JP2020195779A - 三次元医用データの対話型輪郭描出のための画像処理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】輪郭ライブラリにあてはまる形状がない三次元医用画像データから輪郭描出するための画像処理システムを提供する。【解決手段】第１の軸方向の位置（ｚ１）での第１の画像スライスにおけるデータの第１のサブセットを選択することにより、３Ｄソースデータにおける関心ある解剖学的構造体が輪郭描出される。命令の第１のセットは、第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジ（Ｅ１）を識別する。次いで、第２の軸方向の位置（ｚ２）での第２の画像スライスにおけるデータの第２のサブセットが選択され、命令の第２のセットは、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジ（Ｅ２）を識別する。第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）とソースデータに基づいて、解剖学的構造体分離する境界面の近似を表す三次元シェル（３ＤＳ）が計算される。【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、医用画像データの情報内容を強化するためのソリューションに関する。より具体的には、本発明は、請求項１のプリアンブルに係る画像処理システム及び対応する方法に関する。本発明はまた、コンピュータプログラム及びプロセッサ可読媒体に関する。

どのボクセルが特定の解剖学的構造体を表すかを定義するプロセス、すなわち、いわゆる臓器の描写は、放射線治療計画作成のなかでも最も長々と時間がかかることの１つである。このプロセスは、普通は、簡単な描画ツールを用いて二次元スライスにおいて手作業で輪郭描出することに関係し、計画作成のために用いられる高解像度の三次元データセットにおける関心あるすべての構造体を描写するのに数時間を要する場合がある。

Ｐｅｋａｒ，Ｖ．，ｅｔ ａｌ．，“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｏｄｅｌ−Ｂａｓｅｄ Ｏｒｇａｎ Ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｉｎ Ｐｒｏｓｔａｔｉｃ Ｒｅｇｉｏｎ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｏｎｃｏｌｏｇｙ−Ｂｉｏｌｏｇｙ−Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．３，ｐｐ９７３−９８０，２００４は、関心ある解剖学的構造体の境界に３Ｄの変形可能な表面モデルを適応させるための方法を開示する。この適応は、或る画像特徴へ寄せることにより生じるモデルの変形とモデルの形状完全性との兼ね合いに基づいている。自動モデル適応に失敗し得る問題のある領域は、対話型ツールにより補正することができる。

ＵＳ２０１１／０２６８３３０は、医用画像の組を輪郭描出するためのシステム及び方法を説明している。例示的なシステムは、画像データベース、画像変形エンジン、及び輪郭変換エンジンを含み得る。画像データベースは、医用画像の組を記憶するのに用いられ得る。画像変形エンジンは、画像データベースにおける医用画像の組からソース画像及び対象画像を受信するように構成され、ソース画像及び対象画像に変形アルゴリズムを用いてソース画像から対象画像への１つ以上のオブジェクト間の変化を示す変形フィールドデータを生成するようにさらに構成され得る。輪郭変換エンジンは、ソース画像内の１つ以上のオブジェクトを識別するソース輪郭データを受信するように構成され、変形フィールドデータ及びソース輪郭データを用いて対象画像内の１つ以上のオブジェクトを識別する自動対象輪郭データを生成するようにさらに構成され得る。画像変形エンジン及び輪郭変換エンジンは、１つ以上のメモリデバイスに記憶され、１つ以上のプロセッサにより実行可能な、ソフトウェア命令を備え得る。

上記のソリューションは、形状の或る範囲内の所定のタイプの臓器、すなわち、関心ある構造体に関して満足な最終結果をもたらすことができる場合がある。しかしながら、それに基づいて描写が行われる記憶された輪郭のライブラリにその形状があてはまらない関心ある構造体全体の描写は、問題がある及び／又は時間がかかる場合がある。

したがって、本発明の目的は、一方では、比較的軽度の人手の介入を必要とし、他方では、三次元画像データセットにおける改良された幾何学的補間をもたらすソリューションを提供することである。

本発明の一態様によれば、目的は、命令の第１のセットを受信した後で処理ユニットが以下のことを行うように構成される、最初に説明した構成により達成される。ソースデータにおける第２の軸方向の位置で関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成されるソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータの第２のサブセットを選択する。第２の軸方向の位置は、第１の軸方向の位置とは異なる。次いで、処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ上に提示するために第２のインターフェースにソースデータの第２のサブセットを出力させるように構成された制御命令を生成するように構成される。第３のインターフェースを介して、処理ユニットは、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジを識別する命令の第２のセットを受信するように構成される。その後、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、処理ユニットは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す三次元シェルを計算するように構成される。

この構成は、第１及び第２のエッジとソースデータを併せて用いることにより、比較的少ない離散ステップで関心ある解剖学的構造体の高品質の描写に達することが可能となるので有利である。他の利点は、輪郭ライブラリが必要とされないことである。さらに、ソースデータの異なるサブセットは、互いに特に類似している必要はない。言い換えれば、画像スライスは、比較的大きい距離だけ分離することができる。もちろん、これはソリューションをユーザの見地から融通性の高いものにする。

