JP2010528750A - 管状構造の検査 - Google Patents

Abstract

本発明は、３次元画像データセット内の管状構造１、例えば医療画像の血管検査方法を開示する。最初に画像データセットが供給され画像データセットの視覚化が行われる。次に画像データセットの検査が行われる。検査中、ユーザは、例えばコンピュータマウスでポインタＰを動かし、プロセッサは、管状の分割オブジェクト１例えば血管の可能な形状を判定するようポインタ周辺で局部分割を行い分割オブジェクトの局部分析も行う。その後スクリーンは、分割オブジェクト１のビューＰ１を表示し、第１のビューの方向が局部分析から得られ、第１のビューを例えば断面又は縦ビューにできる。本発明は、非常に多様な視覚化の生画像データに直接使用可能である。解剖学的モデル等の先進の用途知識も先進の捕捉プロトコル設定も包括分割も必要ない。故に脈管定量化パッケージで必須な広範な画像モダリティ及び解剖学的構造につき使用可能な堅牢な方法となる。

Description

本発明は、３次元（３Ｄ）画像データセット、特に医療用画像データセットにおける管状構造を検査する方法に関する。本発明はまた、対応の画像形成システム及び対応のコンピュータプログラムに関する。

医療用画像形成の分野、特にマルチモダリティ３Ｄ脈管分析の分野は、益々注目が集まっている。画像形成機器は、数多くのグループの患者に対する診断のために関連した血管の先進の表示、分割、検査及び定量化をなすものである。

医療用画像形成ワークステーションの多くの供給業者は、血管分析、特に３Ｄ脈管定量化をサポートする機器を有する。

このような３Ｄ脈管定量化なる用語は単一の用途を指すものの、実際には多くの用途を指し、これらは異なる取込方法を用いて異なる脈管構造を目標とするものである一方、これらに対して、所望の測定のための要件が同等のものとなっている。解剖学的な例として、大動脈、頸動脈、冠状動脈、脚の末梢動脈及び冠状動脈がある。磁気共鳴（ＭＲ）、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）及び回転Ｘ線は、用いられるイメージングモダリティの例である。脈管検査の例は、血管の拡大又は閉鎖した部分の確認又は肺動脈における肺塞栓のためのより詳細な探査を含む。所与の脈管系の適用において、主要な目的は、狭窄症の程度又は動脈瘤のサイズを定量化するよう当該画像データにおける幾つかの箇所における面積や半径などの局部的血管パラメータを測定することである。定義上、これらの測定は、関心の血管の断面において行われなければならない。

血管の手動による検査のため、ユーザは、多平面リフォーマット（ＭＰＲ；multi-planar reformat）、最大強度投影（ＭＩＰ；Maximum Intensity Projection）又はボリュームレンダリング（ＶＲ；volume rendering）によりデータを視覚化することができる。

所望のＭＰＲビューは、断面ビューと縦ビュー（当該血管に位置が合わされたビュー）である。血管の検査のためにしはしば用いられる他のビューは、湾曲平面ビュー及び直線状化された血管のビューである。

最も利用されている市販の機器は、次のような所望のビューを発生するための幾つかのアプローチをなす。
１）手動の対話動作：任意の視覚化（ＭＩＰ又はＶＲ）においてピックポイント対話動作と、これに続く正しい断面又は縦配向を得るための（ズームされた）ＭＰＲビューの手動での回転とを用いて特定の箇所における断面の発生。
２）断面ビュー及び縦ビュー並びに湾曲平面又は直線状化のビューの方向性を定めるよう当該経路方向を用いるための経路描画。この経路描画の方策は、完全に手動のものからシングルクリックでの自動化したものまでに及ぶ。結果として得られる経路の品質は、対話動作のために用いられる視覚化に強く依存する。
３）専用の直交ビューワ又はいわゆる外輪ビューとの組み合わせによる手動のピックポイント（この外輪ビューは、肺塞栓症の場合に対して特定したものである）。

血管の断面が発生されると、ユーザは、血管の境界の周囲においてこの断面上に輪郭を描画することにより血管領域を測定することができる。この測定が異なる箇所で繰り返されると、狭窄の程度又は動脈瘤のサイズを評価することができる。（半）自動化経路トラッカの幾つかも、自動血管境界検出及びこれに伴う自動測定を用いている。しかし、全ての機器において、ユーザは、経路の適正さ及び自動的に画定された血管境界の適正さを検証することが求められる。

