JP2016539701A - 三次元(3d)プレスキャンに基づく体積画像データ処理 - Google Patents
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Abstract
方法は、所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するステップを含む。前記方法は、更に、前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせするステップを含む。前記方法は、更に、位置合わせされた画像データを生成するステップを含む。システム100は、所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するプレスキャン位置合わせ器122を含む。前記システムは、更に、前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、位置合わせされた画像データを生成する体積位置合わせ器126を含む。
Description
以下は、広くは、撮像、より具体的には、三次元(3D)プレスキャン画像データに基づいて体積画像データを処理することに関し、コンピュータ断層撮影(CT)に対する特定の応用とともに記載される。しかしながら、以下は、他の撮像モダリティにも適している。
CTスキャナは、検査領域及びその中の対象を横切る放射線を発するX線管を含む。前記X線から前記検査領域の反対側に配置された検出器アレイは、前記検査領域及びその中の対象を横切る放射線を検出し、前記検査領域及びその中の対象を示す投影データを生成する。再構成器は、前記投影データを処理し、前記検査領域及びその中の対象を示す体積画像データを再構成する。
前記体積画像データは、画像を生成するように処理されることができる。2つのスキャンの間の画像の位置合わせは、例えば、腫瘍フォローアップスキャンに関連付けられた変化を強調するために、前記画像の視覚的又は自動比較に対して重要であることができる。一般に、画像位置合わせは、2つ(以上)の画像のアライメントである。高速かつロバストなアライメントは、臨床環境に対して必要とされる。不幸なことに、高速かつロバストなアライメントは、多くの場合、特に前記画像がほとんど重複する内容を持たない場合に、達成するのが難しい。
器官変位及び変形(例えば、呼吸、心臓等の運動による)は、位置合わせ、並びに画像ガイド応用及び画像取得に影響を与えることができる。関心運動の事前情報を含む運動モデルは、前記運動により引き起こされる不確実性を低減するために提案されている。運動モデルは、四次元画像データ、例えば、4D−CTから学習されている。データが同じ対象からである場合、前記モデルは、対象固有である。そうでなければ、前記運動モデルは、一般的又は対象に対して包括的である。
対象固有運動モデルは、典型的には、対象固有の呼吸パターンにより一般運動モデルより優れている。不幸なことに、対象固有モデルは、臨床ワークフローを変更し、対象に線量を追加しうる追加の4Dデータを要求する。一般運動モデルは、追加の4D取得を要求せず、個人に適合されることができる。しかしながら、対象固有運動情報が入手可能ではない場合、不幸なことに、特定の患者に対する適合は、限定的である。
画像セグメンテーションは、医療画像分析における他のタスクである。成長過程に基づく画像セグメンテーションアルゴリズムは、小さな体積に適していないかもしれない。一例として、慢性閉塞性肺疾患(COPD)を除外するために気道壁厚を測定するように実行されるスキャンは、典型的には、気道壁の周囲の肺の小さなサブ部分のみをスキャンすることを含む。このような限定的なデータを用いて、肺実質から気道を区別することは難しいかもしれない。目標器官が完全にカバーされる場合でさえ、前記目標器官をセグメント化することは、依然として難しいかもしれない。例えば、2つの器官の間の境界が不確かである場合、前記セグメンテーションは、前記2つの器官の輪郭を正確に描くことはできないかもしれない。
ここに記載される態様は、上記の問題等に対処する。
以下は、三次元(3D)プレスキャン画像データに基づいて生成された位置合わせ変換を用いて体積画像データを位置合わせするアプローチを記載する。前記位置合わせは、拡張された体積画像データが最初の拡張されない体積画像データに対して、より多くの重複する内容を含むように、前記3Dプレスキャン画像データのサブ部分を用いて前記体積画像データを拡張することにより改良されることができる。
一態様において、方法は、所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するステップを含む。前記方法は、更に、前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせするステップを含む。前記方法は、更に、位置合わせされた画像データを生成するステップを含む。
他の態様において、システムは、所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するプレスキャン位置合わせ器を含む。前記方法は、更に、前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせするステップを含む。前記方法は、更に、位置合わせされた画像データを生成する体積位置合わせ器を含む。
他の態様において、方法は、体積スキャンからの体積画像データと3Dプレスキャン画像データを結合するステップを含む。前記3Dプレスキャン画像データは、前記体積スキャンを計画するのに使用され、結合された画像データを生成した。前記方法は、更に、前記結合された画像データに基づいて前記体積画像データから関心組織をセグメント化するステップを含む。
他の態様において、システムは、体積スキャンからの体積画像データと3Dプレスキャン画像データを結合する結合器を含む。前記3Dプレスキャン画像データは、前記体積スキャンを計画するのに使用され、結合された画像データを生成した。前記方法は、更に、前記結合された画像データに基づいて前記体積画像データから関心組織をセグメント化するセグメンタを含む。
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、並びに様々なステップ及びステップの構成の形を取りうる。図面は、好適な実施例を示す目的のみであり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。
