JP2007521867A - 動的変化特性による組織の自動セグメント化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

再構成処理器（２４）は、造影剤が対象領域（５０）に達する前に開始し、対象領域の造影剤の濃度が高くなり（５２）、造影剤のピーク（５６）に達するように、ＣＴスキャナ（１０）のような診断撮像装置から診断データを再構成する。造影剤の濃度が高くなる間に生成する複数の画像はアライメントされる（７８）。造影剤がピークに達する間に生成される、画像の対応する画素又はボクセルについての時間対ピーク（６４）又は変化率（６２）勾配を表す変化マップが生成される。セグメント化処理器（７０）は、造影剤を用いずに又は造影剤の濃度ピークで生成される診断画像のセグメント化でその変化マップを用いる。

Description

本発明は、診断撮像技術に関する。本発明は、異なる組織領域又は器官に造影剤で改善された診断画像のセグメント化に関連した特定のアプリケーションを適用され、本発明について、更に、それらを参照して説明する。

多くの診断撮像状況下で、診断は、複数の対象の組織間の境界、例えば、血液と血管壁との間の境界を決定するように試みる。しばしば、診断は、種々の組織を区別するように強度又は階調における差に依存する。このような差をもたらすように人間の目に依存するのではなく、種々のコンピュータパラメータが、診断画像の種々の組織を自動的にセグメント化又は区別化するために開発されてきている。

典型的には、強度又は階調により容易に区別されることのない組織、プラーク及び他の対象構造がある。このような区別を支援するための一技術は、特に、組織の１つが血液であるとき、造影剤の使用による。造影剤は、典型的には血液中に注入され、診断撮像技術に対する血液の応答性を変える薬剤である。ＣＴスキャナにおいては、造影剤は、造影剤を担持する血液を明るく見えるようにするように、血液より高いＸ線吸収性を有する。造影剤、それ故、血液が対象の組織に浸透する速度を観測することにより種々の組織により血液が吸収される速度を決定することがまた、できる。造影剤用いる場合と用いない場合の同じ画像を比較することにより、画像のセグメント化は容易になる。

造影剤の効果を最大化するように、造影剤により改善された画像は、造影剤がその効果の最大にあるとき、一般に収集される。造影剤は血液中に注入される。ボーラス造影剤が画像化領域に到達したとき、血液の強度は、その強度がピークに達するまで、比較的急曲線に沿って増加する。その曲線は、造影剤のボーラスは対象領域から出るため、非常に緩やかな傾斜に沿って減衰する。理想的には、造影剤により改善された画像の生成は、ピークの直前に撮像処理が開始し且つピークの直後に継続するように時間設定される。

ピークを位置付けるための一技術は、造影剤が注入された後に、対象領域の複数の画像を生成することを有する。血液の強度は、ボーラスが画像化領域に達するまで、変化がすくないまま維持される。ガウス曲線の急に立ち上がる部分に沿って強度の増加をモニタし、その曲線の一般的は形状を認識することにより、撮像するためのピーク及び開始時間を予測することができる。

効果的ではあるにも拘らず、コントラストが改善された画像と造影剤を用いない対応する画像との組み合わせを用いても尚、セグメント化するには困難である対象の組織又は他の物質が存在する。

本発明は、上記の問題及び他の問題を克服する。

本発明の一特徴にしたがって、診断画像をセグメント化するための装置を提供する。少なくとも、造影剤濃度が対象領域でピークに達する時間の期間の間に、手段は、被検体の対象領域の画像を生成する。他の手段は、造影剤がピークに達する時間の間に生成された画像における値又は対応する画素における変化を表す値を各々の画素又はボクセルが有する変化マップ又は画像を生成する。

本発明の他の特徴にしたがって、診断画像をセグメント化する方法を提供する。少なくとも、造影剤濃度が対象領域でピークに達する時間の期間の間に、被検体の対象領域の画像が生成される。造影剤がピークに達する時間の間に生成された画像における値又は対応する画素における変化を表す値を各々の画素又はボクセルが有する変化マップ又は画像が生成される。

本発明の一有利点は、組織及び器官のセグメント化及び識別は、周囲の又は隣接している組織の階調又は強度において差が殆どない又は全くないときでさえ、可能になることである。

本発明の他の有利点は、造影剤と共に変化する階調値又は強度を有する組織及び器官のセグメント化は、固定された差に基づく他の技術が器官又は組織の対象領域の全てをセグメント化することができないときにも、可能であることである。

本発明の他の有利点については、以下の詳細説明を読んで、理解するとき、当業者に明らかになるであろう。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の組み合わせで、及び種々の段階及び段階の組み合わせで具現化される。添付図面は、好適な実施形態を単に例示するためのものであり、本発明を限定することを意図されてはいない。

