JP2023549954A - 医用撮像の際に患者の位置を調整するための誘導 - Google Patents

Abstract

医用撮像の際に対象の位置を調整する、コンピュータで実施される方法は、対象の関心領域１４、１６の第１の画像２０を受信するステップ（Ｓ１０）と、第１の画像２０に基づいて第１の位置調整データを決定するステップであって、第１の位置調整データが、第１の画像２０を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域１４、１６の整列状態を示す、第１の位置調整データを決定するステップ（Ｓ２０）と、第１の位置調整データに基づいて誘導データを決定するステップであって、誘導データが、第２の画像６０を取得するために使用される、第２の画像取得ユニットに対する関心領域１４、１６の整列状態について、現在の整列状態から目標とする整列状態への誘導を含み、目標とする整列状態が、第１の位置調整データから導出された整列状態に一致するものとなる、誘導データを決定するステップ（Ｓ３０）と、第２の画像６０を取得するための誘導データを提供するステップ（Ｓ４０）とを有する。

Description

本発明は、医用撮像の際に対象の位置を調整するための、コンピュータで実施される方法、医用撮像の際に対象の位置を調整するためのデバイス、及びかかる方法のステップを実行するためのコンピュータプログラム要素に関する。

撮像技法は、医療技術において、対象の内部の視覚的表現を提供するため、例えば医療診断のために使用される。表現及び／又は診断には、例えば患者の腕骨の骨折の位置及び範囲の、最初の画像ばかりでなく、回復プロセスの過程における、例えば２か月間隔で撮影された経過観察画像での、最初の判断が含まれる。臨床専門家又は医師、好ましくは放射線科医が、次いで、様々な回復段階での画像に基づいて、骨折の治癒を評価するであろう。

様々な画像の品質が、画像の評価にとって重要であり、したがって画像の誤解を引き起こす可能性がある。

医用撮像において、画質を向上させる必要があることが分かっている。具体的には、医用画像において、高品質画像を取得するための改善された方法が必要である。本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。

第１の態様によれば、医用撮像の際に対象の位置を調整する、コンピュータで実施される方法が提供され、この方法は、対象の関心領域の第１の画像を受信するステップと、第１の画像に基づいて、且つ／又は第１の画像から第１の位置調整データを決定するステップであって、第１の位置調整データが、第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態を示す、第１の位置調整データを決定するステップと、第１の位置調整データに基づいて誘導データを決定するステップであって、誘導データが、第２の画像を取得するために使用される第２の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態について、第２の画像取得ユニットに対する関心領域の現在の整列状態から、第２の画像取得ユニットに対する関心領域の目標とする整列状態への誘導を含み、目標とする整列状態が、第１の位置調整データから導出された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態に一致するものとなる、誘導データを決定するステップと、第２の画像を取得するための誘導データを提供するステップとを有する。

本明細書で使用される場合、第１の取得ユニットと第２の取得ユニットとの区別は、最初に第１の画像を取得するために、最初に第１の取得ユニットが使用され、例えば手術直後など、後でもう一度例えば第２の画像を取得するために、第２のユニットが使用されることを指す。この点に関連して、第２の取得ユニットに対する関心領域の整列状態、すなわち、２回目に第２の画像を取得するための画像取得ユニットに対する整列状態が、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態と類似しているか又は可能な限り同じである場合、すなわち、最初の画像取得のための画像取得ユニットに対する整列状態が、２回目の時のものと同様である場合に、有用である。好ましいか又は理想的な整列状態は、目標とする整列状態と呼ばれる。第１の画像の取得と第２の画像の取得との時間間隔は、対象が、起き上がり、部屋を出て、撮像設備全体を離れるなどにより、少なくとも１回、画像取得ユニットとの整列状態を変更した期間である。例えば、第２の画像は、第１の画像に対して数時間、数日、数週間、数ヶ月、又は数年後に取得される。したがって、第２の画像の取得について、第１の画像の取得と類似又は同じ整列状態を実現させることは、些細なことではない。第２の画像は、経過観察画像とも呼ばれ、例えば、回復プロセスなどの評価など、関心領域の又は関心領域内のあらゆる変化の、検査及び／又は評価などのために撮影される。本明細書で使用される場合、第１の画像及び第２の画像は、プレビュー又はシミュレーション画像とは対照的に、両方とも、同じ画像取得技法が使用される完全な画像である。

第１の画像取得ユニット及び第２の画像取得ユニットは、同じタイプのものである。すなわち両方とも、下記で説明される同じ画像取得技法、例えばＣＴ撮像、Ｘ線撮像、ＭＲＴ撮像、及びデジタル写真撮影を利用することに留意されたい。画像取得ユニットは、同じ撮像施設に位置していてもよく、互いに離れて配置されていてもよい。

