JP2007501069A - 視覚化のための仮想的器官展開処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特特徴部位視覚化のための器官画像展開処理システム（１００）と方法（２００）に関している。前記システム（１００）は、プロセッサ（１０２）と、器官の走査データを受信するためにプロセッサと信号通信している結像アダプタ（１３０）と、走査データにモデルを適合化させるためにプロセッサと信号通信しているモデリングユニット（１７０）と、三次元モデル走査データを展開処理するためにプロセッサと信号通信している展開処理ユニット（１８０）を含み、これに対応している前記方法（２００）は、器官の外表面をセグメント化するステップと、器官の三次元モデルをパラメータ化するステップと、器官中心から三次元モデル表面への射線キャスティングステップと、前記射線キャスティングに対応して器官の三次元モデルを展開処理するステップを含んでいる。

Description

関連出願とのクロスレファレンス
本願は、２００３年８月４日に提出されたアメリカ合衆国仮出願番号６０／４９２３９４（Attorney Docket No.2003P11656US）で留保されている優先権を主張するものである。この仮出願の名称は “Heart Unfolding for Coronary Visualization”であり、参照として本願の開示内容にその全体が含まれるものである。

医療用のイメージスキャンニングデータは、典型的には例えば、種々のイメージング様相形式の複数のスライスデータの形態で得られるものである。これらのスライスデータは、積層されて三次元（３Ｄ）構築像を形成している。この三次元構築像は視覚化とセグメント化が施されなければならない。

現時点での医療用画像走査に対する取り組みにおいては、多くの研究者が心臓の冠状動脈分離のための多種多様なセグメント化技術の開発を進めてきている。この分野の研究は、冠状動脈疾患で苦しんでいる患者数の多さに発端をなしている。心臓冠状動脈は、そのサイズと心表面への近接度並びに血液の貯留等によってセグメント化が困難な典型の代表である。

そのために冠状部位を視覚化するための心臓部の展開処理が可能なシステムと方法が求められている。本発明の開示内容は、これらの問題とそれにまつわる諸問題に関わっている。

発明の概要
発明が解決しようとする課題
本発明による冠状部位視覚化のための心臓部展開処理方法及び装置はこのような従来技術における欠点ないしデメリットに取り組むものである。

課題を解決するための手段
具体的には本発明による、特徴部位視覚化のための器官画像展開処理システムは、プロセッサと、結像アダプタと、モデリングユニットと、展開処理ユニットを含み、前記結像アダプタは器官の走査データを受信するためにプロセッサと信号通信し、前記モデリングユニットは走査データにモデルを適合化させるためにプロセッサと信号通信し、前記展開処理ユニットは三次元（３Ｄ）モデル走査データを展開処理するためにプロセッサと信号通信している。

また本発明による、特徴部位視覚化のための器官画像展開処理方法は、器官の外表面をセグメント化するステップと、器官の三次元（３Ｄ）モデルをパラメータ化するステップと、器官中心から三次元（３Ｄ）モデル表面への射線キャスティングステップと、射線キャスティングに対応して器官の三次元（３Ｄ）モデルを展開処理するステップを含んでいる。

本発明のこれらの観点やそれ以外の観点、特徴、利点は、図面に示されている実施例の以下の説明から明らかにされる。

図面の説明
本発明による冠状動脈血管の視覚化のための心臓部展開処理方法及び装置は以下に説明する例示的な図面に関連して説明してゆく。これらの図面のうち、
図１には、本発明の実施例に関連する冠状動脈視覚化のための心臓部展開処理装置が示されており、
図２は、本発明の実施例に関連する冠状動脈視覚化のための心臓部展開処理に関するフローチャートであり、
図３は、本発明の実施例に関連する同種表面の容積体上の三次元ＭＩＰ組織を表した図であり、
図４は、本発明の実施例に関連する展開処理による視覚化表した図であり、
図５は、本発明の実施例に関連するＶＲＴ視覚化を表した図であり、
図６は、本発明の実施例に関連するＭＩＰ視覚化を表した図であり、
図７は、本発明の実施例に関連する三次元モデルの視覚化を表した図であり、
図８は、本発明の実施例に関連する他の三次元モデルの視覚化を表した図であり、
図９は、本発明の実施例に関連する更に別の三次元モデルの視覚化を表した図である。

