JP4079632B2 - 医用画像データを選択し表示する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医用イメージングに関し、具体的に述べると、医師が医用イメージング・システムで取得した画像データから診断用画像を選択して表示することが出来るようにする方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
病気や傷害を治療するのに適した医用画像を取得するために多くのイメージング法が使用されている。これらには、Ｘ線システム、ＣＴシステム、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム、超音波システム及び核医学システムが含まれている。これらの医用イメージング・システムの特徴は、患者の走査の際に多量の画像データを取得する能力を有することである。画像データは３次元（３Ｄ）画像として直接的に取得し得ることであり、殆どの場合、画像データは一連の連続した２次元（２Ｄ）スライス画像として取得され、これらの２Ｄスライス画像は３Ｄ画像を構成するために組み合わせてもよいし組み合わせなくてもよい。
【０００３】
多くの場合、病気又は傷害の位置はよく判っており、医師は、この既知の位置又はその付近における適切な量の画像データを取得する走査を規定することができる。例えば、関節の傷害を診断するために膝や肩や肘の中の関心のある領域を正確に定めることが出来る。このような場合における取得した画像データは範囲が比較的制限されており、その表示は比較的簡単である。例えば、１０〜１０００個の２Ｄスライスを取得して、傷害の診断のために医師によって一度に１つずつ観察し得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
イメージング・システムの速度及び画質が改善されるにつれて、その医学的用途が拡大してきている。その様な１つの用途が、Ｘ線ＣＴシステムを外傷センターで使用して、傷害の発見と診断を容易にすることである。これらの用途では、患者の大きな領域（例えば、胸部、腹部又は骨盤）にわたって大量の画像データ（例えば、３００〜１０００個の２Ｄスライス）を取得することがある。その結果、医師は、傷害が生じている関心のある領域の位置を突き止めて、診断に最も適切な画像を選択するために、取得した２Ｄスライス画像の全てを観察するという膨大な仕事に直面することになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、取得した画像データの撮影領域(field of view) 内の関心のある領域の位置を診断医が容易に突き止めことが出来ると共に、該関心のある領域を包含する１セット（組）の診断用２Ｄ画像を正確に指定することが出来るように、大量の画像データを表示可能にする方法及びシステムである。より具体的に述べると、取得した画像データを処理して３Ｄ画像データ・セットを作成し、該３Ｄ画像データ・セットを使用して、取得した画像データの撮影領域全体にわたる３Ｄの走査対象物を描画するインデックス画像を表示装置上に作成し、診断医によるインデックス画像の選択を可能にするポインティング・ツールを設け、関心のある領域を通る対応する１セットの２Ｄスライスとして走査対象物を描画する１セットの診断用２Ｄ画像についての診断医による選択を可能にする処方ツールを設ける。処方ツールは、２Ｄスライスの数、大きさ及び配向（向き）についての診断医による指定を可能にして、最大限の診断情報を得ながら診断用画像の数を妥当な数に制限し得るようにする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）や磁気共鳴（ＭＲ）や超音波などの多種の異なる医用イメージング法で実施することが出来る。従って、本発明をＣＴイメージング・システムに関連させて説明するが、本発明がＣＴでの実施に限定されず他のイメージング法でも同様に用いることが出来ることを理解されるはずである。
【０００７】