図１を参照するに、ＣＴスキャナ１０のような診断撮像装置は、撮像領域１２内の被検体を非侵襲的に検査し、検査領域内に配置された被検体の対象領域を表す診断画像データを生成する。図示しているＣＴスキャナの実施形態においては、Ｘ線管１４又は他の放射線源は放射線ビーム、好適には、マルチスライス又はコーンビームを発生し、そのビームは、放射線検出器１６の方に検査領域１２を通って方向付けられる。モータ１８及び関連ドライブ（図示せず）は、検査領域の周りで、典型的には、Ｘ線源及び検出器を回転することにより、Ｘ線ビームを回転させる。モータ２２並びに関連ギア及び連結リンク（図示せず）は、検査領域を通って被検体の対象領域を通過するように、検査領域の長手方向に被検体を移動させる。螺旋状スキャンのために、モータ２２は、モータ１８がＸ線ビームを回転させるとき、検査領域を通って患者支持部を連続して移動させ、それ故、被検体は螺旋状軌道に沿ってスキャンされる。

再構成処理器２４は、得られた画像データを画像表示、好適には、三次元画像表示に再構成し、それらの画像表示は画像メモリ３０に記憶される。特に、造影剤の注入に先立ち、診断撮像シーケンスが実施され、造影剤を用いずに対象領域の基本又は基準診断画像が生成され、その画像は、画像メモリ部３２に基本的に記憶される。一旦、造影剤が与えられると、一連の画像が生成され、一連の造影剤注入後の画像はメモリ部３４に記憶される。 造影剤がピークにあるとき、造影剤ピーク改善診断画像が生成され、ピーク診断画像メモリ部３６に記憶される。任意に、付加的な一連の診断画像が造影剤ピーク後に生成され、ピーク後診断画像メモリ部３８に記憶される。

基本又は基準画像の一部がモニタ４０に表示される。オペレータは、対象領域の表示を最適化するように、表示された画像を操作する。オペレータは、造影剤のピーク形成のためにモニタリングされる表示画像の領域又は副領域を診断するように、そしてそのピーク形成のために診断画像が生成されるように、ユーザ入力手段４２を用いる。種々の副領域選択手段、例えば、キーボード、マウス、又は、ユーザが選択可能な直径を有する円のようなディスプレイ上の所定点に所定形状を規定することが可能である他のグラフィック入力が検討される。他のオプションとしては、オペレータは、マウス、選択可能タッチ式スクリーン又は他の電子描画装置を用いて、ディスプレイ上にフリーハンドで描画することができる。他のオプションとしては、限定された数の周囲の画素又はボクセルと共に又は単独でモニタリングされるようになっている血管の中心点のような単一のボクセル又は画素を指定するように、カーソルが操作される。対象の複数の副領域が、造影剤ピークについてモニタされるように指定されることが可能である。更に具体的には、スキャナ制御器４４は、造影剤の注入後に、基本画像及び一連の画像を撮像するようにスキャナを制御する。

図１を継続して参照し、且つ、更に図２を参照するに、造影剤モニタ手段４６は、変化画像の指定された副領域内の画素又はボクセルをモニタする。造影剤が指定領域に達する前には、複数のサンプリング点５０により示されるように、強度は比較的小さい。造影剤のボーラスが指定領域に達したとき、サンプリング点５２により示されるように、指定領域における強度は増加する。指定領域における造影剤曲線の典型的な形状の知識及び造影剤曲線の増加する強度領域のサンプリング点に基づいて、ピーク予測手段又は処理器５４は、ピークに達するときを予測する。更に具体的には、ピーク予測手段は、ピーク強度診断画像のためのサンプリングウィンドウが実質的にピークに中心を置くような造影剤ピークの直前の時間５６に造影剤ピークデータの取得を制御手段４４が開始するようにする。図示している実施形態においては、サンプリング５０、５２は一定間隔でなされるが、サンプリング点５６の正確なタイミングは、そのピークを捕捉するために動的に調節される。造影剤のピークに達する前に、多くの更なるサンプリングがなされるようにより高い率でなされることが可能であることが、更に理解される。

変化決定手段６０は、各々のボクセル又は画素が造影剤注入後画像メモリ部３４からの変化画像における対応するボクセル又は画素の変化を表す変化マップ又は画像を決定する。好適な実施形態においては、変化決定手段６０は、勾配又は変化率決定手段又は処理器及び時間対ピーク手段又は処理器６４を有する。勾配又は変化率決定手段は、各々のボクセル又は画素の強度の変化率又は急勾配性を決定する。時間対ピーク手段は、強度がピークで得られる時間を決定する。変化マップ又は画像は、モニタ４０の画像として表示される。

