JP2016527994A - 解剖学的アイテムのコンピュータによる視覚化 - Google Patents
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Abstract
Description
本文書は、コンピュータを用いる視覚化システムのユーザがヒト及び他の動物由来の器官(例えば心臓及び接続した血管系)のような解剖学的アイテムを操作及び視覚化することが可能であるシステム及び技術について述べる。そのような解剖学的アイテムのモデルは、磁気共鳴画像(MRI)装置及びコンピュータ断層撮影(CT)装置により生成されたデジタルデータを得ることなどによって、実際の対象者の医用画像から得られうる。そのようなデータは、撮像機器がアイテムを一層ずつ走査したので、該アイテムの様々な層における多数の二次元画像によって表現されうる。ここで述べるシステムは、2つの異なる医用画像モダリティに由来する、解剖学的アイテムにおける画像又はモデルにおいて、共通の場所を同定することが可能であり、データの組合せを生成する場合もあり、また解剖学的アイテムの寸法をほぼ反映する線又は点の3Dメッシュを生成する場合もある。次いで該システムは、メッシュから3Dモデルを生成しうる。
手技、例えばステントのような医療用デバイスの移植若しくは電気除細動が、患者に対して実施される前及び後の両方において患者に対して実施されうる。その後、解剖学的アイテムの三次元又は四次元モデルは互いに隣接して3D空間に表示されてもよく、また該アイテムに関するユーザ(例えば治療を行う医師)による行為は両方のモデルに同時に反映されてもよい。例えば、ユーザが手術後のモデルにおいて心房の内側又はある特定の血管系の内側を見るために切断面を適用する場合、手術前のモデルは(それぞれのモデルが共通の基点に対して位置判定及び配向された状態で)同じ場所に適用された平面を有することができる。同様に、4Dモデルが、1以上の3Dモデルであって同じ画像データに基づくもの(又は該モデルのうちのいくつかが同じ器官又は他の身体部分についての異なる時間に由来する画像データを使用しうる場合のもの)と同時に表示されてもよい。3Dモデルは、全てのモデルについてユーザ入力に応じて互いに協調してパン、ズーム、回転、クリッピングがなされうるが、それらがアニメーション化されないという点では動かないとみなされうる。このようにして、例えば、医師が患者の心臓弁の働きを4D投影図で見て、かつ同時に弁が閉止している心臓を示す3D投影図を視認することが可能であり、これによって、医師が弁の閉止の程度を見ることが可能であるとともに、弁がどのような理由でその通り道を閉止しているかを機械的に判定する試みのために周期動作(繰り返されるGIFファイルの表示に類似のもの)を観察することが可能であるように、時間と共に繰り返される4D表現に隣接して表示された特定の時点における3D表現を備えて見る、ということも考えられる。
パラメータの英数字表現を表示することもできる。システムは、計算流体力学を使用してデバイスの周りの流体の流れを同時にコンピュータ計算することも可能であり、またその流れの視覚的表現(例えば流れの方向及び速度を示す流れ線の投影)が4D視覚モデルに補足されてもよい。材質解析については、システムは、解剖学的アイテムの通常の働きによって引き起こされる電気的及び化学的変化を同定することが可能であり、またそれらの変化を、組織に対する導入された医療用デバイスの影響を反映するように調整することができる。1例として、医療用デバイスは心臓を通る電荷の伝播を変化させる可能性があり、FEA又は他の技法は電気的な伝播をモデル化するために使用されうる。同様に、薬物が例えば薬物溶出性の医療用デバイスなどによって組織に適用される場合、組織の材質特性に対する薬物の影響も計算されて、導入された医療用デバイスに対する組織の反応を示すためのモデルにおいて使用されてもよい。以下に議論されるもののようなプロセスにおいて、様々なシミュレーションは、材料、形状、及び寸法のうち少なくともいずれかを変えて(例えば直径及び長さのうち少なくともいずれかを常に増大させて)医療用デバイスを選択することと、個々のそのようなシミュレーションについての機械的(例えば応力)、電気的、又は化学的な値を判定することとによって実施されうる。プロセスはその後、シミュレーションのうちのいずれが、ユーザにとって興味深い機械的パラメータ、電気的パラメータ、及び化学的パラメータのうち少なくともいずれかについて最高又は最低の値を伴って実施されたかを作業者に示すことができる。又は、ユーザが任意のそのようなパラメータについて閾値を指定してもよく、かつシミュレーションが、いずれの与えられた入力が適格となるかを判定するために実施されてもよい。例えば、医師は、医療用デバイスが移植されることになっている場合に該デバイスが組織に対してかけうる最大応力を設定することが可能であり、シミュレーションは、所定の閾値が満たされるまで多様な大きさの次第に大型となるデバイスについて実施されうる。医師はその後、閾値を越えることなくシミュレーションを通った最後の大きさのデバイスを使用することができる。
の実施における他者の訓練のうち少なくともいずれかの機会、のうち少なくともいずれかとして使用されうる。FEAがそのような手術において使用される場合、患者の組織の伸展性(compliance)がモデル化されて、その結果として該組織が、例えば身体内への仮想医療用デバイスの導入に応答して変形することなどにより、ユーザ(例えば医師)が該組織にかける力と相互作用するようにすること(例えばその結果として、研究者又は医師が、移植時にどれくらいしっかりとデバイスが固定されるかが分かるように、又は漏れを生じる恐れのある何らかの間隙がデバイスの周りに存在するかどうか確かめることができるようにすること)もできる。
イテムの動きの表示を、該アイテムが滑らかな曲線に沿って移動せしめられていない時でも含むことが可能である。さらに、該方法は、解剖学的アイテムの三次元モデル内の場所を同定しているユーザからの入力を受信するステップと、同定された場所によって表わされるモデル内の距離をユーザに提示するステップとを含んでなることが可能である。
詳細な説明
本文書は、ヒトの心臓及び血管系並びにその他の器官のような、医療手技が施されることの多い動物の解剖学的特徴を視覚化するための、システム及び技法について述べる。視覚化とは、3Dレンダリング又はアニメーション化レンダリングを現実感とともに観察するための立体視ゴーグル又は他の機構を着用しているユーザが観察するための3D投影像、及び心臓の鼓動全体のような器官の周期動作を示す4Dアニメーションであって、該4Dアニメーションの各フレームは適切な解剖学的特徴が画像化される間の対応する適切な時点でのデータ収集から生成されうる4Dアニメーション、を生成することを含みうるものである。
