JP5113077B2 - 変形可能なメッシュを用いて画像の後処理を容易にする方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、変形可能なメッシュを用いる画像の後処理を容易にする方法に、より具体的には、変形可能なメッシュによりセグメント化された解剖学的構造、例えば、器官の画像の後処理を容易にする方法に関する。

医療用画像処理のアプリケーションにおいては、種々のタスクが、典型的には、画像に関して実行される。多くの画像処理アプリケーションにおける基本的タスクである１つの特定の処理タスクは、特定の器官のセグメント化である。セグメント化は、多くの器官について形状制限付き変形可能モデルにより成功裏に実行されることが可能である。それらのモデルは、セグメント化される画像への適応の間、変わらないまま保たれるトポグラフィを有するメッシュ構造に基づいている。モデルベースのセグメント化は、複雑な器官（骨、肝臓、入れ子状構造を有する心臓）に対する多様な簡便さのためにかなり有効であると考えられてきた。実際には、近年の結果は、この技術は心臓のような複雑な解剖学的構造の完全自動セグメント化を可能にすることを示している。

器官がセグメント化された後、器官は、典型的には、１つ又はそれ以上の付加画像処理タスク、即ち、メッシュモデルを用いる後処理タスクの支配下に置かれる。即ち、器官の画像は、オリジナルの画像とメッシュモデルの適用によりレンダリングされた導き出された画像との間の差により、オリジナルの画像から導き出された後処理のタスクの適用後に、表示されることが可能である。

全部ではないが殆どの後処理タスクは、例えばアルゴリズムの初期化のために対象の開始点、シード点又は領域を選択する又は規定するように、ユーザインタラクションを必要とする。例えば、血管トラッキングアルゴリズムを開始するためには、トラッキング又はセグメント化される血管内のシード点を位置付けることが必要であり、このシード点はしばしば、マニュアルで選択又は決定されなければならない。

後処理タスクを開始するためにユーザインタラクションを必要とすることにより、医療画像処理アプリケーションは、最適な条件下で実行されることはない。欠点としては、画像の処理について責任を負う個人（通常は、放射線医師）の能力の欠如、後処理タスクの初期条件の人手による選択又は決定におけるエラーが生じる画像分析装置を用いることにおける困難性又は経験の浅さ、そして必要な人手の処置からもたらされる後処理タスクの複雑性における制限がある。

従って、後処理タスクの自動化は、放射線医師の能力の向上と、後処理タスクの適用においてエラーが少ない又はエラーがないことに繋がる画像分析プロダクトの改善された容易な使用とを容易にし、より複雑な後処理タスクの画像への適用を容易にすることが可能である。

本発明の目的は、変形可能なメッシュを用いて、画像の後処理を容易にする新しい且つ改善された方法及びシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、解剖学的構造、例えば、変形可能なメッシュによりセグメント化された器官の画像の後処理を容易にする新しい且つ改善された方法及びシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、ユーザインタラクションが画像処理アルゴリズムを開始する必要性を排除することにより、医療画像の後処理タスクを促進させる新しい且つ改善された方法及びシステムを提供することである。特に、その方法は、画像処理アルゴリズムで用いるための開始点、シード点又は対象領域をユーザがマニュアルにより決定する必要性を回避するように有効にすることができ、後処理タスクについて必要な情報が供給される先行する画像セグメント化の結果を利用することによりこれを達成することができる。

本発明の他の目的は、後続の処理ステップを開始し、それにより、完全自動化画像処理チェーンを可能にするようにマニュアルのユーザインタラクションを低減する、更には排除するように、後続の画像処理タスクへの適切な画像セグメント化により得られる知識を移送する新しい且つ改善された方法及びシステムを提供することである。

上記の及び他の目的を達成するために、本発明に従った方法は、付加画像における同じオブジェクトにメッシュが適用されるときに影響される後処理タスクが、情報を有利に用いることができるように、好ましい後処理タスクを簡単化及び／又は容易化するように情報を添付することにより、器官のようなオブジェクトの変形可能なメッシュモデルを拡張することができる。その情報は、例えば、あるトレーニング画像の同じオブジェクトのセグメント化におけるその情報の生成の後に、メッシュに対して添付されることが可能である。後処理タスクは、それ故、付加画像におけるオブジェクトのセグメント化及びそのオブジェクト又は画像に対する同じメッシュモデルの適用の後に、ユーザインタラクションなしで自動的に実行されることが可能である。

この概念の実行は、三角形又はメッシュの頂点のリストを列挙することであり、そのことは後続の後処理タスクにおいて考慮されるべきことである。このリスト、特定の三角形又はメッシュの頂点は、メッシュにおいて符号化される、又はメッシュにおいて識別される。更に、例えば、各々のリストアップされた三角形又は頂点についての距離値若しくはマップ又はある確率値等の付加情報が、そのメッシュにおいて符号化されることが可能である。トレーニング画像のセグメント化に基づいて導き出された情報は、それ故、後処理タスクについてのメッシュの各々の三角形又は頂点の有用性の確率を表す確率関数であることが可能である。

例えば、心室及び付いている大動脈のセグメント化の後、冠動脈が大動脈から枝分かれする心門の可能性のある位置は自動的に限定され、冠状動脈のための調査空間は、心外膜壁に近接していることが知られているため、心筋の周囲の薄い層に自動的に限定され、最初の心室のセグメント化において詳細に処理されない乳頭筋の細かいセグメント化の適用は、有利な位置のみに対して自動的に制限される。

