JP2009525058A

JP2009525058A - 拡散テンソルイメージングのための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2009525058A
Application number: JP2008543245A
Authority: JP
Inventors: デルモリノ，ルイスセッラ; ザン，ウェイ; コクロ，ラルフ
Original assignee: Bracco Imaging SpA
Current assignee: Bracco Imaging SpA
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2009-07-09
Also published as: EP1958152A2; WO2007064302A3; WO2007064302A2; US20070165989A1

Abstract

本発明のある実施形態は、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースと、少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースで操作可能な拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）モジュールとを備えたシステムを含む。ある実施態様では、ＤＴＩモジュールは、ファイバー束を計算するために操作可能である。該モジュールは、さらに、参照ボリューム中の、１以上の３Ｄ関心領域（ＲＯＩ）を特定するために操作可能である。ある実施態様では、このシステムは、３ＤＲＯＩを通過するファイバー束の３Ｄ立体視的画像を表示するのを支援する。

Description

関連出願
本願は、「Method and System for Diffusion Tensor Imaging（拡散テンソルイメージングのための方法およびシステム）」という発明の名称で、２００５年１１月３０日に出願された米国仮特許出願（割り当てられた出願番号：第６０／７４１，１９４号）の優先権を主張する。この仮出願の内容全体を引用によって本願明細書に援用するものとする。

背景技術
拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）可視化は、成長中の研究分野である。スキャナーでより良好なデータを常時集め、医師や科学者たちは常に、それらのデータのための新しい応用を発見している。拡散磁気共鳴画像診断法（ＭＲＩ）の成功は、ランダムな拡散駆動型の変位の間に、通常の画像解像度を十分に超えた顕微鏡スケールで、分子が組織構造を突き止めるという強力な概念に根付いている。拡散は、三次元的プロセスであるので、組織中での分子の移動性は、脳の白質中でのように、異方性であるかもしれない。

拡散の異方性効果を、抽出し、特徴づけ、利用することができ、それによって、組織の微細構造の詳細が提供される。そのような進んだ応用の１つが、脳におけるファイバートラッキングであり、それは、結合性組織の洞察を提供するかもしれない。ＤＴＩはまた、種々の疾患（脳卒中、多発性硬化症、失読症、および精神分裂症を含む）における微細な異常を証明するために利用されてきており、現在では、多くのルーチンの臨床プロトコルの一部となりつつある。

しかしながら、ユーザーに、関心経路を指定させ、それらを外科手術計画およびそれに続くナビゲーションの一環とすることができるようにするには、より直観的な入力インターフェースが必要であるといった課題がある。

発明の概要
本発明のある実施態様は、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースと、前記少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースで操作可能な拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）モジュールとを備えたシステムを含む。ある実施態様において、前記ＤＴＩモジュールは、ファイバー束を計算するために操作可能である。前記モジュールはさらに、参照ボリューム中に、１以上の３Ｄ関心領域（ＲＯＩ）を特定し、１以上の３ＤＲＯＩを通過するファイバー束を計算または特定するために操作可能である。ある実施態様において、前記システムは、３ＤＲＯＩを通過するファイバー束の３Ｄ立体画像の表示を支援する。

特許または出願は、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面付きの本特許または特許出願公報のコピーは、請求および必要な手数料の支払いに応じて特許商標庁によって提供される。

発明の詳細な説明
本発明のある実施態様は、１以上のサブモジュール、すなわち、「計算テンソル」、「可視化」、「ファイバートラック」、および「ファイバー管理」を含む、ＤＴＩモジュールインターフェースを含む。別のいくつかの実施態様において、異なるサブモジュールのセットを用いてもよい。ある実施態様において、ＤＴＩモジュールは、入力制御に３段階の空間的自由度を提供する入力インターフェースで操作可能である。入力インターフェースは、事実上は、参照ボリューム内部でのハンドアクセスを提供する。

ソースＤＴＩボリュームおよびそれによってテンソルを計算するためのパラメータを選択するために、計算テンソルモジュールが用いられる。可視化モジュールは、一セットのボリュームの可視化を提供するものであり、それは、診断の助けとなるかもしれない。別の実施態様において、ソースＤＴＩボリュームに負荷をかけることができ、テンソルは、所定のパラメータセットに基づいて自動的に計算され、所定の可視化を介して表示される。

ファイバートラックモジュールは、神経線維をトラッキングおよび可視化するために用いられる。ある実施態様において、参照ボリューム中のＲＯＩが、１以上の３ＤＲＯＩ（例えば、立方体）として明示される。