２Ｄディスプレイ又はスクリーン上の３Ｄ医療画像から３Ｄオブジェクトの適正な断面の取得は軽微なことではない。全ての手動の方法の必要な対話動作は、非常に冗長なものであり、間違いやすい。ＭＰＲビュー上の３Ｄでの経路の手動定義は、ランドマーク配置及びスクロールの組み合わせを必要とする。ＭＩＰ又はＶＲ画像上の経路の手動の定義は、さらに困難である。何故なら、選ばれるポイントが、血管の中心には対応せず描画される投影座標（しばしば血管のエッジ）に対応し、経路定義の後に２Ｄ表示において検査され（かつ恐らくは補正され）なければならないからである。ピックポイント対話動作を用いる場合、ユーザは、初めに箇所を選択しなければならず、その後にユーザは、３Ｄで（又はいわゆる外輪の肺塞栓（ＰＥ）の例における単一の軸に沿って）画像を回転させなければならない。

これは、或る特定の量の時間、当該画像においてユーザが検査をする箇所の数に制限を加えるものである。また、手動の対話動作方法は、与えられた方向性が正しいかどうかをユーザが評価することが困難でこれにより結果が再現可能なものとならないので、間違えやすい。ピックポイント対話動作を用いる場合、ユーザは、画像回転及び断面の検査の完了の後に所望の血管の内部に自分がピックしたポイントが位置しないことが分かるだけとなる。

シングルクリック自動方法も、検査作業が複雑なものである。ユーザは、ここでも、当該分割のための適切な開始ポイントを探すようデータを読み取る必要がある。そして、ユーザは、分割を待たなければならず、その後に、恐らくは、断面ビュー又は縦ビューを発生することができる前に自動の結果として得られた中心ラインを延ばし又は編集しなければならない。分割結果が適正でないと、ユーザはその結果を編集しなければならない。また、見出した中心ラインに沿う誘導も、複雑なものとなる可能性がある。

国際特許出願に係る文献のＷＯ２００５／０４８１９８（同じ出願人である）は、３Ｄ画像に分割処理が適用された後に湾曲平面リフォーマット（ＣＰＲ）が続く方法を開示している。しかしながら、この文献は、分割が適正な脈管構造（当該文献の図２を参照されたい）を見つけない可能性については触れていない。実際の用途に対して、ユーザは、他の分析及び検証のために関連の構造を見つけるために生データを検査しなければならなくなる。この検査は、スクロール、回転ズーム、パンニングなどの通常の３Ｄナビゲーションツールにより行われ、時間がかかるとともに間違えやすい。

よって、管状構造を検査するための改善された方法は、有利であり、特に、より高効率及び／又は高確実性の方法が有利である。

よって、本発明は、上述した不利な点のうちの１つ又は複数を単独で又は組み合わせで軽減、緩和又は排除しようとするものである。特に、本発明の目的としては、３Ｄ画像データセットにおける管状構造の検査により従来技術の上述した問題を解消する方法を提供することを確認することができる。

この目的及び他の幾つかの目的は、本発明の第１の態様において、３次元画像データセット内の管状構造を検査する方法であって、
ａ）画像データセットを供給すること、
ｂ）前記画像データセットの視覚化を行うこと、
ｃ）前記画像データセットの検査を行うことであって、当該検査は、
・ポインタを動かすこと、
・分割したオブジェクトの可能な形状を判定するよう前記ポインタの周辺において局部分割を行うこと、
・前記分割したオブジェクトの局部分析を行うこと、及び
・前記分割したオブジェクトの第１のビューを表示し、前記第１のビューの方向を前記局部分析から導くこと、
を有する、方法を提供することによって達成される。

本発明は特に、（排他的ではないが）非常に多様な視覚化で生の画像データ上で直接用いられることのできる方法を得るのに有利である。解剖学的モデルの如き先進用途の認識、先進のプロトコル設定又はグローバル分割は必要ない。したがって、脈管の定量化パッケージにおいて基本的な、広範な画像モダリティ及び解剖学的構造にわたり用いることができる堅牢な方法である。

付加的な利点は、ユーザの対話動作の軽減である。ポインタの選択した箇所が派生ビュー例えば所望の断面になることをユーザが知る前において、ピックポイント対話動作、画像回転又は分割作業を必要としない。これにより、或る時間量において検査可能な箇所の数が増加する。

もう１つの利点は、本発明は、構造例えば血管が検査のために選択される度に、同じ方向にビューが位置合わせされることになるので、３Ｄ画像セット内の測定値がより再現可能なものとなる点である。

本発明に関しては、分割（セグメンテーション）は、広義に理解されるべきであり、すなわち、分割は、３次元画像データセットを複数の領域、すなわちボクセルの集合に区切るプロセスである。分割の目的は、当該表示情報を分析するのにより簡単及び／又は有利な他の表示情報に簡単化及び／又は変換することである。画像データセットの分割は、例えば、オブジェクト及び境界を位置特定するために用いることができる。医療用画像形成の中での分割は、しばしば、狭窄症の定量化、腫瘍の位置及び体積などに関する診断目的のために適用される。

