JP2009000509A - 超音波画像におけるエッジ検出 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像上で構造を画定するためコンピュータにより支援された方法を提供するもので、この方法は目標構造の画像を取得するステップと、前記画像上の前記構造内にシード点(seed point)を設定するステップと、計算されたエッジが示されている部分的処理画像を生成するために前記目標構造の画像内のエッジを検出するステップと、前記シード点から複数の放射線を放射状に広げて前記計算されたエッジをそれぞれの交点で交差させるステップと、前記交点を接続して、それぞれのセグメントが隣接する交点に接続する最初の閉鎖輪郭(closed contour)を形成するステップと、により行われる。
【選択図】図2
Description
本出願は、2007年5月1日付提出の米国仮出願第60/915,152号の優先権を主張するものであり、この仮出願は参照して本明細書に組込まれる。
〔発明の分野〕
本発明は医用画像化(medical imaging)に関する。更に詳細には、本発明は超音波画像における体内構造のエッジ検出(edge detection)の改良に関する。
超音波画像化は、今や心臓などの体内構造を撮像するモダリティーとして十分に確立されている。例えば、開示が参照して本明細書に組込まれる米国特許第6,066,096号において容積測定管腔内超音波画像化(volumetric intraluminal ultrasound imaging)のための撮像プローブが記載されている。患者の体内に置かれるように構成されたプローブは近位および遠位端を有する細長い本体を備えている。超音波トランスデューサ位相配列(ultrasonic transducer phased array)がその細長い本体の遠位端に接続され、その遠位端上に位置させられている。超音波トランスデューサ位相配列は、細長い本体の遠位端から容積測定順方向スキャン(volumetric forward scanning)の超音波エネルギーを放出しかつ受け取るように位置させられている。超音波トランスデューサ位相配列は、超音波トランスデューサ素子が占める複数のサイトを含む。
本発明の実施形態は、二次元画像データ、例えば超音波画像データにおけるエッジ検出を改良し、これは使用者の最小の関与で自動的に実行できる。これらの実施形態によるエッジ検出方法は、三次元の再構成およびセグメント化に利用できるセグメント化したエッジ輪郭を結果として生成する画像処理技術を使ってほぼ自動的に行われる。
以下の説明では、本発明の完全な理解のために数多くの具体的な詳細事項を述べる。しかし、これらの具体的詳細事項抜きでも本発明が実施できることは当業者には明らかであろう。他の場合において、本発明が不必要に曖昧にならないように、従来のアルゴリズムおよびプロセスのための周知の回路、制御論理、およびコンピュータプログラムの詳細を細部にわたって示していない。
図面を見てみると、最初に図1を参照し、図1には、本発明の開示実施形態による、患者の生体内の超音波画像化のための、さらにオプションとして診断および治療処置を容易にするためのシステム20が示されている。図1に示すように、患者の心臓のカテーテル法を行っている。これは例示的なものであり、システム20は身体の多くの臓器をかかわらせる多様な処置に使用できる。あるいは、超音波画像は従来の撮像装置を使って非侵襲的に得ることができる。このシステムは、医師が身体、ここでは心臓の心室あるいは脈管構造内に皮膚を通じて挿入する、カテーテル28を含む。
次に図2を参照するが、これは本発明の開示実施形態による画像のエッジ検出方法のフローチャートを示す。最初のステップ50で、目標の体内構造の一つあるいは複数のグレースケール超音波画像を、例えばシステム20(図1)を使って得る。最初のステップ50の残りは、オペレータによりインタラクティブに行われる。オペレータは、エッジ検出処置を行おうとする目標構造の超音波画像を識別する。ステップ51で、オペレータは画像処理を行おうとする対象構造、通常腔、即ち洞(cavity or chamber)を仮に示す。オペレータはその構造、即ち腔の中央に「シード点」を付ける。シード点の目的は後述するところから明らかになる。手動閾値検出あるいは自動閾値検出がオペレータにより選択される。
閉鎖輪郭(ステップ61、図2)は次のようにして生成される。シード点に最も近い交点から始まり、残りの交点とシード点との間の距離を連続的に求める。もし二つの連続する交点間でシード点からの距離の差が所定の閾値を超えるならば、それより遠い交点は無視する。15画素が閾値には好ましい値である。次に、上記の最も近い交点から始めて、線形補間を用いて交点を接続して最初のエッジセグメントを作成する。次に、現在35度あるいは7放射線である、削除された交点の所定の長さを超える長いシーケンスを誤って削除されたと仮定する。これらのシーケンスについて、現在は前回の閾値の2/3である低い閾値を使ってスキャンアルゴリズムを繰り返す。もし前回無視された交点が今回承認されたならば、それらの交点を接続して更なるセグメントを作る。この手順を、所定値よりも大きな削除シーケンスが無くなるまで繰り返す。次に、承認されたセグメント間のすべてのギャップを接続して閉鎖エッジ輪郭を形成する。最後に、エッジが確実に腔内にあるようにするため、閉鎖空間の容積を20%だけ減らしてシード点を輪郭の幾何学中心として保持する。
距離勾配は、等式1で与えられるようにエッジ上の変形「力」に対応しており、「変形力勾配(deforming force gradients)」と呼ぶこともある。用語「力」を本明細書では任意に用いて画像上の構造の輪郭に与える勾配の影響の大きさを示す。他の点では、この用語は処理されている画像に対して何の物理的な意味を持たない。
変形計算は等式2に示されている。
不適切性基準を満たすエッジセグメントを削除する。第1のカテゴリには超音波画像上の放射線による扇形の外側放射線に達するエッジセグメントが含まれる。これらのセグメントが削除される。上記外側放射線の座標はアルゴリズムに移されるので、この削除は扇形の外の放射線と平行でかつ非常に接近した二つの架空エッジをエッジマップに追加するだけで行われる。上記放射線と交差しかつ上記架空エッジに付着されたエッジセグメントがすべて削除される。
(1)画像上で構造を画定するためコンピュータにより支援された方法において、
目標構造のエッジ検出のため前記目標構造の画像を取得するステップと、
前記画像上の前記構造内にシード点を設定するステップと、
計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的処理画像を生成するために、前記画像内のエッジを検出するステップと、
前記シード点から複数の放射線を放射状に広げて前記計算されたエッジとそれぞれの交点で交差させるステップと、
前記交点を接続して、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成するステップと、