ＣＴに関して図１及び２を参照して説明すると、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）イメージング・システムは、図示例では、第３世代のＣＴスキャナを表すガントリ１２を含む。ガントリ１２は、該ガントリの反対側にある検出器アレイ１８へ向かってＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は複数の検出器素子２０によって形成され、これらの検出器素子２０は一緒に患者２２を通過した投射Ｘ線を検知する。各検出器素子２０は、それに入射するＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を通過するときのビームの減衰度を表す電気信号を生成する。Ｘ線投影データを取得する走査中に、ガントリ１２及びそれに装着された構成部品は回転中心２４の回りを回転する。
【０００８】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作はＣＴシステム１０の制御機構２６によって支配されている。制御機構２６は、Ｘ線源１４へ電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内のデータ取得システム（ＤＡＳ）３２は検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、該データをその後の処理のためにディジタル信号へ変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６へ入力として印加され、該コンピュータは該画像を大容量記憶装置３８に格納する。
【０００９】
コンピュータ３６はまた、キーボードを備えたコンソール４０を介してオペレータから命令及び走査パラメータも受け取る。付設された陰極線管表示装置４２によりオペレータは再構成された画像及びコンピュータ３６からの他のデータを観察することが出来る。オペレータにより供給された命令及びパラメータはコンピュータ３６によって使用されて、制御信号及び情報をＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０へ供給する。さらに、コンピュータ３６は、ガントリ１２内に患者２２を位置決めするように電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を作動する。具体的に述べると、テーブル４６は患者の一部をガントリ開口４８に通すように移動させる。
【００１０】
図３は、オペレータ・コンソール４０のブロック図である。一実施態様に従えば、コンピュータ３６（図１）がコンソール４０に一体化される。コンソール４０は、イメージング・システムがデータを取得するやり方を指定する検査処方サブシステムと、取得した画像及び処理したデータのプレゼンテーションのレイアウト及び表示を担当する視覚化サブシステム５２と、イメージング・データの永久記憶及び将来の検索の為の保管サブシステム５４と、データをフィルムへ転写するフィルム記録サブシステム５６と、他のイメージング・システムへのデータ又は他のイメージング・システムからのデータをネットワークを介して転送するネットワーク接続サブシステム５８とを含んでいる。オプションとして、遠隔観察ステーションをコンソール４０に結合して、画像の遠隔観察を可能にすることが出来る。
【００１１】
検査処方サブシステム５０は患者の検査データを取得する仕方を決定する責任を持つ。データ取得を指定するために一連のスライス位置、スライス厚さ、撮影領域、走査手法及び再構成アルゴリズムを含む多数のパラメータが必要である。検査用走査処方にはまた、ボリューム・イメージング及びフィルム記録プレゼンテーションのパラメータも含めてもよい。これらのパラメータは技師によって明瞭に入力してもよいし、或いはより一般的には、これらのパラメータは従来周知のように特定の走査プロトコルを選択することによって定められる。サブシステム５０は走査処方を生成し、この処方はＤＡＳ３２（図２）へ伝送される。
【００１２】
ＤＡＳ３２は上記処方にしたがって取得データを収集し、該取得したデータを画像再構成装置３４へ供給する。画像再構成装置３４は取得したデータから一連の画像を生成する。取得したデータは３Ｄ画像データ・セットを作成するために使用することが出来る。３Ｄ画像データ・セット３Ｄ画像データ・セットは、３次元（又はそれより高次）の直線状の値アレイを含み、しばしば１サンプル当り単一のスカラー値を持つようにされる。図４は３Ｄ画像データ・セットを例示しており、該セットは２次元スライス画像１０２の積重ねで構成されている。データ取得の際に、個々のスライスが取得されて、３Ｄ画像データ・セットの１つの次元に沿って積み重ねられる。全てのスライスが取得されて、Ｎｘ×Ｎｙ×Ｎｚより成る３Ｄ画像データ・セットを構成した後、データ・サンプルが作成される。