本発明の内容では、「ビュー」なる用語は、前の局部分割及び局部分析から導くことができる視覚化の方法又は種類として公然として解釈されるべきである。したがって、ビューは、限定はしないが、湾曲平面リフォーマッティング（ＣＰＲ；curved planar reformatting）、湾曲線状ビュー、平面ビュー、及び制限ビューを含む。平面ビューは、断面ビュー及び縦ビューを含むことができる。

一実施例において、検査は、さらに、ポインタ（Ｐ）がユーザに対する案内用の管状構造の中にあることをユーザに示すことを有するものとすることができる。当該応答は、任意種類の応答とすることができるが、本出願人は、ユーザの注目が既に集まっているところのポインタの周辺における表示を良好に用いている。特定の例として、その表示は、分割されたオブジェクトの重心の視覚化を含むものとすることができる。当該重心は、ポインタ、例えばマウスポインタ又はこれと同様のものと共に又はこれに代えて示すことができる。

特に利益のある実施例において、局部分割のボリュームは、実質的にリアルタイムで第１のビューの表示を可能にするように十分小さいものとされる。「リアルタイム」又は「実時間」なる文言は、ユーザ動作とそれに応答する所望のシステム応答との間の比較的短い応答時間を有するユーザ対話システムとの組み合わせで理解されるべきものである。ユーザは、リアルタイム応答が、技術的には正しくないものの「即時」応答をなす可能性があることをも経験しうる。より量的な面では、局部分割、局部分析及び第１のビュー（Ｐ２）の表示は、最大で概して１００ミリ秒、より好ましくは５０ミリ秒、或いはさらに好ましくは１０ミリ秒とする応答時間内で行うことができる。場合によっては、３００ミリ秒までの応答時間は、リアルタイム応答としてユーザが行うものとしてもよい。なお、局部分割のためのボリュームの最大寸法と、分割自体と、分析の時間とを結び付けてほぼ瞬時の表示をユーザになさしめるようにすることによって、本発明は、大幅に改善された検査機器を提供するものである。

有益な形態として、当該検査は、分割されたオブジェクトの第２のビューを表示することをさらに有し、第２のビューの配向を、ユーザの配向を改善するように当該局部分析から得られるようにしてもよい。好ましくは、第１及び／又は第２の派生ビューは、それぞれ、当該分割されたオブジェクトの断面ビュー及び／又は縦ビューとすることができる。特に、いわゆる直交ビューは、ユーザの方向付けについて良好な結果とともに用いることができる。

断面ビューにおいて、管状構造と断面ビューとの交差は、当該視覚情報においてリングとして表示可能である。したがって、このリングは、当該管状構造の内部にあるときには当該構造の周囲に示すことができる。好ましくは、血管の１つ又は複数の輪郭を表示してもよい。

さらに好ましくは、当該表示情報を、第１のビュー及び／又は第２のビューにおいて生じさせるのが良い。例えば、当該表示情報は、ボリュームレンダリングにおいて、或いは制限リフォーマットの曲線ビューにおけるラインとして示すことができる。

一実施例において、局部解析は、比較的に適用が速い構造テンソル（Ｊ）解析を有する。これに加え、ガウスの重み付けすなわち「ぼやけ」が適用可能である。もう１つの代替例は、局部血管質フィルタ（local vesselness filter）（A. Frangi, W. Niessen, K.L. Vincken, and M.A. Viergever, Multiscale vessel enhancement filtering. Proc. MICCAI'98, pp. 130-137, 1998を参照されたい）とすることができる。

他の実施例において、当該検査は、さらに、管状構造内の１つ又は複数のポイントのユーザによる能動的選択を有することができる。例えば、ユーザは、マウスにより幾つかのポイントをクリックする。なお、ポイント自体が必要ではなく、後に適用されるその中心に位置したバージョンが必要である。特に、１つ又は複数の選択ポイントを、直接又は間接的に、当該画像データセットの少なくとも一部の半自動分割プロセス又は自動分割プロセスのための開始ポイントとして選択することができる。したがって、血管追跡又はこれと同様の分析機器を、本発明のこの実施例に関連して有利に用いることができる。

また別の実施例において、本方法は、さらに、ｄ）当該検査中［上記ｃ）参照］に局部的に分割され分析された画像データセットの少なくとも一部の構造分析を行うことを有することができる。この構造分析は、特に、当該構造の直径／半径、例えば半径／直径、局部曲率、両方の平均値及び相対値に関連したものとすることができる。これは、狭窄症評価及び動脈瘤評価に関連した特定のものである。特に、局部分割のボリュームは、ほぼリアルタイムで構造分析ｄ）による結果を評価することができるように十分に小さいものとすることができる。したがって、例えば狭窄症評価及び動脈瘤評価に関連した幾つかの結果は、構造的なより徹底した分析から即座にユーザへ与えていくことが可能である。かくして、検査及び分析段階は、或る程度、合併したものとしてもよい。