図1は、コンピュータ断層撮影(CT)スキャナのような撮像システム100を示す。図示された撮像システム100は、静止ガントリ102と、静止ガントリ102により回転可能に支持される回転ガントリ104とを含む。回転ガントリ104は、長手又はz軸について検査領域106の周りを回転する。X線管のような放射線源108は、回転ガントリ104により支持され、検査領域106の周りを回転ガントリ104とともに回転し、検査領域106を横切る放射線を発する。
放射線感受検出器アレイ110は、検査領域106を横切った放射線源108の反対側に配置される。放射線感受検出器アレイ110は、検査領域106を横切る放射線を検出し、前記放射線を示す信号を生成する。サポート112は、検査領域106において対象又は物体を支持する。コンピュータは、オペレータコンソール114として機能し、ディスプレイのような出力装置及びキーボード、マウス等のような入力装置を含む。コンソール114内のソフトウェアは、前記オペレータがデータ取得のようなシステム100の動作を制御することを可能にする。
適切なデータ取得の例は、二次元(2D)及び/又は三次元(3D)プレスキャンを含み、体積スキャンを含む。2Dプレスキャンの一例は、2Dスカウト(パイロット又はサービューとも称される)スキャンである。一般に、このタイプのプレスキャンは、X線と同様の2D投影画像である。3Dプレスキャンの一例は、低線量体積スキャンであり、一般に、低画質(例えば、低コントラスト解像度)のため診断目的で使用されない。低線量画像データの一例は、図2に示される。図3は、高コントラスト解像度を持ち、画質比較のために同じ視野をカバーする診断画像データを示す。
前記体積スキャンの一例は、前記画像データが診断目的で使用されることができる画質を生じるスキャン設定(例えば、電流及び電圧、ピッチ、スライス厚等)を持つヘリカル又はスパイラルスキャンである。再び、図3は、このような画像データの一例を示す。前記体積スキャンの他の例は、放射線源108及びスキャンされる対象/物体が互いに対して不変の場所に留まり、前記対象又は物体の同じ体積のスキャンが回転ガントリ104の複数の回転に対して繰り返しスキャンされる、血流スキャンである。
図1に戻ると、再構成器116は、前記放射線感受検出器アレイにより生成された前記信号を再構成する。例えば、再構成器116は、プレスキャンスキャン又はデータ取得に対するプレスキャン画像データ及び体積スキャン又はデータ取得に対する体積画像データを再構成することができる。前記プレスキャン画像データは、ここで論じられるように、2D投影像及び/又は3D低線量画像データであることができる。再構成器116は、2D投影像及び3D低線量/低画質画像データ、並びに体積(診断画質)画像データを再構成する対応するアルゴリズム、及び/又は他の再構成アルゴリズムを採用する。
スキャンプラナ118は、プレスキャン画像データに基づいて体積スキャンを計画する。体積スキャン計画は、前記体積スキャンの少なくとも開始位置を識別するように前記プレスキャン画像データを使用して生成される。前記プレスキャン画像データは、停止場所又は停止場所を得るのに使用されることができる前記体積スキャンの長さを識別することにも使用されることができる。開始及び終了場所は、視野(又は少なくともz軸に沿った範囲)を規定する。前記視野は、前記体積スキャン中にスキャン又は再構成される前記対象又は物体のサブ部分を表す。前記体積スキャン計画は、前記体積スキャン計画によってデータ取得を開始及び停止するコンソール114に提供される。
前記対象又は物体のスキャンされるサブ部分は、動く構造を含んでも含まなくてもよい。例えば、対象に対して、前記スキャンは、周期的に動く構造を含む肺を含む領域をスキャンすること、又は周期的に動く構造を含まない脚をスキャンすることを伴ってもよい。前者の例において、前記プレスキャンを実行し、おおよそ同じ運動状態の前記動く構造に対して前記体積スキャンを実行することは、スキャンに対して前記プレスキャンデータにおいて識別される関心組織が前記体積スキャンにおいてカバーされることを保証することを容易化しうる。しかしながら、前記プレスキャン及び前記体積スキャンは、より詳細に下に記載されるように、異なる運動状態の間に実行されることができる。
記憶部120は、図示された実施例において、2D及び/又は3Dプレスキャン画像データ及び体積スキャン再構成画像データを記憶する。これは、データ取得及びフォローアップデータ取得のような2以上のデータ取得に対して再構成された画像データを含み、前記データ取得の各々に対するプレスキャン及び体積スキャンを含む。例えば、後の体積スキャンは、腫瘍、病変等のような関心組織に対する比較画像データを生成するように体積スキャン後に実行されてもよい。複数のデータ取得は、腫瘍がサイズにおいて減少したか、増大したか又は変化しなかったかを決定するのに使用されることができる。
プレスキャン位置合わせ器122は、3Dプレスキャン画像データの2以上のセットを位置合わせし、これらの間の位置合わせ変換を生成する。前記位置合わせは、例えば、画像データの第1のセットと、例えばフォローアップスキャンに関連した、画像セットの第2の後で取得されたセットとの間であることができる。図示された実施例において、プレスキャン位置合わせ器122は、所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて前記位置合わせ変換を決定する。前記所定の位置合わせアルゴリズムは、剛体及び/又は弾性位置合わせアルゴリズムを含んでもよい。
一般に、前記位置合わせ変換は、画像データの異なるセットを単一の座標系に変換する。これは、前記3Dプレスキャン画像データの2つのセットの一方を基準画像データセットとして使用し、前記3Dプレスキャン画像データの2つのセットの他方を前記基準画像データセットの座標系に変換する位置合わせ変換を決定することを含む。3Dプレスキャン画像データの2より多いセットが存在する場合、2より多い位置合わせ変換が、決定されることができる。更に、2より多い前記位置合わせ変換は、同じ基準画像データセット又は異なる基準画像データセットに基づいて生成されることができる。
体積/プレスキャン位置合わせ器124は、3Dプレスキャン及び体積画像データを再構成し、これらの間の位置合わせ変換を生成する。上記記載から、前記体積スキャンの視野(又はz軸範囲)は、対応する3Dプレスキャン画像データの視野より小さい。一例は、図4及び5に示される。図4は、3Dプレスキャンからの画像データの冠状面を表し、図5は、対応する体積スキャンからの画像データの冠状面を表す。図4及び5から、前記体積スキャン画像データの視野が、前記3Dプレスキャン画像データの視野のサブセットである。より詳細に下に記載されるように、前記位置合わせ変換は、対象運動を補償するのに使用されることができる。