一般に、本発明に従った変形可能な又は適応可能なメッシュを用いてセグメント化される画像におけるオブジェクトの後処理を促進する方法は、メッシュを用いるセグメント化の後に、オブジェクトに対して実行される後処理タスクを識別する段階と、後処理タスクのために必要な情報を決定する段階と、メッシュに関して情報を符号化する段階と、符号化された情報を有するメッシュを用いて新しい情報又は付加画像においてオブジェクトをセグメント化する段階と、メッシュから符号化情報を抽出することにより後処理タスクを実行する段階とを有する。後処理タスクは、それ故、オリジナルの画像から導き出された表示画像により、後処理タスクの適用後に、画像が観察目的で表示されるようにする。

後処理タスクのために必要な情報の決定する段階は、オブジェクトを含む少なくとも１つのトレーニング画像を取得する段階と、メッシュによりトレーニング画像におけるオブジェクトをセグメント化する段階と、トレーニング画像のセグメント化に基づいて、情報を導き出す段階とを伴うことが可能である。後処理タスクのために必要な情報は、ユーザの解剖学的知識に基づいて決定されることが可能であり、例えば、ユーザは、予めセグメント化された画像を用いることなく、既存のメッシュの三角形又は頂点のリストを指定することが可能である。

複数の後処理タスクが規定されることが可能であり、それらのタスクの各々は、その実行を可能にする、異なる必要な情報を有する。それ故、異なる情報は、メッシュにおいて、及び／又はメッシュの異なる位置において符号化されることが可能である。例えば、後処理タスクのために必要な異なる種類のデータは、新しい画像のセグメント化のときに、異なる後処理タスクがメッシュの異なる領域において適用可能であるように、メッシュの異なる領域において符号化されることが可能である。

例示としての実施形態においては、セグメント化される画像におけるオブジェクトは心臓であり、後処理タスクのために必要な情報は、後処理タスクが心門の位置を確認するようにする心門の位置、後処理タスクが血管トラッキング又はセグメント化である冠動脈の存在、細かいセグメント化が適用される心臓の領域の位置、及び人為的に平坦化される心臓における弁領域の識別である。後処理タスクのために必要な情報は、トレーニング画像のセグメント化に基づいて導き出されることが可能であるが、それは必要でない。代替として、必要な情報を識別するには、ユーザの解剖学的知識及びスキルに基づくことが可能である。

心門の位置の決定のために、メッシュにおいて符号化された情報は、トレーニング画像における実際の心門の位置に対する所定の距離の範囲内にあるメッシュの三角形又は頂点の識別であり、そのメッシュは、識別された三角形又は頂点と、各々の三角形又は頂点及び心門位置間の距離とにより符号化される。後処理タスクは、存在する心門の尤度を決定するように、識別された三角形又は頂点を分析するアルゴリズムの実行である。更に、付加する後処理タスクは、心門の位置の決定から得られる入力シード位置として受け入れる冠動脈ツリーアルゴリズムの実行であることが可能である。この場合、画像は、オリジナルの画像から導き出され、心門の位置を示す画像が、表示され、画定され、描写され、画像の残りの部分から区別されることが可能である。

血管トラッキングについては、メッシュにおいて符号化された情報は、冠状血管が近接している、即ち所定の距離又は閾値距離の範囲内にある表面を含むメッシュの各々の三角形又は頂点の尤度である。後処理タスクは、その場合、冠状血管が近接する表面を含む高い尤度を有する画像、即ち、データセットの部分のみを分析するアルゴリズムの実行である。その情報はまた、メッシュの各々の三角形又は頂点と冠状血管の座標との間の距離値であることが可能である。この場合、後処理タスクは、アルゴリズムの実行の結果に応じて距離が増加される必要がある冠状血管の座標から所定の距離の範囲内にある画像、即ち、データセットの部分のみを分析するアルゴリズムの実行である。画定され、描写され、画像の残りの部分から区別される可能性のある１つ又はそれ以上の冠状血管を示す画像が、それにより、生成され、心臓のオリジナルの画像から表示される、導き出される又はレンダリングされることが可能である。

メッシュを用いて、何れかの形式の画像のセグメント化に先行して適用可能である一般的な精細なセグメント化については、メッシュにおいて符号化された情報は、精細なセグメント化の支配下に置かれるメッシュの領域の識別であり、メッシュは、各々の識別された領域における三角形又は頂点により符号化される。後処理タスクは、符号化された三角形又は頂点により表される画像の部分を更にセグメント化するように精細なセグメント化アルゴリズムの実行であることが可能である。

弁領域の平坦化については、メッシュにおいて符号化された情報は、識別された三角形又は頂点を移動させるように平坦化アルゴリズムの実行である後処理タスクにより平坦化される弁領域の範囲における三角形又は頂点の識別である。

上記の方法を実行することができる本発明に従った画像処理システムは、処理されるオブジェクトの画像を取得する画像取得装置と、処理前後に画像取得装置により取得される画像を表示するディスプレイと、画像取得装置に結合された処理ユニットと、画像取得装置及び処理ユニットを制御するユーザインタフェースと、を有する。処理ユニットは、ユーザインタフェースを介して、画像取得の開始、画像におけるオブジェクトのメッシュモデルベースのセグメント化の開始、メッシュを用いるセグメント化の後にオブジェクトに対して実行される後処理タスクの識別、及び後処理タスクのために必要な情報の決定を可能にする。更に、処理ユニットは、メッシュに関して決定された情報を符号化し、符号化された情報を有するメッシュを用いて画像取得装置により取得された新しい画像におけるオブジェクトをセグメント化し、メッシュから符号化情報を抽出することによる後処理タスクを自動的に実行し、そしてディスプレイにおいて後処理後の画像を表示させる。表示された画像は、それにより、オリジナルの画像から導き出され、後処理タスクの実行を反映している。１つ又はそれ以上のトレーニング画像が、後処理タスクのために必要な情報を決定するように用いられる場合、処理ユニットはまた、画像取得装置を介してのトレーニング画像の取得、メッシュを用いて画像取得装置により取得されたトレーニング画像におけるオブジェクトのセグメント化、及びトレーニング画像のセグメント化に基づく情報の導出を可能にする。

