JP2007534447A - 標的病変における変化の精密な測定評価のための医療用撮像システム - Google Patents
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Abstract
Description
Therasseら、「New Guidelines to Evaluate the Response to Treatment in Solid Tumors」、Journal of the National Cancer Institute、Vol.92、No.3、2000年2月2日、205〜216頁
標準的な較正方法は、ファントムのスキャンと、ノイズ、スキャナの乱れおよび画像の歪みの量の測定とを含む。ファントムは、既知の次元を有する合成オブジェクトである。たとえばCTスキャナなどの撮像システムの物理プロパティにより、こうした要因は、空間に依存している。つまり、測定誤差は、体内の測定場所およびスキャナ内部での体の位置によって変わる。現在の実施は、このような要因を利用しないが、その代わり、製造元によって与えられる伝統的な大域的歪み指数を使う。
CT画像からの、腫瘍の大きさの精密なコンピュータ測定は、病変と他の組織の間の接合部の正確な場所を判定するアルゴリズムを利用する。このアルゴリズムは、異なる多くのタイプの病変を処理し、異なる戦略を用いて、異なる状況を解決することができる。誤差推定は、画像の形およびその画像に対する特定のアルゴリズム・プロセスの詳細に基づいて行うことができる。本発明の一態様では、識別可能な各画像の歪みに対して、データベースが作成され、データベース内部での統計的変動から、測定誤差推定が行われる。
いくつかの困難な撮像状況では、放射線医師が、小結節分割プロセスに介入することができる。コンピュータ・アルゴリズムによるさらなる処理が、次いで、スキャンの間の放射線医師の決定の間の違いを埋める。このようなケースのデータベースを確立することによる、特に放射線医師の介入に起因する測定値変動の推定が行い得る。測定誤差の全原因が判定されると、全体の測定誤差を計算することができる。
ステップ20で、撮像システムで体の部分をスキャンして、第1の1組の画像化データを生じるステップと、
ステップ30で、画像化データ中の少なくとも1つの標的病変を識別するステップと、
ステップ40で、第2の1組の画像化データを生じるように、体の部分を再スキャンするステップと、
ステップ50で、第2の1組の画像化データ中の少なくとも1つの標的病変を識別するステップと、
ステップ60で、第1の1組の画像化データおよび第2の1組の画像化データ両方の中で撮像された少なくとも1つの標的病変を測定して、第1の1組の画像化データに対応する第1の明白な標的病変の大きさおよび第2の1組の画像化データに対応する第2の明白な標的病変の大きさを判定するステップと、
ステップ70で、第1および第2の明白な病変の大きさを比較することによって、大きさの変化を推定するステップと、
ステップ80で、大きさ変化測定に対する限界を判定するように、大きさ変化における分散を推定するステップとを含む。
ステップ80で、大きさ変化における分散を推定するステップは有利には、測定精度に影響する複数の要因を評価することの結果を含み得る。本明細書において論じる画像測定値分散および他の誤差測定値を推定し、あるいは判定するのに、標準的な統計方法を利用することができる。このような技法は、たとえば、直線回帰、変量効果モデルなどを含む。
a.以下のような密度分散特性
i.均一もしくは可変分散特性、および/または
ii.固形組織もしくはびまん性組織特性。
b.以下のような、小結節の幾何学的形状特性
i.たとえば、球(=1)に正規化される、容積に対する表面面積の比として複雑さを推定することができる場合、球もしくは複雑形状、
ii.多数の構成要素の形状、
iii.腔、および/または
iv.復元解像度に近い小さい特徴。
c.小結節が粗い(すなわち、複雑な表面を提示する)か、それとも滑らかであるかというような表面特性であって、粗い表面は、高い平均曲率を含意する。
スキャナ・パラメータの例は、以下を含む。
a.スライスの厚さ、重なり、および/または面内ピクセル・サイズをさらに含む復元解像度、
b.X線エネルギー(線量):kVpおよびmAs、
c.復元フィルタ、
d.ガントリ回転速度、
e.テーブル速度(ピッチ)、
f.空間的に変化する点像分布関数、ならびに/あるいは
g.較正。
患者要因の例は、以下のものを含む。
a.体内の、スキャンされたエリアの場所、
b.体の大きさ、
c.吸気の程度、
d.呼吸動作(特に、肺のつけ根での)、
e.小刻みな筋痙攣、
f.肺の先端領域、たとえば、筋状の乱れ、および/または
g.小結節に隣接する肺組織の健康状態。傷跡、気腫、または他の健康に関わる条件の存在に留意する。