ある実施態様において、ファイバートラックモジュールにおいて生成されるファイバーを体系化するために、ファイバー管理モジュールがさらに提供される。例えば、ファイバー管理モジュールは、ユーザーが、ファイバーを付加する、名前を付け直す、または削除することができるようにしている。ある実施態様において、さらに色付けツールがサポートされて、ファイバーを再色付けし、種々のファイバーを視覚的に異ならせることができる。

入力インターフェース
上記したように、ある実施態様において、ＤＴＩモジュールは、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を提供する入力インターフェース（本明細書において、「入力インターフェース」とも称される）で操作可能である。入力インターフェースは、３Ｄ空間的相互作用操作を提供する。図１は、ある実施態様における、入力インターフェースを示す図である。入力インターフェースは、事実上、参照ボリューム内部でのハンドアクセスを提供するものである。

実例として、３Ｄレンダリングされたオブジェクトまたは参照ボリュームを用いて作業するために、入力インターフェースは、１以上のハンドヘルド機器１０２ａ〜ｂ、例えば、スタイラスを含む。ある実施態様において、該機器は３段階以上の自由度で、ユーザーが自由に動かすことを可能にしている。ハンドヘルド機器（「バーチャルツール」とも称される）の対応画像は、その動きに沿って、参照ボリュームとの相互作用について表示される。

ある実施態様において、ハンドヘルド装置を動かして、３Ｄ画像として表示されるかもしれない表示された参照ボリュームを対応して動かす。その結果、参照を異なる角度で回転させ、異なる方向に移動させることができる。ある実施態様において、ユーザーは、ハンドヘルド装置を起動（例えば、ハンドヘルド装置１０２ｂ上のボタンを押すなど）して、ハンドヘルド装置を動かすことによって、そのボリュームの位置および方向性を動かすことを含めた、表示される参照ボリュームの動きを作り出す。

ある実施態様においては、ハンドヘルド機器の動きを、無線周波数（ｒｆ）トラッカーによって、トラッキングする。別の実施態様においては、入力インターフェースは、１以上のハンドヘルド装置で入力制御を提供する皮膚感覚型の装置でもよい。

別のいくつかの実施態様において、２以上のハンドヘルド装置を備えてもよい。例えば、多数のユーザーが、遠隔地または局地で、参照ボリュームと相互作用することができるようにしてもよい。ある実施態様において、単一のハンドヘルド装置を用いて、上記した一セットの活動を行ってもよい。

ある実施態様において、ユーザーとコンピュータスクリーン１０６の間に、ミラー１０３を配置する。ミラーは、参照ボリューム、コンピュータスクリーンによって表示されているバーチャルツールを映す。ユーザーは、ミラー後部の作業領域１０８で手を動かし、反射によって示される参照ボリュームと相互作用することができる。その結果、ユーザーは、参照ボリュームを見えなくすることなく、両手を使って参照ボリュームを用いて作業することができる。さらに、ある実施態様において、入力インターフェースには、ユーザーの腕を休めるためのサポート１１４を含むワークステーション１１２が備えられている。

ある実施態様において、参照ボリュームは、スクリーン上に立体的に表示してもよい。ある実施態様において、液晶表示（ＬＣＤ）シャッター眼鏡１２０を用いて参照ボリュームを立体的に認識してもよい。ＬＣＤシャッター眼鏡を用いれば、代替フレームシーケンシングの概念を用いて、コンピュータディスプレイ上の画像と同期させて光を透過させることができる。多数の閲覧者がシャッター眼鏡を着用して参照ボリュームを同時に観察し、議論することもできる。

脳神経外科手術計画のような複雑なアプリケーションは、典型的に、アプリケーションを制御し、操作の形態やツールを起動させるボタンやスライダーに頻繁にアクセスすることが必要とされる。そのため、ある実施態様は、少なくとも３段階の空間的自由度を持つ作業領域とアプリケーションコントロールとを統合させるために、バーチャルツールパネルを含む。

ある実施態様において、図１Ｂに示されているように、バーチャルツールパネルは、作業領域１０８の下の固体表面１１６に一致する。ある実施態様において、バーチャルツールパネルは、ハンドヘルドツール１０２ａを用いてベース１１６に触れることに対応して提示させ、該ベースから該ツールを取り除いた途端に消えるようにすることができる。ハンドヘルドツールとバーチャルツールパネルの間の相互作用は、ボタンを押す、スライダーをドラッギングする、曲線をコントロールするなどから１以上を含む他の行動を伴ってもよい。

