JP2014516637A - 医療画像処理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

医療イメージを処理するシステム１００であって、当該システムは、第１医療イメージ１０２と第２医療イメージ１０４とを取得するよう構成され、第１医療イメージと第２医療イメージとは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージであり、当該システムは、第１医療イメージの少なくとも第１部分について、第１医療イメージの第１部分と第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定する変位推定手段１２０と、変位ベクトルに応じて、第１部分について第２部分に関する第１部分の変形を表す変形値を決定する変形推定手段１４０と、ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての変位ベクトルの大きさと第２変数としての変形値とを有する多次元グラフを決定するための可視化データを生成する可視化生成手段１６０とを有するシステム。

Description

本発明は、医療画像を処理するシステム及び方法に関する。本発明はさらに、当該システムを有するワークステーション又はイメージング装置及び当該方法を実行するためのコンピュータプログラムプロダクトに関する。

医療イメージングの分野では、医師が同一の解剖学的構造の異なる医療イメージを比較することが一般的である。例えば、第１医療イメージは第１時点における患者の脳のＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）イメージであり、第２医療イメージは以降の時点における患者の脳のＭＲＩイメージであってもよく、医師は悪性の拡大の様相又は萎縮の出現などを決定するため、双方の医療イメージを比較してもよい。他の例では、第１医療イメージはリファレンス解剖学的構造を有するリファレンスイメージであり、第２医療イメージは患者の解剖学的構造を有する患者イメージであってもよく、医師は、リファレンス解剖学的構造に関する患者の解剖学的構造の乖離などを決定するため、双方の医療イメージを比較してもよい。

双方の医療イメージを比較するとき、医師は、第１医療イメージに関して変形された第２医療イメージの部分又はその反対に特に着目してもよい。これは、医師が患者の健康や医療処置の効果などに関する情報を視覚的に取得することを可能にするものであってもよい。

医師が２つの異なる医療イメージを視覚的に比較することによって、解剖学的構造の一部の変形を直感的に決定することは困難であるかもしれない。

Ｔｈｅ Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌｕｍｅ ８０，２００７，ｐｐ．７８−９１において刊行されたＰ．Ｍ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎらによる刊行物“Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｇｅｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｍｅｎｔｉａ”は、患者の脳全体のボリュームの変化を追跡可能であると言われるテンソルベース形態計測について記載している。経時的に同一の被検者からスキャンのペアが収集される場合、それらは、生体構造全体のローカルなレベルにおける圧縮及び拡張を適用する流体変換を利用して互いに揃えることができる。マッチングが正確である限り、変形されたグリッドの形態をとる変換の空間的勾配は、どの程度の組織がスキャンの間の時間間隔において失われるか測定する。変形されたグリッドはプロット及びカラー符号化可能である。同一の患者から経時的に取得されたスキャンシーケンスに適用された場合、ヤコビマップとしても知られるこれらの変形されたグリッド又はボクセル圧縮マップは、萎縮の程度及び拡がりを明らかにすることができる。

従って、テンソルベース形態測定は、医師が患者の脳の変形された部分のプロット及びカラー符号化された可視化を取得することを可能にする。

テンソルベース形態測定の問題は、変形されたグリッドが患者の解剖学的構造の一部の変形を正確に解釈することを可能にするのに十分適していないことである。

医師が患者の解剖学的構造の一部の変形をより正確に解釈することを可能にするシステム又は方法を有することが効果的であろう。

上記問題点を解決するため、本発明の第１の態様は、医療イメージを処理するシステムであって、当該システムは、第１医療イメージと第２医療イメージとを取得するよう構成され、前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージであり、当該システムは、前記第１医療イメージの少なくとも第１部分について、前記第１医療イメージの第１部分と前記第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定する変位推定手段と、前記変位ベクトルに応じて、前記第１部分について前記第２部分に関する前記第１部分の変形を表す変形値を決定する変形推定手段と、ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの大きさと第２変数としての前記変形値とを有する多次元グラフを決定するための可視化データを生成する可視化生成手段と、を有するシステムを提供する。

本発明のさらなる態様では、ワークステーション又はイメージング装置が上記システムを有する。

本発明のさらなる態様では、医療イメージを処理する方法であって、第１医療イメージと第２医療イメージとを取得するステップであって、前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージである、前記取得するステップと、前記第１医療イメージの少なくとも第１部分について、前記第１医療イメージの第１部分と前記第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定するステップと、前記変位ベクトルに応じて、前記第１部分について前記第２部分に関する前記第１部分の変形を表す変形値を決定するステップと、ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの大きさと第２変数としての拡張値とを有する多次元グラフを決定するため可視化データを生成するステップとを有する方法が提供される。

本発明のさらなる態様では、上記方法をプロセッサシステムに実行させるための命令を有するコンピュータプログラムが提供される。

本システムは、双方が特定の解剖学的構造を有する第１及び第２医療イメージを取得する。第１医療イメージの解剖学的構造と第２医療イメージの解剖学的構造とを空間的に整合させるため、剛体レジストレーション技術、すなわち、リニア変換を利用して、双方の医療イメージが相互に位置合わせされる。剛体レジストレーション技術は、医療イメージングの分野において知られ、医療イメージング装置に関する患者の向きの差分、医療取得パラメータの差分などにより生じうる医療イメージの解剖学的構造間の整合における大域的な差分を補償するのに利用される。この結果、第１医療イメージの解剖学的構造は、第２医療イメージの解剖学的構造と少なくとも粗に整合される。

