JP2019166326A - 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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
Claims (14)
- 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(112;206)を前記コンピュータが同定するステップであって、前記解剖学的アイテムの三次元モデルは判定した機械的な特性を含んでなる、前記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、
前記コンピュータで実施された視覚化システム(100;200;600)を用いてかつ解剖学的アイテムの同定された境界(502)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前記コンピュータが同定するステップと、
前記経路に対応する滑らかな曲線を前記コンピュータが同定するステップであって、
前記経路に沿った複数の地点(506A,506B)のうち個々の特定地点(506A,506B)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し、及び、
前記複数の視線それぞれの、特定地点(506A,506B)から解剖学的アイテムの境界(502)までの長さを判定すること
の作業を前記コンピュータが実施することによって、前記経路に対応する前記滑らかな曲線を前記コンピュータが同定するステップと、
前記解剖学的アイテムの三次元モデルの少なくとも一部をディスプレイ(102,106,204,406,640)に前記コンピュータが表示するステップと、
表示された前記解剖学的アイテムの三次元モデルにオブジェクトの仮想モデルの視覚的表示を前記コンピュータが重ねるステップと、
前記滑らかな曲線に沿って移動する前記オブジェクトの前記仮想モデルを前記コンピュータが表示するステップと
を含んでなる方法。 - 前記滑らかな曲線はスプライン曲線であり、前記方法は、前記経路に沿って前記スプライン曲線を重ね合わされた解剖学的アイテムを前記コンピュータがユーザに表示するステップであって、前記解剖学的アイテムは第1の色で表示され、前記スプライン曲線は前記第1の色と異なる第2の色によって表示される、前記経路に沿って前記スプライン曲線を重ね合わされた解剖学的アイテムを前記コンピュータがユーザに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。
- 複数の視線は、特定地点(506A,506B)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1に記載の方法。
- 前記コンピュータが、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1に記載の方法。
- 前記解剖学的アイテムは心臓の部分を含んでなり、前記滑らかな曲線に沿って移動せしめられる前記オブジェクトは三次元の医療用デバイスを含んでなり、かつ前記滑らかな曲線は前記医療用デバイスが前記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。
- 前記解剖学的アイテムの運動を示すために、前記解剖学的アイテムの三次元モデル(112;206)のアニメーションであって現実の前記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前記アニメーションを、前記コンピュータが表示するステップをさらに含んでなり、
前記アニメーションは、前記解剖学的アイテムの前記運動と協調した、前記滑らかな曲線に沿って移動せしめられる前記オブジェクトの動きの表示を、該オブジェクトが前記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1に記載の方法。 - 前記解剖学的アイテムの三次元モデル(112;206)内の場所を同定しているユーザからの入力を前記コンピュータが受信するステップと、同定された前記場所によって表わされるモデル内の距離を前記コンピュータが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(100;200;600)において、
1以上のコンピュータプロセッサ(610)と、
前記1以上のコンピュータプロセッサ(610)と協働可能に接続されている出力デバイス(102;204;406;640)と、
メモリ(620)であって、前記1以上のコンピュータプロセッサ(610)と通信し、かつ前記1以上のコンピュータプロセッサ(610)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(112;206)を同定することであって、前記解剖学的アイテムの三次元モデルは判定した機械的な特性を含んでなる、解剖学的アイテムの三次元モデル(112;206)を同定することと、
前記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前記解剖学的アイテムの同定された境界に従って、前記解剖学的アイテムを通る三次元空間内の経路を同定することと、
前記経路に対応する滑らかな曲線を同定することであって、
前記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(506A,506B)のうち個々の特定地点(506A,506B)について、
前記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し、及び、
前記複数の視線それぞれの、前記特定地点(506A,506B)から前記解剖学的アイテムの境界(502)までの長さを判定することの作業を実施することによって、前記経路に対応する滑らかな曲線を同定することと、
前記解剖学的アイテムの三次元モデルの少なくとも一部を出力デバイス(102,106,204,406,640)に表示することと、
表示された前記解剖学的アイテムの三次元モデルにオブジェクトの仮想モデルの視覚的表示を重ねることと、
