JP5323486B2 - レンダリング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療撮像への特定の応用にあり、特に結腸のような解剖学的構造物のレンダリングへの応用であることが分かる。さらに、レンダリングされた画像にある関心領域を強調表示することが望ましい他の撮像応用に適用することも分かる。

仮想内視鏡は、例えば人間の結腸又は気管のような管腔の内部を映像化する補助器具として使用されている。例えば結腸の撮像において、初期段階の癌を示しているかもしれないポリープのような疑わしい塊体を特定することが望ましい。前記結腸のＣＴスキャン又は他のスキャンから得られたデータを使用する場合、ユーザがこの結腸の管腔内を移動するような多数の視点から通例は、前記結腸の内部の１つ以上の三次元レンダリングされたビューが表される。臨床医は、これらレンダリングされた画像を使用して、ポリープ又は他の疑わしい塊体を特定する。

結腸内に残っている残留排泄物、液体又は他の物質はときどき、結腸の組織と区別することが難しい。例えばＣＴ撮像において、これら残留物質は、周囲の組織の放射線減衰値とほぼ同じ値を持っている。結果として、これら残留物質はときどきポリープを模倣したり又は覆い隠したりする。

この問題に取り組むために、様々な腸管前処理技術が実施されてきた。ＣＴ撮像の事例において、これら技術は例えばバリウムのような放射線を通さない物質を含む径口造影剤の投与を通例は含んでいる。本発明は、結腸内に残っている物質が造影剤により強調表示されることである。

腸管前処理の１つの形式はいわゆる湿式前処理であり、これは大量の残留液体がしばしば残っている。他の形式の腸管前処理はいわゆる乾式前処理であり、これは残留物質が結腸壁の近くにボール又は凝集塊状にしばしば集中した不透明な排泄物が多数を占めている。

湿式前処理において、タグ付けされた液体及び排泄物がポリープ及び他の病変を覆い隠すことがある。乾式前処理において、タグ付けされた物質はポリープ及び他の病変を模倣することがある。特に、残っている排泄物はレンダリングされた画像においてポリープのような小塊体として現れる。スキャンは、ポリープ又は病変を模倣している残留物質と同じく、結腸壁の一部を覆い隠す残留物質も含んでいる。何れかの事例において、これらの存在が混乱を生じさせ、臨床医に対し余計な作業負荷となる。この臨床医は通例、これらを評価及び処分しなければならない。

本発明の態様はこれら問題及びその他に取り組んでいる。

本発明のある態様によれば、方法は、表面をレンダリングするためにオブジェクトの内部を示すボリュームデータを使用するステップ、第１のパラメタ値を持つ前記ボリュームデータにおける位置を特定するステップ、前記レンダリングされた表面と前記特定された位置との相対位置の関数として、前記レンダリングされた表面上の関心領域を特定するステップ、並びに前記レンダリングされた表面の人間が読み取り可能な画像を、前記表面上において強調表示された関心領域と共に生成するステップ、を有する。

本発明の他の態様によれば、装置は、表面をレンダリングするためのオブジェクトの内部を示すボリュームデータを使用する手段、第１のパラメタ値を持つ前記ボリュームデータにおける位置を特定する手段、前記レンダリングされた表面と、前記特定された位置との相対位置の関数として、前記レンダリングされた表面上の関心領域を特定する手段、並びに前記レンダリングされた表面の人間が読み取り可能な画像を、前記表面上において強調表示された関心領域と共に生成する手段、を有する。

本発明の他の態様によれば、コンピュータ読み取り記憶媒体は、コンピュータにより実施される場合、結腸の内部を示す表面をレンダリングするために人間の内部の解剖学的部位を示すボリュームデータを使用するステップ、残留排泄物を含んでいると疑われる前記レンダリングされた表面の領域を特定するステップ、及び前記レンダリングされた表面の画像上に前記特定された領域を強調表示するステップ、を有する方法を前記コンピュータに実行させる命令を含んでいる。