本システムは、第２医療イメージに関して第１医療イメージの第１部分の変位を推定する変位推定手段を有する。従って、変位推定手段は、第１医療イメージの第１部分の何れのサブ部分が第２医療イメージ内にあるか推定する。この結果、変位推定手段は、第１医療イメージの第１部分と第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを生成する。

本システムはさらに、第１部分の変位ベクトルを利用して第１部分の変形値を決定する変形推定手段を有する。変形値は、変位ベクトルから導出され、第２医療イメージに関して第１部分のサブ部分の特徴的な変位の解釈を効果的に構成する。例えば、第１部分の変位ベクトルが第１部分の中心から放射状に外側に向いているとき、変形値は、第２医療イメージに関して第１部分の拡張を示すものであるかもしれず、すなわち、第２部分は第１部分の拡張されたバージョンである可能性がある。

本システムはさらに、可視化データを生成するため、変位ベクトルと変形値とを処理する可視化生成手段を有する。可視化データがディスプレイ上に表示されるとき、可視化データは、変形値に関する変位ベクトルの大きさ、すなわち、それらの長さを視覚的に表す多次元グラフを提供する。当該関係を視覚的に表現するため、変位ベクトルの大きさは第１変数セットを形成し、変形値は多次元グラフ内の第２変数セットを形成する。

上記手段は、ディスプレイ上に表示されると、第１部分の変形に対する第１部分の変位を提供する多次元グラフを決定し、当該変位は変位の大きさの形式により表される。当該大きさは、第１部分の変位を特徴付けするとき、特に重要である。従って、第１部分の変位の大きさ、第１部分の変形及びそれらの関係の可視化が提供される。

本発明は、変形値が変位ベクトルのアルゴリズム的な解釈であることが与えられると、部分の変位と当該部分の変形との間の固有の関係が存在するという認識に部分的に基づく。アルゴリズム的な解釈は、しばしば誤っている可能性があり、又は医師に対して直感的でない変形の定義に従う可能性がある。当該部分の変位の大きさ、当該部分の変形及びそれらの関係を可視化する多次元グラフを決定することによって、本システムは、変位の大きさに対して変形を視覚的に関連付け、これにより、医師が患者の解剖学的構造の部分の変形をより正確に解釈することを可能にする。

さらに、第１及び第２医療イメージの解剖学的構造の剛体レジストレーションは、不完全である可能性がある。この理由として、解剖学的構造の変形は剛体レジストレーション技術を阻害する可能性があるということであるかもしれない。効果的には、医師には、多次元グラフから変位の大きさに対する変形を視覚的に関連付けることによって、不完全に剛体位置合わせされるという視覚的フィードバックが提供されてもよい。効果的には、医師が医療イメージを観察することから誤った結論を導き出すことが回避される。

さらに、多次元グラフは部分の変位の大きさ、部分の変形及びそれらの関係を当該部分の実際のイメージデータの分離及び当該部分内の空間位置の分離において可視化する。従って、解剖学的構造自体は示されず、効果的には、部分内の変位及び変形のみが単一の多次元グラフに表示される。効果的には、医師に視覚情報の過剰な負担が与えられることが回避される。

任意的には、前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは、３次元（３Ｄ）医療イメージであり、前記変位ベクトルは、３Ｄ変位ベクトルであり、前記多次元グラフは、二次元（２Ｄ）グラフである。

第１及び第２医療イメージは、ボリュームイメージなどの３Ｄ医療イメージである。また、第１医療イメージの第１部分の変位は、３次元における変位、すなわち、３Ｄ変位であってもよい。３Ｄ変位を表すため、変位ベクトルは３Ｄ変位ベクトルであり、すなわち、ｘ成分、ｙ成分及びｚ成分を有する。しかしながら、変位ベクトルの大きさを視覚化することによって、変位の次元は３から１に減少され、すなわち、３Ｄ変位はスカラーとして示される。さらに、変形値はスカラーである。双方のスカラー系列を２Ｄグラフにより表示することによって、医師は可視化を解釈することが容易になる。効果的には、２Ｄグラフは３Ｄグラフより混乱せず、医師のより正確でより誤りの少ない解釈を導く。

任意的には、前記２Ｄグラフは、２Ｄスキャッタプロットである。２Ｄスキャッタプロットは、第１部分の変位の大きさと第１部分の変形との間の関係を可視化するのに適している。効果的には、医師は、スキャッタプロットの大域的な輪郭から関連情報を視覚的に取得してもよい。

任意的には、前記可視化生成手段は、前記ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの傾斜角と第２変数としての前記変位ベクトルのアジマス角とを有するさらなる２Ｄグラフを決定するためのさらなる可視化データを生成するよう構成される。