て動かすためにそのような選択を使用してもよい。換言すれば、2つの心臓は、操作のために互いに固定されて、一方のモデルをパン又は回転することにより他方のモデルの同等のパン又は回転が引き起こされるようになっていてもよい。ある例では、モデルのうち一方は4Dであり、他方は3D、例えばその4Dアニメーションからの固定フレームなどであってよい。
ーザ110がボタンを押し下げている間に自身の顔に向けてスタイラス116を引けば、モデルは該モデルがユーザ110の顔に近づけられているように見えるように、より大きくなるようにもなされうる。別例として、ユーザがスタイラス116のボタンを押している間に自身の手首を回転させれば、モデルが同様の方向に回転せしめられて、その結果ユーザがそれ以前にはユーザに見えなかったモデル112の他のエリアを見るために該モデルを操作できるようになっていてもよい。その他の直観的な身振りもモデルを操作するためにユーザ110によって使用されうる。例えば、ユーザは、心臓を通り抜ける通路を規定するために心臓の通行可能なエリアを通る線を描くことなどによって、モデル112のエリア内に線、曲線、又はその他の幾何学的構成物を描くためにスタイラス116を使用してもよい。そのような線は、モデル112が提示されている色と対照をなす色で提示されて、ユーザ110がモデル全体に付加した線及びその他の幾何学的構成物をユーザ110が容易に見ることが可能であるようになっていてもよい。
ラフィック処理カード上に搭載されたものなどを備えうる。レンダーエンジン212は、2D、3Dをモデル化するための標準的なプロトコール及び定義に従って作動し、かつ4D表示(4D表現)のために材料をアニメーション化することができる。例えば、レンダーエンジン212は、モデル206のフォトリアリスティックな表示を生成するためのシェーディング及びその他の既知技法を適用することができる。
テム200のうち少なくともいずれかのようなシステムの他に、図4A〜4Lに表わされたシステム及びユーザインターフェースを使用して実施されうる。これらは、コンピュータを用いる多次元視覚化システムとのユーザの対話を伴うプロセス例である。概して、プロセスは医師による治療又は解析がなされている特定の人物のヒト心臓に対して行われているとして説明されることになるが、当然ながら、その他の生理学的アイテム、例えば非ヒト動物由来のもの(例えば医療用デバイスに関する技術開発研究の一部であるブタの心臓に関するもの)、並びに様々なユーザによる解析及び様々な目的(例えば医師の練習、特定の患者のための医療用デバイスのサイズ設定、教育、規制当局による承認など)のためのものが、モデル化及び提示されてもよい。
良の経路を自動的に見出すようにコンピュータシステムに指示するユーザによって、並びにモデル内の空隙を同定してそのような空隙を通る曲線を第1の定義された場所から第2の定義された場所へ、例えば大動脈を通って1以上の心腔へとフィッティングするコンピュータシステムによってなされてもよい。一部の実施形態においては、医師が使用することの多いいくつかの一般的道筋がリストに入ってユーザに提示されてもよく、ユーザは1つのそのような経路(例えばステント又は心臓用閉塞デバイスの送達のための経路)を選択してもよく、かつシステムは、特定のモデルについてのその経路に沿ったスプラインを、――例えば、その大きさ及び形状が解剖学的アイテムのそのような部分のテンプレート(例えば、大動脈及び心腔などについての特定の直径及び特定の曲率)におおむね合う、特定のモデルの中の通行可能な空間を同定することによって、――自動的に生成及び表示してもよい。
視覚化システムのユーザが上記及び下記に記載されたハードウェア及びソフトウェアを使用して操作しうる仮想カメラであってもよい。カメラは、例えばスプラインに沿って前後にカメラをパンするためにユーザの一方の手の動きを使用し、かつカメラの視野の回転を行うためにユーザの他方の手の動きを使用することなどにより、ユーザ入力を単純化するために、スプラインに固定されてもよい。
イスからの力及び医療用デバイスへの力をモデル化するために電気の伝播が使用されるシステムについて、動的モデルが生成されてもよい。
、ヒト血管系の中の血流圧力の量及びタイミング(心臓は絶えず変化しているので)がモデル化されて、(例えば血圧測定及びその他の測定によって、特定の場所での流量及び患者の心臓血管系の強さを判定することにより)特定の患者について期待される流量と一致するように調整されてもよい。その後、モデル化された経路に沿った特定の地点における、例えばモデル化された血管系に挿入された医療用デバイスの外周の周りの、通行可能な面積が判定されうる。そのようなデータから、流量のコンピュータ計算が実施されうる。コンピュータ計算はその後、心拍サイクルの間など周期動作の間の複数の期間について更新されうる。
は複数の解剖学的アイテムの3D及び4Dモデルが作られる。ボックス374では、該モデルについての1以上の投影図が表示されうる。例えば、アニメーション化された4D投影図が、該モデルのアニメーション化されていない3D投影図に隣接して表示されうる。この実施例においては、両方の投影図が単純に心臓の外側表面を示してもよいが、ユーザは心臓の内側部分をより良く見たいかもしれない。単一の切断面はそのような投影図を提供するには不十分な仕事しかしない場合がある、というのも、そのエリアの壁が、ユーザがモデルの内部で見たいものの全体像を遮るかもしれないからである。
GLASS(登録商標)ハードウェアによって代表されるものに類似のハードウェアであって、病院情報システムから画像データを取得するための、また表示されるモデルを操作するための医師音声コマンドに応答するためのアプリケーションが補足されたハードウェアを使用して、ユーザの正常な視覚の上に重ね合わされることができる。
グについて詳述しながら説明する。第2節は、ユーザ頭部の位置を追跡するためのカメラのハードウェア及びソフトウェアを詳述する。第3節は、システムにタッチ入力を提供するために使用されるマルチタッチオーバーレイについて説明する。第4節は、カスタムモデルビューワソフトの説明を含む。
ることが可能なフレームをサポートすることにより働く。これらは、そこにロードされたすべてのデータが単一の座標フレーム基点を共有するので「フレーム」と呼ばれる。したがって、このフレームを操作する場合、含まれるすべてのメッシュ及び画像スタックが一緒に操作される。これらのフレームはそれぞれ、その範囲を示す赤色の境界ボックスによって視覚描写される。図4Bはそのような複数のフレームの例を示しており、該フレームは各々が心臓の3Dジオメトリを包含している赤色の境界ボックスによって示されている。