第２の態様において、本発明は、３次元画像データセット内の管状構造を検査するための画像形成装置であって、
ａ）画像データセットを供給する画像形成手段と、
ｂ）前記画像データセットの視覚化を行うプロセッサと、
ｃ）前記画像データセットの検査を行う検査手段と、
を有し、さらに、
・ユーザ入力装置によりポインタを動かし、
・分割したオブジェクトの可能な形状を判定するよう前記ポインタの周辺における局部分割を行い、
・前記分割したオブジェクトの局部分析を行い、
・前記分割したオブジェクトの第１のビューを表示し、その第１のビューの方向を前記局部分析から導く、
ように構成された画像形成装置に関する。

当該画像化手段は、磁気共鳴（ＭＲ）画像形成ユニット又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像形成ユニット又は他の適切な画像形成モダリティとすることができる。

第３の態様において、本発明は、関連付けられたデータ記憶手段を有する少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが本発明の第１の態様による画像形成装置を制御することを可能にするよう適合させられているコンピュータプログラム製品に関する。

本発明のこの態様は、特に、（排他的ではないが）本発明は、コンピュータシステムに本発明の第２の態様の動作を行わせることができるコンピュータプログラム製品により実現可能であるという利点がある。したがって、幾つかの既知の画像形成装置は、当該画像形成装置を制御するコンピュータシステムにコンピュータプログラム製品をインストールすることによって本発明に従って動作するよう変更させられうることを想定している。このようなコンピュータプログラム製品は、例えば磁気的又は光学的な基礎を置く媒体などの種類のコンピュータ読取可能媒体において、或いはコンピュータを基礎としたネットワーク、例えばインターネットを通じた形で、供給可能である。

本発明の第１、第２及び第３の態様は、各々が他の態様のいずれかと組み合わされることができる。本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に記述される実施例を参照して明らかとなる。

以下、本発明を、添付図面を参照して専ら例示によって説明する。
本発明による装置を示すブロック図。 本発明による可能な表示ビューの実施例を示す図。 本発明による可能な局部分析を示す図。 本発明による可能なエッジ判定を示す図。 局部分割ボリューム及び管状構造のスケールを示す図。 本発明による方法のフローチャート。 本発明による方法のより詳細なフローチャート。 本発明のＭＲ頸動脈に関係した用途を示す図。 本発明のＣＴ肺塞栓に関係した用途を示す図。 本発明のＭＲ頸動脈ツリーに関係した用途を示す図。 本発明の適用によるＭＩＰ画像上における血管経路の描画を示す図。

図１は、オブジェクト１の画像形成のための本発明による装置のブロック図を示している。オブジェクト１又はオブジェクト１の一部におけるデータ取込ユニット２の適用は、３次元（３Ｄ）データセットを供給する。ユニット２は、オブジェクトの磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、超音波走査、光学イメージング又は（３Ｄ）回転血管造影Ｘ線のために構成されたユニットとすることができる。

したがって、画像データセットは、医療用画像データセットとするのが好ましいが、本発明は、地質学的分析、材料分析、構築分析などに関する用途と関連し適合したものとすることもできる。にもかかわらず、この詳細な説明の残りの部分において医療の実施例をさらに示すことになる。すなわち、オブジェクト１は、患者又は患者の一部分である。特に、本発明により調査される管状構造は、血管、骨、気道、結腸又は脊柱とすることができる。１つの特定の実施例において、血管は肺血管とすることができる。この場合、医師は、当該各ビューを使うことでき、特に縦ビューを使うことができるが、ここでは、これらビューは、管状構造を探索又は表示することに必ずしも限定されない。何故なら、肺塞栓（ＰＥ；pulmonary embolism）は、肺血管の閉塞物であり、これによりこれらの構造は、もはや管状に見えず、むしろ管状構造からの隔たりが探索又は調査されるからである。

データ取込ユニット２は、メモリ３（例えば、コンピュータのハードディスクのような適切な記憶デバイス）に接続され、この場合、取り込まれた３Ｄ画像セットは、適切な方法でプログラムされたコンピュータの中央処理ユニット（ＣＰＵ）などのプロセッサ４により格納され処理されるセットである。プロセッサ４は、本発明を実行するための異なる構成部又はユニットを有する。

特に、プロセッサ４は、画像データセットの視覚化を行うための処理手段４ａを有する。例えば、脈管構造の３Ｄ画像データセットの場合、ユーザは、ＭＩＰ，ＭＰＲ，ＳＶＲのような任意の視覚化、又は最小強度投影（ｍＩＰ）、平均強度投影、等表面レンダリング、ボリュームレンダリング（ＳＶＲ及びＤＶＲ）、最近接血管投影、包括表示、ポリゴンレンダリング、ソープバブル、曲線及び直線化投影のような、当業者に容易に利用可能な他の適切な視覚化を選択することができる。