本発明のこの態様の一実施形態によれば、処理ユニットは、データポイントの第１及び第２のセット間を排他的に補間することによりソースデータにおける第１及び第２の軸方向の位置間の三次元シェルの最初の推定を計算するように構成され、データポイントの第１のセットは、第１のエッジのアウトラインを記述し、データポイントの第２のセットは、第２のエッジのアウトラインを記述する。したがって、以下の近似プロセスのための信頼できる基礎が確立される。

本発明のこの態様の別の実施形態によれば、第１の画像スライスはソースデータにおいて第１の配向を有し、第２の画像スライスは第１の配向と平行に配向される。処理ユニットはさらに、表面再構築アルゴリズム、例えば、ユーザにより描かれた輪郭、例えば凸包又は同様のものを近似する三次元表面を計算するための形状に基づく補間を採用するアルゴリズム又は任意の他のアルゴリズムを用いることにより三次元シェルの最初の推定を計算するように構成される。これにより、近似プロセスは、ほとんどのタイプの解剖学的構造体に関して容認できる結果へ非常に迅速に収束する。

したがって、好ましくは、処理ユニットは、三次元シェルの最初の推定とソースデータに基づいて、三次元シェルの第１の後続する推定を計算するように構成される。その後、三次元シェルの先行する推定と第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、任意の後続する推定が計算される。これにより、三次元シェルの推定は、手書きの輪郭と画像データとの両方に幾何学的に緊密に保たれ、これは高品質の最終結果を保証する。

本発明のこの態様のさらに別の実施形態によれば、処理ユニットはさらに、第１のエッジの近傍のソースデータの第１のサブセットの第１のデータ部分を解析し、第２のエッジの近傍のソースデータの第２のサブセットの第２のデータ部分を解析するように構成される。これらの解析に基づいて、次に、処理ユニットは、関心ある解剖学的構造体の推定される外周を定義する画像特徴の集合を導出し、例えば調和関数に基づく補間を用いて、画像特徴の集合にさらに基づいて三次元シェルの後続する推定を計算するように構成され、画像特徴の集合は補間プロセスの境界条件を表す。その結果、画像特徴の特性は、関心ある構造体の周りの表面にわたってかなり変化し得るが、その外周は、正確に推定することができる。例えば、この手法は、その骨格が構造体のいくつかの部分で非常に強いエッジを有し、他の部分で非常に弱いエッジを有し得る（そこでは代わりに周囲の構造体が非常に強いエッジを有し得る）大腿骨頭の描写を比較的問題がないものにする。

本発明のこの態様のまたさらに別の実施形態によれば、処理ユニットは、三次元シェルを推定される外周に近似する三角形メッシュ構造の第１反復を生成するように構成される。三角形メッシュ構造は、それぞれメッシュ構造のいくつかの三角形が出会う頂点の組を含む。好ましくは、処理ユニットはさらに、第１反復に加えて、三角形メッシュ構造の少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成され、三角形メッシュ構造の少なくとも１つのさらなる反復は、推定される外周と三角形メッシュ構造の頂点との間の全距離測度に関する第１反復に対する改良である、推定される外周の近似を表す。したがって、関心ある解剖学的構造体の外周を、三角形メッシュ構造を通じて正確に表現することができ、これは効率的なグラフィカル処理及び視覚化を可能にする。

本発明のこの態様の１つのさらなる実施形態によれば、処理ユニットは、第１及び第２のサブセットに加えて、ソースデータの少なくとも１つのさらなるサブセットを選択するように構成される。少なくとも１つのさらなるサブセットは、ソースデータにおける少なくとも１つのさらなる軸方向の位置で関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つのさらなる画像スライスにおいて構成されるソースデータの少なくとも１つのさらなる二次元グラフィック表現を定義する。少なくとも１つのさらなる軸方向の位置は、第１及び第２の軸方向の位置とは異なる。少なくとも１つのさらなるサブセットのそれぞれに関して、処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ上に提示するために第２のインターフェースにソースデータの少なくとも１つのさらなるサブセットを出力させるように構成された制御命令を生成するように構成される。次いで、第３のインターフェースを介して受信した命令の少なくとも１つのさらなるセットに応答して、処理ユニットは、少なくとも１つのさらなる画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのさらなるエッジを識別するように構成される。その後、第１、第２、及び少なくとも１つのさらなるエッジとソースデータに基づいて、処理ユニットは、関心ある解剖学的構造体の表面推定を表す三次元シェルの改良バージョンを計算するように構成される。これは、ユーザが１つ以上の手書きの輪郭を追加することにより自動描写プロセスを都合よく支援し、スピードアップできることを意味する。