変位ベクトルは、３Ｄ変位ベクトルであり、すなわち、ｘ成分、ｙ成分及びｚ成分を有する。２Ｄグラフは、３Ｄ変位ベクトルの１つの側面、すなわち、それらの大きさを可視化する。しかしながら、変位ベクトルの方向もまた関連性がある。変位ベクトルの方向は、傾斜角及びアジマス角に関して表現され、変位ベクトルの原点に関する３Ｄ空間における方向を生じさせる。第１変数として変位ベクトルの傾斜角と第２変数として変位ベクトルのアジマス角とを有するさらなる２Ｄグラフを決定することによって、傾斜角、アジマス角及びそれらの関係が医師に可視化される。効果的には、医師は、第１医療イメージの第１部分の変位をより正確に解釈し、それの変形のより正確な解釈を可能にするものであってもよい。

任意的には、前記変形値は、前記第２部分に関する前記第１部分の拡張及び／又は収縮を表す。第１部分の拡張及び／又は収縮は、それの変形を解釈するのに特に関連する。さらに、拡張及び／又は収縮は、特に医療的な関連性があり、医師が患者の脳の一部における萎縮の発生などに関する情報を視覚的に取得することを可能にする。萎縮の特定の特徴は、アルツハイマー病の発生に関するものであってもよい。効果的には、可視化データは、アルツハイマー病をより良好に医師が診断することを可能にするものであってもよい。

任意的には、前記変形推定手段は、微分ベース関数を前記変位ベクトルに適用することによって、前記変形値を決定するよう構成される。変形は第１部分における変位ベクトル間のローカルな差分に関するものであるため、微分ベース関数は、変位ベクトルから変形値を決定するのに適している。微分ベース関数は、変位ベクトルが第１部分における位置に関してどのように変化するかの指標を提供する。従って、微分ベース関数を変位ベクトルに適用することによって、ローカルな差分の指標が取得される。

任意的には、前記微分ベース関数の適用は、（ｉ）前記変位ベクトルに応じてヤコビ行列を計算し、（ｉｉ）前記ヤコビ行列の判別式を計算することを含む。ヤコビ行列の判別式は、変位ベクトルから変形値を決定するのに適している。特に、本発明者は、ヤコビ行列の判別式の上記計算から取得される変形値がアルツハイマー病の指標として機能するのに適した多次元グラフを提供することを認識していた。

任意的には、前記変位推定手段は、エラスティックレジストレーション技術を利用して前記変位ベクトルを決定するよう構成される。第１及び第２医療イメージは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージであるため、第１部分の変位は、ローカルな変位に関するものであり、大域的な変位に関するものでないか、より小さな程度で関連する。エラスティックレジストレーション技術は、剛体位置合わせされた医療イメージからローカルな変位を取得するのに適している。

任意的には、当該システムはさらに、前記第１医療イメージの第１部分をユーザが選択することを可能にするユーザ入力を有する。ユーザ入力は、医師などのユーザが第１医療イメージの第１部分の変位及び変形を特に可視化する多次元グラフを取得するため、第１医療イメージの第１部分を選択することを可能にするためのユーザ入力を有する。効果的には、医師は、第１医療イメージの医学的に関連する又は疑わしい部分を特に選択してもよい。

任意的には、当該システムは、第３医療イメージを取得するよう構成され、当該システムはさらに、（ｉ）前記第１医療イメージと前記第３医療イメージとに応じて補間された医療イメージを生成し、（ｉｉ）前記第２医療イメージとして前記補間された医療イメージを決定するイメージ補間手段を有する。

第２医療イメージとして補間された医療イメージを利用することによって、第１部分の変位及び変形が補間された医療イメージに関して取得される。補間された医療イメージは、第３医療イメージより第１医療イメージに類似していてもよい。例えば、第１医療イメージが第１時点からのものであり、第３医療イメージが以降の時点からのものであるとき、補間された医療イメージは、中間の時点に対応するものであってもよい。また、第３医療イメージの代わりに補間された医療イメージを利用することによって、より詳細な粒度が第１部分の変位及び変形において取得される。効果的には、医師は、第１医療イメージの第１部分の変形をより正確に解釈するかもしれない。効果的には、中間時点の補間された医療イメージを生成することによって、医師は、変形の進捗又は拡がりに関する情報を視覚的に取得してもよい。

任意的には、前記可視化生成手段はさらに、前記ディスプレイ上に表示されると、前記変位ベクトルの大きさの第１ヒストグラム及び／又は前記変形値の第２ヒストグラムを決定するため前記可視化データを生成するよう構成される。

第１ヒストグラム及び／又は第２ヒストグラムをさらに表示することによって、医師には第１部分の変位及び／又は変形に関する追加的な情報が提供される。効果的には、医師は、第１部分の変形をより正確に解釈するかもしれない。

上述した本発明のオプション、実現形態及び／又は態様の２以上が何れかの方法により組み合わされることは有用であると当業者に理解されるであろう。

開示されたシステムの変更及び変形に対応するイメージング装置、ワークステーション、方法及び／又はコンピュータプログラムの変更及び変形は、本開示に基づき当業者により実行可能である。

当業者は、本方法が限定することなく、標準的なＸ線イメージング、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波（ＵＳ）、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）及びＮＭ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）などの各種取得モダリティにより取得される２次元（２Ｄ）、３次元（３Ｄ）又は４次元（４Ｄ）イメージなどの多次元イメージデータに適用されてもよいことを理解するであろう。多次元イメージデータの次元は、時間に関するものであってもよい。例えば、３次元イメージは、２次元イメージの時間領域系列を有してもよい。