加えて、プロセッサ４は、検査段階において実行又は支援するための処理手段４ｂを有する。さらに、プロセッサ４は、検査段階において局部的に分割され分析された画像データセットの構造分析を行うための処理手段４ｃを有する。通常、処理手段４ｃは、画像データセット全体の構造分析を行うように構成されることとなる。

プロセッサ４は、表示スクリーン６に動作可能に接続される。プロセッサ４はまた、ユーザ入力部５すなわちユーザ入力装置にも動作可能に接続される。ユーザ入力部５は、タッチスクリーンと共に統合されるマウス、キーパッド、ジョイスティック、或いはプロセッサ４に対するユーザ対話動作をなすことの可能な現行又は将来的な他の種類のデバイスとすることができる。

図２は、画像データセットが視覚化されるスクリーン又は表示ビュー６においてユーザ（図示せず）により確認されるような可能なビューの実施例を示している。ユーザは、ポインタＰをスクリーン６のあちこちに動かし、画像データセットの関心領域を調べることができる。ポインタＰは、矢印の形を有するが、ポインタＰのための直接的又は間接的な適切ないずれの表示シンボルも本発明の教示内容の中で適用可能であることは勿論である。

図２の実施例において、患者１の管状構造１´、例えば血管は、概略的に示されている。継続的に、ユーザが、構造１´を含む画像データセットの中をあちこちポインタＰを移動させたり或いはうろつかせたりすると、プロセッサ４は、ポインタＰの周辺で局部分割して、もしあるのであれば、分割されたオブジェクトの可能な形状を判定するようにする。したがって、ポインタＰが、示された分割ボリューム２０が構造１´の各部を有するように移動させられるとき、構造１´の当該部分の分割が分割されることになる。図２における図示の分割ボリューム２０は、視覚化されるような医療画像データセットにおける立体の四角形ボックスを形成する（すなわち、図の２次元の四角形）が、分割ボリューム２０の他の幾何学的構造は勿論可能である。分割ボリューム２０又は分割「ブロック」は、検査中のオブジェクト１´のサイズ及びアルゴリズムに適用されたフィルタのタイプにより判定される。例えば、ガウス関数又はその導関数は、フィルタ関数として適用可能である。

構造１´の分割された部分において、プロセッサ４ｂは、さらに、直ぐ下にさらなる説明がなされるように本発明による分割オブジェクトの局部的分析を行う。局部分割及び局部分析の結果として、プロセッサ４ｂは、図２の右側に示されるように分割オブジェクト１´の第１のビューＰ１を表示するようスクリーン６を起動する。第１のビューＰ１の方向付けは、局部分析から得られ、図２の第１のビューＰ１は、簡単な断面ビューとして概略的に示されているが、他の種類のビュー、特に平面ビューは、局部分析から得ることができる。これに加え、図２は、第２のビューＰ２及び第３のビューＰ３を同様に示している。通常、第２及び第３のビューは、管状構造１´の平面ビュー、すなわち縦ビューとすることができる。ビューＰ１，Ｐ２及びＰ３の目的は、医療画像セットの検査段階の間にユーザを案内し支援することである。

ビューＰ１，Ｐ２及びＰ３の相対的配置と、構造１´の全体の視覚化を変えることができるのは勿論であるが、図２における図示の構成は、本出願人により行われる予備的臨床検査の間にユーザに役立つものであることを示している（図８〜図１１参照）。

図２に示されるビューに加えて、他の得られる結果、最終又は中間のタイプを、表示画面６に示すことができ、或いは別の態様で、医療画像セットの検査段階の間にユーザに案内及びサポートをなすようにユーザに通信することができる。特に、狭窄症評価のための脈管検査の間、半径／直径、局部曲率、両方の平均値及び相対値のような値は、表示可能であり、或いは別の態様で、例えば音声によりユーザに通信可能である。

図３は、図２にも示される管状構造１´の部分において行われる本発明による可能な局部分析を示している。局部分析は、構造テンソルＪを用いて局部画像階調値から直接的に計算される画像構造方向を見つけることによって行われる。この構造テンソルは、