本発明のこの態様のさらに別の実施形態によれば、第３のインターフェースは、命令の補足的なセットを処理ユニットに送るように構成され、命令の補足的なセットは、前記画像スライスのうちの少なくとも１つにおける関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別する。そのうえ、処理ユニットは、調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェルを計算するように構成される。したがって、ユーザは、関心ある解剖学的構造体のエッジのアウトラインを直観的な様態で、手動で変更することにより描写プロセスを微調整することもできる。

本発明のこの態様のまたさらに別の実施形態によれば、第３のインターフェースは、例えばコンピュータマウス又は同様のポインティングデバイスを介して生成された、ユーザコマンドの形態の命令のセットを受信することに特化して構成される。

本発明の別の態様によれば、この目的は、命令の第１のセットを受信した後で、ソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータの第２のサブセットが選択される、最初に説明した方法により達成される。第２のサブセットは、ソースデータにおける第２の軸方向の位置で関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成され、第２の軸方向の位置は第１の軸方向の位置とは異なる。第２のインターフェースを介して、ソースデータの第２のサブセットが、グラフィカルディスプレイ上に提示するために出力される。その後、第３のインターフェースを介して受信した命令の第２のセットに応答して、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジが識別される。最後に、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、三次元シェルが計算される。三次元シェルは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す。この方法、並びに、その好ましい実施形態の利点は、提案されるシステムに関する上記の説明から明白である。

本発明のさらなる態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサのメモリにロード可能であり、且つ、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるときに上記で提案した方法を実施するように適応されたソフトウェアを含む、コンピュータプログラムにより達成される。

本発明の別の態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサにロードされるときに上記で提案した方法を行うように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのプログラムが記録されている、プロセッサ可読媒体により達成される。

本発明のさらなる利点、有益な特徴、及び用途は、以下の説明及び従属請求項から明白であろう。

ここで、添付図を参照しながら、例として開示される好ましい実施形態によって本発明をより詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係るシステムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る関心ある解剖学的構造体のエッジがソースデータの異なる画像スライスにおいてどのように識別され得るかを例示する図である。 本発明の一実施形態に係る生成された三角形メッシュの例を示す図である。 提案される三角形メッシュに関連して距離測度を例示する図である。 本発明の一実施形態に係る描かれたエッジの近傍のソースデータがどのように解析されるかを例示する図である。 本発明に係る一般的方法を流れ図で例示する図である。 提案される方法の一実施形態を例示する流れ図の一部を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る三次元医用画像データを輪郭描出するための画像処理システム１００の概要を示す。システム１００は、処理ユニット１４０と、第１、第２、及び第３のインターフェース１１０、１２０、及び１３０を含む。好ましくは、処理ユニット１４０上で実行されているときに後述する手順を実行するためのソフトウェアを記憶する、メモリ１５０も含まれる。提示の目的で、図１は、インターフェース１１０、１２０、及び１３０を別個のエンティティとして例示する。しかしながら、実際的な実装では、インターフェースのうちの２つ以上が共通のユニットへ一体化されてよい。

第１のインターフェース１１０は、関心ある解剖学的構造体を表す三次元医用画像データの形態のソースデータＳＤに処理ユニット１４０がアクセスすることを可能にするように構成される。ソースデータＳＤは、関心ある解剖学的構造体に隣接する組織も含む。提案されるシステム１００の目的は、例えば、関心ある解剖学的構造体の放射線治療を計画するために、この構造体を隣接する組織から区別することができるように、関心ある解剖学的構造体を輪郭描出する、すなわち描写することである。

ここで図２も参照すると、処理ユニット１４０は、ソースデータＳＤにおける第１の軸方向の位置ｚ１で関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成されるソースデータＳＤの第１の二次元グラフィック表現を定義するソースデータＳＤの第１のサブセットｓｄ１を選択するように構成される。

第２のインターフェース１２０は、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するためにソースデータの第１のサブセットｓｄ１を出力するように構成される。ソースデータの第１のサブセットｓｄ１は、処理ユニット１４０からの制御命令に応答して出力される。

第３のインターフェース１３０は、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットを処理ユニット１４０に送るように構成される。命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットは、第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジＥ１を識別し、好ましくは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されるユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。

図２は、第１の画像スライスによって表されるソースデータの第１のサブセットｓｄ１でのソースデータＳＤにおける関心ある解剖学的構造体の形状に第１のエッジＥ１がどのように従うかを例示する。