対象という用語は、この場合広義に理解されるべきであり、任意のヒト及び動物の対象が含まれる。関心領域という用語は、この場合、対象の部分的エリアを意味する。関心領域という用語には、骨（例えば、前腕の骨）、関節（例えば、膝関節）、器官（例えば、肺）、及び組織（例えば、腹部組織）が含まれることが好ましい。しかし、この用語はこれらの例に限定されるものではない。医用撮像という用語は、この場合広義に理解されるべきであり、医療目的及び／又は検査のために対象を撮像するよう構成された、任意の医用撮像技法が含まれる。この用語には、ＣＴ撮像、Ｘ線撮像、ＭＲＴ撮像、及びデジタル写真撮影が含まれる。この用語は、ＣＴ撮像及びＸ線撮像に関係することが好ましい。第１の位置調整データという用語は、この場合、第１の画像を取得するために使用される特定の位置、整列状態、向きなどを示す、位置調整データを意味する。位置調整データという用語は、一般に、撮像プロセスの準備及び／又は対象の関心領域の画像自体の取得に使用される、特定の位置、整列状態、向きなどを示す任意のデータに関係する。位置調整データには、関心領域と画像取得ユニットとの間の整列状態、位置、向きなどの、空間的なデータが含まれることが好ましい。関心領域は、関節、骨、組織の一部、例えば足首などであり、マルチボディモデルとして表され、すべてのボディが並進３自由度及び回転３自由度を有する。画像取得ユニットは、放射線を放出するよう構成された線源と、放射線を検出するよう構成された検出ユニットとを備える。取得ユニットの位置調整データは、回転及び並進の自由度の値を含む。位置調整データは、取得ユニットの座標系（例えば、ＣＴ撮像ユニットの原点座標系（ｏｒｉｇｉｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ））に関係する絶対値で表されてもよく、又は関心領域に対する取得ユニットに関係する相対値（例えば、画像取得ユニットの線源と膝、足首との間のｘ方向の距離が５００ｍｍ）で説明されてもよい。位置調整データという用語には、取得ユニットの１つ又は複数のプロセスパラメータ（例えば、コリメーションウィンドウ）、放射線の光路、並びに放射線と関心領域との交点が含まれる。誘導データという用語は、この場合広義に理解されるべきであり、人が、第２の画像又は後続の若しくはさらなる画像に向けて、関心領域を取得ユニットに整列させるか、又は取得ユニットを関心領域に整列させるのを補助する、任意の種類のデータが含まれる。したがって、１つの目的は、第２の画像又は後続の画像の整列状態と、前の第１の画像に使用された整列状態との間で、可能な限り正確な整合を実現させることであり得る。誘導データは、現在の整列状態と目標とする整列状態との位置調整データ間の差に関係することが好ましい。目標とする整列状態は、少なくとも大部分が、第１の画像を取得するために使用された整列状態、及び／又は第１の位置調整データに含まれる整列状態に一致していることが好ましい。

言い換えると、誘導には、関係する位置調整パラメータ（例えば、角度）の変更を推奨することが含まれる。誘導データは、表、図、音声信号、アニメーション、視覚化によって提示される。誘導データは、継続的に判断される。現在の整列状態という用語には、この場合、関心領域と画像取得ユニットとの間の、今の実際の整列状態又は理想的な整列状態が含まれる。目標とする整列状態という用語は、この場合、第１の画像の整列状態を表す、整列状態を意味する。目標とする整列状態は、第２の画像又はさらなる画像を取得するために使用される。第１の画像に基づくという用語は、この場合、第１の位置調整データが第１の画像から導出されることを意味する。

言い換えると、本開示は、画像取得の際に、画像取得ユニットと関心領域との間の整列状態が相異なる場合、臨床専門家及び／又は医師が、２つの相異なる画像を評価することは困難であるという知識に基づいている。整列状態が相異なれば、結果的に表現も相異なり、例えば、画像取得ユニットに対する関心領域の投影も相異なる。したがって、臨床専門家及び／又は医師は、第１の画像と第２の画像との差が、例えば、治癒プロセスによって生じているのか、又は第１の画像及び第２の若しくは後続の画像を取得するために使用された整列状態が、相異なっていたことだけに起因しているのかを、迷うことなく評価することはできない。これにより、結果として関心領域のさらなる撮像が必要となるか、又は画像の誤った評価及び／若しくは誤った診断が生じる。本開示は、第１の画像の位置調整データ、すなわち、第１の画像を取得するために使用される整列状態を決定するステップ、位置調整データから誘導データを導出するステップ、及び第２の画像を取得するための誘導データを提供するステップ、好ましくは、少なくとも大部分が、前の第１の画像を取得するために使用された整列状態に一致している、第２の又は後続の画像を取得するために使用されるべき整列状態を提供するステップによって、この問題を解決する。したがって、第２の画像は、第１の画像の取得に割り当てられた位置調整データと、少なくともほぼ同じか又は正確な位置調整データを使って取得される。第１の画像及び第２の画像に対して同じ位置調整データが適用され、画像を取得するための少なくともほぼ同じ整列状態が得られるか、又は整列状態が一致するおかげで、第１の画像と第２の画像との比較可能性が高まり、したがって、第１の画像及び第２の画像、並びに対応する評価の信頼度が高まる。したがって、第２の画像の第１の画像との比較可能性が高まるおかげで、不要な追加画像をなくすることによって、撮像処理の効率が高まる。

一実施形態によれば、第１の位置調整データには、軸、角度、距離、コリメーション開口部、中央ビームと関心領域の骨及び屈曲部との交点のうちの１つ又は複数が含まれる。「のうちの１つ又は複数」という表現は、この場合、例えば２本の軸及び１つの角度が考慮されることを意味する。言い換えると、選択は、１群の位置調整データのうちの１からｎまでの位置調整データパラメータを考慮し、ここでｎは、可能な位置調整データパラメータの総数を表す。軸とは、取得ユニット及び／又は関心領域の並進軸（例えば、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）である。距離とは、関心領域と画像取得ユニットの線源との間の、軸及び距離の値によって表される、並進方向の距離である。角度とは、軸及び角度の値によって表される、軸周りの角度である。角度はまた、関心領域の関節（例えば、膝関節）の角度である。コリメーション開口部という用語は、この場合、放射線の方向を適合させ、且つ／又は放射線ビームの空間的断面を減少又は増加させるよう構成された、コリメータの開口幅又は開口高さに関係する。コリメーション開口部はしたがって、関心領域の視野に影響を与える。コリメーションが不十分な画像では、関心領域に隣接する領域の、多くの不必要な情報が表示される。コリメーションが過度な画像では、関心領域の一部しか表示されない。中央ビームが例えば骨の構造体と交差するたびに、中央ビームは、屈曲され、曲げられて、これは、ビーム方向の変化及び／又はビームの放射強度の変化を引き起こす。第１の画像から導出された位置調整データは、第１の画像における整列状態の情報を提供する。第１の画像の位置調整データがより正確に決定され、第２の画像を生成するために使用されるほど、第１の画像と第２の画像との比較可能性が一層高くなる。