本発明はまた、上記の方法のステップを実行することができるソフトウェアを具現化するコンピュータ読み出し可能媒体を包含する。このために、コンピュータ読み出し媒体は、処理されるオブジェクトの画像を取得する画像取得装置と、処理前後に画像取得装置により取得された画像を表示するディスプレイと、画像取得装置を制御するユーザインタフェースと、を有する画像処理システムにおいて処理する画像をもたらす。その媒体は、ユーザインタフェースを介して画像取得を開始し、ユーザインタフェースを介して画像におけるオブジェクトのメッシュモデルベースのセグメント化を開始し、ユーザインタフェースを介してメッシュを用いるセグメント化の後にオブジェクトに対して実行される後処理タスクを識別し、ユーザインタフェースを介して後処理タスクのために必要な情報を決定し、メッシュに関して決定された情報を符号化し、符号化された情報を有するメッシュを用いて画像取得装置により取得された新しい画像におけるオブジェクトをセグメント化し、メッシュから符号化情報を抽出することにより後処理タスクを自動的に実行し、ディスプレイに後処理の後の画像を表示するように備えられている。表示される画像はオリジナル画像から導き出され、後処理タスクの実行を反映する。１つ又はそれ以上のトレーニング画像が、後処理タスクのために必要な情報を決定するように用いられる場合、媒体は、画像取得装置を介してトレーニング画像の取得、メッシュを用いて画像取得装置により取得されたトレーニング画像におけるオブジェクトのセグメント化、及びトレーニング画像のセグメント化に基づく情報の導出を可能にするように更に備えられている。

本発明については、本発明の目的及び有利点と共に、添付図に関連付けている以下の説明を参照して十分に理解することが可能であり、図における同じ参照番号は同様の要素を示している。

同じ参照番号は同様の要素を示す添付図を参照するに、図１は、本発明に従った画像処理方法を適用することができる画像処理システム１０の実施形態を簡略化して模式的に示している。システム１０は、情報を得るように処理される画像を取得する画像取得装置１２を有する。画像取得装置１２は、対象の器官を有する超音波画像を得る超音波撮像装置であることが可能であり、その器官についての情報は、画像処理アプリケーションにより調査される。本発明で用いるために適用可能な付加画像取得装置には、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等がある。

システム１０は、画像取得装置１２に結合された処理ユニットを有し、その画像取得装置は、電子的形式で処理ユニットから画像を得る。処理ユニット１４は、命令に応じて画像を得るように画像処理装置１２を制御することが可能である。処理ユニット１４は、特に、変形可能なメッシュによる画像のセグメント化、メッシュの記憶及び他の画像に対するそのメッシュの適用を可能にするように、メモリ構成要素及びソフトウェア等の典型的なハードウェア構成要素を有する。そのソフトウェアは、下で説明する本発明に従った方法のステップを実行するように、処理ユニット１４がシステム１０の種々の構成要素を制御することを可能にする処理ユニット１４に常駐するコンピュータ読み出し可能媒体において具現化される。

表示装置１６はまた、処理ユニット１４に結合され、画像取得装置１２により得られる画像又は画像取得装置１２により得られた画像から処理ユニット１４により導き出された画像を表示する。処理ユニット１４から導き出される画像は、下で説明する方法で後処理タスクの適用時に得られるオリジナル画像の導出であることが可能である。オリジナル画像は変化される必要はないが、むしろ、付加画像はそのオリジナル画像から導き出されるものである。画像取得装置１２、例えば、スキャナにより取得されるオリジナル画像は三次元画像であり、ディスプレイ１６において表示され、そして下で説明する後処理タスク及びセグメント化処理の適用により導き出される付加画像は、三次元レンダリング表示、又は代替として、あるボリュームを通してのカット又は他のタイプの画像であることが可能である。

ユーザインタフェース１８は、処理ユニット１４を制御するように、例えば、画像取得装置１２により得られた画像から処理ユニット１４により導き出される画像を制御するように、処理ユニット１４に結合される。ユーザインタフェース１８はまた、処理ユニット１４を介して画像取得装置１２の制御をもたらすことが可能である。それ故、ユーザインタフェース１８は、画像取得装置１２により実行される画像取得タスク及び処理ユニット１４により実行される画像処理タスクを決定するように用いられる。

ここで、図２を参照するに、システム１０を用いて、本発明に従った変形可能なメッシュを用いる画像の後処理を容易にする方法は、準備段階及び操作段階を有する。準備段階においては、その方法は、画像取得装置１２から分析されるオブジェクトを含むトレーニング画像２０を得る段階と、画像２２においてオブジェクトに関して実行される特定の後処理タスクを識別する段階とを有する。その後、この後処理タスクを自動的に実行する必要がある情報が決定される２４。種々の後処理タスクのために必要な情報の異なるアイテムについては、下で説明する。

トレーニング画像の全体の又はオブジェクトのみにおける画像は、変形可能な又は適合可能なメッシュ２６によりセグメント化される。変改可能な又は適合可能なメッシュにより規定され、セグメント化されることが可能である方法は、本発明が方向付けられる技術分野において知られている。