前記滑らかな曲線に沿って移動する前記オブジェクトの前記仮想モデルを前記出力デバイス(102,106,204,406,640)上で前記ユーザに表示することと
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。 - 前記滑らかな曲線はスプライン曲線であり、前記作業は、前記経路に沿って前記スプライン曲線を重ね合わされた前記解剖学的アイテムを前記ユーザに表示する作業であって、前記解剖学的アイテムは第1の色で表示され、前記スプライン曲線は前記第1の色と異なる第2の色によって表示される、前記経路に沿って前記スプライン曲線を重ね合わされた前記解剖学的アイテムを前記ユーザに表示する作業をさらに含んでなること、及び、
前記作業は、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ことのうちの少なくとも一方を含んでなる、請求項8に記載のシステム。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法を行うための、請求項8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、前記スプラインを取り囲む周囲の解剖学的表面(502)を有する哺乳動物の体内生体構造に対応するデータを前記コンピュータが同定するステップと、
前記スプラインについての前記データを同定した後で、前記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(506A,506B)の均等なサンプリングを行うために前記スプラインについてサブサンプリングを行うステップであって、nは>1である、前記コンピュータがサブサンプリングを行うステップと、
前記スプラインについてサブサンプリングを行った後で、前記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(506A)において、前記第1のサンプリングされた三次元地点(506A)における前記スプラインの接線に垂直な一連の視線であってそれぞれが前記第1のサンプリングされた三次元地点に終点を有する前記一連の視線を前記コンピュータが判定するステップと、
前記一連の視線の各視線について、視線と前記周囲の解剖学的表面との三次元交差地点(504)を前記コンピュータが判定するステップと、
前記一連の視線の中のそれぞれの視線について、前記スプラインに沿った前記第1のサンプリングされた三次元地点(506A)から前記周囲の解剖学的表面(502)との前記三次元交差地点(504)までの距離を前記コンピュータが判定するステップと、
前記それぞれの視線について判定された前記距離に基づき、第2のスプラインを前記コンピュータが生成するステップと、
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前記コンピュータが生成するステップと
を含んでなる方法。 - 前記スプラインに沿った複数の前記地点(506A,506B)のそれぞれの地点について、その地点(506A,506B)に関連する複数の視線についての距離の平均、その地点(506A,506B)に関連する複数の視線についての最短距離、及びその地点(506A,506B)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前記コンピュータが判定するステップをさらに含んでなる、請求項11に記載のコンピュータで実施される方法。
- 前記スプラインのほぼ全長に沿った複数の地点(506A,506B)のそれぞれについて連続して値を前記コンピュータが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12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の3Dモデル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)前記周囲の解剖学的表面の前記3Dモデルの内部に第1のスプラインを前記コンピュータが規定するステップと、
(b)前記第1の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(506A,506B)を作出するために前記第1のスプラインについて前記コンピュータがサンプリングを行うステップと;
(c)サンプリングされた第1の地点(506A)についての一連の視線であって、前記一連の視線のそれぞれの視線は前記サンプリングされた第1の地点に終点を有し、前記第1のスプラインの前記サンプリングされた第1の地点での接線に対して垂直であり、かつx度毎に1つの視線が前記サンプリングされた第1の地点から外側へ向かって放射状に拡がっている視線を前記コンピュータが判定するステップと;
(d)前記一連の視線のそれぞれの視線について、前記周囲の解剖学的表面(502)との3D交差地点(504)を前記コンピュータが判定するステップと;
(e)前記第1のスプラインの前記サンプリングされた第1の地点での接線に対して垂直な一定の表面での前記第1のスプラインの周りで前記視線は等しい長さになるように、前記サンプリングされた第1の地点(506A)の位置を前記コンピュータが調節するステップと;
(f)前記第1のスプライン上のサンプリングされた他の地点(506B)それぞれについてステップc〜eを前記コンピュータが繰り返すステップと;
(g)前記周囲の解剖学的表面(502)の前記3Dモデルの内部に第2のスプラインを前記コンピュータが規定するステップであって、前記第2のスプラインはサンプリングされたそれぞれの調節した地点によって規定される、前記周囲の解剖学的表面(502)の前記3Dモデルの内部に第2のスプラインを前記コンピュータが規定するステップと;
(h)前記第2のスプラインに重ねた前記周囲の解剖学的表面の前記3Dモデルを出力デバイスに前記コンピュータが表示するステップと
を含んでなる方法。
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