添付される図面及び記述を読み、理解する際、本発明のさらに他の態様を当業者が思いつくことがあるだろう。

本発明は、例として説明され、同様の符号は同様の要素を示している添付の図面の形状に制限されない。

図１は、ＣＴスキャンから得られたボリュームデータに基づき、従来のレンダリング技術に従ってレンダリングされた結腸１０２の内部のレンダリングを表している。特に、前記結腸１０２は、所望のボクセル値を持つアイソサーフェス(isosurface)としてレンダリングされる。領域１０４は疑わしいポリープ又は病変として現れる。しかしながら、データセットのさらに詳細な検査は、領域１０４がポリープを模倣する残留する不透明な排泄物を含むことがある。この不透明な排泄物は、周囲の結腸組織及び／又は粘膜よりも大きい放射線減衰を特徴とする。管腔の内部にあるビューポイントからレンダリングした場合、前記不透明な排泄物の表面近くの部分容積効果は、結腸壁の一部としてレンダリングされている領域１０４に生じる。結果として、この領域１０４はポリープと区別することが難しい。

図１ｂは、同じデータセットの第２のレンダリングを表し、ここで前記領域１０４は、残留物質を含んでいると疑われ、ユーザに提示するために電子タグ付け又は強調表示される。説明のように、前記領域１０４は輪郭のような線１０５により示される。他の実施例において、領域１０４は結腸１０２の残りの部分とは異なる色で表示されている。もちろん、例えば陰影付け、表面テクスチャ、矢印又はテキストを個々に又は様々な組み合わせのどちらか一方で使用するような、他の色付又は強調表示技術が使用されてもよい。レンダリングされた画像を閲覧及び評価する作業を簡単にするために、前記タグ付けは、レンダリングされた画像１０２において前記疑わしい領域１０４を実質的に覆い隠すことなく、ユーザを疑わしい領域１０４に注目させることが一般的に望ましい。

レンダリング処理は、図２に関連して説明されている。適切な腸管前処理後にＣＴスキャナにより生成したデータセットのようなボリュームデータセット２０２が得られる。ポリープを模倣する残留物質を特定するのに特に適した実施例において、乾燥させる腸管前処理が行われる。

前記データセット２０２は、オブジェクトの１つ以上の物理的特性、例えばそのオブジェクトの放射線減衰に関する情報を含むボクセルのｘ，ｙ，ｚアレイとして映像化される。放射線減衰は、因襲的にハウンズフィールド単位（ＨＵ）で表され、この単位において、空気は−１０００ＨＵの値を持ち、水は０ＨＵの値を持つ。さらに大きい値はさらに大きな放射線減衰値を示す。

２０４において、残留物質を含んでいると疑われるボクセルが特定される。これは、ボクセル値に従って前記データセット２０２をセグメント化して、セグメント化されたデータセット又はバイナリボリューム２０６を生成することにより達成される。結腸を撮像するのに適した実施例において、残留物質を含んでいると予想されるボクセルを特定するために、しきい値処理によってセグメント化が行われる。ある実施例において、前記しきい値は＋２００ＨＵに設定される。

ノイズ又は臨床上関心のない領域を強調表示するのを避けるために、所望するしきい値の大きさよりも小さなセグメント化された領域が処分される。これにより例えば、臨床上関連するポリープの下限よりも小さいセグメント化された領域（およそ直径５ｍｍ）が処分される。

２０７において、前記セグメント化されたデータセット２０６は拡張され、拡張したデータセット又はバイナリボリューム２０８を生成する。ある実施例において、三次拡張が行われる。特に前記セグメント化されたデータセットに接する背景又は非セグメント化ボクセルが前記拡張したデータセット２０８に加えられる。三次拡張において、この処理は３回繰り返される。以下に詳細に説明されるように、それより低次又は高次の拡張が行われてもよい。

２１０において、データセット２０２は、一般的に結腸の管腔の内部に置いた視点から、適当なレンダリング技術に従って、前記結腸１０２の所望する領域をレンダリンスするのに使用される。このような位置は通例、空気に対する値又はそれに近いハウンズフィールド値を持つであろう。そのような技術において、明確なセグメンテーション操作がデータセット２０２に行われ、セグメント化されたデータセットを生成する。このセグメント化されたデータは、通例は多角形メッシュとして表される表面に近づけるのに使用される。このような技術の実施例は、米国特許番号US6,083,162、発明の名称"Method and System for Producing Interactive, Three-Dimensional Renderings of Selected Body Organs Having Hollow Lumens to Enable Simulated Movement Through the Lumen"に示される。他の技術において、前記レンダリング処理中、アイソサーフェス(isosurface)の位置が直接計算される。前記データセットを通過する所与の光線に対し、この光線が所望のアイソサーフェス値を通過するボクセルの位置が決められる。このアイソサーフェスの位置及び向きは、周囲のボクセルの値を補間することにより得られる。このような技術の実施例は、米国特許番号US6,522,324、発明の名称"Deriving an Iso-Surface in a Multi-Dimensional Data Field"に示される。ある実施例において、結腸１０２は、−８００ＨＵの放射線減衰値を持つ表面としてレンダリングされる。

