JP2010240409A - ４ｄレンダリングにおいて定量的なセグメントデータを表示するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な変形と共に、４Ｄプレゼンテーションで定量的なセグメントデータを表示するための方法およびシステムを開示すること。
【解決手段】本方法は、ボリューム画像データ中でセグメントを識別するステップを含む。次いで、以下のステップが繰り返されて４次元レンダリングが生成される。繰り返されるステップは、変位場を生成するために、ボリューム画像データのセグメントを追跡するステップを含む。セグメントの局所的な変形が変位場を用いて識別される。次いで、セグメントは、変位場および局所的な変形を参照してレンダリングされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、４次元（４Ｄ）レンダリングにおいて、セグメントの定量的測定値を提示するための方法およびシステムに関する。本方法およびシステムは、特に、医療用撮像で有用である。

新しい医療用撮像技術は、患者の心臓の心筋層など、オブジェクトの局所的な定量的４Ｄ解析を可能にする。局所的な定量４Ｄ解析は、オブジェクト中のすべての物質点(material points)の動きおよび変形に関する詳細な情報を提供する。しかし、データを解析する間は、データを様々なセグメントに分割するのが有益である。例えば、心臓学では、心臓の構造をセグメントに分割するのが一般的である。

さらに、係留効果（ｔｅｔｈｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ）のため、隣のセグメントを変形させることにより生ずる動きを、セグメントそれ自体の変形により生ずる動きから区別することは困難であることが多く、したがって、オペレータが、局所的な変形を各セグメントの動き全体から区別することを困難にしている。

米国特許出願公開第２００６／０００４２９１号公報

したがって、各セグメントをそれ自体で表示することによりセグメント変形の視覚的な認知を向上させる方法およびシステムを提供することは有益となるはずである。

一態様では、本発明のいくつかの実施形態は、オブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおいて、定量的なセグメントデータを表示する方法を提供する。本方法は、ボリューム画像データ中でセグメントを識別するステップを含む。次いで、以下の諸ステップが繰り返されて、局所的な変形を用いてセグメントのレンダリングを表示する。繰り返されるステップは、変位場(displacement field)を生成するために、ボリューム画像データのセグメントを追跡するステップと、変位場に基づいて、セグメントの局所的な変形を識別するステップと、変位場および局所的な変形を参照してセグメントをレンダリングするステップとを含む。

他の態様では、本発明のいくつかの実施形態は、３次元レンダリングにおける心臓セグメントの変形表示の視覚的な認知を改善する方法を提供する。本方法は、心臓のボリューム画像を取得するステップと、基準に基づいて、心臓画像上で少なくとも１つのセグメントを定義するステップとを含む。次いで、以下のステップが繰り返されて、心臓セグメントの変形表示の視覚的な認知を改善する。繰り返される諸ステップは、セグメントの動きを識別するためにセグメントを追跡することにより変位場を推定するステップと、セグメントの局所的な変形を変位場から識別するステップと、変位場を参照してセグメントをレンダリングし、かつレンダリング上に局所的な変形をマップするステップとを含む。

他の態様では、本発明のいくつかの実施形態は、コンピュータまたはプロセッサ、メモリ、およびディスプレイを含むシステムを提供する。システムは、ボリューム画像データ中でオブジェクトのセグメントを識別するように構成される。システムは、変位場を生成するためにセグメントを追跡するように構成された追跡モジュールと、変位場から、セグメントの局所的な変形を識別するように構成された解析モジュールと、変位場を参照してセグメントをレンダリングするように構成されたレンダリングモジュールとをさらに備え、追跡モジュール、解析モジュール、およびレンダリングモジュールが、繰り返して動作するように構成され、それにより、４Ｄプレゼンテーションにおいて視覚的に向上させたセグメントの変形表示が生成される。

さらに他の態様では、本発明のいくつかの実施形態は、コンピュータまたはプロセッサ、メモリ、およびディスプレイを備えるシステムに命令するように構成された命令がその上に記録された１つまたは複数のマシン可読媒体を提供する。媒体は、セグメントの動きを表す変位場を取得するためのルーチンと、変位場からセグメントの局所的な変形を識別するためのルーチンと、変位場を参照してセグメントをレンダリングし、それにより、局所的な変形を表示するためのルーチンとを含む。