ードされ、その局所座標基点は境界ボックス(追加入力によって規定されなければならない)の背面左下の(最小の)角にあるように固定される。追加のメッシュがロード可能であり、該メッシュがこの共通座標フレームを共有すれば適正に登録されることになる。この技法は、画像スタックの部分集合のみがセグメント化された場合に有用である。
ジェットの中心に指を下ろしてそこから外にドラッグすると、3D地点が作出される。この地点は、テーブル周辺でドラッグすることによりテーブル表面と平行な面において移動せしめられる。3D地点の鉛直高さを変更するためには、(通常は反対の手の)別の指でテーブルが押されて、ユーザの指とテーブル上方に浮いている3D地点との間に「仮想糸」が接続される。2本の指を一緒にすると糸は緩み、3D地点がより高くなることが可能となる。同様に、2本の指を別々に動かすと3D地点が低下する。最後に、2本の指をこのように押したまま、第3の指(通常は親指)がテーブル上で鉛直方向に移動せしめられると、この地点で曲線が膨張又は収縮してボリュームを取り囲むことになる。そのようなジェスチャは図4Iに図表で示されている。そこでは、地点はミニチュア世界に関連する3D空間において指定されている。多数の地点が組み合わされて曲線を形成し、さらなるタッチジェスチャによって拡張せしめられて一般化円筒を規定してもよい。
径を変更するために使用可能である。このスケールボタンはさらに、ズィー・スペースのディスプレイの前方端部に中心点を備えて仮想テーブルを上方に転ずるために使用可能な追加の特徴的機能を有している。これはテーブル表面とより容易に対話するのに有用であり、このことは本文書において後に記載される2Dテーブルのウィジェットを使用するときに役立つ。これは、スタイラスをテーブルに対して下方にポイントし、スケールボタンを押し、かつスタイラスを上方へ移動させることにより実施可能である。このボタンの別の機能は先述した「ウィング」に関する。ウィングをクリックしてこのボタンを押すことにより、ウィングは回転せしめられて、クリッピング面の角度を変えて完全に鉛直ではないようにすることができる。
ために使用される。該ウィジェットがテーブル上に設けられた後には、円形カラーパレットと組み合わされた絵筆アイコンを表示することになる。絵筆の先端近くにその中心を備えたメッシュが選択されることになる。選択後、カラーパレット内部のタッチポイントが、メッシュに適用される色をドラッグ及び変更するために使用可能である。
なければならない。このスプラインが交差する地点は鉛直表面の面において視線を放つために使用され、制御点はこれらの視線の交差点に配置される。例えば、動脈の中心線に沿ったスプラインが設けられた場合、かつこのスプラインが鉛直面でクリッピングされるように投影図が回転された場合、このボタンが選ばれた後で、動脈の内部の輪郭に沿った、鉛直面にある新しいスプラインが作出されることになる。
ムがその単位としてmmを使用してエクスポートされた場合、このスケール係数は「0.001」にセットされるはずである。この係数は、ひいては表示出力がその正確な単位(この係数なしでは未知であろう)で報告されることを確実にするために使用される。様々なチェックボックスが以下のように作動する:(a)テクスチャ・フロム・ボリューム(Texture from Volume )は、メッシュ上で3Dテクスチャリングのオン/オフを切り替える。オンの場合、画像スタックは「大理石のブロック(block of marble )」として処理されることになり、該スタックによって規定されたボリュームに含まれる色はメッシュ表面上に写像されることになる;(b)ショウ・ソリッド・スライス(Show Solid Slice)は、選択されたメッシュについてのソリッド・モデリングのオン/オフを切り替える。オンの場合、メッシュは規定された内部及び外部を有するソリッドオブジェクトとして処理されることになり、クリッピングされた時、内部はクリッピング面に平らにレンダリングされて、内部がクリッピングから隠れる(すなわち、背面は目に見えない)ようになされることになる。これは、前面及び背面がすべて一貫している水密な十分に規定されたメッシュ上でのみ使用されるべきである;(c)ショウ・シャドウ・スライス(Show Shadow Slice )は、メッシュを通る現在の水平スライスのシャドウ表現のオン/オフを切り替える;並びに(d)テクスチャ・WIM(Texture WIM )は、WIM上の3Dテクスチャリングのオン/オフを切り替えるが、3Dテクスチャは設定済みである。
することにより設定される。矢印先端のすぐ下にあるその値は等値として使用され、その値における境界を表している表面が抽出されることになる。次の追加制御が利用可能である:(a)アクティブ抽出(Active Extract)(チェックボックス) チェックされた時、等値面はウィジェットが移動せしめられるごとに絶えず抽出されることになる。コンピュータ計算は非常に解像度の高い画像スタックについて徹底的となりうるという事実に因る;(b)インバート(Invert)(チェックボックス) 抽出後に、メッシュ上の法線が不正確である(すなわち、背面が正面のはずであるか又はライティングが不正確である)場合、このチェックボックスは、次回の抽出が正確であるように法線の向きを切り替えるために使用可能である;(c)選択(Select)(ボタン) 押された時、等値面が上述のようにして抽出される。フレーム当たり1つの等値面しか存在できず、既存の等値面がフレームにある場合は置き換えられることになる。
連続画像スタックを互いに識別するインターバル、例えば200個の画像がロードされ、かつその中に10個の連続するボリュームがあった場合、ここには20が入力されるべきである。
.projファイルはプレーンテキストであり、いくつかの個々のセッティングを手動で変更したい場合にテキストエディタにおいて調べることが可能である。セーブされたプロジェクトファイルをリロードするためには、ロードウィンドウを展開し、そこにブラウズし、それを選択する。このプロジェクトでリンクされたファイルをすべてロードするには数分を要する場合がある。プロジェクトのロードが成功するためには、 .projがセーブされた時に使用されたファイルは全く同じ場所に存在しなければならない。加えて、時にはある種のファイル名が、このファイルをロードするために使用される構文解析系を壊すことがある。プロジェクトファイルをリロードすることが不可能な場合、それは、ファイル名がその経路中に構文解析を乱しているいくつかの異常な文字(又はスペース)を有していた