体積位置合わせ器126は、プレスキャン位置合わせ器122により決定された位置合わせ変換及び/又は体積/プレスキャン位置合わせ器124により決定された位置合わせ変換に基づいて前記体積画像データの2つのセットを位置合わせする。前記スキャンされた視野は、前記プレスキャン画像データに対して前記体積画像データより大きいので、プレスキャン位置合わせ器122により決定された位置合わせ変換を使用する、前記3Dプレスキャン画像データの2つのセットの間の位置合わせ変換は、体積位置合わせ器126がこの位置合わせ変換を使用せずに前記体積画像データの2つのセットを位置合わせする構成と比べて、前記体積画像データの2つのセットのより正確な位置合わせ及び/又は改良された初期化をもたらしうる。
拡張器125は、位置合わせされる体積画像データセットを拡張する。より詳細に下に記載されるように、一例において、前記拡張器は、位置合わせの前に、前記体積画像データセットを前記プレスキャン画像データセットで拡張する。これは、前記体積画像データセットがおおよそ同じFOVを持つように位置合わせされるべき前記体積画像データセットを拡張することを含んでもよい。他の例において、位置合わせされるべき体積画像データセットの1以上が拡張されるが、結果として生じる体積画像データセットは、同じFOVを持たない。
結合器127は、3Dプレスキャン及び体積画像データを結合し、結合されたデータを生成する。セグメンタ128は、前記結合されたデータに基づいて関心組織をセグメント化する。より詳細に下に記載されるように、一例において、前記結合されたデータは、前記体積画像データ単独と比べて、例えば、前記関心器官のサブ部分のみが前記体積スキャンにおいて表される及び/又は前記関心器官の近隣の1以上の器官が前記体積スキャンにおいて表されない場合に、関心器官に対する追加のコンテクストを画像データセットに提供しうる。
図示された実施例において、前記3Dプレスキャンデータの複数のセットに対する位置合わせ変換、前記3Dプレスキャン及び体積画像データに対する位置合わせ変換、又はセグメンテーションの少なくとも1つは、記憶部120に記憶される。他の実施例において、前記3Dプレスキャンデータの複数のセットに対する位置合わせ変換、前記3Dプレスキャン及び体積画像データに対する位置合わせ変換、又は前記セグメンテーションの前記少なくとも1つは、他の記憶部に記憶されることができる。
更に、図示された実施例において、前記3Dプレスキャンデータの複数のセットに対する位置合わせ変換、前記3Dプレスキャン及び体積画像データに対する位置合わせ変換、又は前記セグメンテーションの前記少なくとも1つは、コンソール114を介して搬送され、表示されることができる。他の実施例において、前記3Dプレスキャンデータの複数のセットに対する位置合わせ変換、前記3Dプレスキャン及び体積画像データに対する位置合わせ変換、又は前記セグメンテーションの前記少なくとも1つは、ディスプレイモニタ又は他の装置(例えば、コンピュータ、スマートフォン等)の同等のもの及び/又はスタンダロンディスプレイにより表示される。
プレスキャン位置合わせ器122、体積/プレスキャン位置合わせ器124、結合器127、及び/又はセグメンタ128は、物理メモリのような一時(transitory)メモリを除くコンピュータ可読記憶媒体に埋め込まれた又は符号化された1以上のコンピュータ実行可能命令を実行する1以上のコンピュータプロセッサ(例えば、中央処理ユニット(CPU)、マイクロプロセッサ、コントローラ等)により実施されることができる。しかしながら、前記コンピュータ実行可能命令の少なくとも1つは、代替的には、搬送波、信号、及び他の一次媒体により搬送され、前記1以上のコンピュータプロセッサにより実施されることができる。
他の実施例において、プレスキャン位置合わせ器122、体積/プレスキャン位置合わせ器124、結合器127、体積位置合わせ器126、又はセグメンタ128は、除外される。
図6は、図1の拡張器125の一例を示す。上で簡潔に論じられた拡張器125は、位置合わせの前に、前記プレスキャン画像データを使用して、位置合わせされる体積画像データを拡張する。図7及び8は、それぞれ、第1及び第2の3Dプレスキャンに対するプレスキャン3D画像データを示し、図9及び10は、それぞれ、前記第1及び第2の体積スキャンに対する体積画像データを示す。図6に戻ると、前記体積スキャンは、結合された視野を決定するように前記第1及び第2の体積画像データ(例えば、図9及び10)を結合する視野(FOV)結合器604に搬送される。
欠落画像データ識別器606は、前記第1及び第2の体積画像データの各々に対して、前記第1及び第2の体積画像データの一部ではない前記結合された視野のサブ部分を識別する。画像データ抽出器608は、前記3Dプレスキャン画像データから前記識別された欠落画像データに対応する画像データを抽出する。画像データ拡張器602は、前記第1のプレスキャン画像データから抽出された画像データで前記第1の体積画像データを拡張し、前記第2のプレスキャン画像データから抽出された画像データで前記第2の体積画像データを拡張する。結果として生じる拡張された第1及び第2の体積画像データは、おおよそ同じ視野を持つ。
図11及び12は、それぞれ、拡張された第1の体積画像データ及び拡張された第2の体積画像データを示す。図11において、前記画像データの第1の部分1104は、前記第1の体積画像データを含み、前記画像データの第2の部分1106は、それに追加された第1の抽出された部分を含む。図12において、前記画像データの第1の部分1204は、前記第2の体積画像データを含み、前記画像データの第2の部分1206は、それに追加された第2の抽出された部分を含む。前記拡張された第1の体積画像データ及び前記拡張された第2の体積画像データは、前記拡張された第1及び第2の体積画像データを位置合わせする体積位置合わせ器126に搬送される。図示された実施例において、前記拡張された第1及び第2の体積画像データは、ここに記載されるプレスキャン位置合わせ器122により生成された位置合わせ変換を使用して位置合わせされる。
変形例において、前記拡張された第1及び第2の体積画像データは、プレスキャン位置合わせ器122により生成された位置合わせ変換を用いずに位置合わせされる。前記第1及び第2の体積画像データの位置合わせは、一例において、前記拡張された第1の体積画像データ及び前記拡張された第2の体積画像データが位置合わせされる場合、前記第1及び第2の体積画像データを拡張せずに前記第1及び第2の体積画像データを位置合わせするのと比べて、より正確である。例えば、前記第1及び第2の体積画像データの間にわずかな重複が存在する場合、前記拡張された第1及び第2の体積画像データは、追加の画像データを提供し、同じ体積のデータをカバーし、これは、重複を人為的に増大させ、前記位置合わせに対する更なる画像データを提供する。変形例において、前記拡張された第1の体積画像データ及び前記第2の体積画像データは、位置合わせされない。むしろ、前記拡張された第1の体積画像データ及び前記第2の体積画像データは、表示され、他のコンポーネントに搬送され、他の形で処理されること等ができる。