ある実施態様において、入力インターフェースは、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、陽電子放射形断層撮影法（ＰＥＴ）、単一光子放射形コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、磁気共鳴画像診断法（ＭＲＩ）、磁気共鳴血管造影画像診断法（ＭＲＡ）、容積測定超音波、ならびに１以上のマルチモーダル画像から取得したセグメンテーションのうち１以上に基づいて、マルチモーダル画像をリアルタイムで容積測定し、３Ｄ空間表面レンダリングを生成することができるプロセスまたはモジュールを用いて操作可能である。ある実施態様においては、入力インターフェースと該プロセスを一緒に用いて立体的なバーチャルリアリティ（ＶＲ）環境が提供され、そこでは、ユーザーは、両手を使って「中まで到達する（reaching into it）」ことによって、３Ｄデータとリアルタイムでインタラクティブに作業することができる。

ある実施態様において、該プロセスは、透視法による立体的な影付きボリュームと表面レンダリング；多様式画像融合；自動ボリューム登録および登録されたオブジェクトの認証；セグメンテーション；クロッピング、カッティング、ドリリング、回復、クローニング、ローミング、線形および容積測定のための外科的診査ツール；ボリュームレンダリングが事前に設定されているカラー、および／または、透明マッピング；ＤＩＣＯＭコンプライアント、ならびに多数のファイルフォーマットのサポート（例えば、ＴＩＦＦ）；ならびに、立体的な再生およびビデオエクスポート能をもつ３Ｄ空間的相互作用操作の捕獲といった特徴のうち１以上を含む。

拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）モジュール
上記したように、ある実施態様においては、ＤＴＩモジュールは、一セットのサブモジュール含む。それらは、計算テンソルモジュール、可視化モジュール、ファイバートラックモジュール、およびファイバー管理モジュールである。本発明から逸脱せずに、モジュールの別のセットを用いてもよい。例えば、ある実施態様においては、ソースＤＴＩボリュームを負荷し、テンソルは、あらかじめ選択された所定の可視化方法に沿って、所定の一セットのパラメータに基づいて自動的に計算することができるであろう。そのような実施態様においては、計算および／または可視化モジュールは、ユーザーインタラクションのためのＤＴＩモジュールに含まれていなくてもよい。

計算テンソルモジュール
図２はさらに、ある実施態様の計算テンソルモジュールを示す図である。該計算テンソルモジュールは、６以上の拡散重み付け画像（ＤＷＩ）からなる一セットを含むソースＤＴＩボリュームから拡散テンソルを計算するものである。計算テンソルモジュールのパネル２０２は、ソースＤＴＩボリューム、拡散感覚化パラメータ（「ｂ値」とも称する）、およびＤＷＩの輝度閾値をユーザーに選択させる。

パネル２０２のオブジェクトセレクタ２０４は、ソースＤＴＩボリュームを選択するために設けられたものである。ある実施態様において、該パネルのナンバーセレクタ２０６は、ＤＷＩ取得プロセス中に決定されるｂ値を規定するために設けられたものである。ｂ値パラメータは、テンソルを計算するために用いられる。

パネル２０２上のスライダー２０８は、ソースＤＴＩボリュームの輝度閾値を規定する。ある実施態様において、輝度閾値より輝度が小さいボクセルについては、テンソル（３＊３マトリックス）は計算せず、ゼロマトリックスと見なす。このように、バックグランドボクセルのテンソルを、計算する必要がないことから、テンソル計算プロセスがスピードアップする。

計算テンソルボタン２１０を押すと、ソースＤＴＩボリュームのテンソルが計算される。ある実施態様において、パネル２０２上に提示された特徴２１２は、テンソルを計算するために用いられるパラメータをまとめたものである。ある実施態様において、特徴２１２は、テンソルを計算した後に初めて現れる。別のいくつかの実施態様において、計算テンソルモジュールのパネル２０２上に提示された構成要素は、本発明から逸脱せずに変更してもよい。

可視化モジュール
図３は、ある実施態様の、計算されたテンソルの可視化を選択するために用いられる可視化モジュールを示す図である。ある実施態様において、可視化モジュールのパネル３０２上に一セットの可視化が存在する。ある実施態様において、可視化には、ＦＡ（フラクショナル異方性）ボリューム３０４、ＡＤＣ（見かけ上の拡散係数）ボリューム３０６、ＦＡカラーボリューム３０８、ＳＥＣ（形状符号化カラー）ボリューム３１０、ＬＡ（線形異方性）ボリューム３１２、ＰＡ（平面異方性）ボリューム３１４、ＳＡ（球面異方性）ボリューム３１６、および方向（最大拡散方向）直線３１８のうちの１以上が含まれる。本発明から逸脱せずに、別の可視化セットを用いてもよい。例えば、可視化モードのある実施態様は、ＦＡを含まなくてもよい。