一実施形態によれば、第１の位置調整データを決定するステップは、第１の画像のメタデータから第１の位置調整データを読み取るステップであって、第１の画像のメタデータが、少なくとも第１の画像の位置調整データを含む、読み取るステップ、及び／又は画像分析アルゴリズムを使用して第１の画像を分析するステップを有する。メタデータという用語は、この場合、広義に理解されるべきであり、タイムスタンプ、患者ＩＤ、使用された画像取得ユニットなど、画像に関係する任意のデータが含まれる。メタデータには、第１の画像の位置調整データが含まれることが好ましい。メタデータは、例えばＤＩＣＯＭ形式又はテキストの形で、第１の画像に添付される。これは、第１の画像の画像取得プロセスが、第１の画像を直接分析する可能性を有している場合で、この可能性が、第２の画像の撮像プロセスで利用できない場合に、有益である。したがって、それぞれに、この方法の柔軟性、適用性を高める。分析アルゴリズムを使用して第１の画像を分析するステップは、この分析方法が第１の撮像プロセスで利用できない場合の、方法の柔軟性も高めるので有益である。分析アルゴリズムは、第１の画像の少なくとも一部のセグメント化を含む。追加的又は代替的に、分析アルゴリズムは、第１の画像を解剖学アトラスに重ね合わせることを含む。第１の画像のセグメント化は、以下のセグメント化技法のうちの１つ又はその組合せを使用して実行される。領域拡張法、ウォータシェッド変換、エッジ検出、形状モデル、アピアランスモデル、及びユーザのグラフィカルユーザインタフェースとの対話を使用する、手作業でのセグメント化。追加的又は代替的に、セグメント化は、人工ニューラルネットワークを使用して実行される。セグメント化は、自動的に、又は対話式（すなわち、ユーザの介入を必要とする）に実行される。対話式セグメント化では、コンピュータシステムは、画像領域の場所、向き、及び／又は外側の輪郭のうちの１つ又は複数のパラメータを示す、ユーザ入力を受信する。人工ニューラルネットワークは、具体的には対話式セグメント化によって実行された、セグメント化された画像を使用して訓練される。人工ニューラルネットワークには、入力層、１つ又は複数の中間層、及び出力層が含まれる。人工ニューラルネットワークは、畳み込みニューラルネットワークとして、具体的には、深層畳み込みニューラルネットワークとして構成される。アトラスには、１つ又は複数の身体部分の統計的に平均化された解剖学的マップが含まれる。アトラスの少なくとも一部は、関心領域の２次元若しくは３次元形状を指示するか、又は２次元若しくは３次元形状を表す。本開示で説明されている実施形態での、第１の画像及び／又は第２の画像の位置調整データを決定するステップで使用される、分析アルゴリズムの説明は、Ｂａｓｔｉａｎ Ｂｉｅｒ、Ｆｌｏｒｉａｎ Ｇｏｌｄｍａｎｎ、Ｊａｎ－Ｎｉｃｏ Ｚａｅｃｈ、Ｊａｖａｄ Ｆｏｔｏｕｈｉ、Ｒａｃｈｅｌ Ｈｅｇｅｍａｎ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｇｒｕｐｐ、Ｍｅｈｒａｎ Ａｒｍａｎｄ、Ｇｒｅｇ Ｏｓｇｏｏｄ、Ｎａｓｓｉｒ Ｎａｖａｂ、Ａｎｄｒｅａｓ Ｍａｉｅｒ、Ｍａｔｈｉａｓ Ｕｎｂｅｒａｔｈによって著され、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｓｕｒｇｅｒｙ、２０１９年に掲載された論文「Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｌａｎｄｍａｒｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｌｖｉｓ ｉｎ Ｘ－ｒａｙｓ ｆｒｏｍ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｖｉｅｗｓ」で説明されている。この論文の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

一実施形態では、誘導データを提供するステップは、現在の整列状態及び／又は目標とする整列状態の、少なくとも一方の視覚的表現を有する。視覚的表現は、病院の画像取得室の画面上に表示される。視覚的表現は、整列状態から、結果的に生じる光路を示す（例えば、矢印）。現在の整列状態及び目標とする整列状態の視覚的表現は、同じ画面上の１つのウィンドウ又は別々のウィンドウに表示される。現在の整列状態及び／又は目標とする整列状態の視覚的表現は、現在の整列状態から目標とする整列状態への適合プロセスを簡素化し、ユーザが画面上で違いを見ることができるので有益である。