上で簡潔に論じられたように、体積/プレスキャン位置合わせ器124により決定された位置合わせ変換は、運動を補償するのに使用されることができる。図13は、体積/プレスキャン位置合わせ器124により決定された位置合わせ変換が運動を補償するのに使用される実施例を概略的に示す。
この実施例に対して、前記3Dプレスキャン画像データ及び前記体積画像データは、異なる運動状態の間に取得される。例えば、前記スキャンの一方は、完全吸気中に実行されることができ、他方は、完全呼気中に実行される。中間運動状態が、代わりに使用されてもよい。更に、前記運動は、代わりに、心臓及び/又は他の運動でありうる。
前記位置合わせ変換は、運動ベクトル場(MVF)を提供する。患者固有モデルは、前記MVFから抽出されることができる。前記患者固有運動モデルを線形にスケーリングすることにより、異なる運動段階における器官場所が、予測されることができる。呼吸運動に対して、対応する段階情報は、肺活量計、対象上に配置されたマーカブロック等によりもたらされることができる。上のアプローチは、追加のデータを取得すること又は現在のワークフローを変更することを要求しない。代わりに又は加えて、データは、前記3Dプレスキャン画像データ及び前記体積画像データから得られることができ、一般モデルを改良するのに使用されることができる。
運動補償器1302は、それぞれの運動ベクトルに基づいて前記第1及び第2の体積画像データを補償する。前記運動補償された第1の体積画像データ及び前記運動補償された第2の体積画像データは、ここに記載されるように画像データを位置合わせする体積位置合わせ器126に搬送される。代替実施例において、運動状態情報は、肺活量計、呼吸ベルト、対象の腹部に配置されたマーカ等によりもたらされることができる。心臓運動に対して、前記運動状態情報は、心電図(ECG)信号によりもたらされることができる。
図14に示される他の変形例において、システム100は、前記体積画像データを(例えば、図13に関連して論じられたように)運動補償し、(例えば、図6に関連して論じられたように)拡張する。図14において、前記体積画像データは、まず運動補償され、次いで拡張される。変形例において、前記体積画像データは、まず拡張され、次いで運動補償される。後者の変形例において、前記運動補償は、前記拡張された体積画像データ全体、元の体積画像データだけ、及び/又は前記拡張された体積画像データのサブ部分に対してであることができる。
上記のことは、CT画像データの複数のセットに関連して論じられているが、前記データのセットの1以上が、陽電子放出断層撮影(PET)データ、単光子放出断層撮影(SPECT)データ、磁気共鳴撮像(MRI)データ、及び/又は他の画像データであることができると理解されるべきである。
図15は、異なる画像データセットに対応する3Dプレスキャンデータの位置合わせから作成された位置合わせ変換を使用して前記異なる画像データセットからの画像を位置合わせする方法を示す。
これらの方法の動作の順序が限定的ではないと理解されるべきである。このように、他の順序が、ここで考えられる。加えて、1以上の動作が除外されてもよく、及び/又は1以上の追加の動作が含まれてもよい。
1502において、第1の3Dプレスキャンが実行され、第1の3Dプレスキャン画像データを生成する。
1504において、第1の体積スキャン計画が、前記第1の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成される。
1506において、第1の体積スキャンが、前記第1の体積スキャン計画に基づいて実行され、第1の体積画像データを生成する。
1508において、第2の3Dプレスキャンが実行され、第2の3Dプレスキャン画像データを生成する。
1510において、第2の体積スキャン計画が、前記第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成される。
1512において、第2の体積スキャンが、前記第2の体積スキャン計画に基づいて実行され、第2の体積画像データを生成する。
1514において、位置合わせ変換が、前記第1及び第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成される。
1516において、前記第1の体積画像データ及び前記第2の体積画像データが、前記位置合わせ変換を使用して位置合わせされる。
上記の動作は、コンピュータプロセッサにより実行される場合に前記プロセッサに上記の動作を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体上に符号化された又は埋め込まれたコンピュータ可読命令を用いて実施されてもよい。加えて又は代わりに、前記コンピュータ可読命令の少なくとも1つは、信号、搬送波及び他の一時媒体により伝えられ、前記コンピュータプロセッサにより実施される。
図16は、前記異なる画像データセットの両方の結合された視野をカバーするように前記異なる画像データセットを拡張することを含む図15の変形例を示す。
これらの方法の動作の順序が限定的ではないと理解されるべきである。このように、他の順序が、ここで考えられる。加えて、1以上の動作が除外されてもよく及び/又は1以上の追加の動作が含まれてもよい。
1602において、第1の3Dプレスキャンが実行され、第1の3Dプレスキャン画像データを生成し、第1の体積スキャン計画が、前記第1の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成され、第1の体積スキャンが、前記第1の体積スキャン計画に基づいて実行され、第1の体積画像データを生成する。
1604において、第2の3Dプレスキャンが実行され、第2の3Dプレスキャン画像データを生成し、第2の体積スキャン計画が、前記第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成され、第2の体積スキャンが、前記第2の体積スキャン計画に基づいて実行され、第2の体積画像データを生成する。
1606において、位置合わせ変換が、前記第1及び第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成される。
1608において、結合された視野が、前記第1の体積画像データの第1の視野及び前記第2の体積画像データの第2の視野に基づいて決定される。
1610において、前記第1の体積画像データが、前記第1の3Dプレスキャン画像データからのデータを追加することにより前記結合された視野に拡張され、第1の拡張された体積画像データを作成する。