本発明の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおけるセグメントの動きの表示を視覚的に向上させる方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態で述べられるサーフェスまたはボリュームレンダリングにおける心臓セグメントの動きの表示を向上させる方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおける動きの視覚的に向上させた表示を示すことのできるシステムのブロック図である。 本発明の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおける動きの視覚的に向上させた表示を示すことを支援するプロセッサのブロック図である。 本発明の一実施形態に従って表示された左心室の単一セグメントのボリュームレンダリングを示す図である。 ワイヤフレームを用いた通常のシェーディングによるサーフェスレンダリング、トラベキュラ（小ビームに見える密な：ｔｒａｂｅｃｕｌａｅ）の写真画質に近いテクスチャを用いたサーフェスレンダリング、および人工的なスペックルパターンのサーフェスレンダリングを示す、単一セグメントのサーフェスレンダリングをそれぞれ示す図である。 ワイヤフレームを用いた通常のシェーディングによるサーフェスレンダリング、トラベキュラ（小ビームに見える密な：ｔｒａｂｅｃｕｌａｅ）の写真画質に近いテクスチャを用いたサーフェスレンダリング、および人工的なスペックルパターンのサーフェスレンダリングを示す、単一セグメントのサーフェスレンダリングをそれぞれ示す図である。 ワイヤフレームを用いた通常のシェーディングによるサーフェスレンダリング、トラベキュラ（小ビームに見える密な：ｔｒａｂｅｃｕｌａｅ）の写真画質に近いテクスチャを用いたサーフェスレンダリング、および人工的なスペックルパターンのサーフェスレンダリングを示す、単一セグメントのサーフェスレンダリングをそれぞれ示す図である。 静的なワイヤフレームメッシュおよび静的な半透明モデルを用いた、単一セグメントのサーフェスレンダリングを介してセグメントの変形をそれぞれ示す図である。 静的なワイヤフレームメッシュおよび静的な半透明モデルを用いた、単一セグメントのサーフェスレンダリングを介してセグメントの変形をそれぞれ示す図である。 セグメントの動き全体を強調表示した、心周期の２つの異なる段階で表示されたセグメントをそれぞれ示す図である。 セグメントの動き全体を強調表示した、心周期の２つの異なる段階で表示されたセグメントをそれぞれ示す図である。 健康なセグメントおよびインフラ化(infracted)したセグメントの表示をそれぞれ示す図である。 健康なセグメントおよびインフラ化(infracted)したセグメントの表示をそれぞれ示す図である。

前述の要約、ならびに本発明のいくつかの実施形態の以下の詳細な記述は、添付の図面を併せて読めばさらによく理解されよう。図が、様々な実施形態の機能ブロック図を示している限りにおいては、機能ブロックは、必ずしも、ハードウェア回路間の分割を示すものではない。したがって、例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）は、単一部品のハードウェア（例えば、汎用の信号プロセッサ、またはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなどのブロック）中に実装することができる。同様に、プログラムは、スタンドアロンのプログラム、オペレーティングシステム中にサブルーチンとして組み込む、インストールされたソフトウェアパッケージ中の機能などとすることができる。様々な実施形態は、図面で示された構成および手段に限定されないことを理解されたい。

本明細書で使用される場合、単数で記載され、用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」で始まるエレメントまたはステップは、除外することが明示的に述べられない限り、複数のエレメントまたはステップを除外しないものとして理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」を参照することは、記載された特徴をさらに組み込む他の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図していない。さらに、明示的に反対のことが述べられない限り、特定の性質を有する１つまたは複数のエレメントを「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有していない追加のエレメントを含むこともできる。さらに、「コンピュータ」および「プロセッサ」という用語は、本明細書では交換可能に使用され、デジタル信号の処理、制御、データ操作、および／または計算を実施するための専用のハードウェア、あるいは同様の機能を実施するようにプログラムされ、かつ／または外部のデジタル信号とインターフェースをとるように適合されうる汎用コンピュータを指す。フレーズ「コンピュータまたはプロセッサ」および「プロセッサまたはコンピュータ」は、したがって、個々の用語のどちらでも等しい範囲を有することが意図されており、２つの用語の間を分けることを含意するものではない。

本発明の実施形態の技術的な効果は、４Ｄ表現における定量的なセグメントデータを表示する改良された方法を提供することを含む。本発明のいくつかの実施形態は、セグメントの局所的な変形を識別すること、およびそれを関連するセグメントと共に表示することを含む。さらに、本発明のいくつかの実施形態は、定量的な局所パラメータを表すために、カラーコーディングを用いることを容易にする。セグメント表面はまた、セグメント変形の現実感のある表示を生成するためにテクスチャ化することができる。さらに、いくつかの実施形態では、定量的な局所パラメータが識別され、カラーコードとしてテクスチャ上に重畳される。したがって、定量的な局所パラメータおよび局所的な変形を表すカラーコード化されたテクスチャで重畳されたセグメントのレンダリングは、セグメント変形の改善された表示を提供する。

図１は、本明細書の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおけるセグメントの動きの視覚的に向上させた表示方法を示す流れ図である。ステップ１１０で、セグメントは、ある時点におけるボリューム画像中で識別される。セグメントは、心拡張終期などの特定の基準時間において定義される。セグメントの定義は、例えば、冠状動脈領域で、または心臓学で一般に使用される標準の１６、１７、または１８セグメントモデルに基づいて任意に選択することができる。次いで、心周期の残りのフレームで、最初のセグメントは追跡結果に基づいて変位される。一例では、ボリューム画像は、動く臓器など、動くオブジェクトの一連のボリューム画像とすることができる。ボリューム画像またはボリューム画像データという用語は、オブジェクトの動きを表すボリューム画像のシーケンスを伝える。ボリューム画像は、超音波撮像、磁気共鳴撮像、３Ｄもしくは４Ｄのコンピュータ断層撮像、または他の任意の撮像技法を用いて取得することができる。セグメントを、ボリューム画像から、業界で使用される様々なアルゴリズムまたは装置を用いて識別することができる。ボリューム画像中で、関心領域を定義することができ、その関心領域を、様々なセグメントとして定義することができる。臨床医は、様々な要件に基づいて関心領域を選択し、セグメントを定義することができる。しかし、セグメントはまた、手動で、または自動で識別することもできる。セグメントが識別された後、以下のステップ１２０から１４０が、ボリューム画像シーケンス中で利用可能な時間ステップの間、繰り返すことができる。ステップ１２０で、セグメントが追跡されて、変位場が生成される。変位場は、選択されたセグメントの動き全体を表す。変位場を推定するために、適切な追跡技法を使用することができる。ステップ１３０で、セグメントの局所的な変形が変位場から推定される。セグメントの局所的な変形は、隣接するセグメントの全体の動きとは関係なく、変位場における局所的な変動により定義される。一実施形態では、セグメントの局所的な変形が、セグメントの動き全体から計算される。セグメントの動き全体は、心臓画像中で、または選択された関心領域中で定義された隣接するセグメント、または他のセグメントにより生ずる動きと共に、その局所的な変形により引き起こされたセグメントの動きを表す。セグメントの動き全体は、セグメント中のすべての点の動きを平均することにより得られるセグメントの平均の動きから減算される。こうすることにより、セグメントの局所的な変形が与えられる。しかし、セグメントの局所的な変形を識別するために、任意の追跡または画像処理アルゴリズムを使用することができる。ステップ１４０で、セグメントは、セグメントの変位および局所的な変形を参照してレンダリングされる。レンダリングは、サーフェスレンダリングまたはボリュームレンダリングとすることができる。変位場および局所的な変形を参照するセグメントのサーフェスまたはボリュームレンダリングは、知られたレンダリング方法により達成することができる。レンダリングは変位場に基づいて行われ、また局所的な変形は、そのレンダリング上にマップされる。