メッシュによるオブジェクトのセグメント化の後、後処理タスクのために必要な情報が導き出され２８、メッシュに挿入される３０。典型的には、その情報はメッシュにおいて符号化される、即ち、特定の情報はメッシュの各々の三角形又は頂点に関連付けられる。メッシュはまた、情報がメッシュを識別するように添付された点において、ラベル付けされたとみなされることが可能である。その情報は、三角形又は頂点が対象のオブジェクトを含む可能性又は確率を表す値、そして三角形又は頂点と画像における対象の位置との間の距離を表す値であることが可能である。単一の情報は各々の三角形又は頂点に関連付けられることが可能であり、また複数の情報は各々の三角形又は頂点に関連付けられることが可能である。

符号化概念の基本的実行は、後処理タスクにおいて考慮される必要がある、メッシュの三角形又は頂点のリストを列挙することである。このリスト、即ち、メッシュの特定の三角形又は頂点は、メッシュにおいて符号化される、又はメッシュにおいて区別される。更に、例えば、各々のリストアップされた三角形又は頂点についての距離マップ又はある確率値等の付加情報が、メッシュにおいて符号化されることが可能である。付加情報の他の例は、局所的に予測される血管の半径及び／又は方向であることが可能である。

メッシュに関する情報の符号化に先行して、関連情報を有するメッシュが、処理ユニット１４において任意に記憶される３２。

本発明で用いられる変形可能なメッシュの１つの基本的特性は、メッシュの構造（トポロジー）が、セグメント化される新しい画像への適用の間、固定されていることである。この不変性は、画像後処理タスクについての情報がメッシュに関して符号化されることを可能にするために重要である。例えば、後処理タスクが、測定の対象のオブジェクト又は構造の調査を有する場合、変形可能なメッシュの三角形は、各々が設定されたその構造までの距離の範囲内にあるかどうかに関しての情報により符号化されることが可能である。下の実施例において説明するように、それらの構造は、冠動脈が大動脈又は心外膜壁における冠動脈の典型的な位置から枝分かれする心門であることが可能である。

後処理タスクのために必要な情報を導き出すようにトレーニング画像を用いることの代替として、ユーザの解剖学的知識に基づいて、後処理タスクのために必要な情報を決定することが可能である。ユーザは、トレーニング画像のセグメント化を必要とすることなく、後処理タスクの実行を可能にするために必要な既存のメッシュの三角形又は頂点の適切なリストを割り当てることができるように十分に熟練していることが可能である。この場合、図２に示す方法のステップ２０、２６及び２８は必要なく、その方法は、メッシュに関する情報に従って、後処理タスク２４について直接、必要な情報の決定から処理される。

新しい画像が、自動的な適用を可能にする情報がメッシュに関して符号化された同じ後処理タスクの支配下に置かれている操作段階においては、新しい画像が得られ３４、その画像又はその画像におけるオブジェクトのみが、トレーニング画像におけるオブジェクトをセグメント化するように用いられる同じメッシュを用いてセグメント化される、即ち、そのメッシュは、各々の付加画像においてオブジェクトに適合される。後処理タスクのための情報は、メッシュから抽出され３８、後処理タスクは、抽出された情報を用いて自動的に実行される４０。新しい画像へのメッシュの適合の前に、画像取得装置１２により得られた新しい画像が、自動的な適用を可能にする情報がメッシュに関して符号化された同じ後処理タスクの支配下にあるかどうかに関する判定がなされることが可能である。それが否定的な場合、異なる後処理タスクが識別され、この新しい後処理タスクを可能にする情報が識別され、それに応じてその方法は進められる。

後処理タスクを実行した後４０、処理ユニット１４により導き出された修正された画像がディスプレイ１８に表示されることが可能である。修正された画像は、画像取得装置１２により取得されたオリジナル画像と、符号化された情報を有するメッシュとの両方から導き出される。修正された画像を生成するようにそれらのソースの両方を用いることにより、器官が分析されることができる速度と、器官の明瞭化と、視覚化目的で関心を有する器官の部分の表示と、を有する、画像における器官の分析における改善が得られる。

抽出された情報は、後処理タスクを開始するために必要な情報を与えることにより、後処理タスクの実行を容易にして促進するようにデザインされるそのような情報は、オブジェクトのセグメント化及び新しい画像へのメッシュの適用に対して有効であるため、ユーザインタラクションは、その後処理タスクを開始するためには必要ない。そのようなユーザインタラクションを排除することは、後処理タスクを自動化し、それにより、画像の個人の処理の効率を高め、後処理タスクの適用におけるエラーを少なくする又はなくすことに繋がる、画像取得装置及び画像処理装置の使用の容易性を高め、より複雑な後処理タスクを有する画像アプリケーションを可能にする。

メッシュに関して符号化される情報は、後処理タスクのために必要な異なる種類のデータであることが可能であり、異なる種類のデータは、メッシュの異なる領域において異なる後処理アルゴリズムが有効であるようにするメッシュの異なる領域において符号化されることが可能である。それ故、１つの後処理アルゴリズムはメッシュの１つの領域における基本であることが可能であり、このアルゴリズムの自動的な実行を可能にする一の種類のデータはメッシュのそれぞれの領域において符号化される一方、他の後処理アルゴリズムは、メッシュの異なる領域における基本であることが可能であり、このアルゴリズムの自動的実行を可能にする他の種類のデータはメッシュのそれぞれの領域において符号化されることが可能である。それらの領域が重なり合い、２つの異なる種類のデータがメッシュの同じ部分において符号化されること、即ち、１つ又はそれ以上の三角形又は頂点が２つ又はそれ以上の種類のデータに関連付けられることは、考えられないことはない。

メッシュに関して符号化された情報はまた、後処理アルゴリズムを制御する領域的に変化するパラメータを有することが可能である、即ち、メッシュの三角形及び／又は頂点に関連するパラメータは、三角形及び頂点の全てにおいて同一ではない。

