JP2008504055A - 特にインプラントの画像のための画像処理システム - Google Patents

Abstract

本発明は、たとえば回転X線システム（１０）によって生成されうる身体体積の諸投影像（P、３１）から三次元画像（３２）を生成するよう適応された画像処理システムに関する。本画像処理システムはさらに、もとの投影像（３１）の少なくとも一つおよび生成された３Ｄ画像（３２）を同時に、インプラント可能ステントのような目標領域の重ね合わされた表現と一緒にモニタ（３０）上に表示するよう適応される。その際、ユーザーは、表示されている画像（３１、３２）のうち任意のものにおいて目標領域の大きさおよび形状を変更し、すべての画像（３１、３２）において結果を見ることができる。もとの投影像（３１）には３Ｄ画像（３２）の再構成および視覚化によって生成される誤差がないので、もとの投影像（３１）を考慮することによって改良された幾何学的正確さが得られる。

Description

本発明は、身体体積（body volume）の投影像の対話的評価のために適応されている表示ユニットおよびデータ処理ユニットをもつ画像処理システム、そのような画像処理システムをもつ検査装置ならびに身体体積の投影像の対話的評価の方法に関する。

US5760092から、断面画像の表示を骨の三次元（３Ｄ）画像とともに使う骨補綴物の置換の外科的計画のためのシステムが知られている。そこでは表示されるすべての画像はX線投影像から再構成される。その際、骨にうがつ必要のある空洞は、医師によって、断面画像と３Ｄ画像の両方の上で同時に観察され、定義されうる。医師は、表示されたどの画像の上の空洞のモデルも操作でき、そのモデルの表現はすべての画像に対して同時に更新される。

この状況に基づき、特にステントのようなインプラント可能なデバイスの考察に関連して、身体体積からの投影像のより正確な評価のための手段を提供することが本発明の目的であった。

この目的は、請求項に基づく画像処理システム、請求項に基づく検査装置および請求項に基づく方法によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項において開示される。

本発明に基づく画像処理システムは、たとえばモニタのような表示ユニットと、たとえば中央処理装置、揮発性および／または不揮発性メモリ、入出力インターフェースならびにメモリ中に保存された適切なソフトウェアなどの通常の構成要素をもつコンピュータのようなデータ処理ユニットとを有する。画像処理システムは以下のステップを実行するよう適応される：
ａ）身体体積（たとえば患者の心臓）の諸投影像からの該身体体積の３Ｄ画像の生成。そのような投影はたとえばX線放射によって生成されうる。種々の方向から身体体積をマッピングする十分な投影があれば、身体体積の三次元表現が再構成されうる。そのような再構成のための諸方法はコンピュータ断層撮影の分野でよく知られている。
ｂ）諸投影像および３Ｄ画像上での目標領域の空間位置の決定。目標領域は一般に身体体積中に位置する、あるいは位置するべき関心のある任意の空間的構造でありうる。目標領域の典型的な例は、狭窄症を治療するために血管中に入れる必要のあるステントのようなインプラント可能デバイスである。目標領域はたとえば、３Ｄ画像および投影像と位置合わせされうる三次元座標の集合によって表現できる。
ｃ）前記投影像の少なくとも一つおよび前記３Ｄ画像を表示ユニット上に、表示される全画像上での目標領域の表現とともに表示する。目標領域はたとえば、ディスプレイ上で容易に見えるようにする特別な色のその輪郭または表面グリッドによって表現されうる。任意的に、異なる（好ましくは直交する）方向に対応する二つ以上の投影像が表示される。

現状技術において、撮像システムによって生成される投影像のような画像データから３Ｄ画像を生成することが知られている。そのような３Ｄ画像は、患者の冠血管系のような複雑な環境において向き付けおよび案内をするために、ユーザーにとってきわめて役に立つ。しかしながら、３Ｄ画像の視覚化および処理（たとえばセグメンテーション）は、マッピングされた身体体積の厳密な幾何学形状に関して著しい誤差を導入することがあることが注目された。これは、結果が画像処理パラメータの正しい選択に大きく依存するからである。これは、身体体積の幾何学パラメータが精密に測定される必要がある場合、あるいはインプラント可能なデバイスが身体体積のために適応されたりおよび／または身体体積内に位置されたりしなければならない場合には深刻な問題を呈しうる。これらの場合における精度を改善するため、上に述べた画像処理システムは、もとの投影像およびそれから再構成された３Ｄ画像の視覚化の両方の同時表示を許容する。そうすればユーザーは、ステントなどの目標領域の位置を、３Ｄ画像上およびもとの投影像の少なくとも一つの上で同時に見ることができる。このことは３Ｄ画像が目標領域の空間的局在の良好な概念を提供するという利点をもち、一方、もとの投影上でのオブジェクトの表現は、その位置および形が身体体積の本当の幾何学形状に合っているかどうかを確認することを許容する。３Ｄ画像の視覚化および／または処理のために使われるアルゴリズムおよびパラメータによって導入される誤差は、こうしてユーザーによって検出されえ、たとえば補正されることもできる。