という事実による可能性が最も高い。この理由により、単純なファイル名及びディレクトリが推奨される。
チェックされた時、現在表示されているFEAメッシュについてのワイヤーフレームレンダリングが作動する;(e)表示フィールド(Displayed Field )(ドロップダウン)
PLTファイルからロードされたすべてのフィールドのリストを含んでいる。選択された後、表示されたフィールドはこのフィールドを反映するために更新される;(f)カラーマップ(Color Map )(ドロップダウン) 表示されたフィールドをレンダリングする場合に使用する可能なカラーマッピングのリストを含んでいる。選択された後、メッシュ上のフィールドの色が更新される;(g)スキップインターバル(Skip Interval ) PLTファイルに含まれたすべてのFEAメッシュ一式はPCのメモリに全て一緒にロードするには大きすぎる、ということは起こり得る。データセット全体の表現をなおもロードすることができるように、スキップインターバルは設定可能であり(can set )、かつ時間ステップはロードされるデータの量を縮小するためにスキップされることになる。
[ウィジェットのための低水準の戦略/3Dタッチシステムの制御]:ある実施例は複数のデータセットをロードして同時に表示することを可能にする。複数のデータセット(例えば3Dの表面、ボリュメトリックFEAデータ)のロード及び同時表示をサポートする特徴的機能を実現するために、多くのウィジェットが一度に1つのデータセットにしか作用しないことに着目されたい。これは、ウィジェットが活性化されている場合は常に、該ウィジェットが作用するべき特定のデータセットに関連づけられている必要があることを意味している。複数のデータセットをロードして同時表示する機能には新しいインターフェースが含まれる。ウィジェットとデータセットとの間を関連付けるために、ユーザはツールトレイから適切なデータセットのシャドウ上へとウィジェットをドラッグする。するとウィジェットは、データセットのシャドウのまさにその上の位置で活性化する。1例において、すべてのデータセットに適用される(例えば、プロジェクト全体をロード及びセーブし、スクリーンを動画ファイルへと記録する)ウィジェットは、該ウィジェットをテーブル表面上のどこかに(かつ必ずしもデータセットの上ではなく)ドラッグ及びドロップすることにより活性化される。1例において、新しいデータセットをロードするためのウィジェットは、該ウィジェットをテーブル上の新しい位置へドラッグし、リリースすることにより活性化され、次いで新しいデータセットはテーブル上のこの場所でロードされることになる。同様に、カメラ・パス・ツールでは、カメラは、特定の3D曲線のシャドウ上にカメラウィジェットをドラッグすることにより、該3D曲線に関連付けられて該曲線沿いに進む。
るツールを備えている。このツールはテーブル表面の左側に3つのスライスを表示するように構成されている。これらのスライスそれぞれの3D場所は、3つ全てと交差する単一の地点によって判定される。この地点は、スライスWIMメタファー(Slice WIM metaphor)を使用して航行しながらユーザにより設定され、(テーブル上部のウィジェットに示されるように)ビューウィンドウの下部中央の3D場所によって判定される。
を、より低い表示場所からユーザ402が触れている場所により直接関係しているより高い場所へと上に視覚的に回転せしめることにより、インターフェースはユーザ402にとってより使用し易くなりうる。
断面の形状及び面積を判定することが可能であり、ここで断面は、その地点において通路に対し概ね垂直であって、アイテムのジオメトリを十分に表現しない場合のあるアイテムを通る水平方向のスライスではない。そのようなジオメトリは、解剖学的アイテムを通る医療用デバイスの運動をモデル化するためにスプラインに沿った個々の関連地点にその後位置しうる医療用デバイスと、その関連場所における医療用デバイスの周りの組織との間の、相互作用を判定するために使用されてもよい。
。
療用視覚化方法において、特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの三次元モデルを同定するステップと;解剖学的アイテムの組織にかかる力を同定するステップと;三次元モデルの有限要素解析を使用して解剖学的アイテムの組織に対する応力及びひずみを判定するステップと;解剖学的アイテム、並びに同定された力の結果として解剖学的アイテムの組織について判定されたひずみの視覚的表現を、表示するステップと、を含んでなる方法が開示される。解剖学的アイテムは心臓の一部を含んでなることが可能であり、解剖学的アイテムにかかる力は心臓を通る仮想医療用デバイスの運動に基づいて同定される。仮想医療用デバイスは、少なくとも一次元において可撓性を有するようにモデル化された三次元モデルを含んでなることができる。該方法はさらに、仮想医療用デバイスが心臓の三次元モデルに対して移動せしめられるにつれて、仮想医療用デバイスが解剖学的アイテムの三次元モデルにおいて組織と接触するかどうかを自動的に判定するステップを含むこともできる。該方法は、追加として、又は別例として、心臓の三次元モデルの中の医療用デバイスの周りを流れる流体についての計算流体力学的解析を実施するステップを含むことも可能である。
来する複数のフレームから作出された動くアニメーションを、表示するステップと;動くアニメーションが表示されている一方で、三次元モデルの1以上の動かない投影図を表示するステップと;ユーザからの入力に応じて、表示された動くアニメーション及び無以上の(non or more)動かない投影図を互いに協調して変化させるステップと、を含んでな
ることができる。該方法はさらに、動くアニメーションと1以上の動かない投影図との間を協調させて、解剖学的アイテムを通って移動せしめられているデバイスを表示するステップを含むこともできる。該デバイスは、解剖学的アイテムの中の通行可能な通路を通って移動せしめられている、三次元モデルによって表わされた医療用デバイスを含んでなることが可能であり、解剖学的アイテムは心臓を含んでなることが可能である。該方法はさらに、解剖学的アイテムを通るデバイスの運動に基づいて解剖学的アイテムにかかる力を表示するステップを含んでなる場合もある。表示される力は、解剖学的アイテムについての組織モデルに有限要素解析を適用することにより判定可能である。さらに、初期のプロセスは、医療用デバイスが解剖学的アイテムの三次元モデルに対して移動せしめられるにつれて医療用デバイスが解剖学的アイテムの中で組織と接触するかどうかを、自動的に判定するステップを含んでなることができる。該方法はさらに、解剖学的アイテムの中の医
