JP5750160B2 - 再帰的に管状器官が分離するツリーの定量的分析方法および装置 - Google Patents
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Description
‐当該ツリーまたは当該ツリーの一部の3Dモデルを提供するステップであって、この3Dモデルが、前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記管状器官の管腔壁の表面を表示する、ステップと、
‐当該ツリーまたは前記ツリーの一部の3D中心線を定義するステップと、
‐前記ツリーの枝を特定するステップと、
‐前記ツリーのまたは前記ツリーの一部のN-分岐を特定するステップであって、N-分岐が、近位の管状器官がN(N≧2)個の遠位管状器官に枝分かれしている前記ツリーの一部である、ステップとを備える方法において、
‐更に、前記3Dモデルを得るために使用される画像化手法から独立して、各枝を1個以上の領域に分割するステップであって、前記領域が、単一血管領域および分離領域と呼ばれる二種類のタイプが異なる領域であり、このような領域において異なる横断面表面が定義されている、ステップを備え、
‐当該分離領域が、枝の前記近位の側と当該枝の前記遠位側に存在することが可能であり、かつ、
‐各N-分岐が、枝の遠位分離領域と、当該枝の直ぐ遠位の前記N個の枝の近位分離領域とを備える。
‐前記方位を球状ドメインで定義し、これにより前記半径の次元を無視する、ステップ;
‐当該ドメインを両方の残りの角度の次元の各々において一サイクルに限定するステップ;
‐当該ドメインを矩形のサブドメイン内に分離し、かつ各サブドメイン毎に、当該サブドメインの前記中心値によって指定された前記方位に対する前記断面積を算出するステップ;
‐当該ドメインを、当該サブドメイン(より詳しくは、当該中心値に対する当該断面積の前記算出が、結果として、最小面積となるサブドメイン)の1つによって置換するステップ;
‐前記ドメイン・サイズが既定の閾値に達するまで、当該中心値の算出および当該サブドメインの置換を繰り返すステップ。
‐前記管腔の周囲の輪郭線を描く、対応する等値輪郭線を決定するために、その近位側で前記枝を囲む前記周囲の輪郭線と前記遠位境界面を囲む前記輪郭線との間の前記レベル・セットを算出するステップと、
‐前記距離に位置する前記中心線ポイントに対応する前記等値に基づいて、前記等値輪郭線を前記中心線ポイントに連結させるステップであって、最初と最後の輪郭線の間の前記合計中心線距離の比率が、当該最初と最後の等値輪郭線の前記レベルの間で同じ比率を有する前記等値に等しい、ステップと、
‐各中心線ポイントに対し、当該中心線ポイントの前記連結された等値輪郭線によって決められる前記横断面の前記表面を算出するステップであって、当該表面が、湾曲していてかつ前記最小エネルギーを有する、ステップと、
‐各当該中心線に対し、当該表面の断面積を算出するステップと
によって、算出することができる。
‐前記近位境界面を囲む前記輪郭線とその遠位側で前記枝を決める前記周囲輪郭線との間に前記レベル・セットを算出するステップと、
‐前記距離に位置する前記中心線ポイントに対応する前記等値に基づいて、当該輪郭線の間に最も長いルートを有する前記中心線の前記中心線ポイントに前記等値輪郭線を連結させるステップであって、前記最初と最後の等値輪郭線の間の前記合計中心線距離の前記比率が、当該最初と最後の等値輪郭線の前記レベルの間で同じ比率を有している前記等値に等しい、ステップと、
‐前記枝の終端まで中心線の前記分離との間で測定される前記合計距離に比較される中心線ポイントの当該分離点への前記距離の前記比率に基づいて、すでに存在する連結を使用して、中心線の分離点の後の、前記残りの中心線の中心線ポイントに、前記等値輪郭線を連結するステップであって、当該すでに存在している連結が、前記枝の当該分離と前記端との間の距離の等しい比率を有する、ステップと、
‐当該中心線ポイントの前記連結された等値輪郭線により決められる前記横断面の各中心線ポイントに対し、前記表面を算出するステップであって、当該表面が、湾曲していてかつ前記最小エネルギーを有している、ステップと、
‐各当該中心線ポイントに対して当該表面の断面積を算出するステップ
によって算出することができる。
‐前記近位境界面を囲む前記輪郭線と前記遠位境界面を囲む前記輪郭線との間に前記レベル・セットを算出するステップと、
‐各中心線ポイントをレベル・セット値の最小標準偏差を有する断面の輪郭線に連結するステップであって、これによって当該輪郭線が、当該中心線ポイントを含む横断面を囲む、ステップと、
‐各当該中心線ポイントに対し当該横断面の断面積を算出するステップ
によって算出することができる。
‐当該周囲輪郭線の各輪郭線頂点から当該周囲等輪郭線の前記重心への直線を定義し、かつ当該線を、mサンプルを含むnリングに分割するステップであって、当該周囲輪郭線の前記頂点が、前記第一のリングの前記サンプルであり、かつ各内側リングはその隣の外側リングより少ないサンプルを含み、かつ前記最初の2つ以外には、2個の連続したリングが同じ放射線をサンプリングしない、ステップ;
‐リングのポイントの間で表面メッシュを定義するステップ;