1612において、前記第2の体積画像データが、前記第2の3Dプレスキャン画像データからのデータを追加することにより前記結合された視野に拡張され、第2の拡張された体積画像データを作成する。
1614において、前記第1の拡張された体積画像データ及び前記第2の拡張された体積画像データは、前記位置合わせ変換を使用して位置合わせされる。
変形例において、動作1606は除外され、前記第1の拡張された体積画像データ及び前記第2の拡張された体積画像データは、前記第1及び第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成された位置合わせ変換を用いずに位置合わせされる。
上記の動作は、コンピュータプロセッサにより実行される場合に前記プロセッサに上記の動作を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体上に符号化された又は埋め込まれたコンピュータ可読命令を用いて実施されてもよい。加えて又は代わりに、前記コンピュータ可読命令の少なくとも1つは、信号、搬送波及び他の一時媒体により伝えられ、前記コンピュータプロセッサにより実施される。
図17は、前記異なる画像データセット及び前記3Dプレスキャンデータから得られた運動ベクトル場に基づいて前記異なる画像データセットの各々を運動補償することを含む図15の変形例を示す。
これらの方法の動作の順序が限定的ではないと理解されるべきである。このように、他の順序がここで考えられる。加えて、1以上の動作が除外されてもよく及び/又は1以上の追加の動作が含まれてもよい。
1702において、第1の3Dプレスキャンが実行され、第1の3Dプレスキャン画像データを生成し、第1の体積スキャン計画が、前記第1の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成され、第1の体積スキャンが、前記第1の体積スキャン計画に基づいて実行され、第1の体積画像データを生成する。
1704において、第2の3Dプレスキャンが実行され、第2の3Dプレスキャン画像データを生成し、第2の体積スキャン計画が、前記第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成され、第2の体積スキャンが、前記第2の体積スキャン計画に基づいて実行され、第2の体積画像データを生成する。
1706において、位置合わせ変換が、前記第1及び第2の3Dプレスキャン画像データに基づいて生成される。
1708において、第1の運動ベクトル場が、前記第1の3Dプレスキャン画像データ及び前記第1の体積画像データに基づいて生成される。
1710において、前記第1の体積画像データが、前記第1の運動ベクトルに基づいて運動補償され、運動補償された第1の体積画像データを作成する。
1712において、第2の運動ベクトル場が、前記第2の3Dプレスキャン画像データ及び前記第2の体積画像データに基づいて生成される。
1714において、前記第2の体積画像データが、前記第2の運動ベクトルに基づいて運動補償され、運動補償された第2の体積画像データを作成する。
1716において、前記第1の運動補償された体積画像データ及び前記第2の運動補償された体積画像データは、前記位置合わせ変換を使用して位置合わせされる。
上記の動作は、コンピュータプロセッサにより実行される場合に前記プロセッサに上記の動作を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体上に符号化された又は埋め込まれたコンピュータ可読命令を用いて実施されてもよい。加えて又は代わりに、前記コンピュータ可読命令の少なくとも1つは、信号、搬送波及び他の一時媒体により伝えられ、前記コンピュータプロセッサにより実施される。
図18は、記憶部120及び結合器127と関連してセグメンタ128の一例を概略的に示す。この例において、結合器127は、記憶部120から体積画像データ及び3Dプレスキャン画像データを得る。他の例において、結合器127は、他の装置、例えば、再構成器116(図1)、他の再構成器、及び/又は他の装置から前記体積画像データ及び前記3Dプレスキャン画像データを得てもよい。
前記3Dプレスキャン画像データは、前記体積画像データを生成した前記体積スキャンを計画するのに使用された前記プレスキャンデータである。ここに記載されるように、一般に、前記体積スキャンの視野(z軸に沿った範囲)は、対応する3Dプレスキャン画像データの視野より小さい。また、少なくとも図2乃至5に関連して記載されたように、前記3Dプレスキャン画像データの画像コントラスト解像度は、前記体積画像データの画像コントラスト解像度より低い。
両方とも、一般に、前記体積スキャンを計画するために実行される前記プレスキャンにより、大視野及び/又は低線量は、対象に蓄積される線量を制限する。異なる解像度の画像データは、図4及び5に示され、図4は、3Dプレスキャンからの低解像度画像データの冠状面を表し、図5は、対応する体積スキャンからの高解像度体積画像データの冠状面を表す。
一例において、結合器127は、前記体積画像データに対して前記3Dプレスキャン画像データを位置合わせする。剛体及び/又は弾性位置合わせアルゴリズムが、使用されることができる。ここに記載されるように、前記3Dプレスキャン及び体積画像データを位置合わせすることは、前記3Dプレスキャンと前記体積スキャンとの間のスキャンされる対象の運動を軽減することを容易化する。他の例において、結合器127は、前記3Dプレスキャン及び体積スキャンが同じ座標系で取得され、したがって、前記3Dプレスキャン画像データが前記体積画像データに対して既におおよそ位置合わせされていると、前記3Dプレスキャン画像データを前記体積画像データに融合するだけである。
前記結合の結果の一例は、図19に示され、これは、体積画像データ1904及び3Dプレスキャン画像データ1906を含む結合された画像データ1902を示す。
図18に戻ると、セグメンタ128は、前記体積画像データに基づいて及び/又は結合された画像データ1902に基づいて体積画像データ1904から関心組織をセグメント化するセグメンテーションプロセッサ1914を含む。前記関心組織は、前記体積画像データから、ユーザ識別された関心組織を示すコンソール114(図1)からの信号によって識別されることができる(例えば、スキャンのタイプ、例えば、心臓スキャンを示す電子データのヘッダにおけるエントリは、心臓が前記関心組織であることを示す)、及び/又は他の形で識別されることができる。