によって示される。

ここで、ｇ_ｉは、方向ｉにおける画像勾配であり、ｉは、空間座標ｘ，ｙ又はｚのいずれかとすることができる。括弧の＜＞は、ｍｍでの与えられたサイズ（例えば、１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，６ｍｍ，７ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍ又は１０ｍｍ）の領域についての重み付けを指す。現在の実現形態において、この重み付けは、ガウスぼけを用いて実現される。構造テンソルが計算された後、固有値｛λ_０，λ_１，λ_２｝及び固有ベクトル｛ｖ_０，ｖ_１，ｖ_２｝が計算される。これら固有値は、慣習のλ_０≦λ_１≦λ_２を用いてソートされる。したがって、ｖ_０は、当該勾配の重み付けされた積が最小になる方向に対応する。管状構造１´において、これは、図３に示される座標系により示されるような局部血管方向に対応している。ｖ_１及びｖ_２は、図３に示されるように血管１´に直角な断面の平面に及ぶものである。

図４は、本発明による可能なエッジ判定を示している。この血管の輪郭は、ｖ_１及びｖ_２（図３参照）により規定される結果として得られる断面について計算される。血管１´に直角な方向において、プロファイルが抽出され、これに沿って、当該血管エッジは、Ｒ及びθ座標の極マップ（プロファイルの画像）が抽出される図４に示されるようなＭＲ画像の場合に基本的な半値全幅（ＦＷＨＭ；Full Width Half Maximum）を用いて見つけられる。プロファイル毎に、上下極プロットの間に示されるようなＦＷＨＭを位置特定することによって血管エッジが見つけられる。

図５は、局部分割ボリューム２０及び管状構造１´のスケールを示している。分割ボリューム２０は、示される幅２１を持つ立方体ボックスを有するのに対し、構造１´は、平均半径２２を有する。管状構造１´を有する医療画像データセットの良好な検査を促進させるため、構造１´の期待される半径値に対する分割幅２１を調整することが有益なものとなり得る。後者の値は、例えば医師が例えば識別される患者を検査するときに少なくとも平均でユーザに利用可能なものとなるのが普通である。したがって、分割幅２１は、Ｋに、管状構造１´の期待される半径寸法２２を掛けたものとし、Ｋを好ましくは１、より好ましくは１．５、また最も好ましくは２とするこができる。分割ボリューム例えば幅２１は、特に、検査段階から最良の結果を得るために検査段階の前又はその際中においても適合させられることが可能である。

幅２１は、行われた分割、局部分析及びユーザが被る所望の応答時間に依存して１ないし５０ミリメートル（ｍｍ）からの間隔の値とすることができる。好ましくは、幅２１は、この間隔の低い側の領域にあるものとされ、すなわち、当該幅は、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９又は２０ｍｍとされ、又はこれらの値の間にあるものとすることができる。通常、ユーザは、プロセッサ４へ、検査に期待されるコントラスト（オブジェクト対背景）のタイプ、管状オブジェクト例えば該当の血管の期待される半径を入力することになる。幾つかの実施例において、同じ局部分割及び局部分析プロセスに複数のフィルタを適用することができ、この場合、各フィルタは、異なる幅２１を有するものとすることができる。

図６は、３次元（３Ｄ）画像データセット内の管状構造１´（図２〜図５参照）を検査するための方法のフローチャートである。この方法は、次のステップを有する。
ａ）オブジェクト１の画像データセットを供給する。
ｂ）画像データセットの視覚化、例えばＭＩＰレンダリングを行う。
ｃ）画像データセットの検査を行う。この検査は次のサブステップを有する。
・ｃ１）ポインタＰを動かす。
・ｃ２）分割されたオブジェクトの可能な形状を判定するようポインタＰの周辺における局部分割を行う。
・ｃ３）分割されたオブジェクトの局部分析を行う。
・ｃ４）分割されたオブジェクトの第１のビューＰ１を表示し、第１のビューの方向を局部分析から導く。

オプションとして、この方法は、さらに、検査ｃ）の間に局部的に分割され分析された画像データセットの少なくとも一部の構造分析を行うためのステップｄ）を有する。

図７は、本発明による方法のより詳細なフローチャートである。ステップｓ１は、上記ステップａ）、すなわちオブジェクト１の画像データセットを供給するステップに対応し、同様に、ステップｓ２は、上記ステップｂ）、すなわち当該画像データセットの視覚化を行うステップに対応する。

ステップｓ３は、ポインタＰが変位させられたかどうか、例えばユーザが図１の入力装置５による変位を始動したかどうかを判定するための判定ステップである。否定であれば、さらなる動作は必要ない。

肯定であれば、本方法は、ステップｓ４に継続し、ここで、プロセッサ４が３Ｄソースボリュームにおける現在の｛ｘ，ｙ，ｚ｝ポインタＰ又はマウス位置を検索する。この位置を見つけた後、構造１´の局部血管方向がステップｓ５における局部分割及び局部分析により見つけられる。特に、プロセッサ４は、ステップｓ６における所与の方向、例えば断面方向及び長手方向における血管輪郭を計算する。この計算の直後において、これらの結果を、断面及び縦の、いわゆる直交ビュー（例えばＭＰＲを用いたもの）として表示することができ、所与の視覚化についての血管輪郭をステップｓ７において表示することができる。