ある実施態様において、ソースＤＴＩボリュームのＤＴＩテンソルは、パネル上に可視化を選択し、次いで、パネル上の「計算ボリューム（Compute Volume）」ボタン３２０を押すことによって、レンダリングすることができる。

ＦＡ、ＡＤＣ、ＬＡ、ＰＡ、ＳＡボリュームは、ＤＴＩテンソルの拡散特性を示すグレースケールボリュームである。ＦＡボリュームでは、図４Ａの例によって示されるように、ボクセルの輝度が高いほど、このボクセル中のテンソルの拡散がより異方性を持つことがわかる。ＡＤＣボリュームは、脳の平均拡散率を示している。図４Ｂの例によって示されているように、ＡＤＣボリュームのボクセルの輝度は、そのボクセル中のＤＴＩテンソルの平均拡散強度を示している。ＬＡ、ＰＡ、およびＳＡボリュームは、図４（Ｄ〜Ｆ）に示されているように、ＤＴＩテンソルの線形、平面形、球面形の拡散特性をそれぞれ表している。ＬＡ、ＰＡ、およびＳＡボリュームにおけるボクセルの輝度が高いほど、このボクセル中のテンソルの線形、平面、球面状の拡散が高いことを示している。

ある実施態様において、図４Ｆの例によって示されるように、ＦＡカラーボリュームは、テンソルの方向情報を示すカラーコードボリュームである。ある実施態様において、図４Ｇの例によって示されるように、ＳＥＣボリュームは、ＤＴＩテンソルの形状情報をコード化するカラーコードボリュームを提供する。ボクセルの色は、このボクセル中の拡散テンソルの形状を示している。図４Ｇの例では、赤色は、テンソルが長球形状であること、黄色および白色は、拡散テンソルが偏球および球形であることをそれぞれ示している。別のいくつかの実施態様において、別の色の組み合わせを用いてもよい。

ある実施態様において、該方向方法は、図４Ｈの例によって示されるように、全てのＤＴＩテンソルのうち最大拡散方向を示す一セットの線を生成および表示する。

ファイバートラックモジュール
ある実施態様において、計算されたテンソルは、ファイバートラックモジュールを介してファイバートラック（本明細書において「ファイバー束」とも称する）として可視化してもよい。ある実施態様によれば、ユーザーは、参照ボリューム上の２Ｄおよび／または３Ｄ関心領域（ＲＯＩ）を特定し、これらのＲＯＩを通過するファイバーを計算することができる。ある実施態様において、ファイバートラッキングモジュールは、上記したように、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を提供する入力インターフェースを用いて操作可能である。ある実施態様において、図５に示されているように、入力インターフェースのバーチャルツール５０２を用いて、表示された参照ボリューム５０６中の３ＤＲＯＩ５０４を特定する。

ある実施態様において、図５にさらに示されているように、参照ボリューム中の３ＤＲＯＩを選択するために、ユーザーは、バーチャルツール５０２の先端の３Ｄ立方体５０８を操縦して、参照ボリューム５０６中のＲＯＩ５０４を特定する。ある実施態様においては、ユーザーは、参照ボリュームの領域上の３Ｄ立方体５０８を操縦した後、３ＤＲＯＩ５０４としての参照ボリュームの領域を選択することができる（例えば、バーチャルツール側のボタンを押す）。これに対応して、３Ｄ立方体は、図５に示されているように、３ＤＲＯＩ５０４をマークした参照ボリューム５０６に残る。したがって、ユーザーは、３ＤＲＯＩ５０４を通過するファイバー束が、計算ボタン５１０を介して計算され、生成されるように、コントロールパネルを介して要求することができる。

ある実施態様において、ＲＯＩを通過するファイバー束を計算し、表示する。別法として、ボリューム全体のファイバーを生成してもよいが表示せず、したがって、ＲＯＩを通過するファイバー束を特定し、表示する。したがって、本明細書に記載したように、ある実施態様において、ファイバー束またはファイバートラックを計算および／または生成するという言及には、ファイバー束を特定および表示すること、ファイバー束を計算および表示すること、またはファイバー束を計算するが表示しないことを含むことができる。