実施例の詳細な説明
次に本発明の有利な実施例に関連して本発明による冠状動脈視覚化のための心臓部展開処理方法及びシステムを詳細に説明する。この方法はユーザーに対して心臓の冠状動脈と心臓表面上の血管の良好な視覚化を可能にさせるものである。

最近の十年間においては心臓の冠状動脈を分離させるセグメント化技術の多様性を広げる研究が進められてきた。この分野の研究は、冠状動脈疾患で苦しんでいる患者数の多さが発端となっている。心臓冠状動脈は、そのサイズと心臓表面に近いこと並びに血液貯留などのためにセグメント化が典型的に困難なものである。

セグメント化が難しいことと冠動脈が心臓表面に近いことから表面の展開処理の試みは、何らかの視覚化問題の克服にも通用し得る。

従ってこの技術は、心臓冠状動脈血管の視覚化にも少なからず貢献する。

本発明による方法には、心臓表面の“展開処理”と心臓表面の最大輝度投影像（ＭＩＰ；Maximum intensity projection）の作成が含まれる。その結果、抹消血管も含めた心臓表面の二次元マップが得られる。

図１には、本発明の実施例による捕捉時間モデリング（acquisition-time modeling）と自動化された後処理（automated post-processing）のためのシステム全体が参照番号１００で表されている。システム１００は少なくとも１つのプロセッサまたはＣＰＵ１０２を有し、システムバス１０４と信号通信する。読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０６，ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０８，ディスプレイアダプタ１１０，Ｉ／Ｏアダプタ１１２，ユーザインタフェースアダプタ１１４，通信アダプタ１２８，および結像アダプタ１３０もシステムバス１０４と信号通信する。ディスプレイユニット１１６はディスプレイアダプタ１１０を介してシステムバス１０４と信号通信する。ディスク記憶ユニット１１８，例えば磁気的または光学的ディスク記憶ユニットがＩ／Ｏアダプタ１１２を介してシステムバス１０４と信号通信する。マウス１２０，キーボード１２２，および視標追跡デバイス１２４はユーザインタフェースアダプタ１１４を介してシステムバス１０４と信号通信する。磁気共鳴画像デバイス１３２は結像アダプタ１３０を介してシステムバス１０４と信号通信する。

モデリングユニット１７０および展開処理ユニット（unfolding unit）１８０もシステム１００に含まれており、ＣＰＵ１０２およびシステムバス１０４と信号通信する。モデリングユニット１７０と展開処理ユニット１８０は少なくとも１つのプロセッサまたはＣＰＵ１０２と結合して示されているが、これらのコンポーネントは有利にはメモリ１０６，１０８および１１８の少なくとも１つに記憶されるコンピュータプログラムコードの形態で実現される。このコンピュータプログラムコードはＣＰＵ１０２により実行される。当該分野の当業者であれば理解できるように、例えばコンピュータプログラムコードの一部またはすべてをプロセッサチップ１０２に配置されたレジスタにて実現する代替的実施例も可能である。ここで開示される内容の教示からは、当該分野の当業者であれば本発明の趣旨と範囲内でモデリングユニット１７０および展開処理ユニット１８０並びに当該システム１００の他の構成要素において種々の代替的構成や実現が考察されるであろう。

図２には、本発明の実施例による冠動脈の視覚化のための捕捉的心臓部展開処理手法のフローチャート全体が参照番号２００で表されている。このフローチャート２００は、スタートブロック２１０を含んでおり、これは機能ブロック２１２に続けられる。機能ブロック２１２は、予備的心臓走査を開始させ、これは入力ブロック２１４に続けられる。入力ブロック２１４は、予備的心臓走査データを受信し、さらに機能ブロック２１６に続けられる。