1.密度:低分散は、均一固形組織密度分散に関連付けられる。高分散は、高い画像ノイズおよび低い、または空間的に変化する密度分散に関連付けられる。
2.形状:低分散は、球状の形に関連付けられ、高い変動は、多くの隆起または腔を含む、高度に不規則な形状に関連付けられる。
3.表面特性:小結節領域の境界(エッジ)で、低い変動は、高い画像勾配に関連付けられ、高い変動は、低い画像勾配に関連付けられる。さらに低い変動は、滑らかな表面に関連付けられ、高い変動は、高い曲率を有する不規則な表面に関連付けられる。小結節と、血管や胸壁(境界の画像勾配徴候がほとんど、または全くない所)など、他の比較的立体的な構造との間の境界領域は、異なるやり方で扱われなければならない。低い変動の場合、こうした境界領域は、画像分割アルゴリズムにおいて、2つのスキャンの間でマッチングされるべきである。こうした領域は、勾配エッジより精密には判定されないので、勾配エッジ表面エリアに対する非勾配の比は、変動に直接関連する。本発明の方法を用いる境界の割当ておよび境界精度の組込みは、本明細書において、図4〜図11を参照して後で論じる。
4.大きさ:概して、小結節が大きく、部分的ボクセルの比率が小さい程、容積推定値がより精密になる。低分散は、大きい小結節(または非常に細かいスキャナ解像度)に関連付けられ、大きい分散は通常、比較的小さい小結節に関連付けられる(同様の構造上の複雑さ(形状)を与えられた場合)。
A.2つのスキャンが利用可能なとき、全画像データおよびパラメータは、推定される成長速度に対する限界を与えるものと見なされる。
B.1つのスキャンが利用可能なとき、推定分散は、臨床的に重大な決定を入手するために、第2のスキャンを撮るのを待つ最短時間を判定するのに用いられる。これが、測定誤差限界内で悪性の成長速度を測定する時間である。
ステップ120で、撮像システムで体の部分をスキャンして、1組の画像化データを生じること、
ステップ130で、1組の画像化データ中の、撮像された少なくとも1つの標的病変を測定して、1組の画像化データに対応する明白な標的病変の大きさを判定すること、
ステップ140で、全体測定精度の推定値を判定するように、第1の明白な標的病変の大きさにおける、少なくとも1つの誤差分散を推定すること、
ステップ150で、全体精度測定の推定値を用いて、標的病変の大きさに対する限界を判定すること、および
ステップ160で、臨床変化を示す第2の測定を実施する全体精度測定の推定値に基づいて、時間枠を判定することを含む。
撮像装置の点像分布関数および関連付けられた復元フィルタ、
スキャナ・パラメータ、
小結節と同じ画像面中の高密度対象によって引き起こされる画像の乱れ、
患者の動き、
スキャンの間の、患者の向きの変化、
肺をスキャンするときの、体の状況または吸気量の変化、
小結節の大きさ、
小結節に付着した交絡構造、
小結節密度の変動、
スキャナ較正、
小結節境界定義、ならびに
専門家が測定プロセスと対話するときの技師変動
からなる群から選択される少なくとも1つの要因を含む。
1.全画像スライスからの小結節の3次元描画にマーキングを適用すること、
2.基底構造を依然として観察することができるように、半透明な(たとえば、色つき)マーキングを使うこと、
3.陰線マーキングを使うこと、
4.距離を量的に見ることができるように、段階マーキングを使うこと、
5.量的測定値が提示されるように、距離目盛およびテキスト注釈を追加すること、および/または
6.上記の任意の組合せ。
Claims (58)
- 大きさ変化測定の誤差に対する限界を判定する自動化方法であって、
撮像システム(2)で体の部分をスキャンして、第1の1組の画像化データを生じる工程(20)と、
前記画像化データ中の少なくとも1つの標的病変(5)を識別する工程(30)と、
第2の1組の画像化データを生じるように、前記体の部分を再スキャンする工程(40)と、
前記第2の1組の画像化データ中の前記少なくとも1つの標的病変を識別する工程(50)と、
前記第1の1組の画像化データおよび前記第2の1組の画像化データ両方の中で撮像された前記少なくとも1つの標的病変(5)を測定して、前記第1の1組の画像化データに対応する第1の明白な標的病変の大きさおよび前記第2の1組の画像化データに対応する第2の明白な標的病変の大きさを判定する工程(60)と、
前記第1および第2の明白な病変の大きさを比較することによって、大きさの変化を推定する工程(70)と、