メッシュに関する符号化情報は、器官又は解剖学的構造の典型的な位置に関する従来の知識を用いる有利点は、同様な器官又は解剖学的構造をセグメント化するメッシュの適用のときに、ユーザインタラクションが排除されるのでなく低減されるように、メッシュに対して組み込まれることが可能である。

本発明の主なアプリケーションは、複雑な器官及び関連する解剖学的構造のセグメント化及び解釈についてのものである。これには、弁、心筋及び大血管（大動脈、肺動脈等）の初期のセグメント化が後続の後処理タスクのための開始点としての役割を果たす心臓への適用を含むが、それに限定されるものではない。

心臓の画像処理に関する種々の後処理タスクのための方法を使用する実施例について、下で説明する。特に、心臓のセグメント化に関連して実行される後処理タスクの４つの実施例、即ち、冠動脈の心門の位置、冠状血管トラッキング、精細なセグメント化及び開いた心臓弁を仮想的に閉状態にすることについて説明する。

心門の位置の確認は、心門の位置が、後続の冠動脈ツリー抽出アルゴリズムについてのシード点として用いられることが可能である。この場合、後処理タスクは、心門の位置についての情報が必要な冠動脈ツリー抽出アルゴリズムの適用である。従来技術においては、シード点を識別するように、冠動脈ツリー抽出アルゴリズムについて、即ち、ユーザインタフェース装置を操作することにより、シード点の位置をユーザがマニュアルで規定することを必要とした。それとは対照的に、本発明においては、シード点の位置は、メッシュが心臓（心臓はメッシュを用いてセグメント化される）の画像に適用された直後に、冠動脈ツリー抽出アルゴリズムがシード点の位置により自動的に与えられることが可能であるように、メッシュに関して符号化された情報から導き出される。それ故、心臓を含む画像にメッシュを適用し、心室及び付いている大動脈をセグメント化した後、心門の可能な位置を限定し、それにより、冠動脈ツリー抽出アルゴリズムについてのシード点をより容易に識別することが可能になる。

分析される画像、即ち、トレーニング画像における実際の心門の位置に対して十分に近接しているメッシュの三角形を最初に識別することにより、心門の位置の決定についての必要な情報の符号化が得られる。１つ又はそれ以上のデータセットが、識別されたメッシュの三角形について得られる。観測された心門の位置からの距離が小さいメッシュの三角形はまた、ぼやけた画像の原因であるデータセットに含まれる。識別された三角形は、例えば、データファイルにおいてリストアップされている。それらの三角形と共に、三角形の位置と心門の位置との間の距離情報が含まれることが可能であり、実際には、分析された画像における既知の心門に近接している三角形については、距離情報が好適には含まれている。距離情報は、心臓を含み、メッシュが適用される新しい画像における心門を調査するときに有用である。

メッシュは、それ故、心臓がセグメント化されるようになっている方法ばかりでなく、トレーニング画像における心門に近接していることを判定する、メッシュにおける三角形の関連するリストを有する。心門に近接することは、心門に対して所定の距離の範囲内にあることを意味し、そのことを当業者は容易に理解することができる。

メッシュの許容された又はもっともらしい三角形のリストを作成し、メッシュについてそのリストを符号化した後、その符号化された情報は、次のように適用される。心臓を含む新しい画像は、メッシュモデルを用いてセグメント化され、それは、心門が位置付けられるように予測される心門の部分を有する。リストアップされた三角形に近接する領域、即ち、典型的には、大動脈の外側の領域は、適切なアルゴリズムにより自動的に処理され、画像における冠動脈を特徴付けるある基準を最大化する試みがなされる。例えば、血管存在の尤度又はある他の基準が用いられることが可能である。この基準、即ち、血管存在の尤度は、三角形がそれぞれの心門に近接している可能性がどのようであるかについての情報と結び付けられることが可能である。このことは、大動脈から枝分かれする殆どの冠動脈を有する可能性が最も高い三角形に近接する血管を特定するように調査を制限して、焦点を当て、それ故、その結果として、最適な心門の候補の選択、即ち、心門を含む最も可能性の高い三角形又は頂点の選択が改善される。

任意に、特別に調整された血管存在の尤度の基準が、探索される各々の個別の三角形について符号化されることが可能であり、即ち、メッシュに関して符号化された情報は、距離又は心門存在の尤度の情報ばかりでなく、異なる心門の領域に対するある動脈の特徴である。このオプションは、左側及び右側の冠動脈が類似する特徴を有するときに、名目上の有利点を提供し、器官のような２つのオブジェクトの位置が探索され、それらのオブジェクトが類似する特徴を有しない他のアプリケーションにおいても、このオプションは有用である。

代替として、各々の三角形又は頂点は、個別に調整されたアルゴリズムにより符号化されることが可能である。即ち、メッシュが新しい画像に適用されるとき、複数の且つ異なるアルゴリズムは、心門の位置又は心門自体についての情報を与える冠状血管存在をどの三角形又は頂点が含むか又は含む可能性があるかを識別する方向に向かうビューにより、各々の三角形又は頂点の一について実行される。

心門の位置を決定する後処理タスクを適用すると、心門の位置を示す新しい画像が、オリジナル画像に基づいて自動的に形成される、又はオリジナル画像から導き出される。好適には、心門は、新しい画像の残りの部分と異なる部分に対して画定される又は描画される。