療用デバイスの周りを流れる流体についての計算流体力学的解析を実施するステップと、計算流体力学的解析の結果を表わす情報をユーザに表示するステップとを含むこともできる。
に、該デバイスは、三次元モデルによって表現され、解剖学的アイテムの中の通行可能な通路を通って移動せしめられている医療用デバイスを含んでなることが可能であり、かつ解剖学的アイテムは、心臓又はその他の動物(例えばヒト)の器官を含んでなることが可能である。該方法はさらに、解剖学的アイテムを通るデバイスの運動に基づいて解剖学的アイテムにかかる力を表示するステップを含んでなることも可能であり、表示される力は、解剖学的アイテムについての組織モデルに有限要素解析を適用することにより判定可能である。さらに、該方法は三次元モデルの動くアニメーションを表示するステップと、アニメーションが動くにつれて変化している測定値をユーザに提示するステップとを含むことができる。
係を有するアイテムを追加するためにユーザから入力を受信するステップと;今後三次元モデルにアクセスがなされた時に追加アイテムが自動的に三次元モデルとともに表示されることが可能であるように、追加アイテムを規定するメタデータを三次元モデルに関連させて格納するステップと、を含んでなる方法が開示される。解剖学的アイテムの三次元モデルは、1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;二次元スライスにおいて同定された地点から三次元メッシュを生成することと;三次元グリッドから三次元モデルを生成することと、を含んでなることのできる作業によって生成される。
る順序で実施されてかつなおも望ましい結果を達成することが可能である。加えて、添付の図面に示されたプロセスは、望ましい結果を達成するために必ずしも示された特定の順序又は連続順を必要とするものではない。ある実施形態では、多重タスキング及び並行処理が有利な場合もある。
Claims (74)
- コンピュータで実施する医療用視覚化方法において、
特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの三次元モデルを同定するステップと、
コンピュータで実施された視覚化システムを用いてかつ解剖学的アイテムの同定された境界に従って、解剖学的アイテムを通る三次元空間内の経路を自動的に同定するステップと、
経路に対応する滑らかな曲線を同定するステップと、
解剖学的アイテム、及び滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムの視覚的表現を、三次元視覚化システムを用いてユーザに表示するステップと
を含んでなる方法。 - 経路に沿ってスプライン曲線を重ね合わされた解剖学的アイテムをユーザに表示するステップであって、スプライン曲線は解剖学的アイテムとは対照的な色で表示されるステップをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 解剖学的アイテム内の通行可能な空間を通る経路に沿った複数の地点のうち個々の特定地点について、
特定地点の周囲において共通の平面上に複数の視線を生成することと;
複数の視線それぞれの、特定地点から解剖学的アイテムの境界までの長さを判定することと
を含んでなる作業を自動的に実施するステップをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。 - 複数の視線は、特定地点の周囲で平面において互いから等しくn度の間隔を置いて配置される、請求項3に記載の方法。
- 滑らかな曲線を規定する地点を、解剖学的アイテムの内部空間の中心にあるとして複数の視線によって示された位置に配置するステップをさらに含んでなる、請求項3に記載の方法。
- 解剖学的アイテムは心臓の部分を含んでなり、
滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムは三次元の医療用デバイスを含んでなり、かつ
滑らかな曲線は医療用デバイスが心臓の中へ導入される経路を表わす、請求項1に記載の方法。 - 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムは、コンピュータシステム内の規定の機械的特性を有する規定の三次元物体であり、規定の機械的特性は、滑らかな曲線に沿った運動の間に該アイテムに関連した値をコンピュータ計算するために使用される、請求項1に記載の方法。
- 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムが解剖学的アイテムの三次元モデル中の組織と接触するかどうかを自動的に判定するステップをさらに含んでなる、請求項7に記載の方法。
- 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムが解剖学的アイテムの三次元モデル中の組織と接触すると判定し次第、規定の形状を有するアイテムによって解剖学的アイテムに与えられる力に基づいた有限要素解析を実施し、かつ組織内における変化を表現する、請求項8に記載の方法。
- 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムは、スプライン曲線に沿った長さを有する三次元アイテムである、請求項1に記載の方法。
- 解剖学的アイテムの三次元モデルは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成される、請求項1に記載の方法。 - 解剖学的アイテムの運動を示すために、解剖学的アイテムの三次元モデルのアニメーションであって現実の解剖学的アイテムを密接に関係した様々な時間に画像化することにより得られたフレームから成るアニメーションを、表示するステップをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
- アニメーションは、解剖学的アイテムの運動と協調した、滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムの動きの表示を、該アイテムが滑らかな曲線に沿って移動せしめられていない時でも含んでいる、請求項12に記載の方法。
