JP4691552B2 - 乳癌診断システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、身体を検査する、特に、乳癌を診断するシステム及び方法に関する。

乳癌診断において、疑いのある組織がＸ線マンモグラフィで識別され、この場合、診断画像品質に要求される胸部の圧迫は、被検体に対する過度の力となる。信頼性のある組織の特徴化はしばしば生検を必要とする。生検針が疑いのある組織を抽出する必要がある圧迫された胸部の深さを決定するために、通常、ステレオタクテックフレームが適用される（米国特許第５，５９４，７６９号参照）。二つの画像が取得され、訓練されたユーザは、疑いのある組織を２回の観察で識別するとともにこれらのスポットをフィルム上で機械的に又はマウスクリックを用いてマークして、生検の深さを算出できるようにする必要がある。この算出の変動は通常大きい。その理由は、二つの正確な位置測定が安定な深さの見積もりに要求されるからである。

この状況に基づき、本発明の目的は、特に生検の抽出に関連して、更に信頼性があり、かつ、更に迅速な乳癌の診断を行う手段を提供する。

この目的は、請求項１によるシステム及び請求項９による方法によって達成される。好適例は従属項に属する。

本発明によるシステムを、身体の検査、特に、乳癌の診断に用いることができる。本発明によるシステムは、以下の構成要素を具える。

互いに相違する方向から身体の投影を発生するＸ線装置。

Ｘ線装置に結合されるとともに身体の互いに相違する深さの断面画像を再構成するのに適合したデータ処理ユニット。身体の断面の深さは、予め決定された軸、好適には、Ｘ線装置の投影面に垂直な軸を基準にして測定される。

投影及び／又は投影から取得した画像と断面画像のうちの少なくとも一方であるいわゆる「基準画像」の関心のある組織を繰り返し指示する指示装置。指示装置を、例えば、スクリーンを横切るようにカーソルを移動させることができるマウス、スティック若しくはキーのセット、タッチスクリーン、又は他の適切なポインティング若しくは入力装置とすることができる。

さらに、システムのデータ処理ユニットは、断面画像を用いて身体の組織の深さを見積もるのに適合される。これらの見積もりを種々の方法で実行することができ、その一部を、本発明の好適な実施の形態を参照して説明する。

上記システムを、特に乳癌の診断に用いることができ、この場合、しばしば、疑いのある組織の信頼性のある診断に対して生検を行う必要がある。そのような生検を行うために、身体内の疑いのある組織の位置をできるだけ正確に知る必要がある。この情報は、Ｘ線投影を発生し、これらの投影から断面画像を計算し、これら断面画像を用いて身体の必要な深さすなわち空間的な位置を決定することによって迅速かつ簡単な方法で上記システムを用いて取得される。

関心のある構造の深さを見積もる好適な方法は、以下のステップを具える。

ａ）基準画像の表示された関心のある組織の少なくとも一つの画像特徴を用いた基準特徴ベクトルの決定。画像特徴は、例えば、（ハイパスフィルタ処理された）画像の関心のある構造の隣接部から取得した画素値、隣接部に対する組織のコントラスト、（隣接部の決定後の）組織の幅又はエリア、及び／又は組織を表す基準のセットを含む。そのような特徴は、画像処理の既知の方法によって決定（され及び定量化）される。

ｂ）基準画像の関心のある組織の位置に対応する位置の全ての断面画像の特徴ベクトルの決定。これらの対応する位置を、互いに相違する投影と断面画像との間の知られている幾何学的な関係によって容易に決定することができる。さらに、基準特徴ベクトルと各断面画像の特徴ベクトルとの間の類似が定量化される。このステップに対して、特徴ベクトルの類似に対する適切な基準が要求され、この場合、特徴ベクトルの類似は、関心のある組織が検査中に断面画像に存在する可能性を反映する。

ｃ）特徴ベクトルの類似が極値、特に最大値を有する深さの決定。この深さは、身体の関心のある組織の所望の見積もられた深さとして取り出される。

上記例によれば、疑いのある組織を、例えば、胸部の投影画像上で医師によって識別することができ、この場合、データ処理ユニットは、組織の対応する位置を見つけるとともに基準画像の表示に最も類似して組織が表されるのがどの断面画像であるかを決定するために全ての断面画像を自動的に走査する。対応する断面画像の深さを、関心のある組織の要求される深さの値として取り出すことができる。当然、深さを、複数の断面画像の深さの補間として、例えば、二つの隣接する断面画像の深さの重み付けされた平均として計算することもできる。さらに、ステップａ）〜ｃ）のシーケンスを再配置することができ、これらのステップの一部を繰返し、及び／又は、他のステップを追加することができる。