上述したように、前記レンダリング処理は、残留する不透明な物質を前記レンダリングされた表面１０２の様相を模倣させることがある。その視点から見た場合、残留物を含んでいるデータセット２０２におけるボクセルは、レンダリングされた結腸１０２の背後にあることがわかり、その距離は残留物質の放射線減衰、選択したしきい値及びボクセルの大きさに強く依存している。例えば骨のような他の比較的減衰の大きい物質は、結腸１０２からさらに遠くに置かれる。

２０７で行われる拡張の次元又は回数は、残留物を示すボクセルがレンダリングされた結腸１０２を交差していると予想されるのに対し、骨及び他の物質は予想されないように選択される。別の言い方をすれば、その視点から見た場合、残留物質から生じる拡張されたデータセット２０８におけるボクセルは、前記レンダリングされた結腸１０２に又はその前に置かれていると予想されることができる。前記拡張されたデータセット２０８が前記レンダリングされた結腸１０２を交差する領域は、例えばこれら領域を別の色で表示することにより強調表示される。

結腸１０２がレイキャスティング(ray casting)技術を用いてレンダリングされる実施において、映像又は表示属性の第１の組２１２（例えば第１の色又は色の範囲）は、拡張されたデータセット２０８のボクセルに割り当てられる。映像の第２の組２１４（例えば第２の色又は色の範囲）は、レンダリングされた結腸１０２に割り当てられる。各光線は横断しているので、結腸１０２は、前記映像２１２、２１４の一方を用いて置かれ及び表示される。しかしながら、疑わしいボクセルを示す前記映像２１２は、レンダリングされた結腸１０２を示す映像２１４より優先する。従って、拡張されたデータセット１０８が前記レンダリングされた結腸１０２を交差する領域は、前記映像の第１の組２１２を用いて表示される。

他の実施において、レンダリングする前に所望の映像が既定される。もちろんさらに他の実施も可能である。

レンダリングされた表面１０２は、前記強調表示された領域１０４と一緒に、人間が読み取り可能な装置、例えばモニター又はディスプレイ上に表示される。このレンダリングは、ユーザが結腸の管腔内を移動するような複数の視点及び位置の各々から一般的に行われる。

上述したように、残留物を含んでいると疑われる領域１０４は、拡張技術を用いて特定されることができる。代替の技術において、前記レンダリングされた結腸１０２とセグメント化されたデータセット１０６との間にある距離は、レンダリング処理の前に又は同時のどちらか一方で直接計算されることができる。所望の映像は前記計算された距離に基づいて前記レンダリングされた結腸に加えられる。

上記説明がＣＴスキャナにより生成したデータセットに焦点を絞っているのに対し、本技術は、他のモダリティ、例えば磁気共鳴撮像、超音波、ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ等により生成されるデータセットと一緒に使用されることも可能である。これら技術は結腸以外の身体部位の撮像にも応用可能である。これら技術は残留物質を強調表示することに制限されず、関心のある物質がレンダリングされた表面により覆い隠される又は模倣されたと疑われる状況にも使用されることが可能である。

記載される技術は、専用ハードウェアを用いてコンピュータ読み取り可能命令に又は両方を組み合わせて具現化されることができる。これら命令は、リモートコンピュータにある１つ以上のコンピュータ読み取り可能記憶媒体、例えば、不変又は可変のＲＯＭ、ＲＡＭ、可変又は不変のＣＤ、ＤＶＤに記憶され、例えばインターネット、電話線又は無線通信等の通信媒体によりホストシステムに運ばれる。コンピュータにより実施される場合、前記命令は前記プロセッサに説明した技術を実行させる。

もちろん、上記記載を読み、理解する際、他の者に変更及び代替案が思い浮かぶであろう。本発明は、このような変更及び代替案が添付される請求項及びそれに同等なものの範囲内にある限り、これら全てを含んでいると考える。

結腸の内部のレンダリングされた図。 結腸の内部のレンダリングされた図。 電子タグ付け技術のデータフロー図。

Claims (15)