【００１３】
図３を再び参照して説明すると、視覚化サブシステム５２がオペレータに対する全ての関連するイメージング・データのプレゼンテーションを制御する。メモリ３８に記憶されているデータには、例えば、２Ｄ画像、３Ｄ投影、患者データ、注釈、及び測定値が含まれている。サブシステム５２は、１つ以上のウィンドウ又はビューポートを使用して、ルーチン表示１５０、相互参照１５２、オートビュー表示１５４、ボリューム・オートビュー表示１５６、及びその他の形式の表示１５８のような幾つかの視覚化機能を実施する。視覚化サブシステム５２はまた、フィルタ処理、分類、レンダリング、注釈及び測定を行うための幾つかの構成要素も含んでいる。
【００１４】
視覚化サブシステム５２は２Ｄ断面データの実時間表示及び３Ｄデータの実時間表示を支持する。この視覚化機能は「オートビュー」と呼ばれる。本書で用いる「ボリューム・オートビュー」とは、データを取得しているときに該データの増分的に更新される３Ｄビューを表す。ボリューム・オートビューは画像再構成装置３４からのイメージング・ストリームに貼付され、コンソール４０で実行される。
【００１５】
データ取得の際、ボリューム・オートビューは、データを取得しているときに該データの実時間の増分的に更新される３Ｄビューを提供する。このレンダリング方法は、本明細書では、動的データ・レンダリング（ＤＤＲ）と呼ばれる。画像データの取得を完了した後では、静的データについてのレンダリング方法が利用される。この表示方法は静的データ・レンダリング（ＳＤＲ）と呼ばれる。
【００１６】
データ取得の前では、技師によって検査処方が定められる。ボリューム・オートビューは検査処方サブシステムと一体化され、データ取得の際に動的ボリュームを視覚化すべき方法を指定するパラメータを供給する。より具体的に述べると、３Ｄモデルの位置及び配向、ビュー、色及び透明性の割り当て、フィルタ処理及びセグメント化の設定、視覚化手法、並びに再構成アルゴリズムのようなパラメータが、プロトコルで指定される。これらの視覚化パラメータはまた、特定のＶＩＳ走査プロトコルにも含まれる。
【００１７】
ここで図４を参照して説明する。新しい２Ｄスライス画像１０２が取得されたとき、視覚化サブシステム５２は、該画像を３Ｄ画像データ・セット１００に付加する際に、該画像をフィルタ処理する（必要な場合）。また、画像から特定の情報を抽出するために２次元及び３次元セグメント化も可能である。しかしその場合の制約として、全ての処理及びレンダリングをデータ取得サブシステムの画像生成速度と歩調を合わせなければならない。
【００１８】
図４に示されているように、取得した３Ｄ画像データ・セット１００は、ビューポート６０上にインデックス画像１０４として表示するために、射線１０１に沿って２Ｄ画像平面１０３へ投影される。これを行うには、例えば、レイ・キャスティング(ray casting) やテクスチャ・マッピングのような周知の方法が使用される。レイ・キャスティング（ＲＣ）として知られている画像投影手法では、２Ｄ画像平面内の各画素から射線１０１を３Ｄ画像データ・セット１００へ投射する。次いで、３Ｄボリュームを射線に沿ってサンプリングし、データ値を組み合わせて、インデックス画像１０４についての最終的な画素値を形成する。サンプルは、オプションとして、通常のボリューム・レンダリング手法を支持するために色や不透明度のような種々の量にマッピングされる。射線に沿ってサンプルに適用される通常の演算は、最大強度（ＭＩＰ）、平均、合成、及びシェーディング付き合成である。
【００１９】
代替例として、３Ｄ画像データ・セット１００からインデックス画像１０４を作成するためにハードウエア・テクスチャ・マッピング（ＴＭ）を使用し得る。ハードウエアＴＭは、オブジェクト・オーダ手法であり、該手法では、テクスチャ・マップ式幾何学的レンダリング・ハードウエアを使用して、データ・サンプルを適切な順序で移動及び混合させる。サンプル（又はそれらのＲＧＢＡマッピングされた値）が多角形上にマッピングされ、それらの多角形が２Ｄ画像平面１０３へ投影される。ＲＣの場合と同様に、データ・サンプルは通常のボリューム・レンダリング手法を支持するために色及び不透明度のような他の特性へ変換してもよい。ＲＣにおいて利用できるデータ・サンプルについての全ての演算が、ＴＭ手法を用いて可能になる。
【００２０】
