JP5264722B2 - 後続するスキャン間で、スキャン形状をトランスファするための方法、装置、システム及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、（複数の）類似の領域に対して第1のスキャンから第2のスキャンへとスキャン形状をトランスファするための方法に関する。

本発明は更に、（複数の）類似の領域に対して第1のスキャンから第2のスキャンへとスキャン形状をトランスファするための装置に関する。

本発明は尚更、（複数の）類似の領域に対して第1のスキャンから第2のスキャンへとスキャン形状をトランスファするためのコンピュータプログラムに関する。

冒頭に記述されている方法は、米国特許公報US 6 396 266 B1から知られている。この既知の方法はオペレータ対話型で、磁気共鳴撮像(MRI)装置を用いるデータ取得に使用可能である。当該既知の方法ではオペレータは、以前の画像取得に対応する、以前に規定されたスキャン面に基づいて、後続の画像取得のために、全体画像上に適切なスキャン面を規定することにより第2の撮像形状を規定することが可能である。この態様にて、以前に規定された画像ボリュウムの形状情報が、後続するスキャンのための撮像ボリュウムを規定するための開始点として使われる。

オペレータに依存し、限られた動作速度をもつことが既知の方法の短所である。

改善された動作速度をもつ、スキャン形状をトランスファする方法を供することが本発明の目的である。

この目的のために、本発明による方法は、
− 第1の領域と第2の領域とを有する対象物の全体スキャンをローディングするステップと、
− 当該全体スキャン内で、第1の領域と第2の領域とを識別するステップと、
− 当該第1の領域に対応する第1のスキャン形状を決定するステップと、
− 第1の領域と第2の領域との間の形状的な対応に関する情報を用いて、前記第1のスキャン形状を第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファするステップとを有する。

本発明の技術的な手法は、第1の領域と第2の領域との間の類似性のような、全体画像のもつコンテンツの情報を用いることにより、形状のトランスファのステップの動作速度を大幅に改善することが可能であるとの知見に基づいている。何故ならば、前記トランスファは全体スキャン内の（複数の）領域間での形状的な対応に直接関係しているからである。第1の領域から、複数の類似の領域へスキャン形状をトランスファする可能性も、同様に思慮されることが更に留意される。加えるに第1のスキャン形状は一つ以上のサンプルから構成されており、これは全体のスキャンに適合させるためにユーザによって手動で調節されてもよい。適切なサンプルの例は、脳、心臓等のような、興味の対象となる標準化された領域のスキャン用のテンプレートを有する。斯様なテンプレートを構築する適切な例が国際特許公開公報WO 2006/013499から知られている。類似の領域は、左右の肘、左右の肺、左右の腎臓、脊椎内の異なる頚椎のように、人体内で対応する組織、構造又は部分を有していることに更に留意されたい。

本発明による方法の実施例では、第1の領域と第2の領域とを識別するステップは、画像分割法を用いて自動的に行われる。

この動作を自動化することにより、本発明による方法の動作速度の更なる増大が保証される。画像分割法を用いた自動的な領域識別の適切な例は、例えば画像のピクセル値に基づく自動輪郭取りか、又は画像のランドマークに基づいた構造物の自動分割を有する。代替的には第1の領域を自動的に識別するために、患者のデータファイル中で、もとより利用可能な撮像プロトコルのタイプのような、補足データが使われてもよい。斯様な識別は、標準の撮像プロトコルが全体画像内で患者の同様な領域の同様の位置を生じるとの事実に起因して、画像内の探索領域の通常の位置の知識を用いて明確に描かれた、対象となる領域の自動描写を有することが留意される。

本発明による方法の他の実施例では、第1のスキャン形状を決定するステップは、同様の領域の先行するスキャンを解析することによって行われる。

もとよりMR-スキャンの計画のための形状は、具体的な身体構造に依存する。種々異なる生体構造の関連性は、種々異なる患者に対する、しかし同一の生体構造に対する幾つかの形状サンプルを使って、好ましくは自動的に解析されることができる。対応する生体構造がある場合、全ての対応する構造に対するサンプルから、形状依存性を同時に学ぶことが可能である。対応する領域に対する以前のスキャンを解析することにより、実際のスキャン形状に対する第1の根拠のある推測が供されることができる。この実施例は、形状のトランスファのステップの動作速度を更に改善する。