判定ステップｓ８の間、例えば、図１の入力装置５がユーザにより制御されるコンピュータマウスである場合にマウスボタンにおいてクリックすることによって、管状構造１´内の１つ又は複数のポイントの能動的選択をユーザが行うかどうかが判定される。

これが否定であれば、調査段階は、さらなる調査のためにステップｓ３に戻って継続する。ステップｓ３〜ｓ８は、これらステップの周辺の点線により示されるような自動化された血管分析ＡＶＡ（automated vessel analysis）と称され又は規定されることができる。

ステップｓ８において、ユーザが特定の値の画像データセットの幾つかのポイントを選択すると、本方法は、ステップｓ９に継続する。選択されたポイントは、画像データセットの少なくとも一部の半自動分割処理又は自動分割処理のための開始ポイントとして直接又は間接的に適用される。したがって、本発明のこの実施例も、経路を描くための直観的かつ堅牢な方法を提供するものであり、断面の輪郭の中心を、「安定した」中心線ポイントとすることができる。

上述したように、方向付けツールすなわちビューＰ１，Ｐ２及びＰ３は、ＭＩＰ，ＭＰＲ又はＳＶＲのようなボリュームレンダリングなどの任意の視覚化のために動作する。断面ビュー及び恐らくはリングを、血管上方をうろつきながら当該血管の周辺で発生させることができる。ユーザによるクリックについて、中心線ポイントを描くことができる。これらポイントも、（半）自動分割ツールのための開始ポイントとして用いることができる。経路描画のため、プロセッサ４は、幾つかの方法（かかる方法には、線形補間を提供することができる）で中心線ポイントを接続することができ、又は当該ポイントをベジエ曲線への制御ポイントとして供給することができ、或いは２つのシードポイント経路追跡アルゴリズムを用いてより大きなステップを形成し中間ポイントを判定することができる。

ボリュームレンダリング又はＭＩＰに基づくビューにおいて血管を「追跡」しながら、リング及び断面は、他の血管が追跡したものと交差する場合に「ジャンプ」することができる。前に追跡したリング及び既に規定された経路（或る種の描画／追跡履歴を追加する）を検討する場合、当該トラッキングが同じ血管を追跡することを維持することを確実することができる。これは、手動経路描画にとって必須である。何故なら、これは、当該ビューワを常時再方向づけすることなく例えばＭＩＰ画像において経路を描画することを可能にするからである。このことは、図１０及び図１１についてさらに示される。

図８は、本発明のＭＲ頸動脈に関する用途を示している。本例は、ポインタ又はマウス（太線矢印により示される）がＭＲ頸動脈データセットの陰影付けされたボリュームレンダリングにおいて移動させられるインターフェースを示している。直交断面は、局部血管方向に位置合わせされ、検出される血管輪郭（リング）は、右の平面ビューにおける２つの縦ビューにおける小さい矢印により示されるような全ての断面に表示される。

図９は、本発明のＣＴ肺塞栓に関する用途を示している。この例において、対話型血管検査器は、肺塞栓（ＰＥ）の検出及び視覚化を目的としてＣＴＡデータセットについて実証されるものである。ポインタは、白い矢印で示され、検出されたリングは、右の平面ビューにおける２つの縦ビューにおける小さな矢印により示される。肺塞栓の視覚化のため、外車視覚化が、Chiang氏によりDetection of Pulmonary Embolismなる文献（Comparison of Paddlewheel and Coronal CT Reformations - Initial Experience, Radiology, 228: 577-582, 2003）において、当該塞栓を通じた直交ビューを発生するためのツールとして提案されている。本発明は、正しい方向付けが自動的に見つかるので外車対話動作を陳腐化させるのに対して、当該外車は手動で回転させなければならないものである。

図１０は、本発明のＭＲ頸動脈ツリーに関する用途を示している。

上述したように、この方法は、全てのモダリティの用途に対しそして全てのタイプの血管に対して（半）自動の経路トラッカのためのシードポイントの中心決めするために用いることができる。ＭＲ冠状動脈及び頸動脈のための提示した３Ｄ脈管ツールのプロトタイプは、臨床的に現在実証されており、このシードポイントセンタリングを用いることができるものである。図１０は、中心決めされたポイントと、共通の内部及び外部頸動脈の結果として得られる追跡経路とを示している。