一実施形態では、セグメントは、変位場を参照してサーフェスレンダリングされ、セグメントの局所的な変形を表示する。一実施形態では、セグメントのサーフェスレンダリングは、ワイヤフレームモデル、人工的なテクスチャモデル、または半透明なモデルを用いて生成することができる。さらに、一実施形態では、基準時間からの静的なワイヤフレームモデル、または静的な半透明モデルを、セグメントの動的なサーフェスモデルと共に表示することができる。

一実施形態では、セグメントは、変位場を参照してボリュームレンダリングされ、セグメントの局所的な変形を表示する。一例では、ボリュームレンダリングは、セグメント境界として、動的なクロッピング面を用いることにより生成することができる。他の例では、ボリュームレンダリングは、合成的に生成された静止フレームの３Ｄデータから、例えば、人工的なスペックルパターンを有するデータから生成することができるが、その場合、データは３Ｄ追跡の結果に従って移動される。代替的には、ボリュームレンダリングは、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）、および３次元コンピュータ断層撮像法（ＣＴ）などの他の撮像モダリティからの静止フレーム３Ｄデータから生成することもできる。

一実施形態では、少なくとも１つの定量的な局所パラメータは、セグメントを追跡する間に識別することができる。定量的な局所パラメータのいくつかの例は、速度、歪み、変位などを含む。定量的な局所パラメータは、セグメントの変位に基づいて変化する可能性がある。例えば、心臓の画像では、心周期の様々な段階における心臓壁の歪みは異なるはずである。定量的な局所パラメータは様々な段階で推定され、カラーコードまたは変形マーカとして表すことができ、したがって、これらの定量的な局所パラメータを容易に視覚化することができる。したがって、諸実施形態のいくつかでは、定量的な局所パラメータは、カラーコードまたは変形マーカとして表され、それらは、テクスチャ上に、またはその表面に、あるいはボリュームレンダリングに重畳することができる。カラーコードは、テクスチャ上に重畳できることに留意されたい。したがって、ワークフローは、少なくとも１つの定量的な局所パラメータを表すカラーコードを有するテクスチャで４Ｄサーフェスレンダリングされた画像を生成し、それにより、セグメントの局所的な変形を強調する。

一実施形態では、スペックルパターンの形式のテクスチャ、臓器組織のように見えるテクスチャ、および任意の撮像モダリティからのレンダリングに基づくテクスチャなど、様々なテクスチャを使用することができる。撮像モダリティは、任意の撮像モダリティを含むことができ、また最初のボリューム画像を取得したモダリティに限定される必要はない。

一実施形態では、複数のセグメントを、ディスプレイ中で同時に隣接して表示することができる。それによって、セグメント変形の視覚的な比較を容易に行うことができる。

図２は、本発明の一実施形態で述べられる３Ｄレンダリングにおける心臓セグメントの動きの改善された表示方法を示す流れ図である。ステップ２１０で、心臓のボリューム画像が取得される。画像は、任意の撮像システムを用いて取得することができる。一例では、画像は、心臓の超音波ボリューム画像である。ステップ２２０で、心臓セグメントが基準時間に対して定義される。ステップ２３０で、セグメントは、そのセグメントの動きを表す変位場を取得するために追跡される。変位場は、適切な追跡法を用いて推定することができる。ステップ２４０で、セグメントの局所的な変形が取得される。一実施形態では、セグメントの局所的な変形は、セグメントの変位場から取得される。セグメントの変位場は、その局所的な変形により生じたセグメントの局所的な変位と共に、隣接する組織により引き起こされた動きを表す。局所的な変形は、任意の知られた解析法により得ることもできる。ステップ２５０で、セグメントは変位場を参照してレンダリングされる。セグメントを、ボリュームまたはサーフェスレンダリングすることができる。ステップ２６０で、識別された局所的な変形がレンダリングへとマップされて表示される。こうすることにより、４Ｄプレゼンテーションにおいて、視覚的に向上させたセグメントの変形表示が得られるようになる。

レンダリングは、サーフェスレンダリングまたはボリュームレンダリングとすることができる。

一実施形態では、関心領域を追跡することにより、歪み、速度、変位など、動きによるセグメント中の少なくとも１つの定量的な局所パラメータを識別することができる。定量的な局所パラメータは、変位場から取得され、レンダリングの中でカラーコードとして提示される。こうすることにより表示が改善される。