本発明は、独立形式の請求項に規定される。効果的な実施例が従属形式の請求項に規定される。

本発明の上記及び他の態様は、明らかであり、後述される実施例を参照して説明される。
図１は、可視化データを生成するシステム及び可視化データに応じて多次元グラフを表示するディスプレイを示す。 図２は、可視化データを生成する方法を示す。 図３は、脳の一部の変位ベクトルの大きさを示す。 図４は、脳の一部の変形値を示す。 図５は、多次元グラフを有するユーザインタフェースを示す。 図６は、医療イメージの多の部分のユーザインタフェースを示す。 図７は、補間された医療イメージを生成するイメージ補間手段とユーザ入力とを有する可視化データを生成するシステムを示す。 図８ａ〜８ｄは、補間された医療イメージ系列の多次元グラフ系列を示す。

図１は、医療イメージを処理するシステム１００を示す。システム１００は、第１医療イメージ１０２及び第２医療イメージ１０４を取得するよう構成される。当該取得は、システム１００の入力から第１医療イメージ１０２及び／又は第２医療イメージ１０４を受信することを含むものであってもよい。第１医療イメージ１０２及び第２医療イメージ１０４は、解剖学的構造の剛体位置合わせされた（ｒｉｇｉｄｌｙ ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ）医療イメージである。解剖学的構造は、例えば、患者の組織又は血管構造などであってもよい。

第１医療イメージ１０２及び第２医療イメージ１０４は、例えば、２次元イメージ又は３次元イメージなどであってもよい。３次元イメージは、ボリュームイメージであってもよい。医療イメージは、ＭＲＩ、Ｘ線イメージング、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）又は他の何れか適した取得モダリティなどを介して取得されたものであってもよい。

システム１００は、第１医療イメージ１０２の少なくとも第１部分の変位ベクトル１２２を決定する変位推定手段１２０を有する。第１部分は、例えば、第１医療イメージ１０２が２次元イメージであるとき、矩形の部分などであってもよい。しかしながら、第１部分は第１医療イメージ１０２内の何れか適切な形状をとるものであってもよく、それの大きさは典型的には第１医療イメージ１０２の大きさに関連するか又は対応することが理解されるであろう。変位推定手段１２０は、第１部分の変位ベクトル１２２を決定し、変位ベクトル１２２を第１医療イメージ１０２の第１部分と第２医療イメージ１０４の第２部分とを一致させる。図３において、第１部分の変位ベクトル１２２の具体例が、変位ベクトルの大きさ１２３、すなわち、それらのユークリッド長さの形態により示される。ここで、第１部分は脳の一部であり、変位ベクトルの大きさ１２３はグレイ値のイメージデータとして示され、その強度は変位ベクトルの大きさ１２３のサイズを表す。

システム１００は、変位ベクトル１２２に応じて第１部分の変位ベクトル１４２を決定する変形推定手段１４０を有する。このため、変形推定手段１４０は、変位ベクトル１２２を受信するため変位推定手段１２０に接続されるよう示される。変形値１４２は、第２部分に関する第１部分の変形を表し、変形の大きさたタイプなどを示すものであってもよい。図４において、変形値１４２の具体例が示される。ここで、変形値１４２は、その強度が変形量を表すグレイ値イメージデータとして示される。

システム１００はさらに、ディスプレイ１８０上に表示されるとき、第１変数１８４として変位ベクトル１２２の大きさと第２変数１８６として変形値１４２とを有する多次元グラフ１８２を決定する可視化データ１６２を生成する可視化生成手段１６２を有する。このため、可視化生成手段１６０は、変位ベクトル１２２を受信する変位推定手段１２０と、変形値１４２を受信する変形推定手段１４０とに接続されるよう示されている。さらに、システム１００は、可視化データ１６２をディスプレイ１８０に提供するためディスプレイ１８０に接続されるよう示されている。可視化データ１６２は、多次元グラフ１８２のデータ表現を直接的に有するか、又は他次元グラフにおける各値の表示を可能にするのに適してフォーマット化された形式による変位ベクトル１２２及び変形値１４２の大きさを有するバイナリデータなどである何れか適切なフォーマットを有してもよい。

図１において、多次元グラフ１８２は、２次元スキャッタプロット１８２であるよう示されている。当該スキャッタプロット１８２では、変形値１４２は、第１座標として変形値１４２と第２座標として変位ベクトル１２２の大きさとを有するポイントをプロットすることによって、変位ベクトル１２２の大きさに対して配置される。この結果、スキャッタプロット１８２のｘ軸１８６は変形値１４２を表し、スキャッタプロット１８２のｙ軸１８４は変位ベクトル１２２の大きさを表す。従って、スキャッタプロット１８２は、独立して第１変数として変形値１４２とこれに従属した第２変数として変位ベクトル１２２の大きさとを有し、可視化するとして理解されてもよい。