本発明の尚更なる実施例では、第1のスキャン形状が、事前に記憶されたモデルに基づいて決定される。

この実施例の特徴は、もとより頻繁に使われる画像内の、ある領域の位置と方向との間の依存性及び対応する撮像形状が適切なデータベース内に記憶でき、前記依存性及び撮像形状が、新たなスキャンを計画するために後続して使われることのできる撮像形状の適切なテンプレートを規定するための解析の支配下に置かれることができるとの知見に基づいている。一般に斯様なテンプレートは、平均化された計画形状を表しているものと考えられ、オペレータに自動的に提供されることができる。オペレータは次に、実際の領域に合っている第1の撮像形状のパラメータを手動で調節する。代替的には第1の撮像形状は、テンプレートの使用から始まり、画像内の適切なランドマークを用いて自動的に得られ、当該形状はオペレータによって供されるか、又は例えば適切な画像分割法を用いて自動的に見出されるかの何れかであり得る。

本発明による方法の尚更なる実施例では、トランスファステップは、（複数の）類似の領域と当該類似の領域の個々のスキャン形状との間の対応マッピングを構築するステップを含んでいる。

当該対応マッピングは、一つの生体構造に対する他からの形状サンプルと同様、生体構造サンプルを人工的に生成するために使われることができる。例えば、二つの生体構造AとBとの間の対応マッピングは、3次元の画像空間I∈R³の自己マッピングCとして実現できる。生体構造Aに対してサンプルS_A（例えば一連のランドマーク）がある場合、このマッピングCは、生体構造Bに対するこれらのランドマークの人工的なサンプルC(S_A)を生成するために使うことができる。また、生体構造Aに対する形状サンプルG_Aは、対応マッピングCをこの形状の外接直方体の四隅に適用することによって、生体構造Bの人工的な形状サンプルへとトランスファされることができる。計画しているスキャン形状への外接直方体の使用は、当業者の知識の範囲に含まれる。左右変換のような、幾つかの対称的に配置された領域の変換に対し、形状変換に加え、ミラーリング演算子が座標軸の反転に加えて使われる。これゆえ、マッピング形状サンプルG_Aに対するマッピングC'と、画像又は生体構造Cのマッピングとは異なることがある。マッピングCとマッピングC'の対が、形状の対応と形状のトランスファとを決定する。これらのマッピングと共に、形状データベース内のサンプルがプリプロセスされ、計画されたサンプルが現在の生体構造へマッピングされることができる。

本発明による方法の尚更なる実施例では、第2のスキャン形状を決定するための第1のスキャン形状と、スキャン形状のサンプルとの間を区別するために、重み付け係数が使われる。

学習フェイズで、人工的に生成されたサンプルと現在の生体構造からのサンプルとに異なる重み付けをすることが好都合なことがわかった。好ましくは、現在の生体構造のサンプルには、より高い相対重み付けが与えられる。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、これ以降説明される実施例から明らかであり、当該実施例を参照して説明されることであろう。

図1は、本発明による方法の実施例の概観図を提示している。方法１によれば、ステップ2で、第1の領域と第2の領域とを有する適切な全体画像が適切な画像データ処理手段へローディングされる。磁気共鳴撮像用に、当該全体画像は好ましくは調査画像を有し、この調査画像は通常3次元で取得される。適切な画像データ処理手段は、磁気共鳴装置の表示ステーション、又は何らかの他の表示装置を有する。本発明による方法のステップ4で、第1の領域と第2の領域とが全体画像内で識別される。ステップ4aでは、斯様な識別を手動で行うことが可能である。代替的には、又は加えるに、例えば自動輪郭取り、又は何らかの他の適切な画像分割技術を用いて、ステップ4bで、第1の領域と第2の領域とを自動的に識別することが可能である。本発明による方法のステップ6で、第1の領域に対応する第1のスキャン形状が決定される。関連するスキャン情報をオペレータが入力するための適切な手段を供することにより、これはステップ6aで手動で実行されることができる。代替的には、例えば類似の領域の先行スキャンの自動分析を行うことにより、この操作はステップ6bで自動的に行われることができる。共通のデータ通信プロトコルにおいて、英数字の情報をデータと結合する可能性がある。「ひざ」、「頚椎」、「脳」等のような、スキャンされた領域を呼称するタグが、同じタグで識別された領域に対して実行されたスキャン計画を自動的に検知するために使われることがある。第1の領域に対応する第1のスキャン形状が決定されると、本発明による方法1は、第1のスキャン形状が、第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファされるステップ8へ進み、第1の領域と第2の領域との間の形状的な対応についての情報が使用される。好ましくは、このトランスファのステップは、（複数の）類似の領域と、当該類似の領域の個別のスキャン形状との間の対応マッピングの構築を含んでいる。