本発明に従った第２のアプリケーションは、冠状血管、即ち、冠動脈及び静脈のセグメント化及びトラッキングである。心臓画像分析において、心臓及び心室のセグメント化の後、冠動脈及び／又は静脈についての調査が、通常、実行されて、一旦、位置付けられると、冠動脈はセグメント化される。冠動脈のセグメント化は、それらのかなり小さい寸法のために、即ち、典型的には、心臓画像における画像解像度、画像アーティファクト、狭窄及び多くの紛らわしい構造と同程度であるため、困難なタスクである。

冠状血管のセグメント化及びトラッキングについて、本発明に従った方法を適用する場合、冠動脈及び静脈は心外膜壁に近接しているとして知られているために、心筋の周囲の薄い層に対して冠動脈及び静脈についての調査空間を限定することが可能になる。より具体的には、心臓及び心臓の周囲の領域の画像における冠動脈及び静脈についての調査空間は、セグメント化された構造における調査が実行された血管とセグメント化された構造（心臓）との間の関係について得られている情報を予め利用することにより、血管トラッキングのために限定される又は焦点を当てられることができる。

冠動脈の場合、冠動脈は心外膜壁に近接していて、それ故、主動脈は、典型的には、十分に限定された領域に、例えば、心房と関連心室との間の溝における十分に限定された領域に位置付けられるために、この壁における確率分布が導き出されることが可能である。

メッシュにおける冠状血管の領域の予測される位置についての、符号化される予め導き出された情報は、それ故、セグメント化アルゴリズムの効率を改善するために重要であり、そのセグメント化アルゴリズムの実行は、後処理タスクを有する。その方法は、それ故、心臓を有する１つ又はそれ以上のトレーニング画像を分析するステップと、冠動脈ツリーの座標をマニュアルで得るステップと、を有する。冠動脈ツリーの座標は、その動脈の中心線の座標の群である。

一旦、冠動脈ツリーの座標が分析されたトレーニング画像から決定されると、冠状動脈が位置している心外膜面を各々の三角形又は頂点が有する尤度を計算する目的で、メッシュの各々の三角形又は頂点とそれらの座標間の関係に関して、分析が実行される。心外膜面を有する各々の三角形又は頂点の尤度を計算することに加えて又はそれに代えて、メッシュの各々の三角形又は頂点とそれらの座標との間の距離を計算することが可能である。

各々の三角形又は頂点とそれらの座標との間の距離についての情報及び／又は心外膜面を有する各々の三角形又は頂点の尤度についての情報はメッシュにおいて符号化される。それ故、三角形又は頂点のリストが生成され、導き出された情報と関連付けられる。

冠動脈の位置が調査される心臓を含む新しい画像に対してメッシュを適合した後、メッシュに関して符号化された情報は、冠動脈ツリーのセグメント化に対して新しい画像における冠動脈についての調査を予備的に継続する又は焦点を当てるように利用される。セグメント化アルゴリズムは、ユーザインタラクションが冠動脈の中心線の座標と各々の三角形又は頂点との間の距離についての情報及び／又は心外膜面を有する各々の三角形又は頂点の尤度についての情報に基づいて冠動脈をセグメント化する場合、調査される新しい画像の位置に関して最小限、自動的に実行される。

冠状血管のセグメント化を適用し、後処理タスクをトラッキングする場合、１つ又はそれ以上の冠状血管は、オリジナル画像に基づいて自動的に形成され、そのオリジナル画像から導き出される。各々の冠状血管は、画像の残りの部分からそれらを区別するように、画定される又は描画されることが可能である。

冠動脈ツリーのセグメント化はまた、上記のように、心門を求めるようにその方法のアプリケーションを用いて得られるシード点により有利に初期化されることが可能である。

本発明に従った方法の他のアプリケーションは、例えば、乳頭筋について適切に明らかにする、特定のアルゴリズムを用いて精細な心臓セグメント化のためのものである。このアプリケーションはまた、心臓の最初のセグメント化の後に行われるため、精細なセグメント化とも呼ばれる。

一部のアプリケーションは、測定の解剖学的構造のかなり詳細なセグメント化、例えば、心臓構造の詳細なセグメント化を必要とする。例えば、電気生理学的処理計画において、左心房及び接続されている血管の形状についてのかなり正確な情報を有することは重要である。他のアプリケーションは、最初の心腔のセグメント化によってはしばしば、得られない心室における乳頭筋の精細なセグメント化を必要とする。

非限定的タイプの解剖学的構造として心臓の精細なセグメント化に適用されるとき、本発明に従った方法は、精細なセグメント化を適用することにより、次いで、それに応じてその領域におけるメッシュの三角形又は頂点をラベリングすることにより後処理されなければならない心臓の領域の識別を伴う。ラベリングされたメッシュの部分の各々について実行される後処理タスクが決定される。従って、メッシュの三角形又は頂点のリストは、メッシュが他の心臓に適用されるときに、各々のセグメント化アルゴリズムが関連する三角形又は頂点に適用されることができるように、各々の精細なセグメント化アルゴリズムの必要なアプリケーションとして識別される。

最初のメッシュモデルベースのセグメント化により規定される領域から開始する精細なセグメント化の一実施例は、例えば、左心室のボリューム又は心筋等のメッシュ面により囲まれた領域を最初に規定し、次いで、第１領域及び第２領域に割り当てられる全てのボクセルにおいて規定される均一性条件を高める場合、第１領域から第２領域への領域境界にある又はその領域境界に近接しているボクセルを再割り当てするようになっている。その均一性条件は、第１領域及び第２領域内における階調値の分布を測定することが可能であり、一の領域から他の領域への再割り当ては、その分布がより均一になるときに実行される。セグメント化アルゴリズムは、適用される三角形又は頂点へのボクセルの再割り当てを達成するようにデザインされる。