一実施形態では、改善された表示は、複数の撮像システムからの画像を用いることにより達成することもできる。オブジェクトの定量的なセグメントデータの組み合わされた４Ｄプレゼンテーションを行うための方法は、オブジェクトのボリューム画像から静的なセグメントを受け取ることを含むことができ、その画像は、テンプレート撮像システムにより取得することもできる。セグメントが定義された後、セグメントを、第１の撮像システムから得られたボリューム画像を基準として位置合わせすることができる。第１の撮像システムにより得られたボリューム画像では、テンプレート撮像システムを参照して識別されたものと同様のセグメントが定義される。第１の撮像システムにより取得されたボリューム画像中で定義されたセグメントの動きに対応する変位場が得られる。テンプレート撮像システムにより定義されたセグメントは、第１の撮像システムにより識別された変位場を参照してレンダリングされる。識別された変位場から、セグメントの局所的な変形を得ることができ、レンダリングされたセグメントを、その局所的な変形を用いて変位させることができる。一実施形態では、テンプレートおよび第１の撮像システムは、超音波撮像システム、磁気共鳴撮像システム、および／またはコンピュータ断層撮像システムを含む。

図３は、本発明の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおける動きの視覚的に向上させた表示を示すことのできるシステム３００のブロック図である。システム３００は、生の医用画像データを取得するように構成されたプローブまたはトランスデューサ３１０を有するように構成される。システム３００は、動くオブジェクトのボリューム画像を取得し、それを画像記憶装置中に記憶することができる。いくつかの実施形態では、プローブ３１０は超音波トランスデューサであり、システム３００は超音波撮像システムである。メモリ３３０は、取得された生の画像データを記憶し、その画像データを、本発明のいくつかの実施形態におけるプロセッサ３２０により処理することができる。ディスプレイ３４０（例えば、内部ディスプレイ）がさらに設けられており、医用画像を、サーフェスレンダリングまたはボリュームレンダリングなど、様々な形式で表示するように構成される。

プローブ３１０を用いて得られた医用画像を表示するために、プロセッサ３２０は、取得された生の医用画像データに対して、画像処理技法を実施するための命令を含むソフトウェアまたはファームウェアメモリ３２２を備えている。図３では、別個に示されているが、ソフトウェアメモリ３２２とメモリ３３０が物理的に分離したメモリである必要はない。画像処理を実施するためのソフトウェアおよび／またはファームウェアに代えて、専用のハードウェアを使用することができるが、専用のハードウェアとソフトウェアの組合せ、または汎用プロセッサと組み合わせたソフトウェア、またはデジタル信号プロセッサを使用することもできる。本明細書に含まれる本発明の諸実施形態の記述を理解することにより、このようなソフトウェアおよび／またはハードウェアおよび／または専用のハードウェアに対する要件が得られた後、任意の特定の実装形態を選択することは、ハードウェア技術者および／またはソフトウェア技術者に任せることもできる。しかし、いずれの専用および／または特定目的のハードウェア、または特定目的のプロセッサも、プロセッサ３２０とラベル付けされたブロックに包含されたものと見なされる。

ソフトウェアまたはファームウェアメモリ３２２は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、小型のハードドライブ、フラッシュメモリカード、１つまたは複数のマシン可読媒体から命令を読み取るように構成された任意の種類の装置（複数可）を含むことができる。ソフトウェアまたはファームウェアメモリ３２２に含まれる命令はさらに、ディスプレイ３４０上に表示するための適切な解像度の医用画像を生成するための命令、および／またはデータメモリ３３０に記憶されている取得された生の、または走査変換された画像データを、コンピュータなどの外部装置（図示せず）に送るための命令を含む。画像データは、プロセッサ３２０から、プロセッサ３２０およびユーザインターフェース（図示せず）の制御下で、有線または無線ネットワーク（または直接接続、例えば、シリアルもしくはパラレルケーブル、またはＵＳＢポートを介するなど）を介して外部装置に送ることができる。いくつかの実施形態では、外部装置は、ディスプレイおよびメモリを有するコンピュータまたはワークステーションとすることができる。ユーザインターフェース（ディスプレイ３４０を含むこともできる）はまたユーザから画像データを受け取り、そのデータをプロセッサ３２０に供給する。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３４０は、ユーザ入力を容易にするために、タッチセンシティブ表面とスタイラス（図示せず）などのｘ−ｙ入力を含むことができる。

一実施形態では、医療用撮像システムは、小型化された装置として構成することができる。本明細書で使用する場合、「小型化された」とは、医療用撮像システムが、ハンドヘルドまたはハンドキャリー型の装置であること、あるいは人の手で、書類カバンサイズのケースで、もしくはバックパックで運ぶように構成されることを意味する。例えば、医療用撮像システムは、典型的なラップトップコンピュータのサイズを有するハンドキャリー型装置とすることができる。一例では、医療用撮像システムは、超音波撮像システムとすることができる。