一実施形態では、誘導データを提供するステップは、少なくとも関心領域の視覚的表現を有する。視覚的表現は、すべての対象に使用される関心領域（例えば、膝関節などの関節）の平均的な表現、又は患者データに基づく関心領域（例えば、前腕の骨）の個人に合わせた表現である。関心領域の視覚的表現は、現在の整列状態から目標とする整列状態への適合プロセスを簡素化し、ユーザが、関心領域の位置をどのように適合させるべきかを、頭の中で想像するのではなく画面上で見ることができるので有益である。誘導データには、画像取得ユニットの視覚的表現がさらに含まれる。これに関連して、視覚的表現は、絶対値を含むことが好ましい。絶対値は、例えば、数値及び／又は表で示される角度（例えば、現在の整列状態と目標とする整列状態との間の１０°の差）である。視覚的表現は、１つの絶対値に限定されるものではない。これは、ユーザの適合プロセスについて、複雑さを軽減するので有益である。

一実施形態では、視覚的表現は、現在の整列状態に応じて更新される。これは、現在の整列状態を、目標とする整列状態に合わせるための最適化の観点から、有益である。視覚的表現は、好ましくは毎分、３０秒ごと、１５秒ごと、又は毎秒など、継続的に更新されることが好ましい。誘導データには、位置調整データを適合させるための、推奨する順序がさらに含まれる。これは、位置調整データが不利に相互作用する場合がある（例えば、位置調整データの１つのパラメータが、目標値を有するときに、位置調整データの１つのパラメータが、位置調整データの別のパラメータの適合を制約する場合がある）ので、有益である。

一実施形態によれば、第１の画像取得ユニットは、１回目に第１の画像を取得するために使用され、第２の画像取得ユニットは、１回目の後、２回目に第２の画像を取得するために使用される。上記で説明されたように、第２の画像は、経過観察画像又は第１の画像の後に続く画像である。

一実施形態では、第１の画像取得ユニット及び第２の画像取得ユニットは、同じ画像取得技法を利用する。

一実施形態では、誘導データには、現在の整列状態に基づく関心領域のプレビュー画像が含まれ、プレビュー画像は、現在の整列状態で、第２の画像取得ユニットを使用した実際の画像取得において取得されることになる、シミュレーション画像である。シミュレーション画像は、関心領域の３Ｄモデル及び現在の整列状態から導出される。関心領域の３Ｄモデルは、個人データと無関係なすべての人に当てはまる静的平均モデルか、又は患者の個人データ（例えば、性別、年齢、身長など）に応じて適合される動的モデルである。現在の整列状態及び３Ｄモデルに基づいて、計算アルゴリズムは、実際の現在の整列状態の場合に撮像されることになる順投影（ｆｏｒｗａｒｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を計算する。これは、現在の整列状態が、第１及び第２の画像をさらに評価するのに、既に十分であるかどうかのバランスをとるという観点から（例えば、患者がさらに新しい状態にあることに起因して、目標とする整列状態に到達できない場合）、有益である。これに関連して、この方法は、プレビュー画像が、好ましくは現在の整列状態に応じて更新されるように提供される。これは、現在の整列状態を最適化するという観点から、有益である。これに関連して、プレビュー画像は、例えば３分後、１分後、３０秒後、１５秒後、又は１秒後など、継続的に適合されることが好ましい。これは、準備プロセスを簡素化し、目標とする整列状態に合わせるための一助となる。Ｘ線画像投影を表すシミュレーション画像は、３Ｄモデルの仮想検出面への平行投影又は投影法で作られる投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を実行することによって実現する、３Ｄモデルから生成される疑似Ｘ線画像である。これは、位置調整データを仮想的に最適化するのに有益である。

一実施形態では、現在の整列状態は、少なくとも１つの光センサ及び／又は画像取得ユニットの制御信号から導出される。光センサは、関心領域の１つ又は複数の位置を測定する。測定に基づいて、角度、距離などの位置調整データが導出される。制御信号は、画像取得ユニット（すなわち、線源及び／又は検出器）の位置及び／又は向きを示す。これは、整列状態のあらゆる適合が可視となり、現在の整列状態から目標とする整列状態への適合を最適化するのに役立つので、有益である。

一実施形態では、現在の整列状態は、現在の整列状態のシミュレーション表現である。シミュレーション表現により、ユーザ（例えば、技師）は、関心領域及び／又は画像取得ユニットの位置、向きなどを変更することにより、現在の整列状態を仮想的に最適化することができる。これは、実際の治療の準備をするために有益である。これは、ユーザ（例えば、技師又はＭＴＲＡ）の訓練の基礎として役立つので、さらに有益である。

一実施形態では、この方法は、第１の画像と第２の画像との間の１つ又は複数の位置の差を含む、第１の画像と第２の画像との減算画像を計算するステップをさらに有する。位置の差という用語は、この場合、例えば骨が、第２の画像では、第１の画像と比較してそれぞれ別の位置での姿勢にあることを意味する。これにより、両方の画像を評価するのに問題が生じる。減算画像は、両方の画像の関心領域に見える主要な骨構造体を使用して、両方の画像を重ね合わせるステップにより計算される。これに関連して、この方法は、第１の画像及び／又は第２の画像で、１つ又は複数の位置の差を強調表示するステップをさらに有することが好ましい。減算画像はさらに、時間間隔変化を明らかにする。時間間隔変化という用語には、この場合、腫瘍の増大又は収縮、インプラントの緩み、骨折の治癒、軟骨の変性、骨の整列状態補正、及びデバイスの位置取りの変化（例えば、手術前又は損傷前の画像と比較したネジ、ロッド、及び固定具）が含まれる。これは、両方の画像及び／又は関心領域の内容の変化を評価するのに有益である。本開示で説明されている実施形態で使用される、減算画像の計算の説明は、Ｊｅｎｓ ｖｏｎ Ｂｅｒｇ、Ｊａｌｄａ Ｄｗｏｒｚａｋ、Ｔｏｂｉａｓ Ｋｌｉｎｄｅｒ、Ｄｉｒｋ Ｍａｎｋｅ、Ｈａｎｓ Ｌａｍｅｃｋｅｒ、Ｓｔｅｆａｎ Ｚａｃｈｏｗ、Ｃｒｉｓｔｉａｎ Ｌｏｒｅｎｚによって著され、ＳＰＩＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ２０１１に掲載された論文「Ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｓｔ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｐｏｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ」で説明されている。この論文の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