多次元グラフは変形値１４２が変位ベクトル１２２の大きさに対して配置される、すなわち、それらの関係が可視化されることを可能にする他の何れか適切なグラフであってもよいことが理解されるであろう。これに関して、グラフという用語は、第１変数及び第２変数の抽象的表現を参照するとして理解され、医療イメージの分離において提供される。例えば、Ｃｌｉｆｆｏｒｄ ＫｏｎｏｌｄらによるＩＣＯＴＳ６，２００２の刊行物“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ ｔｏ ｓｃａｔｔｅｒｐｌｏｔｓ”に記載されるプロット技術の何れかが利用されてもよい。多次元グラフはまた、他の値の系列を表す３次元グラフのｚ軸などを有する３次元グラフであってもよい。ディスプレイ１８０は、３次元グラフを直接表示する３次元ディスプレイ又は３次元グラフの２次元表現を示す２次元ディスプレイであってもよい。

図５は、システム１００によりディスプレイ１８０上に確立されるユーザインタフェース３００の一例を示す。ユーザインタフェース３００は、可視化生成手段１６０により生成される可視化データにより確立されてもよい。ユーザインタフェース３００はユーザがシステム１００に入力を提供することを可能にするものであってもよいことが理解されるであろう。しかしながら、ユーザインタフェース３００はまた、あるいは排他的にユーザにシステム出力を提供するためシステム１００により利用されてもよい。ユーザインタフェース３００は、ｘ軸上の変形値１４２をｙ軸上の変位ベクトル１２２の大きさに対して配置する第１スキャッタプロット３２０を示す。可視化データ１６２はさらに、変位ベクトルの大きさの第１ヒストグラム３２２と、変形値の第２ヒストグラム３２４とを決定してもよい。これらのヒストグラムは、各ヒストグラムがそれのｘ軸上に範囲を示し、ｙ軸上に頻度を示すユーザインタフェース３００における第１スキャッタプロット３２０のサイドに示される。

第１医療イメージ１０２及び第２医療イメージ１０４は、３次元医療イメージであってもよく、変位ベクトル１２２は３次元変位ベクトルであってもよい。従って、変位ベクトル１２２は、各大きさ、すなわち、ベクトルの長さと３次元空間において規定される角度の組み合わせとして表現されてもよい。３次元空間において規定される角度は、各ベクトルについて傾斜角・とアジマス角・との組み合わせから構成される、いわゆる、極角であってもよい。図１には図示されないが、可視化生成手段１２０は、ディスプレイ１８０上に表示されると、ｘ軸上のアジマス角・又はシータをｙ軸上の傾斜角・又はファイに対して配置するユーザインタフェースの第２スキャッタプロットを決定するためのさらなる可視化データを生成するよう構成されてもよい。図５のユーザインタフェース３００は、第２スキャッタプロット３４０を示す。さらなる可視化データはさらに、傾斜角の第３ヒストグラム３４２とアジマス角の第４ヒストグラム３４４とを決定してもよい。これらのヒストグラムは、各ヒストグラムがそれのｘ軸上に範囲を示し、ｙ軸上に頻度を示す第２スキャッタプロット３４０のサイドに示される。

図５に示されるスキャッタプロットとヒストグラムとを生成するのに利用される医療イメージは、アルツハイマー疾患として診断された患者の脳ボリュームの３次元ＭＲＩイメージであり、これらのＭＲＩイメージは、Ｃｌｉｆｆｏｒｄ Ｒ．Ｊａｃｋらによる刊行物“Ｔｈｅ ａｌｚｈｅｉｍｅｒ‘ｓ ｄｉｓｅａｓｅ ｎｅｕｒｏｉｍａｇｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ”，Ｊ Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ．，ｖｏｌ．２７（４），ｐｐ．６８５−６９１，Ａｐｒｉｌ ２００８に記載されるような、いわゆる、１．５Ｔ ＡＤＮＩ Ｔ１−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ＭＲ脳ボリュームに対応する。図６は、システム１００によりディスプレイ１８０上に設けられるユーザインタフェース４００のさらなる例を示す。図６のユーザインタフェース４００は、図６に示されるスキャッタプロット及びヒストグラムを生成するのに利用される医療イメージがアルツハイマー疾患にかかっていないと診断された患者の脳ボリュームの３次元ＭＲＩイメージであるということを除き、図５のユーザインタフェース３００に類似する。この結果、第１スキャッタプロット３６０、第２スキャッタプロット３８０、第１ヒストグラム３６２、第２ヒストグラム３６４、第３ヒストグラム３８２及び第４ヒストグラム３８４はすべて、図５に示されるものと様相が異なる。

変位推定手段１２０は、エラスティック位置合わせ（ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）技術を利用することによって、変位ベクトル１２２を決定するよう構成されてもよい。特に、エラスティック位置合わせ技術は、流量モデルベーステンプレートマッチング技術であってもよい。当該技術の一例は、Ｇ．Ｅ．Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎらによる刊行物“Ｄｅ−ｆｏｒｍａｂｌｅ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｖｏｌ．５，ｎｏ．１０，ｐｐ．１４３５−１４４７，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９６に記載されている。

この技術では、第１医療イメージ１０２などのベースラインイメージと第２医療イメージ１０４などのフォローアップイメージとをマッチングさせるため、テンプレートのピクセルｘ・ｕが、３次元変位ベクトルｕを介し調査においてピクセルに移動される。変位ベクトルｕは、以下の式を解くことによって計算されてもよい。