前記大きさ変化測定に対する限界を判定するように、前記大きさ変化における分散を推定する工程(80)とを含む方法。 - 前記大きさ測定の結果が、前記病変の長さ、面積および3次元容積からなる群から選択される少なくとも1つの大きさ測定結果を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの標的病変の明白な画像容積を、前記画像測定値分散によって調節して、少なくとも2つの調節された画像容積を生じることによって、前記少なくとも1つの標的病変(5)のエッジを定義する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの標的病変(5)の前記エッジを定義する工程が、前記エッジに対する境界を判定するための、前記少なくとも1つの標的病変に対する閾値および/または勾配関数を適用する工程をさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記画像測定分散を推定する工程(80)が、前記少なくとも1つの標的病変(5)の複数の特徴、隣接臓器の特徴、その固有解像度を含む前記撮像システムの特徴、および前記画像に存在するノイズの量を測定する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 各工程が、医療専門家の対話を可能にする適合ソフトウェア(7)によって実施される、請求項1に記載の方法。
- 特定の構造に対する動作の程度を自動的に推定する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 特定の構造に対する動作の程度を自動的に推定する工程が、前記標的病変の表面構造および外側の構造の変動の程度を測定することを含む、請求項6に記載の方法。
- 異なる時間に取得された前記少なくとも1つの標的病変の、対応する複数の画像のマッチングを自動的にとる工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 最大面積、最大長さまたは最大容積をもつ対象として、前記少なくとも1つの標的病変を選択し、その後に入手される比較対象を見つける工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 少なくとも1つのファントム(10)を使い、ノイズ、スキャナの乱れおよび画像の歪みの量を測定して、撮像システムを空間的に較正する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記空間的に較正する工程が、ファントム研究を施して、所与のスキャナ向けに、人体の全関連領域に対してノイズ、スキャナの乱れおよび画像の歪みの程度を特徴付けるマップを確立する工程と、前記マップを使って、前記標的病変(5)の前記測定の測定誤差に対する限界を判定することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記体の部分が肺(204)であり、他の肺特徴を、前記少なくとも1つの標的病変から自動的に区切る工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像システムが、コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴断層撮影装置、陽電子放射撮像システム、X線撮像システム、血管内治療および血管造影図/血管造影法手順、ならびに超音波撮像システムからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 画像測定の誤差に対する限界を判定する方法であって、
撮像システムで体の部分をスキャンして、1組の画像化データを生じる工程(120)と、
前記1組の画像化データ中の、撮像された少なくとも1つの標的病変を測定して、前記1組の画像化データに対応する明白な標的病変の大きさを判定する工程(130)と、
全体測定精度の推定値を判定するように、前記第1の明白な標的病変の大きさにおける、少なくとも1つの誤差分散を推定する工程(140)と、
全体精度測定の前記推定値を用いて、前記標的病変の大きさに対する限界を判定する工程(150)と、および
臨床変化を示す第2の測定を実施する全体精度測定の前記推定値に基づいて、時間枠を判定する工程(160)とを含む方法。 - 重大な事象を示すような、少なくとも1つの標的病変の前記大きさの変化が、RECIST基準によって指定されたよりも小さい、請求項15に記載の方法。
- 少なくとも1つの誤差分散(140)を推定する工程が、(a)較正されたファントムのコンピュータ断層撮影装置画像から、誤差測定値を計算する工程と、(b)患者の病変の多数のスキャンから、誤差測定値を計算する工程とを含む、請求項15に記載の方法。
- ファントムまたは繰り返しスキャンされる病変を用いて施される人間観察試験を利用する、人間との対話に起因する誤差分散を入手する工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 少なくとも1つの誤差分散を推定する工程(140)が、