図１１は、本発明の用途によりＭＩＰ画像における血管経路の描画を示している。この例において、経路は、ＭＩＰ画像（ＭＲ頸動脈コントラストスキャンの一部）において描かれる。図１１は、血管が他の血管の後方でクロスする状況を示している。リングは、選択された血管を追跡しつづけることになる（描画は、画像の右下の隅部において開始した）。この例において、本提示の描画ツールの「追跡履歴」は、既に追跡した経路の方向及び深さを用いて当該交差を横切って描き適正な経路を追跡する。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらのいずれかの組み合わせを含む適切な形態において実現可能である。本発明又は本発明の幾つかの特徴は、１つ又は複数のデータプロセッサ及び／又はディジタル信号プロセッサにおいて稼働するコンピュータソフトウェアとして実現可能である。本発明の実施例の要素及び構成部は、いずれかの適切な方法により物理的、機能的及び論理的に実現することができる。実際、かかる機能は、単一のユニット若しくは複数のユニットにより、又は他の機能ユニットの一部として実現可能である。それ故、本発明は、単一のユニットで実現してもよいし、或いは異なるユニットとプロセッサとの間に物理的かつ機能的に分散させられるようにしてもよい。

以上、本発明を特定の実施例について説明してきたが、ここで述べた特定の形態に限定されることを意図していない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。請求項において、「有する」なる文言は、他の要素又はステップの存在を排除しない。また、個々の特徴が異なる請求項に含まれうるものの、これらは、有利に組み合わせることができるものであり、異なる請求項における包含は、特徴の組み合わせが不可能であること及び／又は有利でないことを意味するものではない。加えて、単数表現は、複数を排除するものではない。したがって、「１つの」，「１の」，「第１の」，「第２の」などの表現は、複数を排除するものではない。さらに、請求項における参照符号は、当該範囲を限定するものと解釈してはならない。

Claims (16)

1. ３次元画像データセット内の管状構造を検査する方法であって、
   ａ）画像データセットを供給すること、
   ｂ）前記画像データセットの視覚化を行うこと、
   ｃ）前記画像データセットの検査を行うことであって、当該検査は、
   ・ポインタを動かすこと、
   ・分割したオブジェクトの可能な形状を判定するよう前記ポインタの周辺において局部分割を行うこと、
   ・前記分割したオブジェクトの局部分析を行うこと、及び
   ・前記分割したオブジェクトの第１のビューを表示し、前記第１のビューの方向を前記局部分析から導くこと、
   を有する、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記検査はさらに、前記ポインタが管状構造内にあることをユーザに表示することを含む、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、当該表示は、前記分割したオブジェクトの重心の視覚化を有する、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記局部分割のボリュームは、略リアルタイムで前記第１のビューの表示を可能にするよう十分に小さい、方法。
5. 請求項１又は４に記載の方法であって、前記局部分割、前記局部分析及び前記第１のビューの表示は、最大略１００ミリ秒、５０ミリ秒又は１０ミリ秒の応答時間内で行われる、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記検査はさらに、前記分割したオブジェクトの第２のビューを表示することを有し、前記第２のビューの方向は、前記局部分析から導かれる、方法。
7. 請求項１又は６に記載の方法であって、派生した当該第１及び／又は第２のビューは、それぞれ、前記分割したオブジェクトの断面ビュー及び／又は縦ビューである、方法。
8. 請求項２又は７に記載の方法であって、前記管状構造との前記断面ビューの交差は、前記視覚化におけるリングとして表示される、方法。
9. 請求項２又は６に記載の方法であって、当該表示は、前記第１のビュー及び／又は前記第２のビューにおいて表示される、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記局部分析は、構造テンソル分析を有する、方法。
11. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記検査はさらに、前記管状構造内の１つ以上のポイントからのユーザによる能動選択を有する、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記１つ以上の選択されたポイントは、前記画像データセットの少なくとも一部の半自動分割処理又は自動分割処理のための開始ポイントとして直接又は間接的に選択される、方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記検査ｃ）の間に局部的に分割され分析される前記画像データセットの少なくとも一部の構造分析を行うこと、をさらに有する方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、前記局部分割のボリュームは、前記構造分析ｄ）からの結果を略リアルタイムで評価することを可能にするよう十分に小さい、方法。
15. ３次元画像データセット内の管状構造を検査するための画像形成装置であって、
    ａ）画像データセットを供給する画像形成手段と、
    ｂ）前記画像データセットの視覚化を行うプロセッサと、
    ｃ）前記画像データセットの検査を行う検査手段と、
    を有し、さらに、
    ・ユーザ入力装置によりポインタを動かし、
    ・分割したオブジェクトの可能な形状を判定するよう前記ポインタの周辺における局部分割を行い、
    ・前記分割したオブジェクトの局部分析を行い、
    ・前記分割したオブジェクトの第１のビューを表示し、その第１のビューの方向を前記局部分析から導く、
    ように構成された画像形成装置。
16. 関連付けられたデータ記憶手段を有する少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが請求項１に記載の画像形成装置を制御することを可能にするよう適合させられているコンピュータプログラム製品。

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