JP5265850B2

JP5265850B2 - 関心領域を指示するためのユーザ対話式の方法

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Publication number: JP5265850B2
Application number: JP2005243686A
Authority: JP
Inventors: ハラルド・ダイシンゲル; ペトラ・ホーベルシュベルゲル; ウォルター・デューダ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: FR2874715B1; FR2874715A1; US7433504B2; JP2006061698A; US20060058605A1

Description

本発明は、全般的には医用イメージング・システムに関する。具体的には、本発明は、医用画像内で関心領域を画定するための方法及び装置に関する。

医用画像の内部で対象の輪郭を描くためには様々な方法が利用可能となっている。この対象は例えば、ユーザがその詳しい分析に関心を示すような胎児、臓器、膿瘍または腫瘍とすることがある。こうした輪郭によって囲繞されたエリアは画像の「関心領域」（ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｅｓｔ：ＲＯＩ）を示している。典型的にはユーザは画像上に表示されている別のフィーチャには関心を示さず、またＲＯＩを選択することによってユーザは画像のうちユーザの関心が最も高い部分にシステムの処理能力を集中することが可能となる。
米国特許第６７４２９３８号

ＲＯＩの辺縁セグメントを選択するための目下の方法には問題点が存在する。例えば、一方法では、長方形、円形、楕円形など既知の形状を利用し、次いでユーザにこの形状の輪郭を対象の周りの所望の箇所までドラッグ（ｄｒａｇ）するように要求する。さらに別の方法は、ユーザに対してマウスやキーボードの様々なキーを用いて対象の輪郭を描かせており、このことは極めて時間がかかることがあり、その正確さはディスプレイのサイズ及び分解能、並びにユーザがディスプレイ上でカーソルを動かせる最小距離によって影響を受ける。３Ｄ画像での作業ではさらに、追加的な複雑化要素が加わる。

したがって、上で指摘した問題点や従来から知られている別の問題点に対処しているような、画像内でＲＯＩの辺縁セグメントを取得するための方法が望まれている。

一実施形態では、画像内部でＲＯＩを表示するための方法は、該画像の内部において初期ＲＯＩを、線形辺縁セグメントを用いて該ＲＯＩを囲繞することによって画定するためのユーザ・インタフェースであって、該線形辺縁セグメントのうちの少なくとも１つを非線形辺縁セグメントで置き換えて初期ＲＯＩと少なくとも部分的に異なる新たなＲＯＩを形成することによってユーザに対して該初期ＲＯＩを画定し直すことを可能とさせるように適合させたユーザ・インタフェースを備える。

一実施形態では、画像内部でＲＯＩを表示するための方法は、該画像の内部において初期ＲＯＩを、１つの長方形を形成するように配列させた線形辺縁セグメントを用いて該ＲＯＩを囲繞することによって画定するためのユーザ・インタフェースであって、該線形辺縁セグメントのうちの少なくとも１つを非線形辺縁セグメントで置き換えて初期ＲＯＩと少なくとも部分的に異なる新たなＲＯＩを形成することによってユーザに対して該初期ＲＯＩを画定し直すことを可能とさせるように適合させたユーザ・インタフェースを備える。

図１は、本発明の一実施形態に従って形成した超音波システム１００のブロック図を表している。超音波システム１００は、パルス状の超音波信号が身体内に放出されるようにトランスジューサ１０６の内部にある素子１０４を駆動している送信器１０２を含む。多種多様な幾何学構成が使用されることがある。この超音波信号は、血球や筋肉組織など身体内の構造体から後方散乱され、素子１０４に戻されるエコーを発生させる。このエコーは受信器１０８によって受信される。この受信エコーは、ビーム形成を実行してＲＦ信号を出力するビーム形成器１１０に通される。次いで、このＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２に通される。別法として、ＲＦプロセッサ１１２は、ＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成させている複素復調器（図示せず）を含むことがある。次いで、このＲＦまたはＩＱ信号データは、一時保存のためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接導かれることがある。患者データ、走査パラメータ、走査モードの変更、その他の入力のために、ユーザ入力１２０が使用されることがある。