命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットを受信した後で、処理ユニット１４０は、ソースデータＳＤの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータＳＤの第２のサブセットｓｄ２を選択するように構成される。第２のサブセットｓｄ２は、ソースデータＳＤにおける第２の軸方向の位置ｚ２で関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される。第２の軸方向の位置ｚ２は、第１の軸方向の位置ｚ１とは異なる。言い換えれば、第２のサブセットｓｄ２は、ソースデータＳＤからのデータの別個の二次元スライスを含み、このデータのスライスは、第１のサブセットｓｄ１によって表されるスライスと平行であってよく、又は平行でなくてもよい。しかしながら、後述するように、第１の画像スライスと第２の画像スライスが実際に互いに平行であれば有利である。

処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するために、すなわち、ユーザがこれを視覚的に観察し、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジＥ２を記述するためのコマンドを生成することができるように、第２のインターフェース１２０にソースデータＳＤの第２のサブセットｓｄ２を出力させるように適応された制御命令を生成するように構成される。

したがって、処理ユニットはまた、第３のインターフェース１３０を介して、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジＥ２を識別する命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第２のセットを受信するように構成される。上記と同様に、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第２のセットは、好ましくは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されるユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。

最後に、処理ユニット１４０は、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２とソースデータＳＤに基づいて、三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。ここで、三次元シェル３ＤＳは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す。三次元シェル３ＤＳは、ソースデータＳＤと第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２への幾何学的距離との両方を目的関数に組み込む非線形最適化問題を解くことにより反復的に適応される、変形可能表面モデルによって計算されてよい。この手法は、ユーザ入力、すなわち、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２を定義するユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に三次元シェル３ＤＳが密接に結び付けられることを保証するので有益である。これはまた、比較的少ない離散ステップで高品質の結果に達する。第１のサブセットｓｄ１及び第２のサブセットｓｄ２が平行な画像スライスをそれぞれ表すならば、三次元シェル３ＤＳの最初の推定は、表面再構築アルゴリズム、例えば、ユーザにより描かれた輪郭、例えば凸包又は同様のものを近似する三次元表面を計算するための形状に基づく補間を採用するアルゴリズム又は任意の他のアルゴリズムを用いることにより計算されてよい。すなわち、これにより、近似プロセスは、ほとんどのタイプの解剖学的構造体に関して容認できる結果へ非常に迅速に収束する。

遡れば、ユーザは、既に描かれた輪郭、例えば第１のエッジＥ１及び／又は第２のエッジＥ２が、ソースデータＳＤの画像内容とより良好に一致するように多少異なるアウトラインを有するべきであることに気付くかもしれない。したがって、本発明の一実施形態によれば、第３のインターフェース１３０は、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットを処理ユニット１４０に送るように構成され、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットは、前記画像スライスのうちの少なくとも１つにおける関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別する。また、好ましくは、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されているユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。処理ユニット１４０はさらに、調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。

図３は、三次元シェル３ＤＳを関心ある解剖学的構造体の推定される外周Ｐに近似する三角形メッシュＭの例を示す。三角形メッシュ構造Ｍは、それぞれメッシュ構造Ｍのいくつかの三角形が出会う頂点ｖの組を含む。このタイプの三角形メッシュ表現は、データの効率的なグラフィカル処理及び視覚化を可能にするので有益である。

したがって、処理ユニット１４０は、好ましくは、三角形分割と、形状に基づく補間に基づいて、三角形メッシュ構造Ｍの第１反復を生成するように構成される。次いで、メッシュ構造Ｍは、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２のそれぞれ及びソースデータＳＤと離散数のステップで一致するように連続的に適応される。ここで、現在の近似表面が、適応のための拘束表面として用いられる。最初の近似では、この表面は３ＤＳ’で表される。

好ましくは、処理ユニット１４０は、第１反復に加えて、三角形メッシュ構造Ｍの少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成され、三角形メッシュ構造Ｍの少なくとも１つのさらなる反復は、推定される外周Ｐと三角形メッシュ構造Ｍの頂点ｖとの間の全距離測度に関する第１反復に対する改良である、推定される外周Ｐの近似を表す。図４は、三角形メッシュＭ及び推定される外周Ｐに関連してこの距離測度を概略的に示す。

上記で簡潔に述べたように、推定される外周Ｐを定義する画像特徴の特性は、関心ある構造体の周りの表面にわたってかなり変化し得る。難しいシナリオでは、関心ある構造体は、その境界面のいくつかの部分で非常に強いエッジを有し、他の部分で非常に弱いエッジを有する。後者の部分の近くの、周囲の構造体／組織は、代わりに非常に強いエッジを有し得る。この問題に対処するために、図５は、本発明の一実施形態に従ってエッジＥ１及びＥ２の近傍のソースデータＳＤの一部がどのように解析されるかを例示する。

本発明のこの実施形態では、処理ユニット１４０は、第１のエッジＥ１の近傍のソースデータＳＤの第１のサブセットｓｄ１の第１のデータ部分Ｂ１を解析し、第２のエッジＥ２の近傍のソースデータＳＤの第２のサブセットｓｄ２の第２のデータ部分Ｂ２を解析するように構成される。これらの解析に基づいて、処理ユニット１４０は、関心ある解剖学的構造体の推定される外周Ｐを定義する画像特徴の集合を導出し、画像特徴の集合にさらに基づいて、三次元シェル３ＤＳの後続する推定を計算するように構成される。