投影された３Ｄインデックス画像１０４は診断を行うための十分な情報を提供し得るが、多くの医師は関心のある領域を横断するように撮った断面画像を見るのを好む。このような断面画像は、患者に対するそれらの配向に応じて伝統的に軸方向、矢状方向及び冠状方向画像と呼ばれている。本発明は、オペレータが、表示された３Ｄインデックス画像１０４を使用して患者内の特定の関心のある領域を識別できるようにすると共に、表示のために２Ｄ断面画像の数及び配向を規定できるようにする。従って、投影された３Ｄ画像１０４は、取得することができた多量の３Ｄ画像データ・セット１００に対するインデックスとして使用される。
【００２１】
特に図５及び図６を参照して説明すると、視覚化サブシステム５２は、オペレータ・コンソール４０からの手動入力に応答してインデックス画像１０４上にカーソル１０６を作成するカーソル制御部７０を含む。トラックボール（図示せず）を用いて、カーソル１０６は任意の選択した位置へ動かすことができる。このようなカーソル１０６が、図５の代表的な投影された３Ｄインデックス画像１０４内に３軸直交十字線として示されており、これは３Ｄ画像データ・セット１００内の特定のボクセルを直接的に選択する。図４に示されているように、代替例のカーソルは、投影された３Ｄインデックス画像１０４上の一点１０８を指定するものである。この選択された点１０８で且つ図示の投影角度で射線１０１が画像１０４から３Ｄ画像データ・セット１００を通るように投射される。この射線上に位置し且つ最大強度を持つボクセルが選択される。
【００２２】
判定ブロック７２で示されるように３Ｄ画像データ・セット１００内の特定のボクセルが選択された後、ブロック７４で示されるように、オペレータは所望の２Ｄ断面画像の空間配向を入力するように催促される。好ましい実施態様では、軸方向、矢状方向又は冠状方向のいずれかの画像配向を選択し得るが、適切な角度を入力することにより傾斜画像を選択することも可能であることが理解されよう。
【００２３】
処理ブロック７６で示されるように、次いでオペレータは表示しようとする断面画像の数を入力するように催促される。これらは１〜１０００スライスのどの位置を含んでいてもよく、その結果得られる１セットの断面画像は前に選択されたボクセルを中心にして、前に選択された方向に配向される。選択された断面画像は、３Ｄ画像データ・セット１００から各対応するボクセルについての強度データを抽出することによって、処理ブロック７８で示されるようにビューポート６０上に表示される。
【００２４】
本発明は、所定の撮影領域全体を包含する３Ｄ画像データ・セット１００を、２Ｄ表示装置上に投影像として表示し且つインデックスとして使用できるようにする。このインデックスを用いて、オペレータは、さらなる診断のために、３Ｄ画像データ・セット１００内の特定の関心のある領域を容易に選択することが出来る。この関心のある領域を通る１セットの２Ｄ断面画像が選択され且つ作成される。
【００２５】
従って、最新のイメージング・システムにより取得し得る大量の画像データは、技師が詳細な検査を必要とする特定の領域を素早く識別し且つこの領域について望ましい診断用２Ｄ断面画像の種類を容易に指定することが出来るように処理される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの外観図である。
【図２】図１のＣＴイメージング・システムのブロック図である。
【図３】図１のＣＴイメージング・システムの一部を形成するオペレータ・コンソールのブロック図である。
【図４】図１のＣＴイメージング・システムにより取得された３Ｄ画像データ・セットとその２Ｄ平面への投影像を表す略図である。
【図５】図１のＣＴイメージング・システムにより作成された代表的なインデックス画像を示す外観図である。
【図６】本発明の好ましい実施態様を実施するために図３のオペレータ・コンソールによって実行される工程を例示する流れ図である。
【符号の説明】
１０ ＣＴイメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２６ 制御機構
４０ オペレータ・コンソール
５０ 検査処方サブシステム
５２ 視覚化サブシステム
５４ 保管サブシステム
５６ フィルム記録サブシステム
５８ ネットワーク接続サブシステム
６０ ビューポート
１００ ３Ｄ画像データ・セット
１０１ 射線
１０２ ２次元スライス画像
１０３ ２Ｄ画像平面
１０４ インデックス画像
１０６ カーソル
１０８ 点