前記撮像システムの点像分布関数および関連付けられた復元フィルタ、
スキャナ・パラメータ、
小結節と同じ画像面中の高密度対象によって引き起こされる画像の乱れ、
患者の動き、
スキャンの間の、患者の向きの変化、
肺をスキャンするときの、体の状況または吸気量の変化、
小結節の大きさ、
小結節に付着した交絡構造、
小結節密度変動、
スキャナ較正、
小結節境界定義、ならびに
専門家が前記測定のプロセスと対話するときの技師変動
からなる群から選択される少なくとも1つの要因に起因する誤差に寄与するものを推定することを含む、請求項15に記載の方法。 - 前記スキャナ点像分布関数が、較正ファントムを有する1組のテスト・スキャンによって推定される、請求項19に記載の方法。
- 前記スキャナ点像分布関数が、前記患者を有する3D較正ファントム(10)をスキャンすることによって推定される、請求項19に記載の方法。
- 少なくとも2つのスキャンの間の異なるスキャナ・パラメータが、パラメータの違いに起因する容積バイアスを推定するのに、両方のパラメータ設定を使う1組のファントム・スキャンを用いて測定される、請求項19に記載の方法。
- 前記患者での3次元ファントムをスキャンすることが、スキャナ・パラメータに起因する誤差を削減するように、バイアスを推定するための情報を提供する、請求項19に記載の方法。
- 画像の乱れが、小結節の領域の空間周波数成分nに基づいて画像ノイズ標示を計算することによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 画像の乱れが、類似したノイズ標示を有するファントム(10)を用いた濃度検討によって特徴付けられ、他のパラメータによって、前記変動が推定される、請求項19に記載の方法。
- 患者運動誤差が、撮像された小結節表面における反復的z軸変動によって検出される心臓の運動または脈の動作によって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 患者の動きが、小結節の前記スキャン中の心臓の運動および患者の筋痙攣からなる群から選択される、請求項19に記載の方法。
- スキャンの間の患者の向きの前記変化が、前記少なくとも2つのスキャンの間の3D剛体マッチングの前記向きを比較することによって測定される、請求項19に記載の方法。
- 吸気誤差の前記変化が、スキャン・ペアのデータセットに対する検討を利用して推定される、請求項19に記載の方法。
- 小結節の大きさの誤差が、選択された小結節の大きさに対する固有の測定変動を判定するための、異なる大きさのファントムでのファントム研究によって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 付着構造に起因する誤差が、異なる条件下での多数のスキャンおよび測定の変動をもつ付着物を有するファントム・データによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 付着構造に起因する誤差が、分節構造の硬さに対して比較される付着物および多数のスキャンがある実データ小結節によって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 小結節密度に起因する誤差が、多数のスキャンを比較することによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- スキャナ較正に起因する誤差が、検討の間のヒストグラム・マッチングを用いることによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- スキャナ較正に起因する誤差が、スキャンするときの較正ファントムを用いることによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 小結節境界に起因する誤差が、前記点像分布関数と小結節境界プロファイルを比較することによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 小結節境界定義に起因する誤差が、ファントムを用いたファントム研究を施して、異なる条件下での容積推定の変動を判定することによって特徴付けられる、請求項19に記載の方法。
- 体の部分をスキャンする工程が、較正装置(10)をスキャンすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 体の部分をスキャンする工程が、較正装置(10)をスキャンすることをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 大きさ変化測定の誤差に対する限界を判定する自動化方法であって、