超音波システム１００はさらに、収集した超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理すると共に、表示システム１１８上に表示させる超音波情報のフレームを作成するために、信号プロセッサ１１６を含んでいる。信号プロセッサ１１６は、複数の選択可能な超音波様式に従って、収集した超音波情報に対して１つまたは複数の処理動作を実行するように適合させている。収集した超音波情報は、走査セッション中にエコー信号が受信されるに連れてリアルタイムで処理されることがある。追加または別法として、この超音波情報は走査セッション中にＲＦ／ＩＱバッファ１１４内に一時的に保存され、ライブ動作またはオフライン動作でリアルタイム性がより低い処理を受けることがある。

超音波システム１００は、人間の眼の認知速度に近い５０フレーム毎秒を超えるフレームレートで超音波情報を連続して収集することがある。収集した超音波情報は、これより遅いフレームレートで表示システム１１８上に表示される。即座に表示させる予定がない収集超音波情報の処理済みフレームを保存するために、画像バッファ１２２を含めている。その画像バッファ１２２は少なくとも数秒分の超音波情報フレームを保存できるだけの十分な容量をもつことが好ましい。超音波情報のフレームは、収集順序や収集時間に応じたこれらの取り出しが容易となるような方式で保存される。画像バッファ１２２は周知の任意のデータ記憶媒体を備えることがある。

図２は、本発明の一実施形態に従って形成した超音波システムを表した図である。本システムは、送信器１２及び受信器１４と接続されたトランスジューサ１０を含んでいる。トランスジューサ１０は、超音波パルスを送信すると共に、走査対象の超音波像またはボリューム１６の内部にある構造からエコーを受信している。メモリ２０は、走査対象の超音波像またはボリューム１６から導出された受信器１４からの超音波データを保存する。像またはボリューム１６は、様々な技法（例えば、従来のＢモード走査、３Ｄ走査、リアルタイム３Ｄまたは４Ｄイメージング、ボリューム走査、位置決めセンサを有するアレイ状素子による２Ｄ走査、ボクセル相関技法、２Ｄまたはマトリックスアレイ・トランスジューサを用いたフリーハンド走査、その他）によって取得されることがある。

トランスジューサ１０は、関心対象ボリューム（ＶＯＩ）を走査しながら、線形経路や弓状経路に沿うなどにより移動させる。直線状または弓状の各位置において、トランスジューサ１０は３Ｄボリューム・データまたは２Ｄ走査面１８を取得する。ボリューム・データまたは走査面１８はメモリ２０内に保存され、次いで２Ｄ／３Ｄ走査変換装置４２に送られる。幾つかの実施形態では、そのトランスジューサ１０は、走査面１８ではなくラインを取得することがあり、またメモリ２０は走査面１８ではなくトランスジューサ１０が取得したラインを保存することがある。２Ｄ／３Ｄ走査変換装置４２は、ボリューム・データからあるいは単一または複数の２Ｄ走査面１８からデータ・スライスを作成する。このデータ・スライスはスライス・メモリ４４内に保存され、さらにビデオ・プロセッサ５０及びディスプレイ６７に送られる。

各エコー信号サンプルの位置（走査対象像では画素、また走査対象ボリュームではボクセル）は、幾何学的正確さ（すなわち、ある画素／ボクセルから次の画素／ボクセルまでの距離）、並びに超音波応答（及び、この超音波応答から導出された値）に関して規定される。適当な超音波応答は、グレイスケール値、カラーフロー値、並びにアンギオまたはパワードプラ情報、その他を含むことがある。