好ましくは、それぞれ第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２の周りで局所的に導出されるこれらの画像特徴は、調和関数を用いて三次元シェル３ＤＳの推定上へ補間される。例えば、処理ユニット１４０は、調和関数を用いることにより最初の推定３ＤＳ’にわたって推定される外周Ｐを定義する画像特徴の集合を補間するように構成することができる。ここで、第１のデータ部分Ｂ１及び第２のデータ部分Ｂ２から導出される画像特徴は、補間プロセスの境界条件を表す。

これにより、大腿骨頭の骨格などの同じく非常に複雑な表面を識別し、正確にモデル化することができる。磁気共鳴画像における構造体も、ここでの強度が構造体の表面にわたってかなり変化する場合であっても、上手く描写することができる。

ここで図２に戻り、本発明の別の実施形態を説明する。関心ある解剖学的構造体の形状に応じて、構造体の適切な描写を得るために異なる数のエッジを描くことが適切であり得る。一般に、多くの凹面要素を有する構造体は、全体として凸形の形状を有する構造体よりも多くのエッジをユーザが定義することを必要とする。

したがって、融通性の向上のために、処理ユニット１４０は、好ましくは、第１のサブセットｓｄ１及び第２のサブセットｓｄ２それぞれに加えて、ソースデータＳＤの少なくとも１つのさらなるサブセットを選択するように構成される。図２は、関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つのさらなる画像スライスにおいて構成されるソースデータＳＤのさらなる二次元グラフィック表現を定義するこのようなサブセットｓｄ３の例を示す。さらなるサブセットｓｄ３は、ソースデータＳＤにおけるさらなる軸方向の位置ｚ３に存在し、さらなる軸方向の位置ｚ３は、第１の軸方向の位置ｚ１及び第２の軸方向の位置ｚ２とは異なる。

図２に示された例では、さらなるサブセットｓｄ３は、第１のサブセットｓｄ１によって表される画像スライスと平行な画像スライスを表す。このような平行な配向は、三次元シェル３ＤＳが表面再構築アルゴリズム、例えば形状に基づく補間を採用するアルゴリズムを用いることにより計算されることを可能にするので有利である。これは、次に、一般に、近似プロセスがほとんどのタイプの解剖学的構造体に関して容認できる結果へ非常に迅速に収束することにつながる。

ソースデータＳＤのさらなるサブセットｓｄ３に関して（又は１つ以上存在する場合に、各さらなるサブセットに関して）、処理ユニット１４０は、ユーザがこの画像データを視覚的に観察し得るように、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するために第２のインターフェース１２０にさらなるサブセットｓｄ３を出力させるように適応された制御命令を生成するように構成される。

処理ユニット１４０は、第３のインターフェース１３０を介して、さらなる画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのさらなるエッジＥ３を識別する命令［Ｉ］_ｅｄｇｅのさらなるセットを受信するように構成される。上記と同様に、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅのさらなるセットは、好ましくは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されているユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。

処理ユニット１４０は、第１、第２、及びさらなるエッジＥ１、Ｅ２、及びＥ３それぞれとソースデータＳＤに基づいて、三次元シェルの改良バージョン３ＤＳｉを計算するように構成される。ここで、三次元シェルの改良バージョン３ＤＳｉは、関心ある解剖学的構造体の更新された表面推定を表す。

処理ユニット１４０は、コンピュータプログラムを実行することにより上記の手順を行うように構成されれば一般に有利である。したがって、処理ユニット１４０は、好ましくは、コンピュータプログラム製品を記憶するメモリユニットに通信可能に接続され、コンピュータプログラム製品は、処理ユニット１４０により実行可能な命令を含み、それにより、処理ユニット１４０は、コンピュータプログラム製品が処理ユニット１４０上で実行されるときに前述のアクションを実行するように動作可能である。

要約するために、図６での流れ図を参照しながら、ここで、三次元医用画像データを輪郭描出するための本発明に係る一般的方法を説明する。

最初のステップ６１０において、関心ある解剖学的構造体、並びに、関心ある解剖学的構造体に隣接する組織の３Ｄ画像を表す、ソースデータが受信される。

次いで、ステップ６２０において、ソースデータの第１のサブセットが選択され、グラフィカルディスプレイ上に提示される。ソースデータの第１のサブセットは、ソースデータの第１の二次元グラフィック表現を定義し、第１のサブセットは、ソースデータにおける第１の軸方向の位置で関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される。