ある実施態様において、図６に示されているように、多数の３ＤＲＯＩ６０４ａ〜ｃは、参照ボリューム上で選択することができる。ユーザーは、全ての選択された３ＤＲＯＩを通過するファイバーのみを生成することを選択する（例えば、コントロールパネル６２０上の交差モード６２２）こともできるし、または、３ＤＲＯＩの少なくとも１つを通過する全てのファイバーを見つけることを選択する（パネル６２０上の組合せモード６２４）こともできる。

さらに図６に示されているように、ユーザーは、ＲＯＩを規定し、計算ファイバーボタン６１０を選択した後、新たに生成されたファイバー束を自動的に活性ファイバー群に追加する。さらに、ユーザーは、復元ボタンを選択することによって、現在の活性ファイバー群から新たに生成されたファイバー束を削除することができる。ユーザーは、繰り返し復元ボタンを選択することによって、異なる時間に生成され、活性なファイバー群に含有されているファイバー束を連続的に削除することができる。

ある実施態様において、３Ｄ立方体の大きさをリアルタイムで調整し、それによって、選択すべきＲＯＩの大きさを変えることができる。３Ｄ立方体の大きさの調節は、コントロールパネル上に含まれる入力コントロール特徴、または、入力インターフェースのハンドヘルド装置上に含まれる入力コントロール特徴を介して行うことができる。

別のいくつかの実施態様において、本発明から逸脱せずに、３Ｄ立方体以外のオブジェクトを用いてもよい。例えば、プリセット３Ｄ関心領域を設けてもよい。プリセット３ＤＲＯＩは、確率的方法によって定義し、位置づけることができるであろう。例えば、コレジスタされたＤＴＩアトラス情報は、特定のファイバートラックを含む可能性のある領域を自動検出するために使用することができるであろう。本明細書に記載の入力インターフェースおよびＤＴＩモジュールは、その後、プリセット３ＤＲＯＩの大きさや形状に関して該領域を修正するために使用することができるであろう。

ある実施態様において、図７に示されているように、新たに生成されたファイバー群７３２を第２のファイバー群７３０に、ファイバー管理モジュール７００のコントロールパネル上の添付ボタン７４２を介して追加される。ある実施態様において、ファイバー群はファイバー束の容器である。ある実施態様において、１つのファイバー群は常時活性であり、現在のファイバー群として参照されることになる。図８に示されているように、第１のファイバー群は、一セットのファイバー群から削除することができる。ある実施態様においては、ユーザーは、ファイバー群が空になるまで、異なる時間に生成されたファイバー束を連続的に削除することができる。

図９に示されているように、ファイバー群はまた、ファイバー管理モジュールにおいて、名前を変えることができるし、別のレンダリングカラーに変えることができる。デフォルトによって、拡散方向情報に基づいて、ファイバー群中のファイバーを色で符号化する。それらはさらに、色付けしなおして、他のファイバー群と異なったものとすることができる。図９に示された例のように、ファイバーの色には２つの選択肢があり、１つは、単一色、他の１つはディレクションカラーである。

ある実施態様において、ユーザーはまた、参照ボリュームの中に配置された３Ｄ立方体で特定された、既にマークされている３ＤＲＯＩを削除することもできる。ある実施態様において、ユーザーは、図６に示されているように、ファイバートラッキングモジュールのコントロールパネル６２０上の削除ボタン６２６を選択してもよい。ユーザーは、バーチャルツールを操縦して、既に加えられている３Ｄ立方体に接近する。バーチャルツールが、既に加えられている３Ｄ立方体の所定の近接位置にあるとき、該３Ｄ立方体は高輝度表示される。ユーザーによる起動（例えば、バーチャルツールの側面のボタンを押す）に反応して、高輝度表示された３Ｄ立方体は、削除されることになる。

ある実施態様において、参照ボリューム内の領域は、ファイバー束を生成するためにＲＯＩを回避し、ＲＯＩの一部としないように特定することができる。ある実施態様において、追加ボタンを３ＤＲＯＩインターフェース（例えば、ファイバートラックモジュールのパネル上）に設けることができる。１以上の立方体を参照ボリューム上に配置して、回避すべきＲＯＩを特定することができる。ある実施態様において、回避すべきＲＯＩに対応する立方体は、ファイバー束を生成するＲＯＩを特定する立方体に関連づけて、異なる色（または、異なる形状）とする。ユーザーがファイバーを計算し始めたとき、ファイバートラッキングアルゴリズムは、これらの回避ＲＯＩを考慮し、回避ＲＯＩを通過するファイバーを破棄するであろう。