さらなる態様は、医用撮像の際に対象の位置を調整するデバイスに関し、このデバイスは、対象の関心領域の第１の画像を受信するよう構成された受信ユニットと、第１の画像に基づいて第１の位置調整データを構成する、第１の決定ユニットであって、第１の位置調整データが、第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態を示す、第１の決定ユニットと、第１の位置調整データに基づいて、誘導データを決定するよう構成された第２の決定ユニットであって、誘導データが、第２の画像を取得するために使用される、第２の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態について、現在の整列状態から目標とする整列状態への誘導を含み、目標とする整列状態が、第１の位置調整データから導出された整列状態に一致するものとなる、第２の決定ユニットと、第２の画像を取得するための誘導データを提供するよう構成された、提供ユニットとを備える。受信ユニット、決定ユニット、取得ユニット、及び／又は提供ユニットは、様々なハードウェアユニットに分散されてもよく、又は単一のハードウェア内で組み合わされてもよい。第１の決定ユニット及び第２の決定ユニットは、１つのハードウェアユニットであってもよい。さらに、受信ユニット、決定ユニット、取得ユニット、及び／又は提供ユニットは、仮想ユニット（すなわち、ソフトウェアユニット）であってもよい。

デバイスは、任意選択で、第１の態様による方法を実行するよう構成される。

さらなる態様は、上記で説明された方法のステップを実行するよう構成された、コンピュータプログラム要素に関する。コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニットに記憶され、これもまた実施形態の一部である。このコンピュータ処理ユニットは、上記で説明された方法のステップを実行するか、又は実行を引き起こすよう構成される。コンピュータ処理ユニットはさらに、上記で説明されたデバイスの構成要素を動作させるよう構成される。コンピュータ処理ユニットは、自動的に動作するよう、且つ／又はユーザの命令を実行するよう構成され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作業メモリにロードされる。データプロセッサは、したがって、前述の実施形態のうちの１つによる方法を実行するよう装備される。本発明のこの例示的な実施形態は、最初からずっと本発明を使用するコンピュータプログラムと、更新することによって既存のプログラムを、発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの、両方を包含する。さらに加えて、コンピュータプログラム要素は、上記で説明された方法の例示的な実施形態の手順を満たすために必要なすべてのステップを、提供することができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢスティックなどのコンピュータ可読媒体が提供され、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読媒体に記憶されるコンピュータプログラム要素を有し、コンピュータプログラム要素については、前節で説明された。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される、光記憶媒体又は固体媒体などの好適な媒体に記憶且つ／又は分散配置されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムなどを介して、他の形態で分散配置されてもよい。しかし、コンピュータプログラムはまた、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提供されてもよく、かかるネットワークから、データプロセッサの作業メモリへダウンロードすることができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードで入手可能にするための媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つによる方法を実行するよう配置される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、これ以降に説明される実施形態から明らかになり、また実施形態を参照しながら明確化されるであろう。

以下の図面で、本発明の例示的な実施形態を説明することにする。

本開示の一実施形態による、デバイスの概略図である。 放射線ガイドラインに従った、最適なＸ線投影の概略図である。 第１の画像（左）と、対応する品質空間図（右）とを示す図である。 脚を撮像するための、誘導データを示す図である。 第２の画像（左）と、対応する品質空間図（右）とを示す図である。 本開示の第１の実施形態による方法の概略図である。

図１は、本開示の一実施形態による、デバイスの概略図である。デバイス７０は、医用撮像の際に対象の位置を調整するよう構成される。デバイス７０は、対象の関心領域の第１の画像を受信するよう構成された受信ユニット７１と、第１の画像に基づいて第１の位置調整データを構成する、第１の決定ユニット７２であって、第１の位置調整データが、第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態を示す、第１の決定ユニット７２と、第１の位置調整データに基づいて、誘導データを決定するよう構成された第２の決定ユニット７３であって、誘導データが、第２の画像を取得するために使用される、第２の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態について、現在の整列状態から目標とする整列状態への誘導を含み、目標とする整列状態が、第１の位置調整データから導出された整列状態に一致するものとなる、第２の決定ユニット７３と、第２の画像を取得するための誘導データを提供するよう構成された、提供ユニット７４とを備える。デバイス７０は、データを交換するように構成された１つ又は複数のインタフェースを備える、データ処理ユニットである。