Ｘ線装置は、特に、所定の軌道に沿って移動させることができるＸ線源を具え、この場合、軌道を、好適には直線又は（円）弧とする。円弧に沿ったＸ線検出器の移動は、実現するには特に簡単である。その理由は、Ｘ線源がピボットアームの端部に簡単に固定できるのと同時にＸ線源が常に回転中心に向けられるのを保証するからである。さらに、Ｘ線検出器を、この場合にはデジタルＸ線検出器とする。そのようなＸ線検出器は、Ｘ線源が移動するとともに互いに相違する方向から検出器に投影を形成する間に固定された状態にすることができる。

特に上記例と組み合わせることができるシステムの他の態様において、データ処理ユニットは、身体の断層撮影画像を発生するのに適合される。断層撮影において、互いに相違する方向からの身体の投影は、身体の所定の深さで断面画像を再構成するためにスケーリング及び／又はシフトした後に結合される。乳癌の診断における断層撮影用のＸ線装置は、例えば米国特許第６，６１１，５７５号及び米国特許第５，８７２，８２８号に記載されており、参照することによってこれらの文献を本願に組み込む。

システムは、身体の投影及び／又は断面画像を表示するモニタのような表示装置を更に具える。医師は、診断を行うためにディスプレイ上のこれら画像を検査することができる。

システムは、連続的な値を入力する入力装置を更に具えることができ、この場合、値は、（例えば、既に説明した表示ユニットに表示された）処理すべき断面画像の選択を制御する。入力装置を、例えば、連続的な信号値として回転角を生成するためにユーザによって回転することができるマウスホイールとすることができる。入力装置によって生成した値を、身体の深さに任意にマッピングすることができ、処理すべき断面画像を、前記深さの隣に配置されたものとして選択することができる。

システムの他の態様によれば、システムは、関心のある組織のサンプルを抽出する針を有する生検装置を具え、生検装置は、データ処理ユニットによって制御される。データ処理ユニットが、疑いのある組織の深さを計算することができるので、この情報を、特に、信頼性のある診断を得るために行われる生検の針の正確な進入を制御するのに用いることができる。

さらに、システムを、深さの見積もりの微調整を行うために身体の追加の断面画像を再構成するのに適合させることができる。この再構成を、例えば、利用できる断面画像を用いて深さの大まかな値を見積もった後に行うことができ、この場合、大まかな値に近い深さにおいて追加の画像が計算される。

また、本発明は、身体を検査する、特に、乳癌を診断する方法であって、
ａ）互いに相違する方向から前記身体のＸ線投影を発生するステップと、
ｂ）前記投影に基づいて前記身体の互いに相違する深さの断面画像を再構成するステップと、
ｃ）関心のある組織を繰り返し指示することができるようにするために前記投影と前記断面画像のうちの少なくとも一方から取得した基準画像を表示するステップと、
ｄ）前記断面画像を用いて前記身体における前記組織の深さの見積もりを行うステップとを具えることを特徴とする方法に関する。

方法は、一般的な形態において、既に説明した種類のシステムによって実行される。したがって、方法の詳細、利点及び改良の更なる情報については、上記を参照されたい。

前記関心のある構造の深さの見積もりは、特に、
ａ）前記基準画像上の表示された前記関心のある組織の基準特徴ベクトルを決定するステップと、
ｂ）全ての断面画像の対応する位置の前記特徴ベクトルを決定するとともに前記基準特徴ベクトルに対する類似を定量化するステップと、
ｃ）前記特徴ベクトルの類似が極値を有する深さを決定するステップとを具えることができる。

方法の他の態様によれば、前記関心のある構造の見積もられた深さまで前記身体に器械を進入する。特に、器械を、前記組織の生検を取得する針とすることができる。

本発明のこれら及び他の態様を、後に説明する実施の形態を参照して説明する。

以下、本発明を、本発明による乳癌診断システムを線形的に表す図面を参照して説明する。

図示したシステムは、Ｘ線源１及びデジタルフラットダイナミックＸ線検出器５を有するＸ線撮像装置を具える。システムは乳癌の診断に用いられ、胸部３は、通常通りＸ線検出器５の上に配置され、Ｘ線に対して透過性を有する平坦なプレート２に押し付けられる。胸部３がＸ線源からのＸ線ビームによって照射されると、投影ＰがＸ線検出器５に生成される。