当該対応マッピングは、一つの生体構造に対する他からの形状サンプル同様、生体構造サンプルを人工的に生成するために使われることができる。例えば、二つの生体構造AとBとの間の対応マッピングは、3次元の画像空間I∈R³の自己マッピングCとして実現できる。生体構造Aに対してサンプルS_A（例えば一連のランドマーク）がある場合、このマッピングCは、生体構造Bに対するこれらのランドマークの人工的なサンプルC(S_A)を生成するために使うことができる。また、生体構造Aに対する形状サンプルG_Aは、対応マッピングCをこの形状の外接直方体の四隅に適用することによって、生体構造Bの人工的な形状サンプルへとトランスファされることができる。計画しているスキャン形状に対する外接直方体の使用は、当業者の知識の範囲に含まれる。左右変換のような、幾つかの対称的に配置された領域の変換に対し、形状変換に加え、ミラーリング演算子が座標軸の反転に加えて使われる。これゆえ、マッピング形状サンプルG_Aに対するマッピングC'と、画像又は生体構造Cのマッピングとは異なることがある。マッピングCとマッピングC'の対が、形状の対応と形状のトランスファとを決定する。これらのマッピングと共に、形状データベース内のサンプルがプリプロセスされ、計画されたサンプルが現在の生体構造へマッピングされることができる。

トランスファのステップに対し、二つの代替案が思慮されることに留意されたい。第１に、実際の第１のスキャン形状による情報のみを用いて、実際の形状のみをトランスファすることが可能である（図１の8aを参照）。このオプションは、例えば第1の領域が正にスキャンされ、第1のスキャン形状による実際のデータが使用可能な場合に使うことができる。代替的には、テンプレート8bを使うことが可能であり、これはテンプレート8bのデータベース7からローディングされることができる。また、これら二つのオプションの組み合わせも可能であり、第2のスキャン形状は、実際の情報と当該テンプレートからの情報との組み合わせから得られる。この場合、データベースから得られたスキャン形状のサンプルと実際の第1のスキャン形状との間を区別するために、好ましくは重み付け係数が使われる。より好ましくは、実際の情報に、より高い重み付けが割り当てられる。第2のスキャン形状が得られた場合、本発明による方法1は、第2の領域をスキャンするために、次のステップ9へと進む。画像のコンテンツ情報を用いてスキャン形状が自動的にトランスファされるとの事実に起因して、本発明による方法の動作速度は、従来から知られた方法に対して改善される。

図2は、本発明による装置の実施例の概観図を提示している。当該装置は、患者の明白な診断画像である適切な画像ソースデータ22aを何らかの適切な形式で受信するための入力部22をもつコンピュータ20を有する。磁気共鳴撮像のために、斯様な画像ソースデータは患者の概観スキャンを含む。例えば、コンピュータ20は画像ソースデータの取得に関与する。この場合、画像データがアナログ形式で取得され、更なるデータ処理のために適切なA/Dコンバータを用いて、デジタル形式に変換される。当該画像データは例えばデジタル形式での直接取得を通じ、又は遠隔コンピュータ/医療装置によって取得された後にコンピュータネットワークを介して、デジタル形式でも受信される。コンピュータ20の核は、全体のスキャン内の領域を識別するためのデータプロセッサ24にて形成されている。この目的のために、当該データプロセッサ24は適切なコンピュータルーチン25上を好ましくは走る。当該コンピュータ20は、動作時に当該データプロセッサによってアクセスされるべき（複数の）何らかの適切なルーチンを記憶するために、ストレージユニット28を有する。当該コンピュータ20は、一般にはRAMベースの動作メモリ26を他に有する。ストレージユニット28は、データ処理がされなかった場合、画像データ（又はその一部）を記憶するために用いられることができ、並びに画像データの操作履歴及びサンプルと実際のデータとの間を区別するために使われる重み付け係数23のような何らかの適切な追加情報を記憶するために用いられることができる。当該動作メモリ26は、データ処理された（一部の）画像データ、及び当該画像データの一部をデータ処理するために使われる適切な画像データ処理手段のための命令を、一般には保持する。