図２は、例えば、一般に病院で使用される、放射線ガイドラインに従った最適なＸ線投影の概略図である。放射線ガイドラインは、可能な限り最高の画質を実現させるために、ＭＲＴＡを補助する。概略図１０は、スケッチされた側面図１１、実際の側面図１２、及びスケッチされた背面図１３を示し、３つの図はすべて、対象の足１４、１６、１７を関心領域として示している。足は、Ｘ線検出器１５上に配置される。スケッチされた線１は、画像取得ユニット、この場合はＸ線管（図示せず）の放射線経路の中心ビーム１を表している。スケッチされた側面図１１及び実側面図は、足を目標とする整列状態に、具体的には、足首をＸ線検出器１５の中央に配置するための、ＭＲＴＡへ推奨する並進情報に関係する、この例示的なＭＲＴＡの誘導に従うものである。背面図１３には、放射線経路１９に対して１５から２０°の推奨値である回転角度１８が、推奨するものとして含まれている。足１６の向きは、この特定の例について、放射線ガイドラインに従って適切な結果を実現させるために、１５から２０°にわたって回転させるべきである。

図３は、本開示の一実施形態による、第１の画像２０（左）と、対応する品質空間図２１（右）とを示している。第１の画像は、放射線ガイドラインの目標とする整列状態と同じであるべき、第１の整列状態で取得されている。しかし、第１の整列状態は、放射線ガイドラインの目標とする整列状態からずれている。第１の画像は、図２で示された足１４、１６のＸ線画像である。第１の画像２０には、例として、数本のネジ２２、２３、２４、及び２５が含まれている。第１の画像２０は、ＭＲＴＡが、放射線ガイドラインを考慮して撮像する。品質空間図２１は、２本の軸２７、２８を含む。第１の軸２７は、この例では回転角度１を表し、第２の軸２８は、この例では回転角度２を表している。回転角度１は、この例では、図１の回転角度１８を表している。品質空間図２１には、画質の目盛り２８がさらに含まれている。画質の目盛り２８は、画像の品質に関するものであり、この例では、画質の目盛りには、不十分、どちらでもない、及び良好の段階、及び－２から２までの数値コード割当て（ｎｕｍｂｅｒ ｃｏｄｉｎｇ）が含まれている。多角形２６は、第１の画像２０の品質に関係する。見て分かるように、この例では品質が不十分である。これは、患者の位置の準備が不適切（例えば、不適当な回転角度１及び回転角度２）、又は例えば、撮像中の患者の動きに起因している。品質空間図での他の点は、以前の画像を表している。品質空間図は、画像分析の観点から有益であり、画像を再度撮像する必要があるかどうかを明らかにする。第１の画像の対応する回転角度１及び回転角度２は、Ｂａｓｔｉａｎ Ｂｉｅｒ、Ｆｌｏｒｉａｎ Ｇｏｌｄｍａｎｎ、Ｊａｎ－Ｎｉｃｏ Ｚａｅｃｈ、Ｊａｖａｄ Ｆｏｔｏｕｈｉ、Ｒａｃｈｅｌ Ｈｅｇｅｍａｎ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｇｒｕｐｐ、Ｍｅｈｒａｎ Ａｒｍａｎｄ、Ｇｒｅｇ Ｏｓｇｏｏｄ、Ｎａｓｓｉｒ Ｎａｖａｂ、Ａｎｄｒｅａｓ Ｍａｉｅｒ、Ｍａｔｈｉａｓ Ｕｎｂｅｒａｔｈによって著され、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｓｕｒｇｅｒｙ、２０１９年に掲載された論文「Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｌａｎｄｍａｒｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｌｖｉｓ ｉｎ Ｘ－ｒａｙｓ ｆｒｏｍ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｖｉｅｗｓ」で説明されている分析アルゴリズムによって決定される。この論文の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図４は、脚を撮像するための、誘導データを示している。誘導データには、この例では、本開示の一実施形態による、脚の回転（左）及び真空管の回転（右）に関する、脚の視覚的表現４０が含まれている。脚の回転に関する視覚的表現４１には、座標系４３、関心領域４４の表現、この場合は脚４４、現在の整列状態４５の表現、目標とする整列状態４６の表現、及び現在の整列状態４５と目標とする整列状態４６との間の回転角度１７の視覚的表現４７が含まれている。目標とする整列状態４６は、この場合、第１の画像２０の整列状態を表している。真空管の回転の視覚的表現４１には、別の視点からの関心領域５０、脚の視覚的表現、現在の整列状態４８の視覚的表現、及び目標とする整列状態４９の視覚的表現、並びに真空管の回転角度５１が含まれている。この例では、第１のＸ線画像を再現するために、現在の整列状態に対して、患者の脚を内側に２０°、真空管を体の後端に向かって１０°回転させる必要がある。

図５は、第２の画像（左）と、対応する品質空間図（右）とを示している。第２の画像６０は、図３による誘導データに基づいて実現した整列状態で取得された、脚の後続の画像又は経過観察画像を示しており、図３による誘導データが、第２の画像に向けた患者の脚の配置を補助するものとして、ＭＲＴＡの役に立った。第２の画像の対応する回転角度１及び回転角度２は、図３で説明された、分析アルゴリズムによって決定される。多角形２６は、第１の画像２０の品質に関し、多角形６２は、第２の画像６０の品質に関する。両方の多角形２６、６２が、ほぼ同じ回転角度１及び回転角度２を示している。したがって、第１の画像２０と経過観察の検査での第２の画像６０とは、高い比較可能性を実現する。

図６は、本開示の第１の実施形態による方法の概略図である。

医用撮像の際に対象の位置を調整するためのコンピュータで実施される方法は、第１のステップＳ１０として、対象の関心領域の第１の画像を受信するステップを有する。第１の画像は、受信ユニット又は対応するインタフェースを介して受信される。第１の画像には、ＤＩＣＯＭ形式が含まれる。第１の画像は、Ｘ線管又はＣＴを使って取得される。第１の画像は、病院のデータベース又はクラウドサーバから供給されてもよい。