本発明によれば、Ｘ線源１を、予め決定された軌道、例えば、円弧Ｃに沿って移動させることができる。この回転中、Ｘ線源１は、常に、胸部３が照射の中心になるように配置される。さらに、円弧Ｃに沿った複数（典型的には約１０〜５０）の回転の中間位置において、Ｘ線源１は、Ｘ線を出射し、これによって、胸部の投影を互いに相違する方向から検出器５に生成する。図面中、回転の端の位置に対応する投影Ｐ及びＰ’のみを示す（この場合、図示のためにＰとＰ’との間の垂直方向のシフトのみ導入する。）。

発生した連続する投影Ｐ，．．．Ｐ’に基づいて、Ｘ線撮像装置に結合したデータ処理ユニット７（ワークステーション）は、検出器５の平面に平行な胸部３の（例えばプレート２に垂直に測定された）互いに相違する深さｚの断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを計算することができる。計算を、知られている断層撮影の原理に従って行うことができる。元の投影Ｐ，．．．Ｐ’、これらの計算された投影積算画像、及び／又は計算された断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを、コンピュータ７に結合されたモニタ６に表示することができる。医師は、単一の投影、投影積算画像又はスライス再構成において診断を行うことができる。

医師が、投影と断面画像の一方において疑わしい組織を識別した場合、信頼性のある診断を行うために生検を行う必要がしばしば生じる。このために、システムは、生検針１０を有する生検装置９を具える。生検針１０を、胸部の上に配置するとともに予め決定された深さに到達するまで組織に進入することができ、組織のサンプルが抽出される。

医師が、利用できるＸ線投影に従って十分な精度で水平面に針１０を配置できる間、針を進入する必要がある深さｚを決定するのが更に困難になる。このために、従来、互いに相違する２方向からのＸ線投影を有する定位放射線手順が用いられている。しかしながら、これら既知の手順は、多くのスキルを必要とし、精度に多くの悪影響を及ぼす傾向がある。この状況を改善するために、ここでは、断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて疑いのある構造の深さｚ_０を見積もることを提案する。好適な実施の形態において、提案した方法は、以下のステップを具える。

このために基準画像Ｒとしてモニタ６に表示される投影画像Ｐ，．．．Ｐ’とこれらの計算された投影積算画像のうちの一方の疑わしい組織４の指示。医師は、例えばマウス８又は同様の装置によって基準画像Ｒをクリックすることによって基準画像Ｒの疑わしい組織４を指示することができる。

組織を指示した後、コンピュータ７は、身体３の組織４の見積もられた深さｚを自動的に計算する。このために、コンピュータ７は、先ず、基準画像Ｒ上の指示された組織を分析し、「基準」特徴ベクトルの成分を構成する一つ以上の特定の画像特徴を決定する。画像特徴は、例えば、画像の高周波成分を調べることによって決定することができるテクスチャ情報を有することができる。画像特徴に対する他の重要な例は、画像処理から既知の適切なアルゴリズムを用いた基準画像Ｒの組織のセグメンテーションによって取得される領域である。同時に、この領域のエリアは、画像特徴の「大きさ」の適切な定量化となる。

その後、コンピュータ７は、全ての断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを走査し、各断面画像の組織の対応する位置を（存在する場合には）決定する。さらに、コンピュータ７は、基準画像Ｒを決定したのと同様にして断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄの各々の組織の特徴ベクトルを決定する。これら特徴ベクトルの各々と基準画像Ｒの基準特徴ベクトルとの間の類似を、調査中の断面画像に組織４が実際にどれだけ存在するかの尺度として取り出す。このための適切な類似の尺度を、例えば、直接的なチェスボード差、すなわち、特徴ベクトルの個別の成分の全ての差の絶対値の和、又は特徴ベクトルの成分の変数を考慮するマハラノビスの距離とする。類似が最大である断面画像の深さｚ_０は、組織の要求される深さであると仮定される。

図示した状況において、組織４は、例えば、深さｚ_０の断面画像ｂにおいて最も顕著に現れる。（したがって、簡単な投影に対して最も類似する。）したがって、関心のある組織が最も突出して表示される断面画像ｂの深さは、身体３の組織４の実際の位置の最適な見積もりを表す。