すでに述べたように、目標領域は特定の用途のために関心のある任意の種類の構造でありうる。よって、目標領域はたとえば器官またはその一部、空洞、インプラントされたデバイスなどのような身体体積中にすでに存在している何かでありうる。したがって、本発明のある特別な実施形態によれば、画像処理装置は利用可能な画像データから、すなわち基本的には身体体積の投影像から目標領域を決定するよう適応されている。この導出は、現状技術においてよく知られているセグメンテーションのような手続きに基づいたものでもよい。このようにして導出された目標領域は次いで投影像および３Ｄ画像の上に表され得、ユーザーはオブジェクトが正しく決定されているかどうかを確認することが許容される。

画像処理システムは任意的に、目標領域を定量的に解析するよう適応される。目標領域がたとえば画像データからセグメント化された血管樹形図（vessel tree）であれば、診断目的のためにその体積が決定されうる。

本発明の別の実施形態によれば、画像処理システムは、表示された画像のうちの少なくとも一つの上でユーザーが目標領域を対話的に位置させ、および／または形づくることができる、マウスまたはキーボードのような入力装置を有する。こうして、ユーザーはたとえば、ある患者に個別に適合したインプラント可能デバイスを構築したり、あるいはシステムによって自動的にセグメント化された領域を補正したりすることができる。ユーザーは投影像または３Ｄ画像のいずれでもより便利なほうにおいて表示された目標領域を操作しうる。

前述の実施形態のさらなる発展によれば、データ処理ユニットは、目標領域に関し、表示された投影像に基づくユーザーの対話的入力には、表示された３Ｄ画像に基づく対話的入力よりも高い優先度を与えるよう適応される。たとえばユーザーがインプラント可能デバイスの壁の位置を身体体積のもとの投影像の上で設定し、のちに身体体積の３Ｄ画像上で前記壁の位置を変えるような入力を行ったとすると、データ処理ユニットはこれらの変化を無視してもよいし、あるいはユーザーに対してその変化が投影上での以前の入力と衝突すると警告してもよい。こうして、投影像は三次元処理からの誤差によって損なわれていないもとの情報を表すという事実を反映して、投影像はより高い優先度が与えられる。

すでに述べたように、目標領域は特にステントのようなインプラント可能デバイスである。その際、データ処理ユニットは好ましくはモデル化されるべきオブジェクトのデータ（形状など）を保存するデータベースをそのメモリ中に有する。そのようなデータベースは特に、メーカーによって提供される既知の形状および大きさを有するインプラント可能デバイスとの関連で使用されうる。

本発明はさらに、身体体積の投影像を生成するための撮像システム、特に（回転）X線装置と、上述した種類の画像処理システムとをもつ検査装置を含む。この検査装置の詳細、利点およびさらなる発展についてのこれ以上の情報については、前記画像処理システムの記述を参照されたい。

さらに、本発明は身体体積の投影の対話的評価の方法であって：
・前記体積の諸投影像から身体体積の３Ｄ画像を生成し、
・諸投影像および３Ｄ画像の上で目標領域の位置を決定し、
・前記諸投影像の少なくとも一つと前記３Ｄ画像とを目標領域の表現とともに表示する、
ステップを有する方法に関する。

本方法は、一般的な形で、上記した種類の画像処理システムを用いて実行できる諸ステップを含む。したがって、その方法の詳細、利点およ改良についてのこれ以上の情報については、先の記述を参照されたい。

本方法のさらなる発展によれば、目標領域の位置および／または形はディスプレイ上で対話的に決定される。この場合さらに、表示された投影像に対してなされる変更は３Ｄ画像に対してなされる変更よりも高い優先度を与えられることが好ましい。このようにして、ユーザーはオブジェクトを定義するためにすべての利用可能な情報および画像を活用しうる。ここで、幾何学的正確さはもとの投影像を同時に考察することによって保証される。

本発明のこれらのことを含む種々の側面は、以下に述べる実施形態を参照することから明らかとなり、明快にされるであろう。

以下では本発明について例として付属の図面を援用しつつ述べる。

検査装置は、たとえばCアームをもつ回転X線システムまたはCTシステムでありうる撮像システム１０を有する。このシステムのX線源および検出器は患者１１のまわりを回転させられうる。それにより関心のある身体体積の種々の方向からの投影像Pが生成される。これらの投影像Pは画像処理ユニット２０のモジュール２２（たとえばメモリ）に伝達される。画像処理ユニット２０は適切なソフトウェアをもったワークステーションなどにより実装されうるもので、さらに投影像Pから身体体積の三次元（３Ｄ）画像を再構成できる（たとえば、ソフトウェアおよび／または特化したハードウェアを有する）モジュール２１を含む。