メッシュベースのセグメント化を用いて新しい画像をセグメント化した後、各々の精細なセグメント化アルゴリズムは、メッシュ面及び／又は個別の三角形により囲まれた規定領域において自動的に実行される。この方法においては、精細なセグメント化アルゴリズムはユーザインタラクションを必要とせず、例えば、左心房及び接続している血管の形状が、それらがメッシュモデルベースのセグメント化のみの後に表示される場合に比べて、より明瞭にディスプレイにおいて表示される、画像を画像分析器は自動的に供給される。この改善された明瞭化は、その精細はセグメント化アルゴリズムの実行からもたらされる。

本発明に従った方法の他のアプリケーションは、心房収縮の間に開状態にある心臓弁についての仮想的な閉状態に対処するためのものである。この特徴は、拍出部分の測定のために、心室のボリュームの実質的に固定された限定に達するには重要である。

心拍において、心房と心室との間の弁、即ち、左側の心腔間の僧帽弁及び右側の心腔間の三尖弁は、周期的に、心房から心室への血流を可能にするように開状態にし、収縮期において心房に血液が戻って流れないように閉状態にする。拍出部分の測定は、心拍における心室のボリュームに基づき、心室の十分に限定された境界を有することは重要である。心臓学測定プロトコルに従って、心室は、心房から心室に流れる血液を伴わずに、弁の残りの位置に対応する“平坦化した仮想的な弁”を用いて、その弁に基づいて開状態の心臓弁についてさえ、“仮想的に閉状態”にある。しかしながら、十分に調整されたモデルはしばしば、測定のために用いられる仮想的に閉状態にあるバルブに対応しない開状態のバルブのセグメント化を得る。

この場合には、それ故、後処理タスクは、できるだけフラットである仮想的に閉状態にあるバルブをシミュレートする面により、開状態にあるバルブを表すモデル面の適合された部分を置き換える。本発明に従った方法を適用して、後処理において“平坦化”されるようになっている弁領域の三角形及び／又は頂点が識別され、それらの三角形又は頂点のリストが作成される。それらの暖活計又は頂点における心臓の部分の平坦化は、検討中の弁についての後処理タスクである。

心臓のメッシュモデルのセグメント化又は適用の後、弁の三角形全ての角ばったエッジの長さの合計が最小化するように、リストアップされた頂点を移動することにより三角形のモデル面が弛緩されるように平坦化が適用される。そのリストに含まれない頂点は、弁が表面張力を最小化するように試みる伸縮性シートのようにモデル化されるように、固定されたまま保たれる。

仮想的に閉状態にする後処理タスクを適用して、平坦化された弁を示す新しい画像は、オリジナルの画像に基づいて自動的に生成される又はオリジナルの画像からもたらされる。

上記のように、本発明は、同様の器官の関連画像処理タスク、即ち、成功裏の最初のセグメント化を用いて可能である又は改善される関連画像処理タスクに対する、器官のような解剖学的構造の最初の成功裏に実行されるセグメント化と、同様な器官のセグメント化において適用される符号化されたメッシュにより与えられる情報又はリンクとの間のインタフェースを与える。

上記のシステム及び方法は、特に、心臓ＣＴ検査のようなＣＡＤパッケージ及びＥＰ計画のような介入計画パッケージのようなソフトウェアの適合について適切である。

本発明の例示としての実施例及び実施形態については、添付図を参照して上で詳述しているが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲又は主旨から逸脱することなく、種々の他の変形及び修正が当業者には可能である。

本発明に従った方法を実行することができる本発明に従った画像処理構成の模式図である。 本発明に従った変形可能なメッシュを用いて画像の後処理を容易にする方法のフローチャートである。

Claims (21)