自動セグメント化手段７０は、異なる種類の組織又は構造へのセグメント化のためのユーザ入力手段４２により指定された各々の領域を自動的にセグメント化する。セグメント化領域は、１つ又はそれ以上のシードカーソルの周りの画素、囲まれた領域等に対して指定される。勿論、指定された対象領域にセグメント化を制限するのではなく、セグメント化は、全体的にピクチャに亘って実施される。好適な実施形態においては、セグメント化手段は、メモリ３２、３６、３８の１つから診断画像の対応するボクセルの階調又は強度はもとより、変化マップ、又はピーク画像と造影剤フリーの画像との間の差に基づく領域の変化マップセグメントを調べる。これは、造影剤を有する画像と造影剤を有しない画像との間の差又は造影剤を有するセグメント化領域又は造影剤を有しないセグメント化領域の各々のボクセル又は画素の階調又は強度のみに基づくセグメント化とは反対のものである。変化に基づいてセグメント化することにより、結果として得られる画像は、種々の組織の種類が造影剤をこの速度に基づいてセグメント化される。このような造影剤の取り込みに基づくセグメント化はまた、健康な組織から病気の又は損傷した組織をセグメント化するように支援することができる。

他の実施例としては、造影剤が血液に注入されたとき、動脈の強度は瞬時に変化する。しかしながら、静脈の血管の強度変化は動脈における強度変化よりピークに対して長く時間が掛かる。それ故、動脈及び静脈両者は同じピーク強度に達することが可能であるが、時間対ピークは変化し、セグメント化のための基礎を与える。更に、プラークのような体の中の一部の組織又は物質は、造影剤により改善された血液により同等に明るく画像化されることが可能であり、造影剤により改善された画素又はボクセルに対する強度の変化の差又は不足により区別されることができる。任意に、セグメント化手段７０は、各々のボクセルについて、時間対ピーク及び変化率の両方に基づいてセグメント化することができる。他の代替にとしては、セグメント化手段は、従来の先行する造影剤階調、後続する造影剤階調、ピーク造影剤レベルと先行する造影剤レベルとの間の差分等はもとより、各々のボクセルについての、時間対ピーク及び変化率の両方又は一に基づいて、セグメント化することができる。

好適には、セグメント化手段７０は、プログラム、処理、又は、単純な閾値技術７２、領域成長技術７４、活性輪郭技術７６を有する自動セグメント化技術を実施するための他の手段を有する。

アライメント処理器７８は、メモリ部３２乃至３８における画像の各々を調べ、同じボクセルが勾配決定処理器６２及び時間対ピーク処理器６４により後続されることを確実にするように、及び、それらの画像をセグメント化のためにアライメントするように、適切な特定の調節を実施する。アライメント処理器は、体の輪郭、骨、又は当該技術分野において既知である種々の他の登録方法に基づいて、画像を登録することができる。

実施例として、活性輪郭技術を用いて輪郭又は表面を抽出するための一共通技術はエネルギーを最小化する。更に具体的には、オペレータにより粗く示される表面又は輪郭若しくは階調変化に基づいて、表面Ｓ（Ｘ）は、次式により抽出され、

ここで、ｎ次元の輪郭又は表面において、Ｘ（ｓ）＝（ｘ（ｓ），ｙ（ｓ），ｚ（ｓ），．．．ｎ）である。空間のｎ次元に限定されず、本発明のセグメント化技術はｎ＋１次元表面に対して最小化され、付加次元は時間である。表面関数Ｘ（ｓ）は、ここで、は、Ｘ８ｓ）＝（ｘ（ｓ），ｙ（ｓ），ｚ（ｓ），．．．，ｔ）と表すことができ、ｔは時間である。例えば、造影剤を用いて及び用いずに生成される画像において又は造影剤を用いずに生成された画像においてエネルギーを最小化せずに、エネルギーはまた、変化マップ又は画像並びに／若しくは時間対ピークマップ又は画像に対して最小化される。

領域成長においては、領域成長技術は、現画素の隣接画素を調べ、ここで、隣接とは空間的及び時間的な意味においてである。それらの隣接画素は、シード画素又はボク節から開始し、例えば、同じ時間対ピーク、勾配、階調等の同じ特性を有する連続的なボクセルの外側方向に移動するように、調べられる。

セグメント化画像は、当該技術分野で慣例的であるように、モニタ４０における表示のために、ユーザが選択した表示フォーマットを生成するように、処理器８０により処理される。

本発明については、好適な実施形態に関連して詳述した。上記の詳細説明を読んで理解するとき、当業者は修正及び変形について理解することが可能である。本発明は、同時提出の特許請求の範囲における範囲又はそれと同等の範囲内に網羅される、そのような修正及び変形全てを包含するように、意図されている。

本発明にしたがった診断撮像システムを示す図である。 血液強度曲線を示す図である。

Claims (20)