当該データプロセッサ24は更に、第1の領域に対応する第1のスキャン形状を決定する。好ましくは、適切な画像分割ルーチン27が、とりわけソフトウエアの形態で用いられる。当該データプロセッサ24は更に、第1の領域と第2の領域との間の形状的な対応に関する情報を用いて、第1のスキャン形状を第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファする。好ましくは、この特徴は適切なソフトウエア27aを用いて実行され、データプロセッサによって開始された場合、探索結果を作成する。好ましくはコンピュータ20は、スキャン形状のトランスファ結果を適切に供する出力部29を有する。好都合なことに出力部29は、適切なデータをコンピュータで読み取り可能なファイルへと書き込む。

図3は、本発明によるコンピュータプログラムの実施例の概観図を提示している。本発明によればコンピュータプログラム30は、データプロセッサに第1の領域と第2の領域とを有する適切な全体画像のローディングを生じさせるための命令32を有し、当該プログラムは適切な画像データ処理手段内にローディングされている。磁気共鳴撮像用に、当該全体画像は、通常3次元で取得される概観画像を好ましくは有する。前記適切な画像データ処理手段は、磁気共鳴装置の表示ステーション、又は何らかの他の表示装置を有する。本発明によるコンピュータプログラムの命令34に従って、第1の領域と第2の領域とが全体画像内で識別される。ユーザデータの入力34aに続き、斯様な識別を手動で行うことが可能である。この場合、コンピュータプログラムは入力データを適切なファイルに書き込む。代替的には、又は加えるに、例えば自動輪郭付け、又は何らかの他の適切な画像分割技術を用いることにより、命令34bに従って、第1の領域と第2の領域とを自動的に識別することが可能である。本発明によるコンピュータプログラムの命令36によって、第1の領域に対応する第1のスキャン形状が決定される。関連するスキャン情報を入力するためにオペレータによって供された入力データを記憶することによって、この操作はステップ36aにて手動で実行されることができる。代替的には、この操作は、例えば類似の領域の先行するスキャンの自動分析によって、命令36bに従って自動的に行われることができる。共通のデータ通信プロトコルでは、英数字の情報をデータと結合する可能性があることが留意される。「ひざ」、「頚椎」、「脳」等のような、同一のタグで識別される領域に対して実行されたスキャン計画を自動的に検知するために、スキャンされた領域を呼称するタグが用いられることができる。第1の領域に対応する第1のスキャン形状が決定されると、コンピュータプログラム30は、第1のスキャン形状が第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファされる命令38へと進み、ここでは第1の領域と第2の領域との間の形状的な対応についての情報が用いられる。好ましくはトランスファのステップは、（複数の）類似の領域と、当該領域の個々のスキャン形状との間に対応マッピングを構築することを含む。

当該対応マッピングは、一つの生体構造に対する他からの形状サンプルと同様、生体構造サンプルを人工的に生成するために使われることができる。例えば、二つの生体構造AとBとの間の対応マッピングが、3次元の画像空間I∈R³の自己マッピングCとして実現されることができる。生体構造Aに対するサンプルS_A（例えば一連のランドマーク）が有る場合、これらのランドマークの人工的なサンプルC(S_A)を生体構造Bに対して生成するために、マッピングCが使われることがある。また、生体構造Aに対する形状サンプルG_Aは、対応マッピングCをこの形状の外接直方体の四隅に適用することによって、生体構造Bの人工的な形状サンプルへトランスファされることができる。計画しているスキャン形状への外接直方体の使用は、当業者の知識の範囲に含まれる。左右変換のような、幾つかの対称的に配置された領域の変換に対し、形状変換に加え、ミラーリング演算子が座標軸の反転に加えて使われる。これゆえ、マッピング形状サンプルG_Aに対するマッピングC'と、画像又は生体構造Cのマッピングとは異なることがある。マッピングCとマッピングC'の対が、形状の対応と形状のトランスファとを決定する。これらのマッピングと共に、形状データベース内のサンプルがプリプロセスされ、計画されたサンプルが現在の生体構造へマッピングされることができる。