本発明の実施形態は、コンピュータにいくつかのアクションを実施させるように命令するソフトウェアまたはファームウェアを含むことができる。本発明のいくつかの実施形態は、メモリ、ディスプレイ、およびプロセッサを含むスタンドアロンのワークステーションコンピュータを含む。ワークステーションはまた、（例えば、マウス、タッチスクリーンとスタイラス、カーソルキーを有するキーボード、またはそれらの組合せを含むことのできる）ユーザ入力インターフェースを含むことができる。メモリは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、または読取り専用メモリを含むことができる。簡単にするために、コンピュータプログラムがその上に記録された媒体を読み取り、かつ／または書き込むことのできる装置もまた、用語「メモリ」の範囲内に含まれる。このような適切な装置を用いて読み取ることのできる媒体の非網羅的な一覧は、ＣＤ、ＣＤ−ＲＷ、すべてのタイプのＤＶＤ、磁気媒体（フロッピーディスク、テープ、およびハードドライブを含む）、スティック、カード、もしくは他の形式のフラッシュメモリ、ＲＯＭなど、およびそれらの組合せを含む。

本発明のいくつかの実施形態は、図３の超音波撮像システム３００などのシステム中に組み込むことができる。スタンドアロンのワークステーションと対応させると、「コンピュータ」は、装置それ自体、またはその中のコンポーネントの少なくとも一部と見なすことができる。例えば、プロセッサ３２０は、メモリを有する汎用のプロセッサを含むことができるが、あるいは別個のプロセッサおよび／またはメモリを備えることもできる。ディスプレイ３４０は、ワークステーションのディスプレイに対応することができ、一方、ユーザインターフェースは、ワークステーションのユーザインターフェースに対応することができる。スタンドアロンのワークステーションであろうと、撮像装置を使用しようと、ソフトウェアおよび／またはファームウェア（以降では、総称して「ソフトウェア」と呼ぶ）を、コンピュータに、本明細書で述べるアクションの本発明の組合せを実施させるように命令するために使用することができる。ソフトウェアの部分は、特有の機能を有することができ、またこれらの部分は、本明細書で、「モジュール」または「ソフトウェアモジュール」と呼ばれる。しかし、いくつかの実施形態では、これらのモジュールは、ソフトウェアモジュールと同じ目的を実施するように、またはソフトウェアモジュールの実施を支援するように構成することのできる１つまたは複数の電子的なハードウェアコンポーネント、または特定目的のハードウェアコンポーネントを含むことができる。したがって、「モジュール」はまた、ある機能を実施するハードウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアの組合せを指すこともできる。

本発明のいくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、オブジェクトのボリューム画像中の少なくとも１つのセグメントを識別するためのモジュール（図示せず）を含む。代替的には、システム３００は、セグメントを識別するように構成することができる。セグメントは、手動で、または自動で識別することができる。プロセッサ３２０はさらに、記憶されたプログラムによりプロセッサまたはコンピュータ内に実装できる、かつ／または特定目的のハードウェア内に実装できるモジュールを含む。これらのモジュールは、変位場を生成するために、画像データ中のセグメントを追跡するように構成された追跡モジュール３２４を含む。さらに、セグメントの局所的な変形を識別するように構成された解析モジュール３２６が含まれる。解析モジュール３２６は、追跡モジュール３２４から変位場を受け取るように構成され、また局所的な変形はその変位場から導出される。レンダリングモジュール３２８は、解析モジュール３２６と関連して提供され、局所的な変形を用いてセグメントの４Ｄプレゼンテーションをレンダリングするように構成される。ディスプレイ３４０は、改善されたサーフェスまたはボリュームレンダリングを表示するように構成される。追跡モジュール３２４、解析モジュール３２６、およびレンダリングモジュール３２８は、繰り返して動作するように構成され、それにより、セグメントの局所的な変形を表す改善されたレンダリングを生成する。参照される様々なモジュールを、図４を参照して詳細に述べることとする。

図４は、本発明の一実施形態で述べられるオブジェクトの４Ｄプレゼンテーションにおける動きの視覚的に向上させた表示を示すことを支援するプロセッサのブロック図である。ボリューム画像データ４１０は、撮像システム４０２から、または画像記憶装置４０４から取得される。ボリューム画像データ４１０からセグメント４１５が定義される。セグメント４１５は、手動で、または自動で定義することができる。ユーザ入力４２２およびセグメント４１５は、追跡モジュール４２０に提供され、それは、セグメント４１５を追跡して変位場４２４を決定する。ユーザ入力４２２は、本発明のすべての実施形態に対して必ずしも必要ではなく、いくつかの実施形態は、適宜、またはその他の形で、ユーザ入力４２２を収集するための何らかの機能を設ける必要はない。ユーザ入力４２２は、それが提供される場合、初期化データを含み、また３２２（図３を参照）などのソフトウェアメモリに記憶された他の命令を含むこともできる。追跡モジュール４２０は、セグメント４１５中のオブジェクトを追跡し、かつ変位場４２４を生成するために使用できる任意の知られた方法を利用することができる。代替的には、追跡モジュール４２０は、変位場４２４を得るために、定義された関心領域またはボリューム画像データ４１０を追跡することができる。一実施形態では、オブジェクトは心臓とすることができ、またセグメントは、左または右心室壁の部位とすることができる。

変位場４２４は、解析モジュール４３０に提供される。解析モジュール４３０は、変位場４２４から、セグメント４１５の少なくとも局所的な変形４３５を抽出する。

一実施形態では、解析モジュール４３０はまた、セグメント４１５の動きを表す少なくとも１つの定量的な局所パラメータを抽出するように構成することができる。解析モジュール４３０には、適宜、テクスチャ４３６が提供される。テクスチャ４３６は、記憶装置４３２から、または第２の撮像システム４３４から提供することもできる。解析モジュール４３０はさらに、識別された定量的な局所パラメータを、カラーコードに変換するように構成され、またカラーコードは、テクスチャ４３６上に重畳することができる。定量的なパラメータを表すカラーコード化されたテクスチャ４３７は、解析モジュールにより生成される。

