JP2012522303A - 輪郭形成のための自動コントラスト増強法 - Google Patents

Abstract

輪郭形成のための自動コントラスト増強のためのシステム及び方法。該システム及び方法は、分析されるべき体積画像スライスを表示すること、体積画像スライスにおける標的解剖構造の輪郭描写を受信すること、体積画像スライスにおいて輪郭描写されている範囲に基づいて関心領域を識別すること、関心領域におけるボクセル強度値を分析すること、ボクセル強度値に基づいて適切なウインドウレベル設定を決定することを含む。

Description

セグメンテーションは画像から解剖学的構成を抽出する処理である。医学における多くの応用は、ＣＴ、ＭＲＩ、及び他の画像装置から取得される体積画像において標準生体構造のセグメンテーションを必要とする。臨床医又は他の専門家はしばしば治療計画のためにセグメンテーションを使用する。例えばセグメンテーションは、放射線治療が所望の線量で標的組織に供給され得るように放射線治療計画のために使用され得る。現在、セグメンテーションは手動で実行されることができ、そこで臨床医は個々の画像スライスを調べ、各スライスにおいて関連臓器の二次元の輪郭を手動で描く。そして手描きの輪郭は組み合わされて関連臓器の三次元表現を作り出す。代替的に、臨床医はセグメンテーションのための自動アルゴリズムを使用し得る。

しかしながら、ほとんどの構造はいまだに体積医療データセットにおいてスライス毎に手動で輪郭を描かれる。手動でのセグメンテーションは退屈で時間がかかり、実行にかなりの専門知識を要する。例えば、頭部及び頸部における放射線治療のような一部の応用の場合、セグメンテーションステップは臨床ワークフローにおいて患者スループットに対する主要な制限の一つである。一般的に、臨床医は構造がはっきりと見える画像のスライスを選択しなければならず、画像の特定領域がよりはっきりと見えるようにウインドウレベル設定が手動で調節され得る。その後輪郭形成処理が隣接スライスにおいて継続される。画像コントラストはしばしばスライス毎に変化するので、ウインドウレベル設定などの視覚化設定は各スライスに対して適宜調節されなければならない。各後続画像スライスに対して、又は単一画像スライスの様々な領域に対して、手動でウインドウレベル設定を調節することは時間がかかり退屈なものである。

輪郭形成のための自動コントラスト増強のための方法。該方法は、分析されるべき体積画像スライスを表示するステップ、体積画像スライスにおける標的解剖構造の輪郭描写を受信するステップ、体積画像スライスにおいて輪郭描写されている範囲に基づいて関心領域を識別するステップ、関心領域におけるボクセル強度値を分析するステップ、及びボクセル強度値に基づいて適切なウインドウレベル設定を決定するステップを含む。

システムは、分析されるべき体積画像スライスを表示するディスプレイ、体積画像スライスにおける標的解剖構造のユーザ輪郭描写を受けることができるユーザインターフェース、及び、ユーザ輪郭描写に基づいて関心領域を識別し、関心領域のボクセル強度値を分析して適切なウインドウレベル設定を決定するプロセッサを持つ。

コンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサによって実行可能な命令のセットを含む。命令のセットは、分析されるべき体積画像スライスを表示し、体積画像スライスにおける標的解剖構造の輪郭描写を受信し、体積画像スライスにおいて輪郭描写されている範囲に基づいて関心領域を識別し、関心領域におけるボクセル強度値を分析し、ボクセル強度値に基づいて適切なウインドウレベル設定を決定する。

本発明の一実施形態例にかかるシステムの略図を示す。 本発明の一方法例にかかる方法のフロー図を示す。 図２の方法にかかる画像視覚化に対するウインドウレベル設定の影響を示す。

本明細書に記載の実施形態例は以下の説明と添付の図面を参照してさらに理解され得、同様の要素は同じ参照数字で参照される。実施形態例は、ＣＴ、ＭＲＩなどから取得される体積画像における標準生体構造のセグメンテーションのためのシステム及び方法に関する。特に、本明細書に記載の実施形態例は、標的構造が隣接構造から容易に区別され得るように体積画像において画像視覚化を自動的に調節するための方法を記載する。

図１は、分析されるべき画像スライスにおいて標的解剖構造が最適に見えるようにウインドウレベル設定を自動的に調節するためのシステム１００の一実施形態例を示す。システム１００はウインドウレベル設定をボクセル強度値にマッピングするためのプロセッサ１０２と、体積画像を表示するためのディスプレイ１０４と、体積画像のスライスから輪郭形成される標的解剖構造を描くためのユーザインターフェース１０６とを有する。システム１００はさらに画像及び／又はウインドウレベル設定を保存するためのメモリ１０８を有する。メモリ１０８は任意の既知のコンピュータ可読記憶媒体であり得る。システム１００はパーソナルコンピュータ又は任意の他の処理装置であり得ることが当業者によって理解される。