１１０ ボクセル

Claims (11)

1. 医用イメージング・システムで取得した画像データを表示する方法において、
   ａ）取得した画像データを用いて３Ｄ画像データ・セット（１００）を再構成する工程と、
   ｂ）上記３Ｄ画像データ・セット（１００）を投影することによってインデックス画像（１０４）を作成する工程と、
   ｃ）上記インデックス画像（１０４）を表示装置（４２）上に表示する工程と、
   ｄ）上記３Ｄ画像データ・セット内で関心のある領域を手動で選択可能にするためのカーソルを作成（７０）する工程と、
   ｅ）作成すべき複数の２Ｄ断面画像の数を指示する入力データ（７６）を受け取る工程と、
   ｆ）前記複数の２Ｄ断面画像の空間配向を指示する入力データ（７４）を受け取る工程と、
   ｇ）上記３Ｄ画像データ・セット内の関心のある領域から対応する画像データを抽出することによって前記複数の２Ｄ断面画像を作成する工程と、
   ｈ）表示装置上に前記複数の２Ｄ断面画像を表示（７８）する工程と、
   を有し、
   上記３Ｄ画像データ・セット内の特定のボクセルを識別することによって上記関心のある領域が選択される、
   上記カーソルによって指示された上記インデックス画像内の位置から上記３Ｄ画像データ・セットの中へ射線（１０１）を投影し、上記投影射線が交差する上記３Ｄ画像データ・セット内のボクセル（１１０）を選択することによって、上記特定のボクセルが識別される、
   画像データ表示方法。
2. 上記カーソルを位置決めすることによって上記特定のボクセルが識別される、請求項１記載の方法。
3. 上記投影射線が交差する最大強度のボクセルを決定することによって、上記ボクセル（１１０）が選択される、請求項１記載の方法。
4. 上記工程ｆ）は、入力データを分析して、２Ｄ断面画像を軸方向、矢状方向及び冠状方向の配向すべきかどうかを決定することを含んでいる、請求項１記載の方法。
5. 上記特定のボクセルが上記関心のある領域の中心にあり、上記表示される２Ｄ断面画像が上記関心のある領域を通る相次ぐスライスを描いている、請求項１記載の方法。
6. 上記医用イメージング・システムが、一連の２Ｄスライス画像（１０２）を取得するＣＴシステムであり、上記工程ａ）は、上記一連の２Ｄスライス画像を組み合わせて３Ｄ画像データ・セットを形成することによって実行される、請求項１記載の方法。
7. 上記工程ａ）、ｂ）及びｃ）は、上記ＣＴシステムによって相次ぐ２Ｄスライス画像（１０２）を取得しているときに実行される、請求項６記載の方法。
8. ＣＴシステムにおいて、
   所定の撮影領域から一連の２Ｄスライス画像（１０２）を取得する手段（１０、２６、３４、３６）と、
   上記取得した２Ｄスライス画像（１０２）を組み合わせて３Ｄ画像データ・セット（１００）を形成する手段（３６）と、
   上記３Ｄ画像データ・セット（１００）のインデックス画像（１０４）を作成する手段と、
   上記インデックス画像（１０４）を用いて、上記３Ｄ画像データ・セット内で関心のある領域を手動で選択する手段と、
   複数の２Ｄ断面画像（１０２）の数を手動で指示する手段と、
   前記複数の２Ｄ断面画像（１０２）の空間配向を手動で指示する手段と、
   上記３Ｄ画像データ・セット（１００）内の対応するボクセルからのデータを使用して、上記指示された複数の２Ｄ断面画像を表示する手段と、
   を有し、
   上記関心のある領域を手動で選択する上記手段は、上記インデックス画像（１０４）を提供する表示装置（６０）と、上記インデックス画像（１０４）内の位置を識別するための手動作動可能なカーソル手段（１０６）と、上記インデックス画像（１０４）内の上記識別された位置から射線を上記３Ｄ画像データ・セット（１００）へ投射する手段と、上記射線に沿って位置する上記３Ｄ画像データ・セット内のボクセル（１１０）を選択する手段とを含んでいる、ＣＴシステム。
9. 上記インデックス画像（１０４）を作成する上記手段は、上記３Ｄ画像データ・セット（１００）を投影射線（１０１）に沿って２Ｄ画像平面（１０３）へ投影する手段を含む、請求項８記載のＣＴシステム。
10. 上記ボクセル（１１０）を選択する上記手段は、最大強度を持つボクセルを選択する、請求項８記載のＣＴシステム。
11. 上記インデックス画像（１０４）を作成する上記手段は、上記取得手段が一連の２Ｄスライス画像を取得している間、動作可能である、請求項８記載のＣＴシステム。

Images