セグメント４１５は、変位場４２４および局所的な変形４３５と共にレンダリングモジュール４４０に渡される。レンダリングモジュール４４０にはさらに、カラーコード化されたテクスチャ４３７が提供されうる。代替的には、カラーコード化されたテクスチャ４３７は、ボリューム画像データ４１０から識別された表面上に重畳することができ、またカラーコード化されたテクスチャ４３７で重畳された表面は、変位場４２４および局所的な変形４３５と共に、レンダリングモジュール４４０に渡すことができる。ボリューム画像データ４１０はまた、撮像システム４０２から、または画像記憶装置４０４から提供することができる。ボリューム画像データ４１０は、本明細書で使用される場合、画像データ、合成画像データ、第２の（または第３などの）モダリティの画像データ（例えば、ＣＴまたはＭＲＩ画像）、および心臓モデル、あるいは任意の他の解剖学的ボリュームモデルのうちの任意の１つまたは複数のものを含むことができる。ボリューム画像データ４１０は、変位場４２４、局所的な変形４３５、およびカラーコード化されたテクスチャ４３７と共に、レンダリングモジュール４４０によりレンダリングされ、少なくとも１つの局所的な定量パラメータをテクスチャ上にカラーコードとして重畳させて、局所的な変形を表示する改善されたレンダリング４５０が生成される。

本発明の構成は、心臓用途または医療用途に限定されるものではなく、その場合には、表示されるボリューム画像データ４１０は、異なる変位特性を有する異なるオブジェクトを表すデータになるはずであることに留意されたい。

図５は、本発明の一実施形態に従って表示された左心室の単一のセグメント５００のボリュームレンダリングを示す。この例では、ボリュームレンダリングは、元の４Ｄデータから生成され、その場合、セグメント境界は、動的なクロッピング面として使用される。セグメント５００は、定量的な局所パラメータを表す赤色の様々なシェーディングとして示されたカラーコード５１０を用いて表示されている。一例では局所的な定量パラメータは、長手方向の、周方向の、または半径方向の歪みを含むことができる。

図６Ａから６Ｃは、それぞれ単一セグメントのサーフェスレンダリングを示しており、ワイヤフレームを用いる通常のシェーディングによるサーフェスレンダリング、トラベキュア状の写真画質に近いテクスチャを用いたサーフェスレンダリング、および人工的なスペックルパターンのサーフェスレンダリングを示している。より具体的には、図６Ａは、ワイヤフレームモデルを用いた単一セグメント６００のサーフェスレンダリングを示す。セグメント６００は、赤色で表されるカラーコード６１０で表示される。図６Ｂは、カラーコード化テクスチャをセグメント６００上に重畳させたサーフェスレンダリングを示す。トラベキュウラ状のまたは内壁のセグメント６０５は、テクスチャ６１５がその上に重畳された状態で表示されている。テクスチャ６１５は、赤色の異なる色合いにより表されたカラーコード６１０である。カラーコード６１０は、定量的な局所パラメータを表す。セグメントのサーフェスレンダリングされた内壁６０５上にテクスチャ６１５を重畳することにより、現実感のあるビューが生成される。テクスチャ６１５は、人工的な心内膜、心外膜、または心筋層状のパターンを含むことができる。図６Ｃは、セグメント６００上の人工的なスペックルパターンを有するサーフェスレンダリングを示す。セグメント６００のトラベキュウラ状、即ち内壁６０５は、人工的なスペックルパターン６２０で表示される。

図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ、静的なワイヤフレームモデル、および静的な半透明モデルを用いてセグメントの変形を示している。より具体的には、図７Ａは、ワイヤフレームモデル７１０を参照してレンダリングされた、変形状態にあるセグメント７００を示している。ワイヤフレームモデル７１０は、変形されないセグメントを表すために使用される。定量的な局所パラメータを表すカラーコード７１５が、変形されたセグメント７００上に重畳される。同様に、図７Ｂは、半透明のワイヤフレームモデル７２０を参照してレンダリングされ変形状態にある、変形されたセグメント７００を示す。定量的な局所パラメータを表すカラーコード７１５が、変形されたセグメント７００上に重畳される。変形されたセグメント７００のこの表示は、様々なモデルを用いた変形されないセグメントと併せて、比較することを容易にする。半透明のワイヤフレームモデル上で、変形されたセグメント７００、および変形されないセグメント７２０中で使用されるカラーコード７１５は、異なる赤の色合いで表される。変形されないモデル７２０と比較して、変形されたセグメント７００に対しては、より暗いシェーディングが使用される。

図８Ａおよび８Ｂは、それぞれ、セグメントの動き全体を強調した、心周期の２つの異なる段階で表示されたセグメント８００を示している。より具体的には、セグメント８００は、心周期の２つの異なる段階で、例えば、心拡張終期および心収縮終期で、それぞれ表示される。半透明な平面８１０などの静的構造が、セグメント８００の動き全体を強調表示するために提供される。回転の影響が、半透明な平面８１０を介して明白である。変形マーカ８２０がセグメント８００の前面に設けられ、セグメント８００の主歪みを示す。図８Ａおよび８Ｂでそれぞれ示されているが、心収縮終期と比較して心拡張終期では、変形マーカ８２０は、伸びが少ないことに留意されたい。