第２のステップＳ２０において、第１の画像に基づく第１の位置調整データが決定され、第１の位置調整データは、第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態を示す。第１の位置調整データを決定するステップは、第１の画像のメタデータから第１の位置調整データを読み取るステップを有し、第１の画像のメタデータには、位置調整データ、例えば回転角度１及び回転角度２、並びに患者のＩＤが含まれる。別法として、第１の画像の位置調整データは、分析アルゴリズムを使用して決定される。分析アルゴリズムは、第１の画像の少なくとも一部のセグメント化を含む。追加的又は代替的に、分析アルゴリズムは、第１の画像を解剖学アトラスに重ね合わせることを含む。第１の画像のセグメント化は、以下のセグメント化技法のうちの１つ又はその組合せを使用して実行される。領域拡張法、ウォータシェッド変換、エッジ検出、形状モデル、アピアランスモデル、及びユーザのグラフィカルユーザインタフェースとの対話を使用する、手作業でのセグメント化。追加的又は代替的に、セグメント化は、人工ニューラルネットワークを使用して実行される。セグメント化は、自動的に、又は対話式（すなわち、ユーザの介入を必要とする）に実行される。対話式セグメント化では、コンピュータシステムは、画像領域の場所、向き、及び／又は外側の輪郭のうちの１つ又は複数のパラメータを示す、ユーザ入力を受信する。人工ニューラルネットワークは、具体的には対話式セグメント化によって実行された、セグメント化された画像を使用して訓練される。人工ニューラルネットワークには、入力層、１つ又は複数の中間層、及び出力層が含まれる。人工ニューラルネットワークは、畳み込みニューラルネットワークとして、具体的には、深層畳み込みニューラルネットワークとして構成される。アトラスには、１つ又は複数の身体部分の統計的に平均化された解剖学的マップが含まれる。アトラスの少なくとも一部は、関心領域の２次元若しくは３次元形状を指示するか、又は２次元若しくは３次元形状を表す。

第３のステップＳ３０において、第１の位置調整データに基づく誘導データが決定され、誘導データは、第２の画像を取得するために使用される、第２の画像取得ユニットに対する関心領域の整列状態について、現在の整列状態から目標とする整列状態への誘導を含み、目標とする整列状態が、第１の位置調整データから導出された整列状態に一致するものとなる。

第４のステップＳ４０では、第２の画像を取得するための、誘導データが提供される。

誘導データには、現在の整列状態及び目標とする整列状態の、視覚的表現が含まれる。視覚的表現は、画像取得室の画面上に表示される。視覚的表現は、整列状態から、結果的に生じる光路を示す。現在の整列状態及び目標とする整列状態の視覚的表現は、同じ画面上の１つのウィンドウ又は別々のウィンドウに表示される。誘導データには、関心領域の視覚的表現がさらに含まれる。視覚的表現は、すべての患者に使用される関心領域（例えば、膝関節）の静的表現である。誘導データには、画像取得ユニットの視覚的表現がさらに含まれる。これに関連して、視覚的表現は、絶対値を含むことが好ましい。絶対値は、例えば、数値及び／又は表で示される角度（例えば、現在の整列状態と目標とする整列状態との間の１０°の差）である。視覚的表現は、現在の整列状態に応じて継続的に更新される。誘導データには、位置調整データを適合させるための、推奨する順序がさらに含まれる。誘導データには、現在の整列状態に基づく関心領域のプレビュー画像がさらに含まれ、プレビュー画像は、現在の整列状態で、第２の画像取得ユニットを使用した実際の画像取得において取得されることになる、シミュレーション画像である。シミュレーション画像は、関心領域の３Ｄモデル及び現在の整列状態から導出される。関心領域の３Ｄモデルは、個人データと無関係なすべての人に当てはまる静的平均モデルか、又は患者の個人データ（例えば、性別、年齢、身長など）に応じて適合される動的モデルである。現在の整列状態及び３Ｄモデルに基づいて、計算アルゴリズムは、実際の現在の整列状態の場合に撮像されることになる、順投影を計算する。プレビュー画像は、現在の整列状態に応じて継続的に更新される。

別の例示的な実施形態では、適切なシステム上での前述の実施形態のうちの１つによる、方法のステップを実行するよう構成されることを特徴とする、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。

コンピュータプログラム要素は、したがって、データ処理ユニットに記憶され、これもまた実施形態の一部である。このデータ処理ユニットは、上記で説明された方法のステップを実行するか、又は実行を引き起こすよう構成される。データ処理ユニットはさらに、上記で説明されたデバイス及び／又はシステムの構成要素を動作させるよう構成される。コンピュータ処理ユニットは、自動的に動作するよう、且つ／又はユーザの命令を実行するよう構成され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作業メモリにロードされる。データプロセッサは、したがって、前述の実施形態のうちの１つによる方法を実行するよう装備される。

さらに、コンピュータプログラム要素は、上記で説明された方法の、例示的な実施形態の手順を満たすために必要なすべてのステップを、提供することができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢスティックなどのコンピュータ可読媒体が提供され、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読媒体に記憶されるコンピュータプログラム要素を有し、コンピュータプログラム要素については、前節で説明された。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される、光記憶媒体又は固体媒体などの好適な媒体に記憶且つ／又は分散配置されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムなどを介して、他の形態で分散配置されてもよい。

しかし、コンピュータプログラムはまた、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提供されてもよく、かかるネットワークから、データプロセッサの作業メモリへダウンロードすることができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードで入手可能にするための媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つによる方法を実行するよう配置される。