機能ブロック２１６は、心臓の外表面をセグメント化し、さらに機能ブロック２１８に続けられる。この機能ブロック２１８は、心臓部をパラメータ化すべく固定の三次元モデルを用いて実行し、これは機能ブロック２２０に続けられる。機能ブロック２２０は、心臓の中心から三次元モデル表面までの射線キャスティングを実行し、これは機能ブロック２２２に続けられる。機能ブロック２２２は、三次元モデルを展開処理し、引き続き次の最終ブロック２２４において当該ステップが終了する。

図３には、同種容積体表面上の組織の三次元最大輝度投影像全体が参照番号３００で表されている。この三次元ＭＩＰ組織像３００は、心臓部展開処理のための視覚化を担っている。

図４には、心臓部の展開処理による視覚化処理全体が参照番号４００で表されている。この心臓表面の展開処理によって冠動脈の新たな視覚化がもたらされる。この展開処理による視覚化４００は、最大輝度投影像（ＭＩＰ）４１０（上方）と展開処理された心臓表面４２０（下方）の間の相関関係を表している。

図５には、コモンＶＲＴ視覚化処理全体が参照番号５００で表されている。この実施例では、展開処理すべき表面を確定するグラフカットアルゴリズムが中空の心臓部容積体を得るために用いられている。当該実施例のＶＲＴ視覚化処理５００は、三次元シンゴカード（Syngo card）によって陰影付けされている。

図６には、コモンＭＩＰ視覚化処理全体が参照番号６００で表されている。ここでの標準の最大輝度投影像において、冠動脈が高輝度の組織画像によって妨げられることが表されている。この実施例では、厚みのある表面の最大輝度投影法ＭＩＰによる視覚化６００が三次元シンゴカード（Syngo card）によって表されている。

図７では、新たな三次元モデルによる視覚化処理全体が参照符号７００で表されている。この新たな三次元モデル視覚化７００は、同種容積体上でマッピングされた三次元最大輝度投影組織像を表している。

図８には、別の新たな三次元モデル視覚化処理全体が参照符号８００で表されている。ここでの新たな三次元モデル視覚化８００では、心臓部８２０に対する楕円面８１０の適合化と、この楕円面８１０上への最大輝度投影組織像の投影処理と、三次元モデルの視覚化処理と、心臓部８２０に対する楕円面８１０（左方）若しくは球面８３０（右方）への適合化が表されている。

図９には、三次元モデルの視覚化が参照番号９００で表されている。この三次元モデル視覚化９００は、リアルデータに適用される心臓部展開処理方法の実施例の実際の結果が表されている。この結果からは、当該分野の当業者であるならば明らかなように、従来方式で得られるものよりも遙かに有意な医学的データが得られる。

この本発明による例示的な手法は、心臓の冠動脈並びに心臓表面の血管に対する改善された視覚化技法がもたらしている。この手法のベースとなっているのは、心臓部表面の“展開処理”と当該展開処理された表面の最大輝度投影像（ＭＩＰ像）の作成である。結果としての心臓部表面の二次元マップは、ハイコントラストな血管を含む。

本発明による心臓部表面の展開処理に用いられる例示的技法は、以下の４つのステップからなっている。すなわち、
１）心臓部外表面のセグメント化
２）固定三次元モデルによる心臓部のパラメータ化
３）心臓部中心から三次元モデル表面への射線キャスティング（ＭＩＰフィルタの適用可）
４）三次元モデルの展開処理。