1. 診断画像をセグメント化するための装置であって：
   造影剤の濃度が対象領域で、少なくとも、ピークに達する時間の期間中に、被検体の前記対象領域の画像を生成するための手段；及び
   各々の画素又はボクセルが、造影剤の濃度がピークに達する時間の期間中に生成された前記画像内の対応する画素又はボクセルにおける変化を表す値を有する変化マップ又は画像を生成するための手段；
   を有することを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって：
   前記変化マップ又は画像にしたがって、生成された診断画像をセグメント化するための手段；
   を更に有する、ことを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記診断画像は、（ａ）造影剤が前記対象領域に達する前及び（ｂ）前記対象領域における造影剤濃度ピークの後の少なくとも一において生成され、前記セグメント化手段は前記変化マップ又は画像に基づいて前記診断画像をセグメント化する、ことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置であって：
   前記セグメント化された画像及び前記変化マップ又は画像の少なくとも一を表示するための表示手段；
   を更に有する、ことを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、前記変化手段は：
   前記変化画像の各々の対応する画素又はボクセルにおいて変化率を決定するための手段；
   を有する、ことを特徴とする装置。
6. 請求項２に記載の装置であって、前記変化手段は：
   前記変化画像の各々画素又はボクセルにおいてピークに達するように前記造影剤についての時間を決定するための手段；
   を有する、ことを特徴とする装置。
7. 請求項２に記載の装置であって、前記セグメント化手段は、閾値セグメント化手段、領域成長セグメント化手段及び活性輪郭セグメント化手段の少なくとも一を有する、ことを特徴とする装置。
8. 請求項２に記載の装置であって、前記撮像手段は：
   造影剤が前記対象領域に達する前；及び
   前記対象領域における造影剤の濃度がピークにあるとき；
   の少なくとも一において診断画像を生成する、装置であり、
   前記セグメント化手段は、前記診断画像及び前記変化マップの強度値の組み合わせに基づいて前記診断画像をセグメント化する；
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項２に記載の装置であって、前記造影剤が前記対象領域に達する前、造影剤がピークにあるとき、及び前記造影剤がピークに達する間に、撮像された診断画像をアライメントするためのアライメント手段を更に有する、ことを特徴とする装置。
10. 請求項２に記載の装置であって、セグメント化される画像化ボリュームの１つ又はそれ以上の対象領域を指定するための領域指定手段を更に有する、ことを特徴とする装置。
11. 診断画像をセグメント化する方法であって：
    造影剤の濃度が対象領域で、少なくとも、ピークに達する時間の期間中に、被検体の前記対象領域の画像を生成する段階；及び
    各々の画素又はボクセルが、造影剤の濃度がピークに達する時間の期間中に生成された前記画像内の対応する画素又はボクセルにおける変化を表す値を有する変化マップ又は画像を生成する段階；
    を有することを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって：
    前記変化マップ又は画像にしたがって生成された診断画像をセグメント化する段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、前記診断画像は、造影剤が前記対象領域に達する前及び前記対象領域における造影剤濃度ピークの後の少なくとも一において生成され、前記セグメント化段階は前記変化マップ又は画像に基づいて前記診断画像をセグメント化する、ことを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって：
    前記セグメント化された画像及び前記変化マップの少なくとも一を表示する段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、前記変化決定段階は：
    前記造影剤がピークに達する時間の期間の間に生成された前記画像の各々対応する画素又はボクセルにおいて変化率を決定する手順；及び
    各々の画素又はボクセルにおいて前記ピークに達するように前記造影剤についての時間を決定する手順；
    の一を有する、ことを特徴とする方法。
16. 請求項１２に記載の方法であって、前記セグメント化段階は、閾値セグメント化、領域成長セグメント化及び活性輪郭セグメント化の少なくとも一を有する、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１２に記載の方法であって、前記撮像生成段階は、造影剤が前記対象領域に達する前及び前記対象領域における造影剤の濃度がピークにあるときの少なくとも一において診断画像を生成する手順を有し、前記セグメント化段階は、前記診断画像及び前記変化マップの強度値の組み合わせに基づいて前記診断画像をセグメント化する手順を有する、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１２に記載の方法であって：
    前記造影剤が前記対象領域に達する前、造影剤が前記対象領域においてピーク濃度にあるとき、及び前記造影剤がピークに達する間に生成された画像をアライメントする段階； を更に有する、ことを特徴とする方法。
19. 請求項１２に記載の方法であって、セグメント化される画像化ボリュームの１つ又はそれ以上領域を指定する段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
20. 被検体の診断画像を生成する診断撮像装置であって、セグメント化処理器は、請求項１２にしたがって、診断画像をセグメント化するようにプログラムされている、ことを特徴とする診断撮像装置。

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