ここ、ｔはベースラインイメージのポジションからフォローアップイメージのポジションに“変形”するとき、個々の画素によりトレースされたパスをパラメータ化する。速度ｖは、いわゆる変更されたＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ式を介し計算されてもよい。

ただし、・及び・は定数であり、ｂは変形を導出する“体積力（ｂｏｄｙ ｆｏｒｃｅ）”であり、

により定義される。

ここで、Ｔ及びＳはそれぞれ（変形された）ベースラインイメージとフォローアップイメージとの強度である。上記の式（１）、（２）及び（３）は、数値線形代数の分野から知られるような、いわゆる、Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｏｖｅｒ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ（ＳＯＲ）法などを利用して、繰り返し離散化されて解かれてもよい。しかしながら、イメージレジストレーション、オプティカルフロー及び動き推定の分野から知られるように、変位ベクトルを決定するのに適した何れかの技術がまた利用されてもよいことが理解されるであろう。

さらに、可視化生成手段１６０は、以下の式を解くことによって、

アジマス角・及び傾斜角・を決定するよう構成されてもよい。当該式はまた変位推定手段１２０又は中間コンポーネントにより解かれてもよいことが理解されるであろう。同様に、変位ベクトル１２２の大きさ、すなわち、それらの長さは、変位推定手段１２０又は中間コンポーネントにより決定されてもよい。

変位推定手段１４０は、第１部分が収縮（Ｊ＜１）又は拡張（Ｊ＞１）であるか示すと共に、これが行われるレートを示すヤコビ行列の判別式Ｊを計算することによって、変形値１４２を決定するよう構成されてもよい。ヤコビ行列は、単位行列が加算された変位ベクトルｕの空間的な導関数として計算されてもよい。

ヤコビ行列及びヤコビ行列の判別式は、ベクトル計算の分野において知られ、第２部分に関する第１部分の拡張及び／又は収縮を計算するのに利用されてもよい。しかしながら、変形値１４２を決定するための何れか適切な技術がまた利用されてもよいことが理解されるであろう。例えば、他の何れかの微分ベース関数が変位ベクトル１２２に適用されてもよい。

図７は、図１に示されるようなシステム１００の変形推定手段１４０及び可視化生成手段１６０を有するシステム４００を示す。システム４００はさらに、第１医療イメージの第１部分をユーザが選択することを可能にするユーザ入力４００を有する。ユーザは、コンピュータマウス、キーボードなどを操作することによって第１部分を選択してもよい。ユーザは、コンピュータマウス、キーボードなどの操作中に、システム４００がディスプレイ上にフィードバックを表示することによってフィードバックを取得してもよい。ユーザの選択コマンドは、選択データ４４２を変位推定手段４６０に送信させるものであってもよい。このため、変位推定手段４６０は、選択データ４４２を受信するためユーザ入力４４０に接続されるように示される。また、ユーザは、医療イメージが脳ボリュームを有するときなどに、脳ボリュームにおける海馬又は脳室を選択してもよい。第１部分は、ボックス状の部分などの３次元の第１部分であってもよい。ユーザ入力４４０に加えて又は代わりに、システム４００はさらに、第１医療イメージの関心領域を検出する関心領域検出手段を有してもよい。関心領域検出手段は、その後、第１部分として関心領域を決定してもよい。

システム４００はさらに、第１医療イメージ１０２及び第３医療イメージ１０６に応じて補間された医療イメージ４０４を生成するイメージ補間手段４２０を有する。第３医療イメージ１０６は、システム４００の入力から第３医療イメージ１６０を受信するなどによって、システムにより取得されてもよい。補間された医療イメージ４０４は、第１医療イメージ１０２と第３医療イメージ１０６との間の解剖学的構造の状態を反映する中間医療イメージである。補間された医療イメージ４０４を生成するため、イメージ補間手段４２０は、時間的なイメージ補間及びイメージモーフィングなどの分野からの何れか適切な技術を利用してもよい。イメージ補間手段４２０は、その後、変位推定手段４６０における以降の利用のため、第２医療イメージとして補間された医療イメージ４０４を決定する。

図７において別のコンポーネントとして示されているが、イメージ補間手段４２０は、変位推定手段４６０の一部であってもよい。特に、変位推定手段４６０が上述されたＣｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎらの流量モデルベーステンプレートマッチング技術を利用するとき、変位ベクトル１２２を決定する機能は、変位ベクトル１２２が第１医療イメージ１０２と第３医療イメージ１０６との間の何れかの個数の中間医療イメージについて決定されることを可能にするものであってもよい。特に、Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎらの技術では、解剖学的構造は、各ステップが内部空間における軌跡のポイントとして示されるＮステップにおいて、“ベースライン”又は初期的な解剖学的構造、すなわち、第１医療イメージ１０２と、“フォローアップ”又は最終的な解剖学的構造、すなわち、第３医療イメージ１０６との間で変形されてもよい。これらＮ回のステップは、実際の医療イメージの間の解剖学的構造の中間表現であり、それらは、解剖学的構造に関する情報のＮ倍の増加を示す。