心臓部外表面のセグメント化には、例えば周知のグラフカットアルゴリズムが用いられてもよい。このセグメント化の結果からは、容積体上の各ポイントからセグメント化された心臓表面までの間隔距離を評価するための距離マップが作成される。従って既知の三次元モデルは、心臓内方へ向けて適合化され、それによってモデル表面が心臓表面に適合化される。このステップの後では、心臓部中心から三次元モデル表面への射線キャスティングが実施される。それにより射線が心臓部を通過して伝播される間にプロファイルカーブが作成され、応答フィルタが血管の最終位置検出のために適用される。
この最終位置が検出されると、所定のアルゴリズムを介して三次元モデルの表面上に結果が表わされる。当該分野の当業者であれば明らかなように、三次元モデルの展開処理は、幅広い問題探求と種々異なるアルゴリズムの使用に貢献できる。

有利な実施例によれば、三次元モデルとして球体が用いられ、最大輝度投影（ＭＩＰ）手段としてプロファイルカーブフィルタが用いられる。つまり本発明によれば結果の品質になんらかの悪影響を与えることなく代替的な三次元モデルと射線フィルタが使用できる。

従って本発明の有利な実施例によれば、ユーザーにとって有意な特徴部位と関心領域の抽出を可能にさせる、冠動脈視覚化のための高性能な心臓部展開処理ツールが提供される。これらの有利な実施例によれば、医療適用分野での非常に実用的な補足時間のモデリングと自動化された後処理ツールを提供し得る。

ここに開示した本発明のこれらの特徴及び利点は、当業者であるならばここでの教示に基づく関連した形式で容易に確認することができる。さらに本発明の教示内容は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特殊用途プロセッサ、またはこれらの組み合わせの種々の形態で具現化できることを理解すべきである。

より有利には、本発明の技術思想は、種々の形式のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特定の目的のプロセッサ、又は、それらの組み合わせによって実行してもよいことが分かる。最も有利には、本発明の技術思想は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして実行される。しかも、ソフトウェアは、有利には、プログラムストレージユニット上で確実に実施されるアプリケーションプログラムとして実行される。アプリケーションプログラムは、何らかの適切なアーキテクチュアを含むマシンにアップロードされて、このマシンにより実行される。有利には、このマシンは、１つ以上の中央処理ユニット（”ＣＰＵ”）、ランダムアクセスメモリ（”ＲＡＭ”）、及び、入力／出力（”Ｉ／Ｏ”）インターフェースのようなハードウェアを有するコンピュータプラットフォーム上で実行される。コンピュータプラットフォームは、オペレーティングシステムとマイクロプロセッサインストラクションコードを含むとよい。種々異なるプロセッサとここで説明した機能部は、どちらも、マイクロプロセッサインストラクションコードの部分、又は、アプリケーションプログラムの部分、それらの何らかの組み合わせのどれかにするとよく、オペレーティングシステムを介して実行される。更に、種々異なる他の周辺ユニットを、化的なデータストレージユニット及びプリンティングユニットのようなコンピュータプラットフォームに接続してもよい。

添付の図面に示した構成システムのコンポーネントおよび方法ステップのいくつかはソフトウェアで実現できるため、システムコンポーネント（または処理ステップ）間の実際の接続は、本発明のプログラムの仕方に応じて変わり得ることを理解されたい。ここで示した本発明の教示があれば、当該技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の上に示したおよび類似の実現ないしは構成を考え出すことができる。

本明細書では添付した図面を参照して本発明の実施例を図解したが、本発明はこれらの詳細な実施例に限定されるものではなく、他の種々の変更及び改良が当業者により本発明の範囲又は意図から逸脱することなく行われうることが理解されなければならない。

本発明の実施例に関連する冠状動脈視覚化のための心臓部展開処理装置 本発明の実施例に関連する冠状動脈視覚化のための心臓部展開処理に関するフローチャート 本発明の実施例に関連する同種表面の容積体上の三次元ＭＩＰ組織を表した図 本発明の実施例に関連する展開処理による視覚化を表した図 本発明の実施例に関連するＶＲＴ視覚化を表した図 本発明の実施例に関連する最大輝度投影法ＭＩＰによる視覚化を表した図 本発明の実施例に関連する三次元モデルの視覚化を表した図 本発明の実施例に関連する他の三次元モデルの視覚化を表した図 本発明の実施例に関連する更に別の三次元モデルの視覚化を表した図