その後、ステップ６３０で、命令の第１のセットが受信されているかをチェックする。好ましくは、命令の第１のセットは、ユーザにより例えばコンピュータマウスを介して入力される手動コマンドに応答して生成される。このような命令の第１のセットが受信されている場合、手順はステップ６４０へ続く。そうでなければ、手順はループバックし、ステップ６３０にとどまる。

ステップ６４０において、命令の第１のセットに応答して第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジが識別される。好ましくは、第１のエッジを例示するグラフィックスも、ユーザへのフィードバックとしてグラフィカルディスプレイ上に提示される。

次いで、ステップ６５０において、ソースデータの第２のサブセットが選択され、グラフィカルディスプレイ上に提示される。ソースデータの第２のサブセットは、ソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義し、第２のサブセットは、ソースデータにおける第２の軸方向の位置で関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成され、第２の軸方向の位置は第１の軸方向の位置とは異なる。

その後、ステップ６６０で、命令の第２のセットが受信されているかをチェックする。上記と同様に、命令の第２のセットは、好ましくは、ユーザにより例えばコンピュータマウスを介して入力される手動コマンドに応答して生成される。このような命令の第２のセットが受信されている場合、手順はステップ６７０へ続く。そうでなければ、手順はループバックし、ステップ６６０にとどまる。

ステップ６７０において、命令の第２のセットに応答して第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジが識別される。

その後、ステップ６８０において、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、三次元シェルが計算される。三次元シェルは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表し、したがって、三次元シェルは反復的に計算される。図７は、本発明の一実施形態に従ってこれをどのように行うことができるかを例示する流れ図を示す。

ここで、最初のステップ７１０において、データポイントの第１及び第２のセット間の補間により、ソースデータにおける第１及び第２の軸方向の位置間の三次元シェルの最初の推定が計算される。データポイントの第１のセットは、第１のエッジの第１のアウトラインを記述し、データポイントの第２のセットは、第２のエッジの第２のアウトラインを記述する。

その後、ステップ７２０において、関心ある解剖学的構造体の推定される外周を定義する画像特徴の集合が導出される。好ましくは、画像特徴の集合は、第１及び第２のエッジのそれぞれの近傍のソースデータの解析に基づいて導出される。

次いで、ステップ７３０において、三次元シェルの後続する推定が、三次元シェルの先行する推定（すなわち、第１反復での最初の推定）、第１及び第２のエッジ、画像特徴の集合、及びソースデータに基づいて計算される。

その後、ステップ７４０で、品質基準が満たされているかをチェックし、例えば、基準は、画像情報と第１及び第２のエッジへの幾何学的距離との両方を目的関数に組み込む非線形最適化問題の観点で表される。前記基準が満たされている場合、手順は終了する。そうでなければ、手順はステップ７３０へループバックする。

上記の図６及び図７を参照して説明したプロセスステップ並びにステップの任意のサブシーケンスのすべては、プログラムされたプロセッサによって制御され得る。そのうえ、図面を参照して前述した本発明の実施形態は、プロセッサと、少なくとも１つのプロセッサにおいて行われるプロセスを含むが、本発明は、コンピュータプログラム、特に、本発明を実施するように適応されるキャリア上又は内のコンピュータプログラムにも拡張される。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係るプロセスの実装に用いるのに適した任意の他の形態などのソースコード、オブジェクトコード、中間ソースコード、及びオブジェクトコードの形態であり得る。プログラムは、オペレーティングシステムの一部、又は別個のアプリケーションであり得る。キャリアは、プログラムを搭載することができる任意のエンティティ又はデバイスであり得る。例えば、キャリアは、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ／Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、又は半導体ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体、又は磁気記録媒体、例えばフロッピーディスク又はハードディスクを含み得る。さらに、キャリアは、電気ケーブル又は光ケーブルを介して若しくは無線又は他の手段により伝達され得る電気信号又は光信号などの伝送可能なキャリアであり得る。プログラムが、ケーブル又は他のデバイス又は手段により直接伝達され得る信号で具体化されるとき、キャリアは、このようなケーブル又はデバイス又は手段により構成され得る。代替的に、キャリアは、プログラムが組み込まれる集積回路であってよく、集積回路は、該当するプロセスを行う又は行う際に用いるように適応される。

本明細書で用いられるときの「備える、含む」という用語は、表記された特徴、整数、ステップ、又はコンポーネントの存在を明記するために採用される。しかしながら、該用語は、１つ以上の付加的な特徴、整数、ステップ、又はコンポーネント、又はその群の存在又は追加を除外しない。

本発明は、図面で説明した実施形態に限定されず、請求項の範囲内で自由に変更され得る。

Claims (10)