一実施形態では（図示せず）、変形マーカ８２０は歪みマーカであり、定量的なパラメータに基づいてカラーコード化することができる。例えば、カラーコーディングは、長手方向歪みと半径方向歪みの間の比を表すことができる。

図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、健康なセグメントとインフラ化したセグメントを有するサーフェスレンダリングを示す。健康なセグメント９００は図９Ａで表示され、インフラ化したセグメント９５０は図９Ｂで表示されている。セグメントは、変形解析からの定量的な情報によりカラーコード化されている。健康なセグメント９００は、赤９０５で示され、赤は収縮を示す。図９Ｂは、拡大された位置でインフラ化したセグメント９５０を示しており、青色９５５で示されている。色は、局所パラメータの歪みを伝える。一実施形態では、局所パラメータを表すために、マーカ（図示せず）を設けることもできる。

本発明の様々な実施形態は、局所的な変形の向上させた視覚的な認知を有する、単一の心臓セグメントのボリュームレンダリングおよびサーフェスレンダリングを提供する。さらに、いくつかの実施形態は、セグメントのボリュームまたはサーフェスレンダリング上に定量的な局所パラメータのマッピングを行う。

本発明のさらに他の実施形態では、１つまたは複数のマシン可読媒体は、これだけに限らないが、磁気ディスクおよびディスケット、光ディスクおよびディスケット、および／またはＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、および／またはバッテリバックアップ式ＲＡＭ、または任意の他の適切な磁気、光、もしくは電子媒体（複数可）を含むことができる。媒体（複数可）は、図３で示すように、コンピュータまたはプロセッサ３２０、メモリ３２２、３３０、およびディスプレイ３４０を含むシステム３００に命令するように構成された命令をその上に記録している。命令は、動くボリューム画像データの識別されたセグメントを追跡して変位場を生成するための命令を含む。命令はさらに、変位場からセグメントの局所的な変形を識別し、かつその局所的な変形を示す変位場に基づいてセグメントをレンダリングするための命令を含む。命令はさらに、上記で述べた諸ステップを複数回繰り返すための命令を含む。繰り返されるステップはさらに、３次元データの変位から定量的な局所パラメータを識別するための命令を含むことができる。このように、反復することにより、セグメントの局所的な変形と共に表示される少なくとも１つの定量的な局所パラメータを表すカラーコードを有するテクスチャを備える４Ｄサーフェスレンダリング画像が生成される。

したがって、本発明の諸実施形態は、セグメントのボリュームまたはサーフェスレンダリングにおける局所的な変形の直感的な表示を提供することが理解されよう。本発明の諸実施形態は、心臓構造を詳細に解析するのに特に有用である。

上記の記述は、例示的なものであり、非限定的であることが意図されていることを理解されたい。例えば、上記で述べた実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、特定の状況または材料に適合させるために、本発明の範囲を逸脱することなく、その教示に対して多くの変更を行うことができる。本明細書で述べた材料の任意の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを定義することが意図されているが、それらは、決して限定するものではなく、例示的な実施形態である。上記の記述を再検討すれば、当業者には多くの他の実施形態が明らかとなろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、このような特許請求の範囲が権利を有する均等物のすべての範囲と併せて決定されるべきである。添付の請求項では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その場合（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」が、各用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「その場合（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の分かりやすい英語の均等物として使用される。さらに、添付の請求項では、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、単に、標識として使用されるものであり、それらの対象物に対して数値的な要件を加えることを意図していない。さらに添付の請求項の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、このような請求項の限定が、明示的に、フレーズ「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」を使用し、その後に、さらなる構造を含まない機能が記述されていない限り、またはそのような記述があるまでは、米国法典第３５巻第１１２条、第６段落に基づいて解釈されることを意図していない。

この記載された説明は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、かつ任意の装置もしくはシステムを作成して使用し、さらに任意の組み込まれた方法を実施すること含む、本発明を任意の当業者に実施できるようにするために、諸例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、請求項により定義され、また当業者が想到する他の諸例を含むことができる。このような他の諸例は、それらが、請求項の文言と異ならない構造的エレメントを有する場合、またはそれらが、請求項の文言と非本質的な差を有する均等な構造的エレメントを含む場合、請求項の範囲に含まれることが意図される。

１１０ ボリューム画像中でセグメントを識別するアクション
１２０ セグメントを追跡するアクション
１３０ 局所的な変形を識別するアクション
１４０ セグメントをレンダリングするアクション
２１０ 心臓のボリューム画像を取得するアクション
２２０ セグメントを定義するアクション
２３０ 変位場を推定するアクション
２４０ 局所的な変形を識別するアクション
２５０ セグメントをレンダリングするアクション
２６０ 局所的な変形をマップするアクション
３１０ プローブ
３２０ プロセッサ
３２２ ソフトウェアメモリ
３２４ 追跡モジュール
３２６ 解析モジュール
３２８ レンダリングモジュール
３３０ メモリ
３４０ ディスプレイ
４０２ 撮像システム
４０４ 画像記憶装置
４１０ ボリューム画像
４１５ セグメント
４２０ 追跡モジュール
４２２ ユーザ入力
４２４ 変位場
４３０ 解析モジュール
４３２ 記憶装置
４３４ 第２の撮像システム
４３５ 局所的な変形
４３６ テクスチャ
４３７ カラーコード化されたテクスチャ
４４０ レンダリングモジュール
４５０ 改善されたレンダリング
５００ セグメント
５１０ カラーコード
６００ セグメント
６０５ トラベキュウラ
６１０ カラーコード
６１５ テクスチャ
６２０ 人工的なスペックルパターン
７００ 変形されたセグメント
７１０ 変形されないセグメントのワイヤフレームモデル
７１５ カラーコード
７２０ 変形されないセグメントの半透明モデル
８００ セグメント
８１０ 半透明な平面
８２０ 変形マーカ
９００ 健康なセグメント
９０５ カラーコード
９５０ インフラ化したセグメント
９５５ カラーコード