図２は一方法例２００を示し、これはステップ２１０において、一連の体積画像がユーザによってスライス毎に分析され得るように、図１に示されるシステム例１００に一連の体積画像をロードするステップを有する。一連の画像は例えばシステム１００のメモリ１０８に保存され、一連の画像がディスプレイ１０４上に表示されるようにロードされる。ディスプレイ１０４は一連の画像の１つ以上のスライスを一度に表示し得ることが当業者によって理解される。また、一連の画像をロードしながら、プロセッサ１０２はロードされている一連の画像に存在する画像スライスの数（Ｎ）を決定し得ることも当業者によって理解される。ステップ２２０において、ユーザは標的解剖構造を識別するために一連の画像のスライスを見て分析する。ステップ２３０において、ユーザは画像スライス上に解剖構造を描き、標的解剖構造を輪郭描写する。ユーザはユーザインターフェース１０６を介して画像上に描く。ユーザインターフェース１０６は、標的解剖構造の輪郭を描くことによって関心領域を指しクリックするために使用される、例えばマウスから構成される。ディスプレイ１０４は代替的に、ユーザがスタイラス又は他の検出可能なタッチ機構を用いてディスプレイ１０４を介して画像上に直接描けるように、タッチ感受性を含み得る。

プロセッサ１０２はステップ２４０において関心領域を識別する。関心領域は、ユーザが描いている画像の範囲によって決定される画像の一部として識別される。そしてプロセッサ１０２はステップ２５０において関心領域におけるボクセル強度値を分析する。ボクセル強度値はプロセッサ１０２によって描かれる強度ヒストグラムを介して分析される。ボクセルは三次元空間における体積要素をあらわすことが当業者に周知である。強度ヒストグラムは、その画像内に見られる各異なる強度値における画像内のボクセルの数を示すグラフである。最も暗い黒から最も明るい白まで、広範囲の強度値がグレースケール画像に存在し得ることが当業者によって理解される。例えば、図３Ａに示される通り、頸部が関心領域であり頸椎が標的解剖構造である画像スライスに対して強度ヒストグラムが示されている。画像スライスに対する現在のウインドウレベル設定もまた示される。

ステップ２５０において分析されるボクセル強度値に基づいて、関心領域の最適視認性のために適切なウインドウレベル設定がステップ２６０において導き出される。ウインドウレベル設定は、例えば関心領域における最大及び最小画像グレー値に基づいて規定される。最大及び最小グレー値の間の間隔は直線的に表示可能な間隔にマッピングされ得る。例えば、ディスプレイ１０４上に表示される画像により大きなコントラストを与えるために、最小値は真っ黒にマッピングされ得、一方最大値は真っ白にマッピングされ得る。代替的に、表示画像のエッジに沿って表示コントラストを増強するために非線形伝達関数が使用され得る。図３Ｂに示される通り、ウインドウレベル設定を適切に調節することは画像の表示コントラストを増加させる。ステップ２７０において、画像スライスに対する現在のウインドウレベル設定は、ステップ２６０において導き出された適切なウインドウレベル設定に従って調節される。図３Ｂに示される通り、ウインドウレベル設定は関心領域における標的解剖構造が視認性を増加するように調節される。従って、標的解剖構造はユーザによって輪郭描写しやすく、その結果セグメンテーション処理の精度を増加する。現在のウインドウレベル設定が調節されると、ユーザは標的解剖構造を輪郭描写し続け、方法２００はステップ２３０に戻り、プロセッサ１０２がステップ２４０‐２７０において引き続き関心領域を識別し、ウインドウレベル設定を適宜調節するようになっている。従って、ユーザが画像スライスにおける標的解剖構造を輪郭描写するにつれて、ウインドウレベル設定は引き続き自動的に適応することが当業者によって理解される。

ウインドウレベル設定はユーザによる標的解剖構造の輪郭描写の前に調節され得ることもまた当業者によって理解される。標的解剖構造が輪郭描写されない場合、方法２００はステップ２２０からステップ２４０へ直接移動し、関心領域を表示された画像スライス全体として識別する。全画像スライスのボクセル強度値はステップ２５０において分析され、適切なウインドウレベル設定がステップ２６０において導き出され、ウインドウレベル設定はステップ２７０において適宜適応される。一旦ウインドウレベル設定が調節されると、ユーザが標的解剖構造の輪郭描写を開始し得るように方法２００はステップ２３０に戻る。

一旦画像スライスにおいて標的解剖構造がユーザによって完全に輪郭描写されると、一連の画像における画像スライスの各々がユーザによって輪郭描写された後に、一連の画像が輪郭形成のために後で処理され得るように、ステップ２８０において、輪郭描写された標的解剖構造を示すマーキングを含む画像スライスがメモリ１０８に保存され得る。画像スライスに対応する適切なウインドウレベル設定もまたメモリ１０８に保存され得る。

一連の画像において分析されて描かれるべき追加スライスが存在する限り、ウインドウレベルはスライス毎に自動的に適応し得る。従って、追加スライスが存在する場合、方法２００はステップ２２０に戻る。ステップ２２０において、プロセッサ１０２は分析されるべき画像のスライスをディスプレイ１０４上に表示する。従って、方法２００の各サイクルに対して、プロセッサ１０２は、各後続サイクルが一連の画像の新たなスライスを表示するように、まだ分析されていない一連の画像のスライスを表示することが当業者によって理解される。別のスライスを表示した後、方法２００はステップ２２０に戻る。方法２００は引き続きステップ２８０からステップ２２０にＮ−１回戻ることが当業者によって理解される。しかしながらＮ回目において、方法２００はステップ２９０へ続き、プロセッサ１０２は三次元標的解剖構造を輪郭形成するために一連の画像の画像スライスの各々において輪郭描写された標的解剖構造を処理する。