図３は、図２のインタフェース・デバイス５２及びディスプレイ６７を表している。インタフェース・デバイス５２は、キーボード１７０、マウス１７２、トラックボール１７４及びタッチパッド１７６のうちの１つまたは幾つかを含むことがある。ディスプレイ６７はさらにタッチスクリーン１７８を備えることもある。キーボード１７０、マウス１７２、トラックボール１７４、タッチパッド１７６及びタッチスクリーン１７８のことを全体としてインタフェース・デバイス１８０と呼ぶことにする。ディスプレイ６７上でユーザは、点、エリア及び／またはラインを対話式に選択するためにインタフェース・デバイス１８０のうちの１つまたは幾つかを使用することがある。

図４は、ディスプレイ６７上で同時にまたは個別に表示することが可能な超音波診断データを含む画像１５０Ａ〜１５０Ｄの概要図である。以下の方法及び装置は超音波に関して検討しているが、Ｘ線、ＭＲ及びＣＴ（ただし、これらに限らない）など別の診断データを使用することもあることを理解されたい。画像１５０Ａ〜１５０Ｄは対象１５２を含んでいる。単に一例として、この対象１５２は肝臓や腎臓などの臓器、腫瘍、膿瘍、血管、その他とすることができる。画像１５０Ａは第１の面Ａｐｌａｎｅからの超音波データを表しており、画像１５０Ｂは第１の観察角度と直交する第２の面Ｂｐｌａｎｅからの同じデータを表しており、画像１５０Ｃは第１及び第２の観察角度の両方と直交する第３の面Ｃｐｌａｎｅからの同じデータを表しており、また図１５０Ｄにはある観察角度から見た同じデータの３Ｄ表現を表している。各画像１５０Ａ〜Ｃは、矩形の関心領域ボックス１５１Ａ〜１５１Ｃのそれぞれを含んでおり、また画像１５０Ｄは立方体の関心領域ボリューム１５１Ｄを表している。典型的には、各関心領域ボックス１５１Ａ〜１５１Ｄはインタフェース・デバイス１８０によって個別にユーザ選択可能であり、またボックスを選択し終わった後にユーザは、図４の両矢印で示すようにボックスの寸法を変更することができる。ある画像１５０Ａ〜１５０Ｃ内のボックスの寸法に対して変更を実施すると、引き続いてそれ以外の画像１５０Ａ〜１５０Ｄに関しても自動的に対応した変更が生じることがある。

図５は、その対象１５２が半球形のトランスポンダー・ヘッドを備えた経腟式探触子を用いて観察される母親の子宮１５３の中にいる胎児であるような図４の画像１５０Ａに対応した像を表している。トランスポンダー・ヘッドの湾曲部Ｃが画像１５０Ａ〜１５０Ｄに反映されており、これにより対象１５２を完全に囲繞する一方で同時に母親の組織（例えば、子宮壁１５４の一部）を排除するようにしてＲＯＩボックスを形成することは不可能であることは図５から明らかである。