トランスファのステップに対し、二つの代替案が思慮されることに留意されたい。第１に、実際の第１のスキャン形状による情報のみを用いて、実際の形状のみをトランスファすることが可能である（図3の38aを参照）。このオプションは、例えば第1の領域が正にスキャンされ、第1のスキャン形状による実際のデータが使用可能な場合に使うことができる。代替的には、テンプレート38bを使うことが可能であり、これはテンプレート38bのデータベース37からローディングされることができる。また、これら二つのオプションの組み合わせも可能であり、第2のスキャン形状は、実際の情報と当該テンプレートからの情報との組み合わせから得られる。この場合、データベースから得られたスキャン形状のサンプルと、実際の第1のスキャン形状との間を区別するために、好ましくは重み付け係数が使われる。より好ましくは、実際の情報に、より高い重み付けが割り当てられる。第2のスキャン形状が得られた場合、当該コンピュータプログラム30は、第2の領域をスキャンするために、次のステップ39へと進む。画像のコンテンツ情報を用いてスキャン形状が自動的にトランスファされるとの事実に起因して、本発明による方法の動作速度は、従来から知られた方法に対して改善される。

図4は、本発明による方法を用いた形状のトランスファの例を提示している。この例示的な実施例では、スキャン形状が人間の頚椎に対してトランスファされている。第1にステップ41で、ブロック41aにて概観的に注記されている頚椎｛区画｝L4/L5に対する第1のスキャン形状が学習される。これに続いて、他の頚椎と区画L4/L5との間の形状的な対応を知り、第2のスキャン形状が頚椎L1/L2、ブロック43aに対しステップ43で適宜トランスファされ、頚椎L2/L3、ブロック45aに対してステップ45で適宜トランスファされる。

本発明は、図面及びこれまの説明にて詳細が例示され説明されたが、斯様な例示及び説明は例示又は典型例であると考えられ、限定するものとは考えられない。本発明は開示された実施例に限定されるものではない。

本発明による方法の実施例の概観図を提示する。 本発明による装置の実施例の概観図を提示する。 本発明によるコンピュータプログラムの実施例の概観図を提示する。 本発明による方法を用いた形状のトランスファの例を提示する。

Claims (10)

1. 第1の領域と第2の領域とを有する対象物の全体スキャンをローディングするステップと、
   前記全体スキャン内で、前記第1の領域と前記第2の領域とを識別するステップと、
   前記第1の領域に対応する第1のスキャン形状を決定するステップと、
   前記第1の領域と前記第2の領域との間の形状的な対応に関する情報を用いて、前記第1のスキャン形状を前記第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファするステップとを有する、類似の領域に対して第1のスキャンから第2のスキャンへとスキャン形状をトランスファする方法。
2. 前記第1の領域と前記第2の領域とを識別するステップが、画像分割を用いて自動的に行われる、請求項１に記載の方法。
3. 類似の領域の先行するスキャンを解析することによって、前記第1のスキャン形状を決定するステップが行われる、請求項１に記載の方法。
4. 事前に記憶されたモデルに基づいて前記第1のスキャン形状が決定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記トランスファするステップが、類似の領域とこれら類似の領域の個々のスキャン形状との間の対応マッピングを構築することを含む、請求項１ないし4の何れか一項に記載の方法。
6. スキャン形状のサンプルを構築するために、対応するスキャン形状をもつ複数の領域を有する形状データベースを事前にデータ処理する準備ステップを更に含む、請求項3に従属する請求項5に記載の方法。
7. 前記第2のスキャン形状を決定するために、スキャン形状のサンプルと前記第1のスキャン形状との間を区別するための重み付け係数が用いられる、請求項6に記載の方法。
8. 第1の領域と第2の領域とを有する対象物の全体スキャンをローディングする入力部と、
   データプロセッサとを有する、類似の領域に対して第1のスキャンから第2のスキャンへとスキャン形状をトランスファする装置であって、前記データプロセッサは、
   − 前記全体スキャン内で、前記第1の領域と前記第2の領域とを識別し、
   − 前記第1の領域に対応する第1のスキャン形状を決定し、
   − 前記第1の領域と前記第2の領域との間の形状的な対応に関する情報を用いて前記第1のスキャン形状を前記第2の領域に対応する第2のスキャン形状へとトランスファする、装置。
9. スキャンデータを得るための撮像モジュールをもつ装置を有し、請求項8に記載の装置を更に含む、画像取得システム。
10. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の方法のステップをデータプロセッサが実行するための命令を有する、コンピュータプログラム。

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