- 解剖学的アイテムの三次元モデル内の場所を同定しているユーザからの入力を受信するステップと、同定された場所によって表わされるモデル内の距離をユーザに提示するステップとをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
- コンピュータで実施される医療用視覚化システムにおいて、
1以上のコンピュータプロセッサと、
メモリであって、1以上のコンピュータプロセッサと通信し、かつ1以上のコンピュータプロセッサにより実行されたときに、
特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの三次元モデルを同定すること、
コンピュータで実施される視覚化システムを用いてかつ解剖学的アイテムの同定された境界に従って、解剖学的アイテムを通る三次元空間内の経路を自動的に同定すること、
経路に対応する滑らかな曲線を同定すること、並びに
解剖学的アイテム、及び滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムの視覚的表現を、三次元視覚化システムを用いてユーザに表示すること
を含んでなる作業を実施させる命令を格納しているメモリと
を含んでなるシステム。 - 作業は、経路に沿ってスプライン曲線を重ね合わされた解剖学的アイテムをユーザに表示する作業であって、スプライン曲線は解剖学的アイテムとは対照的な色で表示される作業をさらに含んでなる、請求項15に記載のシステム。
- 解剖学的アイテムは心臓の部分を含んでなり、
滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムは三次元の医療用デバイスを含んでなり、かつ
滑らかな曲線は医療用デバイスが心臓の中へ導入される経路を表わす、請求項15に記載のシステム。 - 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムは、コンピュータシステム内の規定の機械的特性を有する規定の三次元物体であり、規定の機械的特性は、滑らかな曲線に沿った運動の間に該アイテムに関連した値をコンピュータ計算するために使用可能である、請
求項14に記載のシステム。 - 作業は、滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムが解剖学的アイテムの三次元モデル中の組織と接触するかどうかを自動的に判定する作業をさらに含んでなる、請求項18に記載のシステム。
- 滑らかな曲線に沿って移動せしめられるアイテムが解剖学的アイテムの三次元モデル中の組織と接触すると判定し次第、規定の形状を有するアイテムによって解剖学的アイテムに与えられる力に基づいた有限要素解析を実施し、かつ組織内における変化を表現する、請求項19に記載のシステム。
- 規定の形状を有するアイテムは滑らかな曲線に沿った長さを有する三次元アイテムである、請求項14に記載のシステム。
- 解剖学的アイテムの三次元モデルは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成される、請求項13に記載のシステム。 - 作業は、解剖学的アイテムの運動を視覚的に示すために、解剖学的アイテムの三次元モデルのアニメーションであって現実の解剖学的アイテムを密接に関係した様々な時間に画像化することにより得られたフレームから成るアニメーションを、表示する作業をさらに含んでなる、請求項13に記載のシステム。
- 作業は、解剖学的アイテムの三次元モデル内の場所を同定しているユーザからの入力を受信する作業と、同定された場所によって表わされるモデル内の距離をユーザに提示する作業とをさらに含んでなる、請求項13に記載のシステム。
- コンピュータで実施する医療用デバイス視覚化方法において、
スプラインについてのデータであって、該スプラインを取り囲む解剖学的表面を有する哺乳動物の体内生体構造に対応するデータを同定するステップと、
スプラインに沿った決められた距離間隔でのn個の三次元地点の均等なサンプリングを行うためにスプラインについてサブサンプリングを行う、nは>1であるステップと、
スプラインに沿った第1のサンプリングされた三次元地点において、第1のサンプリングされた三次元地点におけるスプラインの接線に垂直な一連の視線を判定するステップと、
一連の視線の各視線について、(a)視線と周囲の解剖学的表面との三次元交差地点を判定するか、又は(b)視線が周囲の解剖学的表面と交差しないことを判定するステップと、
周囲の解剖学的表面と交差すると判定された一連の視線の中の視線について、スプラインに沿った第1のサンプリングされた三次元地点から周囲の解剖学的表面との三次元交差地点までの距離を判定するステップと、
ユーザへの提示のために、判定された距離のうち1以上の視覚的表示を生成するステップと
を含んでなる方法。 - スプラインに沿った複数の位置のそれぞれの位置について、その位置に関連する複数の視線についての距離の平均、その位置に関連する複数の視線についての最短距離、及びそ
の位置に関連する複数の視線についての最長距離、のうち1以上で構成されている群から選択される値を判定するステップをさらに含んでなる、請求項24に記載のコンピュータで実施される方法。 - 周囲の解剖学的表面は三次元メッシュによって規定される、請求項24に記載のコンピュータで実施される方法。
- 三次元メッシュは三角形の幾何学的構造物で作られたメッシュを含んでなる、請求項27に記載のコンピュータで実施される方法。
- スプラインのほぼ全長に沿った複数の場所のそれぞれについて連続して値を判定するステップを繰り返すことをさらに含んでなる、請求項24に記載のコンピュータで実施される方法。
- コンピュータでシミュレートされた周囲の解剖学的表面によって規定される解剖学的ボリュームの内部に規定された3Dスプライン曲線を自動的に中心に配置する方法において、
(a)3Dスプラインに沿った均等に間隔を置いて配置された一連の地点を作出するためにスプラインについてサンプリングを行うステップと;
(b)サンプリングされた第1の地点についての一連の視線であって、3Dスプラインの接線に対して垂直であり、かつx度毎に1つの視線が3Dスプラインから外側へ向かって放射状に拡がっている視線を判定するステップと;
(c)一連の視線のそれぞれの視線について、周囲の解剖学的表面との3D交差地点を判定するか、又は、その視線が周囲の解剖学的表面と交差しないことを判定するステップと;
(d)周囲の解剖学的表面と交差すると判定された視線に関連する交差地点の重心を判定するステップと;
(e)ステップdで判定された重心を第1の3D地点として有する第2のスプラインを作出するステップと;