図６Ａ〜６Ｃは、初期関心領域ボックス１５０Ａ〜１５０Ｃの辺縁セグメントを、該関心領域ボックスの形状が画像１５０Ａ〜１５０Ｃ内部の対象の輪郭の形状により緊密に対応するようにして画定し直すための方法の一実施形態を表している。ユーザは、画像１５０Ａ〜１５０Ｃのうちから作業対象となる一画像を選択する。このケースでは、純粋に一例として、ユーザは初期関心領域ボックス１５１Ａを表している画像である図６Ａに示した画像１５０Ａで開始しており、ここでは明瞭にするため図６Ａ〜６Ｃには関心対象を図示していない。初期関心領域ボックス１５１Ａのうちこのケースでユーザが変更を希望するセグメントである線形辺縁セグメントＢ１は最上部辺縁セグメントＢ１であり、これはインタフェース・デバイス１８０を用いて選択される。プロセッサによって選択した辺縁セグメントＢ１の中心に点Ｐ１が表示される。ユーザは、インタフェース・デバイスを用いて点Ｐ１を選択し、これを新たな位置Ｐ１’まで移動させ、かつその位置にこれをドロップすることができる。プロセッサは、点Ｐ１’からの２つの滑らかな曲線セグメントＣ１、Ｃ２からなるスプラインＳ１を描いており、ここで曲線セグメントＣ１は関心領域ボックス１５１Ａの垂直な左手側辺縁セグメントＢ２の上端まで延び、また曲線セグメントＣ２は関心領域ボックス１５１Ａの垂直な右手側辺縁セグメントＢ３の上端まで延びている。曲線セグメントＣ１及びＣ２によって関心領域ボックス１５１Ａの新たな辺縁セグメントＢ１’が形成される。同時にプロセッサは、新たな辺縁セグメントＢ１’が画像１５１Ｂの面Ｂｐｌａｎｅを通過することになる点である仮想点Ｐｖを計算し、画像１５１Ｂ上で２つの曲線セグメントＣ３及びＣ４からなるスプラインＳ２と一緒にこの点を表示する。スプラインＳ２によって、画像１５１Ｂの元の線形最上部辺縁Ｂ２１が置き換えられる。図６Ｂに示したように、曲線セグメントＣ３はＰｖから、関心領域ボックス１５１Ａの垂直な左手側辺縁セグメントＢ２２の上端まで延びており、かつ曲線セグメントＣ４は関心領域ボックス１５１Ａの垂直な右手側辺縁セグメントＢ２３の上端まで延びている。プロセッサはさらに、図６Ｃに示すようにＳ２と平行なスプラインＳ１^１〜Ｓ１^ｎ並びにＳ２と平行なスプラインＳ２^１〜Ｓ２^ｎをさらに生成させることによって関心領域ボリュームの３Ｄ表現を描き直している。これらのスプラインＳ１^１〜Ｓ１^ｎとＳ２^１〜Ｓ２^ｎは、曲線セグメントＣ１〜Ｃ２とＣ３〜Ｃ４のそれぞれに取り付けられている。

図７Ａ〜７Ｃは、関心領域の辺縁セグメントを画定し直すための方法の第２の実施形態を表しており、この実施形態では、ユーザが画像１５１Ａ内で点Ｐ１を位置Ｐ１’まで移動し終わった後、ユーザは画像１５１Ｂ内の点Ｐ２を新たな位置Ｐ２’まで移動させてこの位置にこれをドロップすることができる。プロセッサは、２つの滑らかな曲線セグメントＣ３’、Ｃ４’からなると共に、スプラインＳ２に置き換わる新たなスプラインＳ２’を描き出す。同時にプロセッサは、新たなスプラインＳ２’が画像１５１Ａの面Ａｐｌａｎｅを通過することになる仮想点Ｐｖ’を計算し、画像１５１Ａ上で２つの曲線セグメントＣ１’及びＣ２’からなるスプラインＳ１’と一緒にこの点を表示する。曲線セグメントＣ１’及びＣ２’は、Ｐｖ’とこれに対するスプラインＳ１上の垂直上側の点Ｐｎとの間の距離を計算すること、Ｐｎとこれに対する元の辺縁セグメントＢ１上の垂直上側の点（例えば、Ｐ１）との間の距離に対してこの距離がどれだけの比率になるかを計算すること、並びにラインＣ１及びＣ２上のすべての点を、元の辺縁セグメントＢ１からのそれぞれの垂直距離に対する同じ比率だけ移動させること、によって形成させることができる。例えば、Ｐｖ’とＰｎの間の距離がＰｎとＰ１の間の距離の１００％であれば、Ｃ１及びＣ２上のすべての点を辺縁セグメントＢ１からさらにその距離の１００％だけ移動させ、曲線Ｃ１’及びＣ２’を形成させる。スプラインＳ１’によってスプラインＳ１が置き換えられる。プロセッサはさらに、Ｓ１’と平行なスプラインＳ１^１’〜Ｓ１^ｎ’並びにＳ２’と平行なスプラインＳ２^１’〜Ｓ２^ｎ’をさらに生成させることによって図７Ｃに示すように関心領域ボリュームの３Ｄ表現を描き直している。これらのスプラインＳ１^１’〜Ｓ１^ｎ’及びＳ２^１’〜Ｓ２^ｎ’は曲線セグメントＣ１’〜Ｃ２’及びＣ３’〜Ｃ４’のそれぞれに取り付けられている。