セグメンテーションプロセッサ1914は、少なくとも2つの異なるセグメンテーションアルゴリズムを使用して前記関心組織をセグメント化する。図示された実施例において、少なくとも2つの異なるセグメンテーションアルゴリズムは、高解像度セグメンテーションアルゴリズム1910及び低解像度セグメンテーションアルゴリズム1912を含む。セグメンテーションプロセッサ1914は、高解像度体積画像データ1904をセグメント化するのに高解像度セグメンテーションアルゴリズム1910を採用し、低解像度3Dプレスキャン画像データをセグメント化するのに低解像度セグメンテーションアルゴリズム1912を採用する。位置合わせされた画像データ1902における高及び低解像度画像データ(すなわち、ボクセル又は画素)の間の輪郭描写(delineation)は、前記位置合わせから既知である。
変形例において、同じセグメンテーションアルゴリズムが、高解像度体積画像データ1904及び低解像度の両方をセグメント化するのに使用される。他の例において、結合された画像データ1902は、2より多い画像データセット、例えば、体積画像データ1904、3Dプレスキャン画像データ1906、及び3Dプレスキャン画像データの1以上の他のセットに基づいて生成される。この例において、セグメンタ128は、各データセットに対して異なる解像度のセグメンテーションアルゴリズムを、前記3Dスキャン画像データのセットの少なくとも2つに対して同じ解像度のセグメンテーションアルゴリズムを、及び/又は前記画像データのセットの全てに対して同じ解像度のセグメンテーションアルゴリズムを採用することができる。
1つの非限定的な例において、セグメンテーションプロセッサ1914の出力は、輪郭を描かれた関心組織を持つ結合された画像データ1902を含む。前記輪郭描写は、白黒又はカラーで、前記関心組織の周囲をたどる線のような視覚的グラフィック標示によることができる。他の非限定的な例において、セグメンタ128の出力は、前記関心組織だけを含み、残りの画像データは廃棄又はマスクされる。
セグメンタ128の出力は、前記セグメント化された体積画像データを含む。前記セグメント化された体積画像データは、コンソール114により表示され、画像データ記憶部120(図1)に記憶され、他の装置に搬送され、及び/又は他の形で処理されることができる。
1つの非限定的な例において、前記3Dプレスキャン画像データは、前記体積画像データ又は前記セグメント化された体積画像データとともに表示されない。このように、ユーザは、前記3Dスキャン画像データが前記セグメンテーションに対して使用されない構成にあるような出力、すなわち、前記セグメント化された体積画像データのみを見る。しかしながら、セグメンテーションは、前記3Dプレスキャン画像データがここに記載されるように使用されない構成と比べて、両方ともより正確なセグメンテーションを提供するのに使用されることができる前記関心組織及び/又は追加の解剖学的構造のより多くを含むより大きな結合された画像データ1902上で実行される。
非限定的な例を用いて、COPDを除外するために気道壁厚を測定するのに実行される比較的小さな体積スキャンに対して、前記スキャンの範囲が気道壁及びマージンをカバーする場合、前記3Dプレスキャン画像データは、肺実質から気道を区別するのを助けるのに使用されることができる追加の気道データを提供する。一般に、前記スキャンの範囲は、対象に蓄積された線量を制限するように前記気道壁及びマージンに限定される。
心臓及びマージンをカバーするスキャンにおいて心臓全体がスキャンされる他の例において、前記3Dプレスキャン画像データは、心臓を囲む組織の画像データを提供する。同様に、完全な器官スキャンの範囲は、対象に蓄積される線量を制限するように前記完全な器官及びマージンに制限される。前記追加の画像データが肝臓を含み、心臓と肝臓との間の境界が不明瞭である場合、肝臓及び心臓の同時セグメンテーションは、肝臓に対する心臓の輪郭描写を改良しうる。
変形例において、前記3Dプレスキャン画像データも、表示されることができる。前記セグメント化された体積画像データ及び3Dプレスキャン画像データは、個別に又は同時に、例えば、並んで若しくは一方に他方を重ねて、表示されることができる。他の変形例において、結合された画像データ1902も表示される。同様に、結合された画像データ1902は、これだけで、又は前記セグメント化された体積画像データ及び/又は前記3Dプレスキャン画像データと同時に表示されることができる。
図20は、前記体積スキャンを計画するのに使用された前記3Dプレスキャン画像データと体積画像データを結合することに基づいて前記体積画像データから関心領域をセグメント化する方法を示す。
これらの方法の動作の順序が限定的ではないと理解されるべきである。このように、他の順序が、ここで考えられる。加えて、1以上の動作が除外されてもよく、及び/又は1以上の追加の動作が含まれてもよい。
2002において、3Dプレスキャンが実行され、3Dプレスキャン画像データを生成する。
2004において、体積スキャン計画が、前記3Dプレスキャン画像データに基づいて作成される。
2006において、体積スキャンは、前記体積スキャン計画に基づいて実行され、体積画像データを生成する。
2008において、前記3Dプレスキャン画像データが、前記体積画像データと結合され、結合された画像データを生成する。
2010において、関心組織は、前記結合された画像データを使用して前記体積画像データからセグメント化され、ここに開示されたように及び/又は他の形で、セグメント化された結合された画像データを生成する。
2012において、前記セグメント化された体積画像データは、視覚的に表示される。
上記の動作は、コンピュータプロセッサにより実行される場合に前記プロセッサに上記の動作を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体上で符号化された又は埋め込まれたコンピュータ可読命令を用いて実施されうる。加えて又は代わりに、前記コンピュータ可読命令の少なくとも1つは、信号、搬送波及び他の一時媒体により伝えられ、前記コンピュータプロセッサにより実施される。
本発明は、好適な実施例を参照して記載されている。修正及び変更は、先行する詳細な記載を読み、理解すると他者が気づきうる。本発明が、添付の請求項又は同等物の範囲内に入る限り全てのこのような修正及び変形を含むように構築されることを意図される。
Claims (31)
- 所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するステップと、
前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、位置合わせされた画像データを生成するステップと、