Claims (21)

1. オブジェクトの４次元プレゼンテーションにおいて定量的なセグメントデータを表示する方法であって、
   ボリューム画像データ中でセグメントを識別するステップと、
   以下のステップ、すなわち、
   変位場を生成するために、前記ボリューム画像データの前記セグメントを追跡するステップと、
   前記変位場に基づいて、前記セグメントの局所的な変形を識別するステップと、
   前記変位場および前記局所的な変形を参照して、前記セグメントをレンダリングするステップと
   を複数回繰り返すステップと
   を含む方法。
2. 前記セグメントを識別する前記ステップが、前記セグメントを手動で、または自動で定義するステップを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記ボリューム画像データが、超音波画像データ、磁気共鳴画像データ、および／またはコンピュータ断層法の画像データを含む、請求項１記載の方法。
4. 追跡する前記ステップが、前記セグメントの動きを表す前記変位場を識別するステップを含む、請求項１記載の方法。
5. 少なくとも１つの局所的な定量パラメータを識別するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
6. 前記方法が、マーカまたはカラーコードを用いて、前記局所的な定量パラメータを前記セグメント中に重畳するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
7. 前記局所的な定量パラメータが、応力、歪み、速度、および／または変位を含む、請求項５記載の方法。
8. レンダリングする前記ステップが、前記変位場を参照して前記セグメントをサーフェスレンダリングするステップを含む、請求項１記載の方法。
9. レンダリングする前記ステップが、前記変位場を参照して前記セグメントをボリュームレンダリングするステップを含む、請求項１記載の方法。
10. テンプレート撮像システムにより撮像された静的セグメントの前記ボリュームレンダリングが、第１の撮像システムにより取得された前記変位場を参照して行われる、請求項９記載の方法。
11. 前記セグメントの前記ボリュームレンダリングが、動的なクロッピング面を適用することにより生成される、請求項９記載の方法。
12. 前記セグメントのサーフェスレンダリングが、ワイヤフレームモデル、人工的なテクスチャ化モデル、および／または半透明なテクスチャ化モデルを用いて生成される、請求項８記載の方法。
13. 基準時間からの静的なワイヤフレームモデルまたは静的な半透明モデルが、前記セグメントの動的なサーフェスモデルと共に表示される、請求項１２記載の方法。
14. 複数のセグメントを、視覚的に比較するために互いに隣接して表示する、請求項１記載の方法。
15. ３次元レンダリングにおいて、心臓セグメントの変形表示の視覚的な認知を改善する方法であって、
    心臓のボリューム画像を取得するステップと、
    基準に基づいて、前記心臓のボリューム画像上の少なくとも１つのセグメントを定義するステップと、
    以下のステップ、すなわち、
    前記セグメントの動きを識別するために、前記セグメントを追跡することにより変位場を推定するステップと、
    前記変位場から、前記セグメントの局所的な変形を識別するステップと、
    前記変位場を参照して、前記セグメントをレンダリングするステップと、
    前記レンダリング上に前記局所的な変形をマップするステップと
    を複数回繰り返すステップと
    を含む方法。
16. レンダリングする前記ステップが、前記変位場を参照して、前記セグメントをサーフェスレンダリングまたはボリュームレンダリングするステップを含む、請求項１５記載の方法。
17. 前記方法が、少なくとも１つの局所的な定量パラメータを識別し、かつそれを前記レンダリング中でカラーコードとして表示するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
18. コンピュータまたはプロセッサ、メモリ、およびディスプレイを備えるシステムであって、ボリューム画像データ中でオブジェクトのセグメントを識別するように構成されており、
    変位場を生成するために前記セグメントを追跡するように構成された追跡モジュールと、
    前記変位場から、前記セグメントの局所的な変形を識別するように構成された解析モジュールと、
    前記変位場を参照して、前記セグメントをレンダリングするように構成されたレンダリングモジュールとをさらに含み、
    前記追跡モジュール、解析モジュール、およびレンダリングモジュールが、繰り返して動作するように構成され、それにより、４次元プレゼンテーションにおいて視覚的に向上させたセグメントの変形表示が生成される、システム。
19. 前記解析モジュールが、前記変位場を参照して少なくとも１つの局所的な定量パラメータを識別し、かつそれを前記セグメント上にカラーコードとして重畳するようにさらに構成される、請求項１８記載のシステム。
20. 前記システムが、超音波プローブをさらに備える超音波撮像システムであり、前記システムが、前記超音波プローブを用いて４Ｄ画像データを取得するように構成され、また前記４Ｄ画像データが超音波画像データである、請求項１８記載のシステム。
21. コンピュータまたはプロセッサ、メモリ、およびディスプレイを備えるシステムに命令するように構成された命令がその上に記録された１つまたは複数のマシン可読媒体であって、
    セグメントの動きを表す変位場を取得するためのルーチンと、
    前記変位場から前記セグメントの局所的な変形を識別するためのルーチンと、
    前記変位場を参照して前記セグメントをレンダリングし、それにより、前記局所的な変形を表示するためのルーチンと
    を含む１つまたは複数のマシン可読媒体。