図８に図示したような関心領域の辺縁セグメントを画定し直すための方法のまた別の実施形態では、曲線セグメントＣ１〜Ｃｍを備えるｎ次の湾曲からなる辺縁セグメントＢ１’を作成するために画像内の複数の点Ｐ１ａ〜Ｐ１ｍを新たな位置Ｐ１ａ’〜Ｐ１ｍ’まで移動させることがユーザに対して許容されている。

関心領域の辺縁セグメントを画定し直すための方法の別の実施形態では、初期関心領域ボックスの複数の辺に関する線形境界セグメントの変更がユーザに対して許容されている。

本発明を、具体的な様々な実施形態に関して記載してきたが、当業者であれば、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることを理解するであろう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態に従って形成した超音波システムのブロック図である。本発明の一実施形態に従って形成した超音波システムを表した図である。本発明の一実施形態による図２のインタフェース・デバイス及びディスプレイを表した図である。従来技術超音波システムによって作成された各直交画像と３Ｄ画像を表した図である。超音波走査の概要図である。本発明の一実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明の一実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明の一実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明の別の実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明の別の実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明の別の実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。本発明のさらに別の実施形態による新たな関心領域の形成の各段階を表した図である。

符号の説明

１０トランスジューサ
１２送信器
１４受信器
１６超音波ボリューム
１８走査面
２０メモリ
４２２Ｄ／３Ｄ走査変換装置
４４スライス・メモリ
５０ビデオ・プロセッサ
５２インタフェース・デバイス
６７ディスプレイ
１００超音波システム
１０２送信器
１０４素子
１０６トランスジューサ
１０８受信器
１１０ビーム形成器
１１２ＲＦプロセッサ
１１４ＲＦ／ＩＱバッファ
１１６信号プロセッサ
１１８表示システム
１２０ユーザ入力
１２２画像バッファ
１５０Ａ画像
１５０Ｂ画像
１５０Ｃ画像
１５０Ｄ画像
１５１Ａ矩形関心領域ボックス
１５１Ｂ矩形関心領域ボックス
１５１Ｃ矩形関心領域ボックス
１５１Ｄ立方関心領域ボリューム
１５２対象
１５３母親の子宮
１５４子宮壁
１７０キーボード
１７２マウス
１７４トラックボール
１７６タッチパッド
１７８タッチスクリーン
１８０インタフェース・デバイス
Ｂ１元の線形辺縁セグメント
Ｂ１’ 新たな辺縁セグメント
Ｂ２ボックスの垂直な左手側辺縁セグメント
Ｂ３ボックスの垂直な右手側辺縁セグメント
Ｂ２１元の線形最上部辺縁
Ｂ２２ボックスの垂直な左手側辺縁セグメント
Ｂ２３ボックスの垂直な右手側辺縁セグメント
Ｃヘッドの湾曲部
Ｃ１曲線セグメント
Ｃ１’ 曲線セグメント
Ｃ２曲線セグメント
Ｃ２’ 曲線セグメント
Ｃ３曲線セグメント
Ｃ３’ 曲線セグメント
Ｃ４曲線セグメント
Ｃ４’ 曲線セグメント
Ｓ１スプライン
Ｓ１’ 新たなスプライン
Ｓ１^１〜Ｓ１^ｎスプライン
Ｓ１^１’〜Ｓ１^ｎ’ スプライン
Ｓ２スプライン
Ｓ２’ 新たなスプライン
Ｓ２^１〜Ｓ２^ｎスプライン
Ｓ２^１’〜Ｓ２^ｎ’ スプライン