このアプローチの他の態様において、組織４の深さを、二つ以上の隣接する断面画像ａ，ｂの深さの補間値として決定することができる。さらに、組織４の位置を、先ず、利用できる断面によってｚ_０と大まかに予め決定し、その後、更に正確に計算する場合、他の断面ｂ’，ｂ”，．．．を、投影Ｐ，．．．Ｐ’から深さｚ_０の周辺で再構成することができる。

身体３の組織４の深さｚ_０を自動的に決定した後、コンピュータ７は生検装置９を制御して、生検針１０を、決定された深さｚ_０まで、すなわち、疑いのある組織４に到達するまで身体３に進入することができる。

モニタ６の断面画像ａ，ｂ，ｃ，ｄを調べる際に、医師は、適切な制御装置、例えば、マウス８のホイールを用いてスライスをブラウズすることができる。その後、医師は、関心のある組織４を既に更に明瞭に示す断面画像を選択することができ、これによって、医師が直接見るものを深さ計算に含めることができる。

結論として、生検の位置及び深さを決定するためのユーザのインタラクションが減少する。その結果、独立した二つの利点が生じる。すなわち、被検体の胸部が押された状態の時間が減少し、かつ、手順の再現性及び精度が増大する。

最後に、本明細書中、用語「具える」は、他の構成要素又はステップを除外するものではなく、複数のものを除外するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットは、複数の手段の機能を満足することができる。さらに、請求の範囲の参照符号は範囲を限定するものではない。

本発明による乳癌診断システムを線形的に示す。

Claims (11)

1. 身体を検査する、特に、乳癌を診断するシステムであって、
   互いに相違する方向から前記身体の投影を発生するＸ線装置と、
   前記Ｘ線装置に結合されるとともに前記身体の互いに相違する深さの断面画像を再構成するのに適合したデータ処理ユニットと、
   前記投影と前記断面画像のうちの少なくとも一方から取得した基準画像の関心のある組織をインタラクティブに指示する指示装置とを具え、
   前記データ処理ユニットが、前記断面画像を用いて前記身体における前記組織の深さを見積もるのに適合されたことを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記データ処理ユニットが、
   ａ）前記基準画像上に表示された関心のある組織の基準特徴ベクトルを決定し、
   ｂ）全ての断面画像の対応する位置の前記特徴ベクトルを決定するとともに前記特徴ベクトルの前記基準特徴ベクトルとの類似を定量化し、
   ｃ）前記類似が極値を有する深さを決定するように適合されたことを特徴とするシステム。
3. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記Ｘ線装置が、所定の軌跡、好適には、円弧又はラインに沿って移動させることができるＸ線源と、デジタルＸ線検出器とを具えることを特徴とするシステム。
4. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記データ処理ユニットが、前記身体の断層撮影画像を発生するように適合されたことを特徴とするシステム。
5. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記身体の前記投影及び／又は断面画像を表示する表示装置を具えることを特徴とするシステム。
6. 請求項１記載のシステムにおいて、
   処理すべき断面画像の選択を制御する連続的な値を入力する入力装置、好適にはマウスホイールを具えることを特徴とするシステム。
7. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記関心のある組織のサンプルを抽出する針を有し、前記データ処理ユニットによって制御される生検装置を具えることを特徴とするシステム。
8. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記深さの見積もりを微調整するために前記身体の追加の断面画像を再構成するように適合されたことを特徴とするシステム。
9. 身体を検査する方法であって、
   ａ）互いに相違する方向から前記身体のＸ線投影を発生するステップと、
   ｂ）前記投影に基づいて前記身体の互いに相違する深さの断面画像を再構成するステップと、
   ｃ）関心のある組織をインタラクティブに指示することができるようにするために前記投影と前記断面画像のうちの少なくとも一方から取得した基準画像を表示するステップと、
   ｄ）前記断面画像を用いて前記身体における前記組織の深さの見積もりを行うステップとを具えることを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法において、
    前記関心のある組織の深さの見積もりが、
    ａ）前記基準画像上の表示された前記関心のある組織の基準特徴ベクトルを決定するステップと、
    ｂ）全ての断面画像の対応する位置の前記特徴ベクトルを決定するとともに前記基準特徴ベクトルに対する類似を定量化するステップと、
    ｃ）前記特徴ベクトルの類似が極値を有する深さを決定するステップとを具えることを特徴とする方法。
11. 請求項９記載の方法において、
    前記関心のある組織の見積もられた深さまで前記身体の中を進められる器械を制御するためにデータ処理ユニットを使用するステップを具える方法。

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