撮像ユニット９によって行われる。画像作成手段１０は、参照スライス画像１，１’，３，３’及び診断スライス画像６を作成し、コンピュータ１１は、上述の方法により画像作成手段１０を動作させ、撮像パラメータ５を計算する、断層撮像ユニットに属する。

図２は、参照スライス画像を作成するために、断層撮像ユニットのユーザが、足−頭（ＦＨ）方向、前−後（ＡＰ）方法、及び、右−左（ＲＬ）方向が利用可能であり、３次元の位置及び向き１２，１３が異なり、その場合、複数の平行な参照スライス画像１４，１５，１６（いわゆるスタック）が上述の任意の方向に作成されうることを示す。

上述の方法により、参照スライス画像の現在の及び以前のスタックが現在の撮像パラメータを計算するのに使用されうる。

本発明による断層撮像法を示す図である。 本発明による断層撮像法の参照スライス画像を示す図である。

Claims (6)

1. 患者の体の部分の診断スライス画像を反復的に生成する特にＣＴ又はＭＲ方法である断層撮像方法であって、
   ａ）前記体の部分の現在の参照スライス画像を作成する段階と、
   ｂ）前記現在の参照スライス画像が前記体の部分の以前の参照スライス画像と一致されるのに用いられる幾何学的変換を決定する段階と、
   ｃ）前記段階ｂ）において決定された幾何学的変換により以前の撮像パラメータを変換することにより現在の撮像パラメータを計算する段階と、
   ｄ）現在の診断スライス画像を作成し、前記診断スライス画像の画像平面の３次元での位置及び向きは前記段階ｃ）において計算された現在の撮像パラメータによって決定される段階とを有する、方法であって、
   前記段階ａ）において、少なくとも２つの現在の参照スライス画像が作成され、これらの画像平面は、３次元での相対的な位置及び向きが前記以前の参照スライス画像の３次元での相対的な位置及び向きと一致するよう予め設定され、
   前記段階ｂ）において前記幾何学的変換は、それにより、全ての現在の参照スライス画像が対応する以前の参照スライス画像と同時に一致するようにされるよう、決定されることを特徴とする、方法。
2. 前記幾何学的変換は、前記段階ｂ）において、前記以前の参照スライス画像中の対応する参照点と一致するよう前記現在の参照スライス画像中の参照点を識別することによって決定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記段階ｂ）において決定される前記幾何学的変換は、一組の変換パラメータによって定義されるリジッド又はアフィン変換であり、前記一組の変換パラメータは、適切なアルゴリズムにより、前記現在の参照スライス画像の前記対応する以前のものに対する類似性を表わす類似性尺度を最適化することによって自動的に決定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 複数の平行な参照スライス画像は、前記段階ｂ）において、頭−足方向、前−後方向、及び右−左方向の夫々で形成され、解像度は、画像平面内ではそれに対して垂直なものよりも高いよう選択されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
5. 診断スライス画像の画像平面の３次元での位置及び向きを決定するのに用いられる撮像パラメータを、
   ａ）現在の参照スライス画像に対する現在の画像データ及び以前の参照スライス画像に対する以前の画像データを入力として受信すること、
   ｂ）前記現在の画像データを前記以前の画像データと一致させるのに用いられる幾何学的変換を決定すること、
   ｃ）前記段階ｂ）において決定された幾何学的変換により以前の撮像パラメータを変換することにより前記現在の撮像パラメータを計算すること、
   により自動的に決定する、請求項１記載の方法を実行するコンピュータプログラムであって、
   前記段階ａ）における前記入力は、夫々の場合に、少なくとも２つの現在及び以前の参照スライスデータに対する現在及び以前の画像データを含むこと、並びに、
   前記段階ｂ）において、前記幾何学的変換は、全ての前記現在の参照スライス画像に対する前記画像データを前記対応する以前の参照スライスデータに対する画像データと同時に一致させ、一組の変換パラメータは、適当な最適化アルゴリズムにより、現在画像データの対応する以前の画像データに対する類似性を表わす類似性の尺度を最大化することにより決定されることを特徴とする、コンピュータプログラム。
6. 診断スライス画像を作成する画像作成手段を有し、前記画像作成手段を操作し、このために前記診断スライス画像の画像平面の３次元における特定の位置及び向きを決定する撮像パラメータを計算する、コンピュータを有する、断層撮像ユニットであって、
   前記コンピュータは、ソフトウエアに関して、前記診断スライス画像の作成が請求項１記載の方法によって行われるようにされることを特徴とする、断層撮像ユニット。

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