ある実施態様において、図１０に示されているように、ユーザーが２ＤＲＯＩ選択ボタン１０６０を選択したことに対応して、ビューア１０６２が示される。該ビューアは、参照ボリュームの２Ｄスライスと、該スライスを操作するいくつかのインターフェースを表示する。該ビューアを用いて、ユーザーは、参照ボリュームの軸方向、矢状、および冠状面のスライスを見ることを選択することができ、２Ｄスライスを拡大または縮小することができる。ユーザーは、輪郭線を描いて、２ＤＲＯＩをスライス上に規定したり、または、別に、スライス上に多数の２ＤＲＯＩを規定することができる。

ある実施態様において、ファイバートラッキングモジュールとともに用いられる参照ボリュームは、ＤＴＩボリュームであってもよい。または、ＣＴ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、ＭＲＩ、ＭＲＡ、容積測定超音波、もしくはＤＴＩボリュームとともにコレジスタされる他の多様式ボリュームであってもよい。さらに、ある実施態様において、ＤＴＩボリュームとともにコレジスタされる１以上の多様式から取得した、分割された画像を参照ボリュームとして用いることができる。

ある実施態様において、ファイバートラッキングパネル６２０は、ファイバートラッキングの停止条件を調節するためのインターフェースをさらに含む。ある実施態様において、該停止条件は、ＦＡ閾値、最大長閾値、最小長閾値、偏差角閾値のうちの１以上を含む。上記閾値を調節することによって、ユーザーは、異なる形状および異なる長さのファイバーを取得することができる。ステップ長スライダーを用いて、ファイバーの平滑度を制御する。例えば、ステップ長が小さいときには、ファイバーをより平滑かつ正確に示されるようにするとよい。これらの制御を用いて、次にユーザーは、所望のファイバートラッキング結果を生み出すパラメータを見つけてもよい。

ファイバートラッキング
図１１および１２は、ある実施態様における、ファイバーを生成およびトラッキングするプロセスを示すフローチャートである。図１１は、ファイバートラックを生成するための前処理について示すフローチャートである。工程１１０２では、拡散重み付け画像（ＤＷＩ）（ａ．ｋ．ａ．ソースＤＴＩボリューム）を負荷し、テンソルを計算してＤＷＩのボクセルを求める。工程１１０４では、データのノイズを減少させることによってテンソルを平滑化するための処理を行う。ある実施態様において、ガウスの核を適用して、テンソルを平滑にする。別のいくつかの実施態様においては、本発明の範囲から逸脱せずに、別の処理を用いてもよい。工程１１０６では、固有ベクトルおよび固有値を計算してテンソルを求める。

図１２は、ある実施態様において、ファイバー束を生成するためのトラッキング処理を表すフローチャートを示す。工程１２０２では、上述したように、参照ボリューム中に１以上のＲＯＩを特定する。例えば、多数のＲＯＩを選択することができ、および／または、ＲＯＩを３ＤＲＯＩとして選択することができる。さらに、ある実施態様において、得られたファイバーが選択されたＲＯＩの全てを通るように（すなわち、交差モード）、一セットのＲＯＩを選択することができる。

工程１２０４では、最大固有値に対応する固有ベクトルを特定して、ＲＯＩ中のボクセルのテンソルを調べる。代表的なファイバーのトラッキングは、この固有ベクトルの方向に沿って進む。

工程１２０６では、トラッキングは、現在のトラッキング方向に沿って短い距離を継続し、新たな点に到達する。ある実施態様において、該短い距離は、ステップ長と称され、それは固定値または適応値である。該ステップ長が固定される場合、該ステップ長は、ある値に固定されている。ある実施態様において、ユーザーは、上述したステップ長スライダーを調節することによって、この値を調節することができる。もしステップ長が適応値であれば、その距離は、前の点の上のテンソルの異方性値に従って、ファイバートラッキング処理中に変化する。

工程１２０８では、新たな点がソースＤＴＩボリュームの境界外にある場合、トラッキングが終了する（１２１０）。特に、ある実施態様において、参照ボリュームは、ソースＤＴＩボリュームの大きさを示すバウンディングボックスを持つ。新たな点がこのバウンディングボックスの外部にあれば、トラッキングは境界外となり、トラッキングは終了する。そうでない場合は、工程１２１２では、三線補間プロセスを用いて、新たな点において新たなテンソルを計算し、固有ベクトルと固有値を計算して新たなテンソルを求める。