本発明の実施形態は、様々な主題に関連して説明されていることに留意されたい。具体的には、いくつかの実施形態が、方法タイプの特許請求の範囲に関連して説明されている一方で、他の実施形態は、デバイスタイプの特許請求の範囲に関連して説明されている。しかし当業者は、特に断りのない限り、１つのタイプの主題に属する機能の任意の組合せに加え、相異なる主題に関する機能間の任意の組合せもまた、この出願によって開示されていると解釈されることを、上記の説明及び以下の説明から推測されよう。しかし、すべての機能を組み合わせて、機能の単なる足し算を上回る相乗効果を得ることができる。

本発明について、図面及び前述の説明で詳細に例示し、説明してきたが、かかる例示及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないと解釈すべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形形態は、当業者が、特許請求される発明を実践する上で、図面、開示、及び従属請求項の検討から理解し達成できるものである。

特許請求の範囲で、「備える」という単語は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、また単数形の要素は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は単一の他のユニットは、特許請求の範囲に列挙された複数の項目の機能を果たす。特定の手段が、互いに相異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

１０ 概略図
１１ スケッチされた側面図
１２ 実際の側面図
１３ スケッチされた背面図
１４、１６、１７ 関心領域
１、１９ 放射線経路
１５ Ｘ線検出器
１８ 回転角度
２０ 第１の画像
２１、６１ 品質空間図
２２、２３、２４、２５ ネジ
２６ 第１の画像を表す多角形
２７、２８、６３、６４ 位置調整データの軸
４１、４２ 視覚的表現
４３ 座標系
４４、５０ 関心領域の視覚的表現
４５、４８ 現在の整列状態の視覚的表現
４６、４９ 目標とする整列状態の視覚的表現
４７、５１ 回転角度の視覚的表現
６０ 第２の画像
６２ 第２の画像を表す多角形
７０ デバイス
７１ 受信ユニット
７２ 第１の決定ユニット
７３ 第２の決定ユニット
７４ 提供ユニット

Claims (15)

1. 医用撮像の際に対象の位置を調整する、コンピュータで実施される方法であって、前記方法が、
   前記対象の関心領域の第１の画像を受信するステップと、
   前記第１の画像に基づいて第１の位置調整データを決定するステップであって、前記第１の位置調整データが、前記第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態を示す、第１の位置調整データを決定するステップと、
   前記第１の位置調整データに基づいて誘導データを決定するステップであって、前記誘導データが、第２の画像を取得するために使用される第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態について、前記第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の現在の整列状態から、前記第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の目標とする整列状態への誘導を含み、前記目標とする整列状態が、前記第１の位置調整データから導出された、前記第１の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態に一致するものとなる、誘導データを決定するステップと、
   前記第２の画像を取得するための前記誘導データを提供するステップと
   を有する、方法。
2. 前記第１の位置調整データが、軸、角度、距離、コリメーション開口部、中央ビームと前記関心領域の骨及び屈曲部との交点のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の位置調整データを前記決定するステップが、
   前記第１の画像のメタデータから前記第１の位置調整データを読み取るステップであって、前記第１の画像の前記メタデータが、少なくとも前記第１の画像の前記位置調整データを含む、読み取るステップ、及び／又は
   画像分析アルゴリズムを使用して、前記第１の画像を分析するステップ
   を有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記誘導データを提供するステップが、前記現在の整列状態及び／又は前記目標とする整列状態の少なくとも一方の視覚的表現を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記誘導データを提供するステップが、少なくとも前記関心領域の視覚的表現を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記視覚的表現が絶対値を含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記視覚的表現が、前記現在の整列状態に応じて継続的に更新される、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記誘導データが、前記現在の整列状態に基づく前記関心領域のプレビュー画像を含み、前記プレビュー画像が、前記現在の整列状態で、前記第２の画像取得ユニットを使用した実際の画像取得において取得されることになる、シミュレーション画像である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１の画像取得ユニット及び前記第２の画像取得ユニットが、同じ画像取得技法を利用する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記現在の整列状態が、少なくとも１つの光センサ及び／又は前記画像取得ユニットの制御信号から導出される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記現在の整列状態が、前記現在の整列状態のシミュレーション表現である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１の画像と前記第２の画像との間の１つ又は複数の位置の差を含む、前記第１の画像と前記第２の画像との減算画像を計算するステップをさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記第１の画像及び／又は前記第２の画像で、１つ又は複数の前記位置の差を強調表示するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 医用撮像の際に対象の位置を調整するデバイスであって、前記デバイスが、
    前記対象の関心領域の第１の画像を受信する、受信ユニットと、
    前記第１の画像に基づいて第１の位置調整データを構成する決定ユニットであって、前記第１の位置調整データが、前記第１の画像を取得するために使用された、第１の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態を示す、決定ユニットと、
    前記第１の位置調整データに基づいて誘導データを決定する決定ユニットであって、前記誘導データが、第２の画像を取得するために使用される、第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態について、前記第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の現在の整列状態から、前記第２の画像取得ユニットに対する前記関心領域の目標とする整列状態への誘導を含み、前記目標とする整列状態が、前記第１の位置調整データから導出された、前記第１の画像取得ユニットに対する前記関心領域の整列状態に一致するものとなる、決定ユニットと、
    前記第２の画像を取得するための前記誘導データを提供する、提供ユニットと
    を備える、デバイス。
15. プロセッサによって実行されると、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実行する、コンピュータプログラム。

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