データ処理ユニット２０は、身体体積の画像が表示できるモニタ３０に接続されている。

以下では、身体体積の画像の助けによりステントや他の何らかのインプラントのようなインプラント可能デバイスが扱われる必要があると想定する。たとえば、患者の血管系にすでにインプラントされているステントの大きさを測定することが望まれることがありうるし、あるいは血管系に入れられるべきステントの大きさおよび形を決定することが必要とされることもありうる。

目標領域の三次元表現の場合、ステントやインプラントといったインプラント可能デバイスの選択は、体積画像に基づいて精密に実行できる。ところが、ボリューム可視化の見え方は、選ばれた可視化パラメータおよび画像中の乱れのレベルに極度に依存する。可視化のための閾値などの非最適設定またはひどい画像乱れの場合、可視化は不正確な表現を提供しうる。たとえば、選ばれた中間階調レベルの下限が高すぎた場合、血管の表現は薄すぎることがある。これに対し、選ばれた限界が低すぎる場合には濃すぎることになる。したがって、インプラント可能デバイスの大きさの定量的評価の精度は、デバイス選択のためにしろ、その自動もしくは対話的な個別化された構築のためにしろ、可視化の品質に依存する。

したがって、デバイス選択改良のために、目標領域の再構成された３Ｄ表現ともとの投影像Pとの両方を使用することが提案される。その目的のため、デバイスは目標領域の体積表現３２において選択され、位置づけされる（たとえば腹部大動脈瘤についてはデバイスは３Ｄで対話的に構築でき、たとえば冠動脈ステントについてはデバイスはデータベース２３から提供されることができる）。モニタ３０上での３Ｄ画像３２の表示と同時に、デバイスの現在の形状が、やはりモニタ３０上に表示されているもとの投影像３１の少なくとも一つに投影される。これにより、もとの投影像３１においてのモデル化されたデバイスの形状の瞬時の確認が許容される。

デバイスの形状を最終化するため、ユーザーは３Ｄ画像３２上で対話する（それによりすべての投影像３１におけるデバイスの見え方に影響する）こともできるし、あるいは投影像３１においてある単一方向への形状を直接的に適応させることもできる。対話がどこで行われるかに依存して、他方の表現においても形状は自動的に適応される。

本発明のもう一つの実施形態では、上記の２Ｄ／３Ｄアプローチを、３Ｄでの定量的な幾何学パラメータ（たとえば血管の体積）の自動化された抽出の精度を評価するため、および任意的に補正するために使うことができる。

まとめると、本発明は以下の利点を提供する：
・インプラント可能なデバイスの選択のための精度向上；
・デバイス形状の対話的定義の間のより容易な形状適応；
・自動抽出された定量的な体積パラメータの迅速な確認。

最後に、本出願において、「有する」の語が他の要素またはステップを排除しないこと、単数形の表現が複数を排除しないこと、いくつかの手段の機能を単一のプロセッサまたはその他のユニットが実現してもよいことを指摘しておく。さらに、請求項に参照符号があったとしても、それが請求項の範囲を限定するものと解釈してはならない。

本発明に基づく検査装置を概略的に表す図である。

Claims (10)

1. 表示ユニットおよびデータ処理ユニットを有する画像処理システムであって：
   ・身体体積の諸投影像から３Ｄ画像を生成し，
   ・前記諸投影像および前記３Ｄ画像の上で目標領域の位置を決定し、
   ・前記諸投影像の少なくとも一つおよび前記３Ｄ画像を前記表示ユニット上に同時に、前記目標領域の表現と一緒に表示する、
   よう適応されていることを特徴とするシステム。
2. 前記目標領域がインプラント可能デバイス、特にステントであることを特徴とする、請求項１記載の画像処理システム。
3. 利用可能な画像データから前記目標領域を、特にセグメンテーションによって決定するよう適応されていることを特徴とする、請求項１記載の画像処理システム。
4. 前記目標領域を定量的に解析するよう適応されていることを特徴とする、請求項１記載医の画像処理システム。
5. 表示されている画像の一つの上でユーザーが目標領域を対話的に位置付けし、および／または形づくることのできる入力装置を有することを特徴とする、請求項１記載の画像処理システム。
6. モデル化されるべきオブジェクトのデータを保存するデータベースを有することを特徴とする、請求項１記載の画像処理システム。
7. ・身体体積の投影像を生成するための撮像システム、特に回転X線装置と、
   ・請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の画像処理システム、
   とを有することを特徴とする検査装置。
8. 身体体積の投影像の対話的評価の方法であって：
   ・前記体積の諸投影像から身体体積の３Ｄ画像を生成し、
   ・前記諸投影像および前記３Ｄ画像の上で目標領域の位置を決定し、
   ・前記諸投影像の少なくとも一つと前記３Ｄ画像とを同時に、前記目標領域の表現とともに表示する、
   ステップを有することを特徴とする方法。
9. 目標領域の位置および／または形状がディスプレイ上で対話的に変更されることを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 表示された投影像に基づく変更が表示された３Ｄ画像に基づく変更よりも高い優先度を有することを特徴とする、請求項９記載の方法。

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