1. 処理ユニット（１４０）と、第１、第２、及び第３のインターフェース（１１０、１２０、１３０）とを備え、
   前記第１のインターフェース（１１０）は、処理ユニット（１４０）が三次元医用画像データのソースデータ（ＳＤ）にアクセスすることを可能にするように構成され、前記ソースデータ（ＳＤ）は輪郭描出されるべき関心ある解剖学的構造体及び前記関心ある解剖学的構造体に隣接する組織を表し、
   前記処理ユニット（１４０）が、前記ソースデータ（ＳＤ）における第１の軸方向の位置（ｚ１）で前記関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第１の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を選択するように構成され、
   前記第２のインターフェース（１２０）が、前記処理ユニット（１４０）からの制御命令に応答して、グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を出力するように構成され、
   前記第３のインターフェース（１３０）が、命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを前記処理ユニット（１４０）に送るように構成され、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットは、ユーザコマンド（ｕｃｍｄ１、ｕｃｍｄ２）の形態で前記第３のインターフェース（１３０）に受信され、第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジ（Ｅ１）を識別し、
   前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを受信した後で、前記処理ユニット（１４０）が、
   前記ソースデータ（ＳＤ）における第２の軸方向の位置（ｚ２）で前記関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第２の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第２のサブセット（ｓｄ２）を選択し、前記第２の軸方向の位置（ｚ２）は前記第１の軸方向の位置（ｚ１）とは異なり、
   前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）を前記第２のインターフェース（１２０）に出力させるように構成された制御命令を生成し、
   前記第３のインターフェース（１３０）を介して、前記第２の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の第２のエッジ（Ｅ２）を識別する命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットを受信し、
   前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて三次元シェル（３ＤＳ）を計算する、
   ように構成され、前記三次元シェル（３ＤＳ）が前記関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表し、
   データポイントの第１及び第２のセット間の補間により前記ソースデータ（ＳＤ）における第１及び第２の軸方向の位置（ｚ１、ｚ２）間の三次元シェル（３ＤＳ）の最初の推定（３ＤＳ’）を計算し、前記データポイントの第１のセットが前記第１のエッジ（Ｅ１）の第１のアウトラインを記述し、前記データポイントの第２のセットが前記第２のエッジ（Ｅ２）の第２のアウトラインを記述し、
   前記第１のエッジ（Ｅ１）の近傍の前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第１のサブセット（ｓｄ１）の第１のデータ部分（Ｂ１）を解析し、
   前記第２のエッジ（Ｅ２）の近傍の前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）の第２のデータ部分（Ｂ２）を解析し、これらに基づいて、
   前記関心ある解剖学的構造体の推定される外周（Ｐ）を定義する画像特徴の集合を導出し、
   前記画像特徴の集合にさらに基づいて前記三次元シェル（３ＤＳ）の後続する推定を計算する、
   三次元医用画像データを輪郭描出するための画像処理システム（１００）であって、
   前記処理ユニット（１４０）が、調和関数を用いることにより前記最初の推定（３ＤＳ’）にわたって前記推定される外周（Ｐ）を定義する画像特徴の集合を補間するようにさらに構成され、前記第１及び第２のデータ部分（Ｂ１、Ｂ２）から導出される画像特徴が境界条件を表す、
   ことを特徴とする、画像処理システム（１００）。
2. 前記第１の画像スライスが前記ソースデータ（ＳＤ）において第１の配向を有し、前記第２の画像スライスが前記第１の配向と平行に配向され、
   前記処理ユニット（１４０）が、表面再構築アルゴリズムを用いることにより前記三次元シェル（３ＤＳ）の最初の推定（３ＤＳ’）を計算するように構成される、
   請求項１に記載の画像処理システム（１００）。
3. 前記処理ユニット（１４０）が、前記三次元シェル（３ＤＳ）の最初の推定（３ＤＳ’）、前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）、及び前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて、前記三次元シェル（３ＤＳ）の後続する推定を計算するように構成される、請求項２に記載の画像処理システム（１００）。
4. 前記処理ユニット（１４０）がさらに、
   前記三次元シェル（３ＤＳ）を推定される前記外周（Ｐ）に近似する三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復を生成するように構成され、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）は、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）のいくつかの三角形が出会う頂点（ｖ）の組を含む、請求項１に記載の画像処理システム（１００）。
5. 前記処理ユニット（１４０）がさらに、前記第１反復に加えて、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成され、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の少なくとも１つのさらなる反復は、前記推定される外周（Ｐ）と前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の頂点（ｖ）との間の全距離測度に関する前記第１反復に対する改良である、前記推定される外周（Ｐ）の近似を表す、請求項４に記載の画像処理システム（１００）。
6. 前記処理ユニット（１４０）が、
   前記第１及び第２のサブセット（ｓｄ１、ｓｄ２）に加えて、前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）を選択し、前記少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）は、前記ソースデータ（ＳＤ）における少なくとも１つのさらなる軸方向の位置（ｚ３）で前記関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つのさらなる画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなる二次元グラフィック表現を定義し、前記少なくとも１つのさらなる軸方向の位置（ｚ３）は、前記第１及び第２の軸方向の位置（ｚ１、ｚ２）とは異なり、