ユーザはユーザインターフェース１０６を介してユーザ選択に従ってパラメータ設定を調節し得ることが当業者によって理解される。例えば、ユーザは一連の画像における画像スライスのサブセットのみが輪郭描写され得るように、一連の画像における画像スライスの各々において標的解剖構造を輪郭描写するかどうかを決定し得る。ユーザはまた必要なときにウインドウレベル設定を手動調節し得ることもまた当業者によって理解される。ウインドウレベル設定への手動調節は上記の通りウインドウレベル設定の自動適応に組み込まれ得る。

実施形態例又は実施形態例の一部はコンピュータ可読記憶媒体上に保存される命令のセットとして実施され得、命令のセットはプロセッサによって実行可能であることが留意される。

本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、開示された実施形態例と方法例、及び代替例に様々な変更がなされ得ることが当業者に明らかである。従って、本開示は改良及び変更が添付の請求項とその均等物の範囲内にあるという条件でそれらを含むことが意図される。

請求項はＰＣＴ規則６．２（ｂ）に従って参照符号／数字を含み得ることもまた留意される。しかしながら、本願請求項は参照符号／数字に対応する実施形態例に限定されると見なされてはならない。

Claims (18)

1. 輪郭形成のための自動コントラスト増強のための方法であって、
   分析されるべき体積画像スライスを表示するステップと、
   前記体積画像スライスにおける標的解剖構造の輪郭描写を受信するステップと、
   前記体積画像スライスにおいて輪郭描写されている範囲に基づいて関心領域を識別するステップと、
   前記関心領域におけるボクセル強度値を分析するステップと、
   前記ボクセル強度値に基づいて適切なウインドウレベル設定を決定するステップとを有する、方法。
2. 前記適切なウインドウレベル設定に基づいて現在のウインドウレベル設定を調節するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
3. 一連の体積画像をメモリに保存するステップをさらに有し、前記体積画像スライスが一連の体積画像のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
4. 適切なウインドウレベル設定が体積画像スライス毎に自動的に決定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記関心領域が継続的に識別され、前記標的解剖構造が輪郭描写されると、前記関心領域の前記ボクセル強度値が分析され、前記適切なウインドウレベル設定が決定される、請求項１に記載の方法。
6. 前記ボクセル強度値を分析するステップが強度ヒストグラムを作るステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 完全に輪郭描写された画像スライスをメモリに保存するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
8. 輪郭描写された一連の画像スライスに基づいて前記標的解剖構造を輪郭形成するステップをさらに有し、前記輪郭描写された一連の画像スライスは完全に輪郭描写された画像スライスを含む、請求項１に記載の方法。
9. 分析されるべき体積画像スライスを表示するディスプレイと、
   前記体積画像スライスにおける標的解剖構造のユーザ輪郭描写を受けることができるユーザインターフェースと、
   前記ユーザ輪郭描写に基づいて関心領域を識別し、前記関心領域のボクセル強度値を分析して適切なウインドウレベル設定を決定する、プロセッサとを有する、システム。
10. 前記プロセッサが前記適切なウインドウレベル設定に基づいて現在のウインドウレベル設定を調節する、請求項９に記載のシステム。
11. 一連の体積画像を保存するメモリをさらに有し、前記体積画像スライスは一連の体積画像のうちの１つである、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記メモリが完全に輪郭描写された体積画像スライスを保存する、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記プロセッサが体積画像スライス毎に適切なウインドウレベル設定を自動的に決定する、請求項９に記載のシステム。
14. 前記標的解剖構造が輪郭描写されると、前記プロセッサが継続的に前記関心領域を識別し、前記関心領域の前記ボクセル強度値を分析し、前記適切なウインドウレベル設定を決定する、請求項９に記載のシステム。
15. 前記プロセッサが前記ボクセル強度値を分析するために強度ヒストグラムを作る、請求項９に記載のシステム。
16. 前記プロセッサが輪郭描写された一連の画像スライスに基づいて前記標的解剖構造を輪郭形成し、前記輪郭描写された一連の画像スライスは完全に輪郭描写された画像スライスを含む、請求項９に記載のシステム。
17. 前記ユーザインターフェースはタッチセンサスクリーンを含む、請求項９に記載のシステム。
18. プロセッサによって実行可能な命令のセットを含むコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令のセットは、
    分析されるべき体積画像スライスを表示し、
    前記体積画像スライスにおける標的解剖構造の輪郭描写を受信し、
    前記体積画像スライスにおいて輪郭描写されている範囲に基づいて関心領域を識別し、
    前記関心領域におけるボクセル強度値を分析し、
    前記ボクセル強度値に基づいて適切なウインドウレベル設定を決定する、コンピュータ可読記憶媒体。

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