工程１２１４では、新たなテンソルのフラクショナル異方性（ＦＡ_新）値がＦＡ_１（すなわち、定義済みの閾値）以下であれば、トラッキングは終了する（１２１０）。工程１２１６では、ＦＡ_新が、ＦＡ_１とＦＡ_２の間であれば（但し、ＦＡ_２は定義済みの閾値。ＦＡ_２＞ＦＡ_１）、分離プロセスを用いて次の候補トラッキング方向を生成する。そうでない場合は、工程１２１８では、それぞれのファイバーのトラッキングが新たなテンソルの最大固有値に対応する固有ベクトルの方向に沿って進む。別のいくつかの実施態様において、本発明から逸脱せずに、ＦＡ以外の測定値を用いることができる。

工程１２２０では、現時点のトラッキング方向と次の候補トラッキング方向の間の偏差角が定義済みの閾値より大きい場合、トラッキングは終了する（１２１０）。そうでない場合は、工程１２２２では、次のトラッキング方向に沿ってファイバートラッキングが継続し、再び工程１２０６でプロセスを継続する。ある実施態様において、工程１２０２乃至１２２２は、特定されたＲＯＩで特定された一セットのボクセルについて行う。別のいくつかの実施態様において、本発明の範囲を逸脱せずに、記載したプロセスの一部を除外することができ、ならびに、追加プロセスを含ませることができる。

図１３は、ある実施態様において、工程１２１６で述べたように、ＦＡ_新がＦＡ_１とＦＡ_２の間にあるときのトラッキング方向を生成するプロセスを説明するフローチャートを示す図である。工程１３０２では、新たなテンソルの最大固有値に対応する固有ベクトルｅ_１が決定される。工程１３０４では、工程１３０２において決定された固有ベクトル（ｅ_１）を用いた補間、および現在のトラッキング方向（Ｖ_ｉｎ）を用いて次のトラッキング方向を生成する。ある実施態様において、補間は、ベクトル（ｖ）＝（１−ｗ）^＊Ｖ_ｉｎ＋ｗ^＊ｅ_１で表される線形補間を含む（但し、式中、ｗは、補間の重みを示す）。工程１３０６では、得られたベクトル（ｖ）が次のトラッキング方向に割り当てられる。別のいくつかの実施態様において、本発明の範囲を逸脱せずに、トラッキングの方向を決定するために該補間の変更例を用いてもよい。

ある実施態様において、線形補間に用いられる重み（ｗ）は、ＦＡ_新の関数、ＦＡ_新＝ｆ（ｗ）である。ある実施態様において、ＦＡ_新が小さくなれば、重み（ｗ）もまた小さくなる。逆もまた然りである。

さらに、ある実施態様において、ＦＡ値のばらつきに相対させて、重みのばらつきを修正する。ある実施態様において、重みのばらつきを修正するために、二次放物線（ｆ）を用いる。それは、（ｆ）＝ａ^＊ｗ^＊ｗ＋ｂ^＊ｗ＋ｃ、で定義される。係数ａ、ｂ、ｃは、ある実施態様においては、ＦＡ値と重みの好ましい対応を用いることに基づいて決定される。別のいくつかの実施態様において、本発明の範囲を逸脱せずに、補間のための重みの決定の変更例を用いてもよい。

結論
本開示の新規の技術の真意から逸脱せずに、本実施の形態は、多くの改変および変更が当業者によって成され得ることは明らかである。

上記プロセスは、一セットの実行されるべき命令として、コンピュータシステムのメモリに保存することができる。さらに、上記プロセスを行うための命令は、別法として、磁気ディスクおよび光学ディスクを含む、他の形態の機械読取り可能媒体に保存することもできるであろう。例えば、上記プロセスは、ディスクドライブ（またはコンピュータ読取り可能媒体ドライブ）を介してアクセス可能な、磁気ディスクや光学ディスクなどの機械読取り可能媒体に保存することができる。さらに、命令は、データネットワークを介して、コンパイルされ、連結された形態でコンピュータ装置にダウンロードすることができる。

別法として、上記プロセスを行うためのロジックは、大規模集積回路（ＬＳＩ）、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、電気的に消去可能なプログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などのファームウェア、および電気的、工学的、音響的、および他の形態の伝達シグナル（例えば、搬送波、赤外線シグナル、デジタルシグナル、など）などの別個のハードウェアコンポーネントなど追加的なコンピュータおよび／または機械読取り可能媒体において実現することができるであろう。