(f)3Dスプライン上のサンプリングされた他の地点それぞれについてステップb〜eを繰り返すステップと;
(g)得られた重心を、ステップa〜eで判定された他の重心を備えたスプラインに加えるステップと
を含んでなる方法。 - 3Dスプライン曲線を、コンピュータでシミュレートされた周囲の解剖学的表面及びこの表面と交差する関心平面によって規定される解剖学的ボリュームの内側の輪郭に対して自動的にフィッティングする方法において、
(a)3Dスプライン曲線に沿って、第1のサンプリング地点を含む互いに均等間隔で配置された地点を生成するために、3Dスプライン曲線についてサンプリングを行うステップと;
(b)3Dスプライン曲線の第1のサンプリング地点を起点とする2本1組の視線であって、第1のサンプリング地点における3Dスプラインの接線に対して垂直な2方向に、関心平面内で外側に向かって放射状に拡がっている視線を生成するステップと;
(c)各視線について周囲の解剖学的表面との3D交差地点を判定するか、又はその視線が周囲の解剖学的表面と交差しなかったことを判定するステップと;
(d)前のステップにおいて第1の3D地点として同定された交差地点のうち最も近いものを有する第2の3Dスプライン曲線を生成するステップと;
(e)3Dスプライン曲線に沿った各地点についてステップb〜dを繰り返すステップと
を含んでなる方法。 - 医療用デバイスのモデル化のためのコンピュータで実施される方法において、
三次元アイテムのモデルのための電子的定義(electronic definition )及び体内の解剖学的ボリュームに関する三次元スプラインの電子的定義にアクセスするステップと;
コンピュータを用いる有限要素解析システムを用い、かつ電子的定義を使用して、三次元スプラインに沿った様々な地点について、三次元スプラインに沿って三次元アイテムにより生じる応力を判定するステップと、
有限要素解析システムにより生成された応力データを、視覚化システムを用いて表示するステップであって、応力データの表示は三次元スプラインに沿った特定の場所における三次元アイテムの一部に対する応力のレベルを示している、ステップと
を含んでなる方法。 - 三次元アイテムは医療用デバイスのモデルを含んでなる、請求項32に記載のコンピュータで実施される方法。
- 医療用デバイスはステントを含んでなり、モデルは三次元スプライン曲線の軸に沿って位置合わせされた長手方向軸を有する円筒状物として形成される、請求項33に記載のコンピュータで実施される方法。
- 1以上の応力は視覚化システムの外部にある有限要素ソルバーにより判定される、請求項32に記載のコンピュータで実施される方法。
- 有限要素ソルバーは視覚化システムを収容するサイトから隔離されたサイトにあり、また有限要素ソルバーは、異なるサイトの複数の異なる視覚化システムのために働きかつネットワークを用いる接続によって視覚化システムと通信する、請求項35に記載のコンピュータで実施される方法。
- 複数の視覚化された応力と、対応する解剖学的モデルとを、視覚的比較のために互いに隣り合わせて表示するステップをさらに含んでなる、請求項35に記載の方法。
- 応力は、1以上の解剖学的モデルにおいて異なる形状を有する異なるスプラインについて繰り返し自動的に判定される、請求項32に記載の方法。
- 計算流体力学的技法を使用して、体内の解剖学的ボリュームを通って流れる流体についての流量特性を記述する情報を判定するステップをさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。
- 流量特性を記述する情報は、三次元アイテムの周囲の流体流を判定することにより生成される、請求項39に記載の方法。
- 体内の解剖学的ボリュームを取り囲んでいる組織について電気的特性を同定するステップ、及び電気的特性の関数として応力を判定するステップをさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。
- 電気的特性は心臓周期の一部として心臓組織を通って経時的に伝わる電荷を含んでなる、請求項41に記載の方法。
- 体内の解剖学的ボリュームを通る経路に沿った複数の地点のうちの特定地点それぞれについて、
特定地点の周囲において共通の平面上に複数の視線を生成することと、
特定地点から体内の解剖学的ボリュームの境界までの、複数の視線それぞれの長さを判定することと
を含んでなる作業を自動的に実施するステップをさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 三次元アイテムを三次元スプラインに沿って移動するステップ、及び三次元アイテムが三次元スプラインに沿って移動せしめられるにつれて該アイテムを視覚的に表現するステップをさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。
- 体内の解剖学的ボリュームは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成された解剖学的アイテムのモデルによって規定される、請求項32に記載の方法。 - 1以上の非一過性の機械可読デバイスにおいて、1以上のコンピュータプロセッサにより実行されたときに、
三次元アイテムのモデルのための電子的定義及び体内の解剖学的ボリュームに関する三次元スプラインの電子的定義にアクセスすることと、
コンピュータを用いる有限要素解析システムを用い、かつ電子的定義を使用して、三次元スプラインに沿った様々な地点について、三次元スプラインに沿った三次元アイテムの通過から生じる応力を判定することと、
有限要素解析システムにより生成された応力データを、視覚化システムを用いて表示することと、応力データの表示は三次元スプラインに沿った特定の場所における三次元アイテムの一部に対する応力のレベルを示していることと
を含んでなる作業を実施する命令を格納している、1以上のデバイス。 - 三次元アイテムは医療用デバイスのモデルを含んでなる、請求項46に記載の1以上のデバイス。
- 医療用デバイスはステントを含んでなり、モード(mode)は三次元スプライン曲線の軸に沿って位置合わせされた長手方向軸を有する円筒状物として形成される、請求項46に記載の1以上のデバイス。
- 1以上の応力は視覚化システムの外部にある有限要素ソルバーにより判定される、請求項46に記載の1以上のデバイス。
- 有限要素ソルバーは視覚化システムを収容するサイトから隔離されたサイトにあり、また有限要素ソルバーは、異なるサイトの複数の異なる視覚化システムのために働きかつネットワークを用いる接続によって視覚化システムと通信する、請求項49に記載の1以上のデバイス。