システム４００は、解剖学的構造の中間表現の少なくとも１つに関する多次元グラフを決定するよう構成される。ユーザ入力４４０は、ユーザが中間表現の特定のものを選択することを可能にするものであってもよい。システム４００はまた、Ｎ個の中間表現の一部又は全てについて多次元グラフを決定してもよい。従って、中間表現のそれぞれについて、ヤコビ行列の判別式が可視化により決定されてもよい。

図８ａ〜８ｄは、上述された中間表現の４つについて決定された２次元スキャッタプロット５００、５２０、５４０、５６０の具体例を示す。スキャッタプロット５００、５２０、５４０、５６０は、中間表現のそれぞれに関する第１医療イメージの第１部分の変位及び変形に対応する。これらの図面は、図８ａのスキャッタプロット５００と図８ｄのスキャッタプロット５６０とを比較する際など、スキャッタプロットの輪郭における明確な相違を示す。これは、医師が患者の脳の一部の萎縮の出現などに関する情報を視覚的に取得することを可能にするものであってもよい。２次元スキャッタプロット５００、５２０、５４０、５６０の系列は、ｘ軸が変形値を表し、ｙ軸が変位ベクトルの大きさを表し、ｚ軸が時間軸を表す３次元スキャッタプロットとして可視化されてもよい。

図７には図示されないが、システム４００はまた、第１医療イメージ１０２、第２医療イメージ１０４及び第３医療イメージ１０６の何れか又は全てを前処理するためのイメージプロセッサを有してもよい。イメージプロセッサは、以下のステップの何れか又は全てを実行することによって、上記の前処理のため構成されてもよい。
１．ＭＲＩスキャンデバイスの不完全性又は固有の性質などによるイメージの輝度の不均一性の除去のためのバイアスフィールド除去
２．医療イメージの回転及び変換などによる医療イメージを整合させるための剛体レジストレーション
３．医療イメージに存在し、萎縮の判定などに関係のない頭蓋骨の除去のための頭蓋骨除去
４．医療イメージを等しい強度範囲にスケーリングするためのリニア強度スケーリング
５．周囲の組織より有意に高い又は低い強度を有する画素の出現による強度スケーリング後に残る可能性のある医療イメージ間の強度差の除去のためのヒストグラム等化
イメージプロセッサ及び変形推定手段１２２はまた、上述された剛体レジストレーションステップと変形値１２２の決定を結合的に繰り返すよう構成され、現在の繰り返しステップの変形値１２２は以降の繰り返しステップの剛体レジストレーションにおいて利用される。当該繰り返しは、変形値１２２が特定の状態に収束したとき、又は閾値一致誤差より小さな医療イメージ間の特定の一致誤差が取得されたとき、終了されてもよい。

図２は、医療イメージを処理する方法２００であって、第１医療イメージと第２医療イメージとを取得するステップ２２０であって、第１医療イメージと第２医療イメージとが解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージである、取得するステップ２２０と、第１医療イメージの少なくとも第１部分について第１医療イメージの第１部分と第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定するステップ２４０と、変位ベクトルに応じて第１部分について第２部分に関する第１部分の変形を表す変形値を決定するステップ２６０と、ディスプレイ上に表示されたとき、第１変数としての変位ベクトルの大きさと第２変数としての拡張値とを有する多次元グラフを決定するため可視化データを生成するステップ２８０とを有する方法２００を示す。

本発明はまた、これを実現するため構成されるコンピュータプログラム、特にキャリア上のコンピュータプログラムに適用される。当該プログラムは、部分的にコンパイルされた形態又は本発明による方法の実現に利用するのに適した他の何れかの形態などのソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース及びオブジェクトコードをの形態をとってもよいことが理解されるであろう。当該プログラムはまた、多数の異なるアーキテクチャ設計を有してもよいことが理解されるであろう。例えば、本発明による方法又はシステムの機能を実現するプログラムコードは、１以上のサブルーチンに分割されてもよい。これらのサブルーチン間に機能を分散する多数の異なる方法が当業者に明らかであろう。サブルーチンは、１つの実行可能ファイルに一緒に格納されるか、又は自己完結したプログラムを構成してもよい。当該実行可能ファイルは、プロセッサ命令及び／又はインタプリタ命令（Ｊａｖａ（登録商標）インタプリタ命令など）などのコンピュータ実行可能命令を有してもよい。あるいは、サブルーチンの１以上又は全ては、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに格納され、ランタイム時などに静的又は動的にメインプログラムとリンクされてもよい。メインプログラムは、サブルーチンの少なくとも１つに対する少なくとも１つのコールを含む。サブルーチンはまた、互いに対するファンクションコールを有してもよい。コンピュータプログラムプロダクトに関する実施例は、ここに記載された方法の少なくとも１つの各処理ステップに対応するコンピュータ実行可能命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに分割され、及び／又は静的又は動的にリンクされる１以上のファイルに格納されてもよい。コンピュータプログラムプロダクトに関する他の実施例は、ここに記載されたシステム及び／又はプログラムの少なくとも１つの各手段に対応するコンピュータ実行可能命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに分割され、及び／又は静的又は動的にリンクされる１以上のファイルに格納されてもよい。