前記画像の対象領域における変形力勾配を計算するステップと、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形して変形閉鎖輪郭を画定するステップと、
前記変形閉鎖輪郭から所定の不適切性基準を満たす前記セグメントを削除するステップと、
を含む、方法。
(2)実施の態様1に記載の方法において、
前記変形力勾配に対抗する内力を計算するステップ、
をさらに含み、
前記変形ステップは、前記内力および前記変形力勾配の分解能に応じて行われる、方法。
(3)実施の態様1に記載の方法において、
前記画像は、超音波画像である、方法。
(4)実施の態様1に記載の方法において、
前記エッジを検出する前に前記画像を平滑化するステップ、
をさらに含む、方法。
(5)実施の態様1に記載の方法において、
前記エッジの検出は、キャニイエッジ検出を含む、方法。
(6)実施の態様1に記載の方法において、
前記放射線は、5°を超えない角度分解能を有する、方法。
(7)実施の態様1に記載の方法において、
前記閉鎖輪郭を前記シード点に向かって収縮させるステップ、
をさらに含む、方法。
(8)実施の態様1に記載の方法において、
前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点での強度勾配を計算するステップ、
をさらに含み、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値より小さい、セグメントを含む、方法。
(9)実施の態様1に記載の方法において、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、方法。
前記製品はコンピュータプログラム命令が記憶されるコンピュータ記憶媒体を含み、
前記命令はコンピュータにより実行されると、前記コンピュータに、
目標構造のエッジ検出のため前記目標構造の画像を記述しているデータを受け取らせ、
前記画像上で前記構造内にシード点を設定させ、
エッジ検出プログラムを実行させて、計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的に処理した画像を作成し、
前記シード点から放射状に複数の放射線を広げさせて前記計算されたエッジをそれぞれの交点で交差させ、
前記交点を接続させて、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成し、
前記閉鎖輪郭上のそれぞれの位置で変形力勾配を計算させ、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形させて変形閉鎖輪郭を画定し、
所定の不適切性基準を満たす、前記変形輪郭上の前記セグメントを削除させる、
コンピュータソフトウエア製品。
(11)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記変形力勾配に対立する内力を計算して、前記内力および前記変形力勾配の分解能に応じて前記閉鎖輪郭を変形するようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。
(12)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記画像は、超音波画像である、コンピュータソフトウエア製品。
(13)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記エッジ検出プログラムの実行前に、平滑化プログラムを実行して前記画像を平滑化するようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。
(14)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記エッジ検出プログラムは、キャニイエッジ検出を含む、コンピュータソフトウエア製品。
(15)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記放射線は、5°を超えない角度分解能を有する、コンピュータソフトウエア製品。
(16)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記閉鎖輪郭を前記シード点に向かって収縮させるようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。
(17)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点での強度勾配を計算するようにさらに指示され、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値よりも小さい、セグメントを含む、コンピュータソフトウエア製品。
(18)実施の態様10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、コンピュータソフトウエア製品。
ディスプレイと、
目標構造の画像を記述するデータを記憶し、エッジ検出プログラムを含む実行可能なオブジェクトを記憶するメモリと、
前記メモリに連結されたプロセッサであって、
前記データを処理し、
前記画像上の前記構造内にシード点を設定し、
前記エッジ検出プログラムを実行して、計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的処理画像を生成し、
前記シード点から複数の放射線を放射状に広げて、前記計算されたエッジをそれぞれの交点で交差させ、
前記交点を接続して、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成し、
前記閉鎖輪郭上のそれぞれの位置での変形力勾配を計算し、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形して変形閉鎖輪郭を画定し、
所定の不適切性基準を満たす、前記変形閉鎖輪郭上の前記セグメントを削除して処理画像を画定し、
前記処理画像を前記ディスプレイ上に表示する、
ように動作する、プロセッサと、
を備える、システム。
(20)実施の態様19に記載のシステムにおいて、
前記画像は、超音波画像である、システム。
(21)実施の態様19に記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点で強度勾配を計算するように動作し、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値よりも低い、セグメントを含む、システム。
(22)実施の態様19に記載のシステムにおいて、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、システム。
Claims (22)
- 画像上で構造を画定するためコンピュータにより支援された方法において、
目標構造のエッジ検出のため前記目標構造の画像を取得するステップと、
前記画像上の前記構造内にシード点を設定するステップと、