を有する方法。 - 前記第1の体積スキャン画像データが、前記第1の三次元プレスキャン画像データに基づいて決定された第1のスキャン計画で取得され、前記第2の体積スキャン画像データが、前記第2の三次元プレスキャン画像データに基づいて決定された第2のスキャン計画で取得される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の三次元プレスキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データが、前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第2の体積スキャン画像データより低い患者線量で取得される、請求項1乃至2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の三次元プレスキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データが、前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第2の体積スキャン画像データより低い画質を持つ、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の三次元プレスキャン画像データにおいて第1のスキャン開始場所及び第1のスキャン終了場所を識別することにより前記第1のスキャン計画を決定するステップと、
前記第1のスキャン計画を実行し、これにより前記第1の体積スキャン画像データを生成するステップと、
前記第2の三次元プレスキャン画像データにおいて第2のスキャン開始場所及び第2のスキャン終了場所を識別することにより前記第2のスキャン計画を決定するステップと、
前記第2のスキャン計画を実行し、これにより前記第2の体積スキャン画像データを生成するステップと、
を有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の体積スキャン画像データの視野が、前記第1の三次元プレスキャン画像データの視野より小さく、前記第2の体積スキャン画像データの視野が、前記第2の三次元プレスキャン画像データの視野より小さい、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の体積スキャン画像データの視野が、前記第1の三次元プレスキャン画像データの視野のサブセットであり、前記第2の体積スキャン画像データの視野が、前記第2の三次元プレスキャン画像データの視野のサブセットである、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の体積スキャン画像データの視野及び前記第2の体積スキャン画像データの視野が、同じ視野ではない、請求項6乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の体積スキャン画像データに前記第1の三次元プレスキャン画像データのサブ部分を追加し、前記第2の体積スキャン画像データに前記第2の三次元プレスキャン画像データのサブ部分を追加し、拡張された第1の体積スキャン画像データ及び拡張された第2の体積スキャン画像データを作成するステップ、
を有する、請求項8に記載の方法。 - 前記拡張された第1の体積スキャン画像データ及び前記拡張された第2の体積スキャン画像データが、同じ拡張された視野を持つ、請求項9に記載の方法。
- 前記位置合わせ変換に基づいて前記拡張された第1の体積スキャン画像データ及び前記拡張された第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、前記位置合わせされた画像データを生成するステップ、
を有する、請求項9乃至10のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の三次元プレスキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データが、第1の運動状態において取得され、前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第2の体積スキャン画像データが、第2の異なる運動状態において取得され、前記方法が、
前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第1の三次元プレスキャン画像データに基づいて前記第1の体積スキャン画像データに対する第1の運動ベクトル場を決定するステップと、
前記第2の体積スキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データに基づいて前記第2の体積スキャン画像データに対する第2の運動ベクトル場を決定するステップと、
前記第1の運動ベクトルに基づいて前記第1の体積スキャン画像データを運動補償するステップと、
前記第2の運動ベクトルに基づいて前記第2の体積スキャン画像データを運動補償するステップと、
前記位置合わせ変換に基づいて前記運動補償された第1の体積スキャン画像データ及び前記運動補償された第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、前記位置合わせされた画像データを生成するステップと、
を有する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の運動状態が呼吸吸入であり、前記第2の運動状態が呼吸吐出であるか、又はその逆である、請求項12に記載の方法。
- 一般運動モデルを修正するのに前記第1の運動ベクトル場を採用し、これにより第1の対象固有運動モデルを作成するステップと、
前記一般運動モデルを修正するのに前記第2の運動ベクトル場を採用し、これにより第2の対象固有運動モデルを作成するステップと、
前記第1の対象固有運動モデルに基づいて前記第1の体積スキャン画像データを運動補償するステップと、
前記第2の対象固有運動モデルに基づいて前記第2の体積スキャン画像データを運動補償するステップと、
前記位置合わせ変換に基づいて前記運動補償された第1の体積スキャン画像データ及び前記運動補償された第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、前記位置合わせされた画像データを生成するステップと、
を有する、請求項12乃至13のいずれか一項に記載の方法。 - 所定の位置合わせアルゴリズムに基づいて第1の三次元プレスキャン画像データと第2の三次元プレスキャン画像データとの間の位置合わせ変換を決定するプレスキャン位置合わせ器と、
前記位置合わせ変換に基づいて第1の体積スキャン画像データ及び第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、位置合わせされた画像データを生成する体積位置合わせ器と、