撮像システム(2)で体の部分(204)をスキャンして、第1の1組の画像化データ(214A)を生じる工程と、
前記画像化データ(214A)中の複数の標的病変(5)を識別する工程と、
第2の1組の画像化データ(214B)を生じるように、前記体の部分(204)を再スキャンする工程と、
前記第2の1組の画像化データC中の前記複数の標的病変を識別する工程と、
前記第1の1組の画像化データ(214A)および前記第2の1組の画像化データ(214B)両方の中で撮像された前記複数の標的病変(5)を測定して、前記第1の1組の画像化データに対応する第1の明白な標的病変の値および前記第2の1組の画像化データに対応する第2の明白な標的病変の値を判定する工程と、
前記第1および第2の明白な病変の値を比較することによって、標的病変の値の変化を推定する工程(70)と、
値測定の前記変化に対する限界を判定するように、標的病変の値の前記変化における分散を推定する工程(80)とを含む方法。 - 前記少なくとも1つの標的病変(5)が1cmより小さい、請求項15に記載の方法。
- CT画像に重ねられた、小結節境界の視覚化のための方法であって、
小結節(208A)の第1の画像(214A)を取得する工程と、
画像勾配レベルに対応する前記小結節の第1の1組の境界(218A、220A、222A)を判定する工程と、
前記境界(218A、220A、222A)を前記第1の画像(214A)の上に重ねながら、前記第1の画像を表示する工程とを含む方法。 - 境界(218、220、222、224)に対して異なる色を使って、前記境界に対する誤差値の範囲を示す工程をさらに含む、請求項42に記載の方法。
- 測定精度計算から、骨片情報(224)を破棄する工程をさらに含む、請求項42に記載の方法。
- 対話型ソフトウェアを使って、選択された境界の場所に関して、手作業による決定を行う工程をさらに含む、請求項42に記載の方法。
- 前記小結節(208B)の第2の画像(214B)を取得する工程と、
前記第2の画像(214B)に第2の1組の境界(218B、220B、222B)を加える工程と、
前記第1の1組の境界(218A、220A、222A)および前記第2の1組の境界(218B、220B、222B)を、ディスプレイの上に載せて、前記小結節の大きさのどの変化も見せる工程とをさらに含む、請求項42に記載の方法。 - 前記小結節の大きさの変化を示す領域が視覚的に指示される、請求項46に記載の方法。
- 前記第1の1組の境界が、
全画像スライスからの前記小結節の3次元描画にマーキングを加えること、
基底構造を依然として観察することができるように、半透明なマーキングを使うこと、
陰線マーキングを使うこと、
距離を量的に見ることができるように、段階マーキングを使うこと、
量的測定値が提示されるように、距離目盛およびテキスト注釈を追加すること、ならびに
上記の任意の組合せ
からなる群から選択される視覚化方法を用いて表示される、請求項42に記載の方法。 - 前記画像上の領域に、選択された画像要因(303、305、307、309)を示すためのマーキングが載せられる、請求項41に記載の方法。
- 前記選択された画像要因(303、305、307、309)が、元の腫瘍の大きさ推定に関連した、比較的高度の変化を表す領域と、第2の測定に関連した大きさの不確実性に関する領域と、高確率の変化があるエリアを表す領域と、不確かな測定における重なりが起こるエリアを表す領域とからなる群から選択される、請求項49に記載の方法。
- 前記小結節の様々な四分円(320A、320B、320C、320D)に対する、変化の推定を行わせるための中心点(320)を選択する工程をさらに含む、請求項49に記載の方法。
- 変化を確実に測定することはできないが、どの変化も確実に判定することができない前記小結節の部分に沿って、境界(313)を置く工程をさらに含む、請求項49に記載の方法。
- スキャンする間に較正装置(10)を使う工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記較正装置が合成ファントムを含む、請求項53に記載の方法。
- 前記較正装置(10)が、可変の大きさの1組の合成ファントムを含む、請求項53に記載の方法。
- 前記較正装置(10)が、ワイヤ、ビーズ、ロッドおよび幾何学形状からなる群から選択される、請求項53に記載の方法。
- 前記較正装置(10)が体内装置である、請求項53に記載の方法。
- 前記体内装置が、ワイヤ、ビーズ、カテーテル、インプラント器材および患者の体内の既知の次元のアイテムからなる群から選択される、請求項57に記載の方法。
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