Claims

医用画像において関心ボリュームをプロセッサが画定する方法であって、
解剖学的構造を表す医用画像を前記プロセッサがディスプレイ（６７）に表示させる段階と、
前記医用画像の内部において初期関心ボリュームを、線形辺縁セグメントを用いて該初期関心ボリュームを囲繞することによって前記プロセッサが画定する段階と、
前記医用画像の第１の平面上で前記線形辺縁セグメント上の点を前記プロセッサが移動させる段階と、
前記線形辺縁セグメント上の移動させた点を前記線形辺縁セグメントの少なくとも１つを新たな非線形辺縁セグメントに置き換えることに前記プロセッサが使用する段階と、
前記第１の平面と交差する前記医用画像の第２の平面を前記新たな非線形辺縁セグメントが通過する仮想点を前記第２の平面と、前記仮想点を通る非線形辺縁セグメントと共に前記プロセッサが前記ディスプレイ（６７）に表示させる段階と、
前記プロセッサが、前記医用画像の前記第２の平面の前記仮想点及び前記非線形辺縁セグメントを移動させる段階と、
前記移動させた点、移動させた前記仮想点及び、前記第２の平面に平行な複数の平面における非線形辺縁セグメントを使用して、曲面により前記関心ボリュームの３Ｄ表現を前記プロセッサが描き直す段階と、
を含む、方法。
前記前記プロセッサが、前記線形辺縁セグメント上の点を移動させる、請求項１に記載の方法。
前記医用画像の前記線形辺縁セグメント上で移動される点を前記プロセッサが提示する段階と、
前記移動される点の前記最終位置に基づいて前記非線形辺縁セグメントを前記プロセッサが前記医用画像上に配置する段階とを含む、請求項１に記載の方法。
前記非線形辺縁セグメント（Ｓ１）は、部分線形セグメント、並びにｎが少なくとも２であるとした第ｎ次の曲線セグメント（Ｃ１〜Ｃ２）のうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載の方法。
複数の前記線形辺縁セグメントを前記プロセッサが複数の非線形辺縁セグメントに置き換える段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
医用画像において関心ボリュームを画定するためのシステム（１００）であって、
解剖学的構造を表す医用画像を表示するディスプレイ（６７）と、
前記医用画像の内部において初期関心ボリュームを、線形辺縁セグメントを用いて該初期関心ボリュームを囲繞することによって画定するプロセッサ（１１６）と、
前記医用画像の第１の平面上で前記線形辺縁セグメント上の点を移動させるユーザ入力を受けるユーザ・インタフェース（５２）と、
を備え、
前記プロセッサ（１１６）が、前記線形辺縁セグメント上の移動させた点を前記線形辺縁セグメントの少なくとも１つを新たな非線形辺縁セグメントに置き換えることに使用し、
前記プロセッサ（１１６）が、前記第１の平面と交差する前記医用画像の第２の平面を前記新たな非線形辺縁セグメントが通過する仮想点を前記第２の平面と、前記仮想点を通る非線形辺縁セグメントと共に前記ディスプレイ（６７）に表示するように構成されており、
前記プロセッサ（１１６）が前記ユーザ・インタフェース（５２）を介して、前記医用画像の前記第２の平面の前記仮想点及び前記非線形辺縁セグメントを移動させるユーザ入力を受けるように構成されており、
前記プロセッサ（１１６）が、前記移動させた点、移動させた前記仮想点及び、前記第２の平面に平行な複数の平面における非線形辺縁セグメントを使用して、曲面により前記関心ボリュームの３Ｄ表現を描き直すように構成されている、
システム。
前記ユーザ・インタフェース（５２）は、トラックボール（１７４）、マウス（１７２）及びキーボード（１７０）のうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項６に記載のシステム。
前記プロセッサ（１１６）は前記医用画像の前記線形辺縁セグメント上で移動される点を提示しており、かつ前記移動される点の前記最終位置に基づいて前記非線形辺縁セグメントを前記医用画像上に配置している、請求項６に記載のシステム。
前記非線形辺縁セグメント（Ｓ１）は、部分線形セグメント、並びにｎが少なくとも２であるとした第ｎ次の曲線セグメント（Ｃ１〜Ｃ２）のうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項６に記載のシステム。