Claims (20)

1. 特徴部位視覚化のための器官画像展開処理方法において、
   器官の外表面をセグメント化するステップと、
   器官の三次元モデルをパラメータ化するステップと、
   器官中心から三次元モデル表面への射線キャスティングステップと、
   前記射線キャスティングに対応して器官の三次元モデルを展開処理するステップを含んでいることを特徴とする方法。
2. 前記器官は心臓である、請求項１記載の方法。
3. 前記特徴部位は、冠状動脈血管を含んでいる、請求項２記載の方法。
4. さらに受信された予備的器官走査データが含まれている、請求項１記載の方法。
5. 前記三次元モデルは、固定されている、請求項１記載の方法。
6. 前記三次元モデルは、球状、円筒状、楕円状の三次元形態グループから選択される、請求項１記載の方法。
7. 前記射線キャスティングステップは、最大強度投影フィルタの適用を含んでいる、請求項１記載の方法。
8. 特徴部位視覚化のための器官画像展開処理装置において、
   器官の走査データをセグメント化するためのセグメント化手段と、
   器官走査データに対して三次元モデルを適合化するためのモデル化手段と、
   器官中心から三次元モデル表面への射線キャスティングのための射線キャスティング手段と、
   三次元モデルの展開処理のために前記射線キャスティング手段に反応する展開処理手段が含まれていることを特徴とする装置。
9. 前記装置はさらに器官走査データの受信のための走査手段を含んでいる、請求項８記載の装置。
10. 前記装置はさらに器官走査データを表示するための表示手段を含んでいる、請求項８記載の装置。
11. 特徴部位視覚化のための器官画像展開処理システムにおいて、
    プロセッサと、
    結像アダプタと、
    モデリングユニットと、
    展開処理ユニットが含まれており、
    前記結像アダプタは、器官の走査データを受信するためにプロセッサと信号通信しており、
    前記モデリングユニットは、走査データにモデルを適合化させるためにプロセッサと信号通信しており、
    前記展開処理ユニットは、三次元モデル走査データを展開処理するためにプロセッサと信号通信していることを特徴とするシステム。
12. 前記プロセッサは、関心領域に関する三次元画像として、詳細な走査データを描画する、請求項１１記載のシステム。
13. 前記システムはさらに描画された三次元画像を表示するためにプロセッサと信号通信しているディスプレイアダプタを含んでいる、請求項１２記載のシステム。
14. 前記ディスプレイアダプタとユーザーインターフェースアダプタは、走査品質をチェックするために使用可能である、請求項１３記載のシステム。
15. 前記プロセッサは、モデルを変更し得る、請求項１１記載のシステム。
16. 特徴部位を視覚化する器官画像展開処理のためのプログラムステップを実行するために、機械によって実行可能な命令のプログラムを実体的に取り入れた、機械によって読み取り可能なプログラム記憶デバイスにおいて、
    前記プログラムステップが、
    器官の外表面をセグメント化するステップと、
    器官の三次元モデルをパラメータ化するステップと、
    器官中心から三次元モデル表面への射線キャスティングステップと、
    前記射線キャスティングに対応して器官の三次元モデルを展開処理するステップを含んでいることを特徴とするプログラム記憶デバイス。
17. 前記器官は心臓である、請求項１６記載のプログラム記憶デバイス。
18. 前記特徴部位は、冠状動脈血管を含んでいる、請求項１７記載のプログラム記憶デバイス。
19. 前記三次元モデルは、球状、円筒状、楕円状の三次元形態グループから選択されている、請求項１６記載のプログラム記憶デバイス。
20. 前記射線キャスティングステップは、最大強度投影フィルタの適用を含んでいる、請求項１６記載のプログラム記憶デバイス。

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