本開示の新規の技術の真意から逸脱せずに、本実施の形態は、多くの改変および変更が当業者によって成され得ることは明らかである。

図１Ａおよび１Ｂは、ある実施態様における、入力インターフェースを示す図である。図２は、ある実施態様における計算テンソルモジュールを示す図である。図３は、計算されたテンソルの可視化を選択するために用いられる可視化モジュールの実施態様を示す図である。図４Ａ乃至４Ｈは、ある実施態様における、異なる可視化を介しての参照ボリュームの例を示す図である。図５は、ある実施態様における、３ＤＲＯＩの特定を示す図である。図６は、ある実施態様における、多数の３ＤＲＯＩの特定を示す図である。図７は、ある実施態様における、あるファイバー群の別のファイバー群への追加を示す図ある。図８は、ある実施態様における、あるファイバー群の削除を示す図ある。図９は、ある実施態様における、あるファイバー群に新しい名前を付けること、および／または、ファイバー群の色を変えることを示す図である。図１０は、ある実施態様における、２ＤＲＯＩの特定を示す図である。図１１は、ある実施態様における、ファイバートラックを生成するための前処理を記載したフローチャートである。図１２は、ある実施態様における、ファイバー束をトラッキングする処理を記載したフローチャートである。図１３は、ある実施態様における、ファイバートラックを生成するための前処理を記載したフローチャートである。

Claims

入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースと、
少なくとも３段階の空間的自由度を持つ前記入力インターフェースで操作可能な拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）モジュールとを含む、システム。
前記ＤＴＩモジュールは、ファイバー束を生成するために操作可能である、請求項１に記載のシステム。
前記ＤＴＩモジュールは、さらに、１つの参照ボリューム中に１以上の３Ｄ関心領域（ＲＯＩ）を特定するために操作可能である、請求項２に記載のシステム。
前記ＤＴＩモジュールは、さらに、１つの３ＤＲＯＩを通過するファイバー束を生成するために操作可能である、請求項３に記載のシステム。
前記システムは、ファイバーの３Ｄ立体画像を生成する、請求項４に記載のシステム。
前記ＤＴＩモジュールは、多数の３ＤＲＯＩを通過するファイバー束を生成するために操作可能である、請求項５に記載のシステム。
前記ＤＴＩモジュールは、すべての前記３ＤＲＯＩを通過するファイバー束を生成するために操作可能である、請求項６に記載のシステム。
前記ＤＴＩモジュールは、少なくとも第１および第２の３ＤＲＯＩを通過するすべてのファイバー束を生成するために操作可能である、請求項７に記載のシステム。
前記参照ボリュームは、ＤＴＩ、または、ＭＲＩ、ＭＲＡ、ＰＥＴ、ＳＥＣＴ、もしくはＣＴとコレジスタされたＤＴＩである、請求項３に記載のシステム。
入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ前記入力インターフェースは、１以上のハンドヘルドの装置を含む、請求項１に記載のシステム。
ハンドヘルドの装置は、表示された参照ボリュームと相互作用するために入力制御に少なくとも６段階の空間的自由度を含む、請求項１０に記載のシステム。
ハンドヘルドの装置は、表示されたコントロールパネルと相互作用するために操作可能である、請求項１１に記載のシステム。
ハンドヘルドの装置は、表示された参照ボリュームを取り入れるために操作可能である、請求項１１に記載のシステム。
前記システムは、ハンドヘルドの装置に対応するバーチャルツールの描写を生成する、請求項１１に記載のシステム。
前記バーチャルツールは、参照ボリューム内のＲＯＩを特定するために操作可能である、請求項１４に記載のシステム。
前記バーチャルツールは、参照ボリューム内のＲＯＩを特定するための３Ｄオブジェクト参照を含む、請求項１５に記載のシステム。
参照ボリューム内のＲＯＩを特定するための前記３Ｄオブジェクト参照の大きさは、リアルタイムで調整可能である、請求項１６に記載のシステム。
３Ｄ空間的相互作用操作を提供する入力インターフェースと、
３Ｄ空間的相互作用操作を提供する入力インターフェースで操作可能な拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）モジュールと、
を含む、システム。
参照ボリュームの拡散テンソルを計算するステップと、
前記参照ボリュームを、入力インターフェースを介して相互作用させ、関心領域（ＲＯＩ）を特定するステップとを含み、
前記入力インターフェースは、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ、方法。
前記方法は、１つのＲＯＩを通過するファイバートラックを生成するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
前記方法は、前記ＲＯＩは、３ＤＲＯＩを含む、請求項２０に記載の方法。
一セットの命令を保存している機械読取り可能媒体であって、実行されたとき、それは、参照ボリュームの拡散テンソルを計算するステップと、前記参照ボリュームを入力インターフェースを介して相互作用させ、関心領域（ＲＯＩ）を特定するステップとを含む方法を行い、前記インターフェースは、入力制御に少なくとも３段階の空間的自由度を持つ入力インターフェースである、機械読取り可能媒体。