1. 被検体の解剖学的構造を示すボリュームデータを使用して、該解剖学的構造の内部の表面をレンダリングするステップ、
   前記解剖学的構造内にある残留物質の物理的特性を表すパラメタの第１の値を示す、前記ボリュームデータにおける位置を特定することにより、前記残留物質を含んでいると疑われる領域を関心領域として特定するステップ、及び
   前記レンダリングされた表面上で前記関心領域を強調表示するステップ
   を有し、
   前記特定するステップが、
   前記ボリュームデータを前記パラメタの前記第１の値の関数としてセグメント化して、セグメント化されたデータを生成するステップ、
   前記セグメント化されたデータを拡張して、拡張されたデータを生成するステップ、及び
   前記レンダリングされた表面と前記拡張されたデータとが交差する位置を特定し、前記交差する位置の領域を前記関心領域として特定するステップ、
   を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記解剖学的構造は結腸であり、
   前記表面は第１の視点からレンダリングされ、及び
   前記特定するステップは、前記第１の値を示し且つ前記レンダリングされた表面の背後に置かれる、前記ボリュームデータにおける前記位置を特定するステップを含む
   方法。
3. 前記残留物質は、不透明な排泄物である請求項２に記載の方法。
4. 前記表面をレンダリングするために第１の映像を使用し、前記関心領域を強調表示するために第２の映像を使用するステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の映像には第１の色が割り当てられ、前記第２の映像には第２の色が割り当てられる請求項４に記載の方法。
6. 前記レンダリングするステップは、前記パラメタの第２の値を示す位置を視点として前記表面をレンダリングするステップを含み、前記表面は前記パラメタが第３の値を持つ位置を示し、前記第３の値は前記第１の値と前記第２の値との間にある請求項１に記載の方法。
7. 前記パラメタは放射線減衰であり、前記第１の値はしきい値よりも大きな値を含んでいる請求項６に記載の方法。
8. 被検体の解剖学的構造を示すボリュームデータを使用して、該解剖学的構造の内部の表面をレンダリングする手段、
   前記解剖学的構造内にある残留物質の物理的特性を表すパラメタの第１の値を示す、前記ボリュームデータにおける位置を特定することにより、前記残留物質を含んでいると疑われる領域を関心領域として特定する手段、及び
   前記レンダリングされた表面上で前記関心領域を強調表示する手段
   を有し、
   前記特定する手段が、
   前記ボリュームデータを前記パラメタの前記第１の値の関数としてセグメント化して、セグメント化されたデータを生成する手段、
   前記セグメント化されたデータを拡張して、拡張されたデータを生成する手段、及び
   前記レンダリングされた表面と前記拡張されたデータとが交差する位置を特定し、前記交差する位置の領域を前記関心領域として特定する手段、
   を有する、装置。
9. コンピュータにより実施される場合、
   人間の内部の解剖学的部位を示すボリュームデータを使用して、結腸の内部の表面をレンダリングするステップ、
   前記結腸内にある残留排泄物の物理的特性を表すパラメタの第１の値を示す、前記ボリュームデータにおける位置を特定することにより、前記残留排泄物を含んでいると疑われる領域を関心領域として特定するステップ、及び
   前記レンダリングされた表面上で前記関心領域を強調表示するステップ
   を有し、
   前記特定するステップが、
   前記ボリュームデータを前記パラメタの前記第１の値の関数としてセグメント化して、セグメント化されたデータを生成するステップ、
   前記セグメント化されたデータを拡張して、拡張されたデータを生成するステップ、及び
   前記レンダリングされた表面と前記拡張されたデータとが交差する位置を特定し、前記交差する位置の領域を前記関心領域として特定するステップ、
   を含む、方法を前記コンピュータに実行させる命令を含んでいるコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
10. 前記表面は視点からレンダリングされ、前記特定するステップは、しきい値よりも大きな放射線減衰を持ち、前記レンダリングされた表面の背後に置かれる、前記ボリュームデータにおける位置を特定するステップを含む請求項９に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
11. 前記特定するステップは、セグメント化されたデータを生成するために、前記ボリュームデータを前記放射線減衰の関数としてセグメント化することを含む、請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
12. 前記特定するステップは、前記第１の値を示す前記特定された位置と前記レンダリングされた表面との間の距離を決めるステップを含む請求項９に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
13. 前記強調表示するステップは、前記レンダリングされた表面のための第１の映像、及び前記特定された領域のための第２の映像を使用するステップを含む請求項９に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
14. 前記第１の映像及び前記第２の映像は、異なる色を割り当てられる請求項１３に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
15. 前記強調表示するステップは、輪郭線を使用することを含む請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のコンピュータ読み取り可能記憶媒体。

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