コンピュータプログラムのキャリアは、プログラムを担持可能な何れかのエンティティ又はデバイスであってもよい。例えば、キャリアは、ＣＤ ＲＯＭや半導体ＲＯＭなどのＲＯＭ、ハードディスクなどの磁気記録媒体などの記憶媒体を含むものであってもよい。さらに、キャリアは、電気若しくは光ケーブルを介し又は無線若しくは他の手段によって伝送される電気若しくは光信号などの伝送可能なキャリアであってもよい。プログラムがこのような信号に実現されると、キャリアはケーブル、他のデバイス又は手段により構成されてもよい。あるいは、キャリアは、プログラムが埋め込まれた集積回路であってもよく、当該集積回路は、関連する方法を実行するよう構成されるか、又はその実行において利用される。

上述した実施例は本発明の限定するものでなく説明するものであり、当業者は添付した請求項の範囲から逸脱することなく他の多数の実施例を設計可能であることに留意すべきである。請求項では、括弧内に配置された参照符号は請求項を限定するものとして解釈されない。“有する”という動詞とその活用の使用は、請求項に記載した以外の要素又はステップの存在を排除するものでない。要素に先行する“ある”という冠詞は、当該要素が複数存在することを排除するものでない。本発明は、複数の異なる要素を有するハードウェアによって、また適切にプログラムされたコンピュータによって実現されてもよい。複数の手段を列挙した装置の請求項では、これらの手段の複数が単一かつ同一のハードウェアアイテムにより実現されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属形式の請求項において記載されるという事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に利用可能でないことを示すものでない。

Claims (14)

1. 医療イメージを処理するシステムであって、当該システムは、第１医療イメージと第２医療イメージとを取得するよう構成され、前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージであり、
   当該システムは、
   前記第１医療イメージの少なくとも第１部分について、前記第１医療イメージの第１部分と前記第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定する変位推定手段と、
   前記変位ベクトルに応じて、前記第１部分について前記第２部分に関する前記第１部分の変形を表す変形値を決定する変形推定手段と、
   ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの大きさと第２変数としての前記変形値とを有する多次元グラフを決定するための可視化データを生成する可視化生成手段と、
   を有するシステム。
2. 前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは、３次元（３Ｄ）医療イメージであり、
   前記変位ベクトルは、３Ｄ変位ベクトルであり、
   前記多次元グラフは、二次元（２Ｄ）グラフである、請求項１記載のシステム。
3. 前記２Ｄグラフは、２Ｄスキャッタプロットである、請求項２記載のシステム。
4. 前記可視化生成手段は、前記ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの傾斜角と第２変数としての前記変位ベクトルのアジマス角とを有するさらなる２Ｄグラフを決定するためのさらなる可視化データを生成するよう構成される、請求項２記載のシステム。
5. 前記変形値は、前記第２部分に関する前記第１部分の拡張及び／又は収縮を表す、請求項１記載のシステム。
6. 前記変形推定手段は、微分ベース関数を前記変位ベクトルに適用することによって、前記変形値を決定するよう構成される、請求項５記載のシステム。
7. 前記微分ベース関数の適用は、（ｉ）前記変位ベクトルに応じてヤコビ行列を計算し、（ｉｉ）前記ヤコビ行列の判別式を計算することを含む、請求項６記載のシステム。
8. 前記変位推定手段は、エラスティックレジストレーション技術を利用して前記変位ベクトルを決定するよう構成される、請求項１記載のシステム。
9. 当該システムはさらに、前記第１医療イメージの第１部分をユーザが選択することを可能にするユーザ入力を有する、請求項１記載のシステム。
10. 当該システムは、第３医療イメージを取得するよう構成され、
    当該システムはさらに、（ｉ）前記第１医療イメージと前記第３医療イメージとに応じて補間された医療イメージを生成し、（ｉｉ）前記第２医療イメージとして前記補間された医療イメージを決定するイメージ補間手段を有する、請求項１記載のシステム。
11. 前記可視化生成手段はさらに、前記ディスプレイ上に表示されると、前記変位ベクトルの大きさの第１ヒストグラム及び／又は前記変形値の第２ヒストグラムを決定するため前記可視化データを生成するよう構成される、請求項１記載のシステム。
12. 請求項１記載のシステムを有するワークステーション又はイメージング装置。
13. 医療イメージを処理する方法であって、
    第１医療イメージと第２医療イメージとを取得するステップであって、前記第１医療イメージと前記第２医療イメージとは解剖学的構造の剛体位置合わせされた医療イメージである、前記取得するステップと、
    前記第１医療イメージの少なくとも第１部分について、前記第１医療イメージの第１部分と前記第２医療イメージの第２部分とを一致させる変位ベクトルを決定するステップと、
    前記変位ベクトルに応じて、前記第１部分について前記第２部分に関する前記第１部分の変形を表す変形値を決定するステップと、
    ディスプレイ上に表示されると、第１変数としての前記変位ベクトルの大きさと第２変数としての拡張値とを有する多次元グラフを決定するため可視化データを生成するステップと、
    を有する方法。
14. 請求項１３記載の方法をプロセッサシステムに実行させるための命令を有するコンピュータプログラム。
    

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