   前記少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）のそれぞれに関して、前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記第２のインターフェース（１２０）に前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）を出力させるように構成された制御命令を生成し、
   前記第３のインターフェース（１３０）を介して、前記少なくとも１つのさらなる画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのさらなるエッジ（Ｅ３）を識別する命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の少なくとも１つのさらなるセットを受信し、
   前記第１、第２、及び少なくとも１つのさらなるエッジ（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて、前記関心ある解剖学的構造体の表面推定を表す前記三次元シェルの改良バージョン（３ＤＳｉ）を計算する、
   ように構成される、請求項２〜５のいずれか一項に記載の画像処理システム（１００）。
7. 前記第３のインターフェース（１３０）が、命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の補足的なセットを前記処理ユニット（１４０）に送るように構成され、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の補足的なセットは、前記少なくとも１つのさらなる画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別し、
   前記処理ユニット（１４０）が、前記調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェル（３ＤＳ）を計算するように構成される、
   請求項６に記載の画像処理システム（１００）。
8. 第１のインターフェース（１１０）を介して、三次元医用画像データのソースデータ（ＳＤ）を受信することであって、前記ソースデータ（ＳＤ）は輪郭描出されるべき関心ある解剖学的構造体及び前記関心ある解剖学的構造体に隣接する組織を表す、受信することと、
   前記ソースデータ（ＳＤ）の第１の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を選択することであって、前記第１のサブセット（ｓｄ１）は、前記ソースデータ（ＳＤ）における第１の軸方向の位置（ｚ１）で前記関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される、第１のサブセット（ｓｄ１）を選択することと、
   第２のインターフェース（１２０）を介して、グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を出力することと、
   ユーザコマンド（ｕｃｍｄ１、ｕｃｍｄ２）の形態で、第３のインターフェース（１３０）において命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを受信することと、
   第３のインターフェース（１３０）を介して受信した前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットに応答して、前記第１の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の第１のエッジ（Ｅ１）を識別することと、
   前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを受信した後で、
   前記ソースデータ（ＳＤ）の第２の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第２のサブセット（ｓｄ２）を選択することであって、前記第２のサブセット（ｓｄ２）は、前記ソースデータ（ＳＤ）における第２の軸方向の位置（ｚ２）で前記関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成され、前記第２の軸方向の位置（ｚ２）は前記第１の軸方向の位置（ｚ１）とは異なる、第２のサブセット（ｓｄ２）を選択することと、
   前記第２のインターフェース（１２０）を介して、前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）を出力することと、
   前記第３のインターフェース（１３０）を介して受信した前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットに応答して、前記第２の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の第２のエッジ（Ｅ２）を識別することと、
   前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて、前記関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す三次元シェル（３ＤＳ）を計算することと、
   データポイントの第１及び第２のセット間の補間により前記ソースデータ（ＳＤ）における前記第１及び第２の軸方向の位置（ｚ１、ｚ２）間の三次元シェル（３ＤＳ）の最初の推定（３ＤＳ’）を計算することであって、前記データポイントの第１のセットが前記第１のエッジ（Ｅ１）の第１のアウトラインを記述し、前記データポイントの第２のセットが前記第２のエッジ（Ｅ２）の第２のアウトラインを記述する、計算することと、
   前記第１のエッジ（Ｅ１）の近傍の前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第１のサブセット（ｓｄ１）の第１のデータ部分（Ｂ１）を解析することと、
   前記第２のエッジ（Ｅ２）の近傍の前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）の第２のデータ部分（Ｂ２）を解析することと、これらに基づいて、
   前記関心ある解剖学的構造体の推定される外周（Ｐ）を定義する画像特徴の集合を導出することと、
   前記画像特徴の集合にさらに基づいて前記三次元シェル（３ＤＳ）の後続する推定を計算することと、
   を含む、三次元医用画像データを輪郭描出するプロセッサにより実施される方法であって、
   調和関数を用いることにより前記最初の推定（３ＤＳ’）にわたって前記推定される外周（Ｐ）を定義する画像特徴の集合を補間し、前記第１及び第２のデータ部分（Ｂ１、Ｂ２）から導出される画像特徴が境界条件を表す、
   ことを特徴とする方法。
9. 少なくとも１つの処理ユニット（１４０）のメモリ（１５０）にロード可能であり、且つ、前記少なくとも１つの処理ユニット（１４０）上で実行されるときに請求項８に記載の方法を実行するためのソフトウェアを含む、コンピュータプログラム。
10. 少なくとも１つの処理ユニット（１４０）にロードされるときに前記少なくとも１つの処理ユニット（１４０）に請求項８に記載の方法を実行させるためのプログラムが記録されている、プロセッサ可読媒体（１５０）。

Images