計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的処理画像を生成するために、前記画像内のエッジを検出するステップと、
前記シード点から複数の放射線を放射状に広げて前記計算されたエッジとそれぞれの交点で交差させるステップと、
前記交点を接続して、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成するステップと、
前記画像の対象領域における変形力勾配を計算するステップと、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形して変形閉鎖輪郭を画定するステップと、
前記変形閉鎖輪郭から所定の不適切性基準を満たす前記セグメントを削除するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記変形力勾配に対抗する内力を計算するステップ、
をさらに含み、
前記変形ステップは、前記内力および前記変形力勾配の分解能に応じて行われる、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記画像は、超音波画像である、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記エッジを検出する前に前記画像を平滑化するステップ、
をさらに含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記エッジの検出は、キャニイエッジ検出を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記放射線は、5°を超えない角度分解能を有する、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記閉鎖輪郭を前記シード点に向かって収縮させるステップ、
をさらに含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点での強度勾配を計算するステップ、
をさらに含み、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値より小さい、セグメントを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、方法。 - 画像上で構造を画定するためのコンピュータソフトウエア製品において、
前記製品はコンピュータプログラム命令が記憶されるコンピュータ記憶媒体を含み、
前記命令はコンピュータにより実行されると、前記コンピュータに、
目標構造のエッジ検出のため前記目標構造の画像を記述しているデータを受け取らせ、
前記画像上で前記構造内にシード点を設定させ、
エッジ検出プログラムを実行させて、計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的に処理した画像を作成し、
前記シード点から放射状に複数の放射線を広げさせて前記計算されたエッジをそれぞれの交点で交差させ、
前記交点を接続させて、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成し、
前記閉鎖輪郭上のそれぞれの位置で変形力勾配を計算させ、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形させて変形閉鎖輪郭を画定し、
所定の不適切性基準を満たす、前記変形輪郭上の前記セグメントを削除させる、
コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記変形力勾配に対立する内力を計算して、前記内力および前記変形力勾配の分解能に応じて前記閉鎖輪郭を変形するようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記画像は、超音波画像である、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記エッジ検出プログラムの実行前に、平滑化プログラムを実行して前記画像を平滑化するようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記エッジ検出プログラムは、キャニイエッジ検出を含む、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記放射線は、5°を超えない角度分解能を有する、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記閉鎖輪郭を前記シード点に向かって収縮させるようにさらに指示される、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記コンピュータは、前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点での強度勾配を計算するようにさらに指示され、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値よりも小さい、セグメントを含む、コンピュータソフトウエア製品。 - 請求項10に記載のコンピュータソフトウエア製品において、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、コンピュータソフトウエア製品。 - 画像上で構造を画定するためのシステムにおいて、
ディスプレイと、
目標構造の画像を記述するデータを記憶し、エッジ検出プログラムを含む実行可能なオブジェクトを記憶するメモリと、
前記メモリに連結されたプロセッサであって、
前記データを処理し、
前記画像上の前記構造内にシード点を設定し、
前記エッジ検出プログラムを実行して、計算されたエッジが示されている、前記構造の部分的処理画像を生成し、
前記シード点から複数の放射線を放射状に広げて、前記計算されたエッジをそれぞれの交点で交差させ、
前記交点を接続して、前記交点の隣接する交点に接続している各セグメントを有する最初の閉鎖輪郭を形成し、
前記閉鎖輪郭上のそれぞれの位置での変形力勾配を計算し、
前記変形力勾配に応じて前記閉鎖輪郭を変形して変形閉鎖輪郭を画定し、
所定の不適切性基準を満たす、前記変形閉鎖輪郭上の前記セグメントを削除して処理画像を画定し、
前記処理画像を前記ディスプレイ上に表示する、
ように動作する、プロセッサと、
を備える、システム。 - 請求項19に記載のシステムにおいて、
前記画像は、超音波画像である、システム。 - 請求項19に記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、前記変形閉鎖輪郭のそれぞれのエッジ点で強度勾配を計算するように動作し、
前記不適切性基準は、セグメントであって、前記セグメントの前記エッジ点の前記強度勾配が所定のセグメント化閾値よりも低い、セグメントを含む、システム。 - 請求項19に記載のシステムにおいて、
前記不適切性基準は、折れ曲がりを有するセグメントを含む、システム。
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