- 計算流体力学的技法を使用して、体内の解剖学的ボリュームを通って流れる流体についての流量特性を記述する情報を判定することをさらに含んでなる、請求項46に記載の1以上のデバイス。
- 体内の解剖学的ボリュームを取り囲んでいる組織について電気的特性を同定すること、
及び電気的特性の関数として応力を判定することをさらに含んでなる、請求項47に記載の1以上のデバイス。 - 体内の解剖学的ボリュームは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成された解剖学的アイテムのモデルによって規定される、請求項32に記載の方法。 - コンピュータで実施される医療用視覚化方法において、
特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの三次元モデルを同定するステップと;
三次元モデルの動くアニメーションであって、解剖学的アイテムの運動を取り込むための短時間にわたる解剖学的アイテムの画像化に由来する複数のフレームから作出された動くアニメーションを表示するステップと;
動くアニメーションが表示されている一方で、三次元モデルの1以上の動かない投影図を表示するステップと;
ユーザからの入力の受信に応じて、表示された動くアニメーション及び1以上の動かない投影図を互いに自動的に協調して変化させるステップと
を含んでなる方法。 - 動くアニメーションと1以上の動かない投影図との間を協調させて、解剖学的アイテムを通って移動せしめられている医療用デバイスを表示するステップをさらに含んでなる、請求項54に記載の方法。
- 解剖学的アイテムは心臓を含んでなる、請求項55に記載の方法。
- 解剖学的アイテムを通るデバイスの運動に基づいて解剖学的アイテムにかかる力を表示するステップをさらに含んでなる、請求項55に記載の方法。
- 表示される力は、解剖学的アイテムについての組織モデルに有限要素解析を適用することにより判定される、請求項57に記載の方法。
- 医療用デバイスが解剖学的アイテムの三次元モデルに対して移動せしめられるにつれて医療用デバイスが解剖学的アイテムの中で組織と接触するかどうかを自動的に判定するステップをさらに含んでなる、請求項55に記載の方法。
- 解剖学的アイテムの中の医療用デバイスの周りを流れる流体についての計算流体力学的解析を実施するステップと、計算流体力学的解析の結果を表わす情報をユーザに表示するステップとをさらに含んでなる、請求項54に記載の方法。
- 解剖学的アイテムの三次元モデルは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成される、請求項54に記載の方法。 - 動くアニメーションは、解剖学的アイテムの運動を示すために、密接に関係した様々な
時点で現実版の解剖学的アイテムを画像化することにより得られたフレームで構成される、請求項54に記載の方法。 - 第1の動かない投影図は第1の画像化セッションの際の解剖学的アイテムを示し、第2の動かない投影図は第2の画像化セッションの際の解剖学的アイテムを示す、請求項54に記載の方法。
- 第1の画像化セッションは手術前の画像化セッションであり、第2の画像化セッションは手術後の画像化セッションである、請求項63に記載の方法。
- コンピュータで実施される医療用視覚化方法において、
特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの第1及び第2の三次元モデルを同定するステップであって、第1のモデルは第1の画像化セッションで得られた画像データから形成され、第2のモデルは別個の第2の画像化セッションで得られた画像データから形成される、ステップと;
コンピュータで生成された視覚表示に第1のモデルを表示するステップと;
第1のモデルの表示と同時に、コンピュータで生成された視覚表示に第2のモデルを表示するステップと
を含んでなる方法。 - 第1又は第2のモデルのうちの一方又は両方を操作するためのユーザ入力を受信するステップと、受信したユーザ入力に応答して第1のモデルの投影図及び第2のモデルの投影図を互いに協調して変化させるステップとをさらに含んでなる、請求項65に記載の方法。
- 第1の三次元モデルは手術前の解剖学的アイテムを表現し、第2の三次元モデルは手術後の解剖学的アイテムを表現する、請求項65に記載の方法。
- 解剖学的アイテムは心臓を含んでなる、請求項65に記載の方法。
- 第1及び第2の三次元モデルを、解剖学的アイテムの動きを示すアニメーションであって時間に関して互いに協調して表示されるアニメーションとして表示するステップをさらに含んでなる、請求項65に記載の方法。
- アニメーションは、反復するループアニメーションとして表示され、表示されるモデルの投影図はユーザ入力に応答して変化する、請求項69に記載の方法。
- 解剖学的アイテムのモデルのうち1以上を通る仮想デバイスの運動に基づいて解剖学的アイテムにかかる力を表示するステップをさらに含んでなる、請求項65に記載の方法。
- 解剖学的アイテムの三次元モデルは、
1以上の医用画像システムによって取り込まれた解剖学的アイテムの画像化された二次元スライスを表わすデータを得ることと;
二次元スライスにおいて同定された地点から中間的な三次元表現を生成することと;
中間的な三次元表現から三次元モデルを生成することと
を含んでなる作業によって生成される、請求項65に記載の方法。 - コンピュータで実施される医療用視覚化方法において、
特定の哺乳動物の解剖学的アイテムの三次元モデルを同定するステップと;
第1の地理的場所において、三次元モデルに対する第1のユーザ入力を受信し、かつ、
三次元モデルの視覚的提示を介して、第1の地理的場所及び第1の地理的場所から遠く離れた第2の地理的場所において変化を三次元モデルに反映させるステップと;
第2の地理的場所において、三次元モデルに対する第2のユーザ入力を受信し、かつ、第2の地理的場所及び第1の地理的場所において変化を三次元モデルに反映させるステップと
を含んでなる方法。 - 第1の場所及び第2の場所の両方においてアニメーション化された四次元版モデルに隣接して三次元版モデルを表示するステップと、三次元版モデル及び四次元版モデルのうち一方のみとのユーザの対話に応答して三次元版モデル及び四次元版モデルのうち1つの表示に影響を及ぼすステップとをさらに含んでなる、請求項73に記載のコンピュータで実施される医療用視覚化方法。
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