を有するシステム。 - 前記第1の体積スキャン画像データが、前記第1の三次元プレスキャン画像データに基づいて決定された第1のスキャン計画で取得され、前記第2の体積スキャン画像データが、前記第2の三次元プレスキャン画像データに基づいて決定された第2のスキャン計画で取得される、請求項15に記載のシステム。
- 前記第1の三次元プレスキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データが、前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第2の体積スキャン画像データより低い患者線量で取得される、請求項15乃至16のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1の体積スキャン画像データの視野及び前記第2の体積スキャン画像データの視野が、同じ視野ではなく、前記システムが、
前記第1の体積スキャン画像データの視野及び前記第2の体積スキャン画像データの視野を結合し、前記第1及び第2の体積スキャン画像データの結合された視野を生成する視野結合器であって、前記結合された視野が、前記第1の体積スキャン画像データの視野及び前記第2の体積スキャン画像データの視野のいずれかより大きい、当該視野結合器と、
前記第1の体積スキャン画像データの視野の一部ではない前記結合された視野の第1のサブ部分、及び前記第2の体積スキャン画像データの視野の一部ではない前記結合された視野の第2のサブ部分を識別する欠落画像データ識別器と、
前記第1の三次元プレスキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データにおいて前記識別された第1及び第2のサブ部分をそれぞれ抽出する画像データ抽出器と、
前記抽出された識別された第1のサブ部分で前記第1の体積スキャン画像データを拡張し、前記抽出された識別された第2のサブ部分で前記第2の体積スキャン画像データを拡張する画像データ拡張器と、
を有する、請求項15乃至17のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記第1の三次元プレスキャン画像データが、第1の運動状態において取得され、前記第1の体積スキャン画像データが、第2の異なる運動状態において取得され、前記システムが、
前記第1の体積スキャン画像データ及び前記第1の三次元プレスキャン画像データに基づいて前記第1の体積スキャン画像データに対する第1の運動ベクトル場を決定し、
前記第1の運動ベクトル場に基づいて前記第1の体積スキャン画像データを運動補償する、
請求項15乃至18のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記第2の三次元プレスキャン画像データが、前記第1の運動状態において取得され、前記第2の体積スキャン画像データが、前記第2の異なる運動状態において取得され、前記システムが、
前記第2の体積スキャン画像データ及び前記第2の三次元プレスキャン画像データに基づいて前記第2の体積スキャン画像データに対する第2の運動ベクトル場を決定し、
前記第2の運動ベクトル場に基づいて前記第2の体積スキャン画像データを運動補償し、
前記位置合わせ変換に基づいて前記運動補償された第1の体積スキャン画像データ及び前記運動補償された第2の体積スキャン画像データを位置合わせし、前記位置合わせされた画像データを生成する、
請求項19に記載のシステム。 - 体積スキャンからの体積画像データと前記体積スキャンを計画するのに使用された3Dプレスキャン画像データとを結合し、結合された画像データを生成するステップと、
前記結合された画像データに基づいて前記体積画像データから関心組織をセグメント化するステップと、
を有する方法。 - 前記3Dプレスキャン画像データが、第1の画像コントラスト解像度を持ち、前記体積画像データが、第2の画像コントラスト解像度を持ち、前記第1の画像コントラスト解像度が、前記第2の画像コントラスト解像度より低い、請求項21に記載の方法。
- 高解像度セグメンテーションアルゴリズムを使用して前記結合された画像データの体積画像データサブ部分をセグメント化するステップと、
低解像度セグメンテーションアルゴリズムを使用して前記結合された画像データの3Dプレスキャン画像データサブ部分をセグメント化するステップと、
を有する、請求項21乃至22のいずれか一項に記載の方法。 - 前記関心組織が器官であり、前記体積画像データが、前記器官全体を含み、前記3Dプレスキャン画像データが、少なくとも1つの近隣器官の少なくともサブ部分を含む、請求項21乃至23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セグメント化が、前記器官及び前記少なくとも1つの近隣器官のサブ部分を結合することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記セグメント化された体積画像データを視覚的に表示するステップ、
を有する、請求項21乃至24のいずれか一項に記載の方法。 - 体積スキャンからの体積画像データと前記体積スキャンを計画するのに使用された3Dプレスキャン画像データを結合し、結合された画像データを生成する結合器と、
前記結合された画像データに基づいて前記体積画像データから関心組織をセグメント化するセグメンタと、
を有するシステム。 - 前記3Dプレスキャン画像データが、第1の画像コントラスト解像度を持ち、前記体積画像データが、第2の画像コントラスト解像度を持ち、前記第1の画像コントラスト解像度が、前記第2の画像コントラスト解像度より低い、請求項27に記載のシステム。
- 前記セグメンタが、高解像度セグメンテーションアルゴリズムを使用して前記結合された画像データの体積画像データサブ部分をセグメント化し、低解像度セグメンテーションアルゴリズムを使用して前記結合された画像データの3Dプレスキャン画像データサブ部分をセグメント化する、請求項27乃至28のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記関心組織が器官であり、前記体積画像データが、前記器官全体を含み、前記3Dプレスキャン画像データが、少なくとも1つの近隣器官の少なくともサブ部分を含む、請求項27乃至29のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記セグメンタが、前記器官をセグメント化し、前記少なくとも1つの近隣器官の前記サブ部分をセグメント化する、請求項28に記載のシステム。
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