1. メッシュを用いてセグメント化される画像におけるオブジェクトの後処理を実行する方法であって：
   メッシュを用いるセグメント化の後に前記オブジェクトに対して実行される後処理タスクを識別するステップ；
   前記後処理タスクのために必要な情報を決定するステップ；
   前記メッシュに関して前記情報を符号化するステップ；
   符号化された情報を有する前記メッシュを用いて新しい画像において前記オブジェクトをセグメント化するステップ；及び
   前記メッシュから前記符号化された情報を抽出することにより前記後処理タスクを実行するステップ；
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、前記後処理タスクが実行される前記メッシュの三角形又は頂点のリストである、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、前記メッシュの各々の三角形又は頂点と前記後処理タスクのための対象のオブジェクトとの間の距離を表す距離値である、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、前記後処理タスクのため前記メッシュの各々の三角形又は頂点の有用性の確率を表す確率関数である、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報を決定する前記ステップは、前記オブジェクトを含む少なくとも１つのトレーニング画像を取得する段階と、前記メッシュにより前記少なくとも１つのトレーニング画像において前記オブジェクトをセグメント化する段階と、前記少なくとも１つのトレーニング画像の前記セグメント化に基づいて前記情報を導き出す段階と、を有する、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、複数の後処理タスクを規定するステップであって、各々の後処理タスクは実行可能な異なる必要な情報を有する、ステップを更に有する、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクは、前記新しい画像における前記オブジェクトのセグメント化のときに、ユーザインタフェースを用いずに自動的に実行される、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記メッシュに関して前記情報を符号化する前記ステップは、異なる後処理タスクが前記メッシュの異なる領域に適用可能であるように、前記メッシュの異なる領域に前記後処理タスクのために必要なデータの異なる種類を符号化する段階を有する、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクは、後処理アルゴリズムの実行を有し、前記メッシュにおける前記情報を符号化する前記ステップは前記後処理アルゴリズムを制御する領域的に変化するパラメータを符号化する段階を有する、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記画像の前記オブジェクトは心臓であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、実際の心門の位置に対する所定距離の範囲内の前記メッシュの三角形又は頂点の識別であり、前記メッシュは前記識別された三角形又は頂点と、各々の三角形又は頂点と前記心門の位置との間の距離とにより符号化され、前記後処理タスクの前記実行は、存在する心門の尤度を決定するように前記識別された三角形又は頂点を分析するためのアルゴリズムを実行することを有する、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記画像の前記オブジェクトは心臓であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、冠状血管が近接している面を有する前記メッシュの各々の三角形又は頂点の尤度であり、前記後処理タスクの実行は、冠状血管が近接している面を有する大きい尤度を有する存在する三角形又は頂点を分析するためのアルゴリズムを実行することを有する、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、前記メッシュの各々の三角形又は頂点と前記冠状血管の座標との間の距離であり、前記後処理タスクの前記実行は、前記冠状血管の前記座標から所定の距離の範囲内の三角形又は頂点のみを分析するアルゴリズムを実行することを有する、方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、精細なセグメント化の支配下に置かれる前記メッシュの領域の識別であり、前記メッシュは各々の識別された領域における三角形又は頂点により符号化され、前記後処理タスクの実行は、前記符号化された三角形又は頂点により表される前記画像の部分を追加してセグメント化する精細なセグメント化アルゴリズムを実行することを有する、方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記画像の前記オブジェクトは心臓であって、前記後処理タスクのために必要な前記情報は、人為的に平坦化される弁領域の範囲における三角形又は頂点の識別であり、前記後処理タスクの実行は、前記識別された三角形又は頂点を移動させる平坦化アルゴリズムを実行することを有する、方法。
15. 画像を処理し、該処理された画像を表示する方法であって：
    準備ステップにおいて、
    メッシュを用いるセグメント化の後、オブジェクトに対して実行される処理タスクを識別するステップ、
    前記処理タスクのために必要な情報を決定するステップ、及び
    前記メッシュに関して前記情報を符号化するステップ；
    操作ステップにおいて、
    同じ前記オブジェクトを有する新しい画像を取得するステップ、
    符号化された情報を有する前記メッシュを用いて、前記新しい画像において前記オブジェクトをセグメント化するステップ、
    前記メッシュから前記符号化された情報を抽出することにより前記処理タスクを実行するステップ、及び
    前記処理されたタスクの前記実行により修正された前記新しい画像の導出を表示するステップ；
    を有する方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記処理タスクのために必要な前記情報を決定する前記ステップは、前記オブジェクトを含む少なくとも１つのトレーニング画像を取得する段階と、前記メッシュにより前記少なくとも１つのトレーニング画像において前記オブジェクトをセグメント化する段階と、前記少なくとも１つのトレーニング画像の前記セグメント化に基づいて前記情報を導き出す段階と、を有する、方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、前記処理タスクのために必要な前記情報は、前記処理タスクが実行される前記メッシュの三角形又は頂点のリストである、方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、前記処理タスクのために必要な前記情報は、前記メッシュの各々の三角形又は頂点と前記処理タスクのための対象のオブジェクトとの間の距離を表す距離値である、方法。
19. 請求項１５に記載の方法であって、前記処理タスクのために必要な前記情報は、前記処理タスクのため前記メッシュの各々の三角形又は頂点の有用性の確率を表す確率関数である、方法。
20. 画像処理システムであって：
    処理されるオブジェクトの画像を取得する画像取得装置；
    処理の前後に前記画像取得装置により取得された画像を表示するディスプレイ；
    前記画像取得装置及び前記ディスプレイに結合された処理ユニット；並びに
    前記画像取得装置及び前記処理ユニットを制御するユーザインタフェース；
    を有する画像処理システムであり、
    前記処理ユニットは、画像取得の開始と、前記画像におけるオブジェクトのメッシュモデルベースのセグメント化の開始と、前記メッシュを用いるセグメント化の後に前記オブジェクトに対して実行される後処理タスクの識別と、前記後処理タスクのために必要な情報の決定と、を前記ユーザインタフェースを介して可能にするように備えられ；
    前記処理ユニットは、前記メッシュに関して前記後処理タスクのために必要な前記情報を符号化し、符号化された情報を有するメッシュを用いて前記画像取得装置により取得された新しい画像における前記オブジェクトをセグメント化し、前記メッシュから前記符号化された情報を抽出することにより前記後処理タスクを自動的に実行し、そして前記ディスプレイにおいて前記新しい画像の前記後処理から導き出された画像を表示する；
    画像処理システム。
21. 処理されるオブジェクトの画像を取得する画像取得装置と、処理の前後に前記画像取得装置により取得された画像を表示するディスプレイと、前記画像取得装置を制御するユーザインタフェースと、を有する画像処理システムにおいて画像処理を行うコンピュータ読み取り可能媒体であって：
    前記ユーザインタフェースを介して画像取得を開始し；
    前記ユーザインタフェースを介して前記画像におけるオブジェクトのメッシュモデルベースのセグメント化を開始し；
    前記ユーザインタフェースを介して前記メッシュを用いるセグメント化の後に前記オブジェクトに対して実行される後処理タスクを識別し；
    前記ユーザインタフェースを介して前記後処理タスクのために必要な情報を決定し；
    前記メッシュに関して前記情報を符号化し；
    符号化された情報を有するメッシュを用いて前記画像取得装置により取得された新しい画像における前記オブジェクトをセグメント化し；
    前記メッシュから前記符号化された情報を抽出することにより前記後処理タスクを自動的に実行し；そして
    前記ディスプレイにおいて前記新しい画像の前記後処理から導き出された画像を表示する；
    コンピュータ読み取り可能媒体。

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