‐当該表面メッシュの合計断面積を算出するステップ;
‐当該第一リングの当該サンプルを固定し、かつメッシュ面積内の変化および/またはサンプルの動きが、既定のしきい値以下になるまで、平均隣接方向にサンプルを互いに移動し続けるステップ。
‐輪郭線モデルとして、前記単一管状器官の健康な再現を作成するステップと、
‐前記N-分岐の健康な再現を作成するステップであって、当該健康な再現の各々が、N個の部分に分割され、当該部分の各々が、近位から遠位に行く最小管腔曲率を記述しかつ輪郭線モデルとして当該部分を結合する、ステップと、
‐全ての再現された単一管状器官およびN-分岐を1個の輪郭線モデルに結合するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官を形成する当該輪郭線モデルから健康なモデル表面メッシュを作成するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官に対し3D中心線を定義するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官のN-分岐を定義するステップと、
‐前記健康なモデル・ツリーの連結する中心線を前記ツリーの前記中心線に連結させるステップと、
‐断面を作成しかつN-分岐の面積曲線を算出するステップと、
‐単一管状器官に対し断面を作成するステップと、
‐算出された参照に基づいて単一管状器官に対し面積曲線を算出するステップと
を備える。
「近位の」は、血管または管または管状器官管の、流体が流れ込む側を意味する用語である。例えば、大動脈の近位側とは、大動脈の心臓に最も近い側のことである。
「遠位の」は、血管または管または管状器官の、流体が流れ出す側を意味する用語である。例えば、大動脈の遠位側とは、大動脈の心臓から最も離れた側のことである。
「管腔」は、流体が流れる血管または管または管状器官の内側、または血管壁の外部境界、またはその間の中間位置を意味する用語である。
「健康である」は、狭窄または拡張が無いとしたときに推定される、管状器官の大きさを意味する用語である。
先行技術は、図1のブロック20により表される血管の3D管腔壁の定義を教示する。これは、流入面と流出面で開放されている管腔壁表面メッシュであると仮定されている。X線の場合、例えば、特許文献4に開示されているように、別々に再構成された二分岐を結合する処理を行うことにより、3Dツリーをモデル化することが出来る。MRAの別の具体例では、これは、非特許文献1のように実行することも出来る。超音波における別の具体例では、これは、特許文献5のように実行することもできる。CTAにおけるさらにもう一個の具体例では、これは、非特許文献2のようにも、達成することができる。
1) 3D輪郭線モデル(すなわち、(健康な)管腔を記述する中心線位置ごとの中心線および断面の輪郭線)が、各単一管状器官ごとに形成される(図1のブロック210を参照)。我々は、ツリーに対する3D狭窄境界と直径参照曲線を作成し(ユーザが定義しない場合、両方とも自動的に算出することができる)、かつこれから各単一管状器官の3Dの健康なモデルを作成する。これは、先行技術でありかつ例えば、特許文献4に記載される方法のサブセットにより達成することができる。
2b. 中心ポイントpcenterは、pin1とpout1を通る線の交叉ポイント並びにpin2とpout2を通る線の交叉ポイントとして見出される(図1のブロック240を参照)。
2c. 3D中心線は、pproxとpdistの間に生成される。角A(Aは、ベクトル長rproxとrdistを有するベクトルpprox-pcenterとpdist-pcenterの間の全ての現実の角に制限されている)の関数として、我々は、pcenterから距離rA(ここで、rAは、角Aに基づいてrproxとrdistの間に線形に内挿されている)で、中心線位置cAを定義する(図10、図1のブロック250を参照)。
2d. 各中心線位置cAに対し、断面の輪郭線は、中心cA、Aに従って直径pproxとpdistの間に線形に内挿された直径、および局所的な中心線方向に等しい法線を有する円である (図1のブロック260を参照)。
2c、2dを結合することは、N-分岐の部分iに対するステップ1におけるような輪郭線モデルを与える。
N-分岐の全ての部分の輪郭線モデルは、N-分岐の輪郭線モデルを形成するために結合される(図1のブロック270を参照)。
3Dの健康なモデルが定義されると、更なるステップを、元の3Dモデルに対するステップと同じものとすることが出来る。これは、図1において、ブロック290と30の連結によって示されている。もちろんまた、異なるステップを、実行することも可能である。
Claims (23)
- 再帰的に管状器官が分離するツリーのまたはツリーの一部の定量分析のための方法であって、
‐当該ツリーまたは当該ツリーの一部の3Dモデルを作成するステップであって、この3Dモデルが、前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記管状器官の管腔壁の表面を表示する、ステップと、
‐当該ツリーまたは前記ツリーの一部の3D中心線を定義するステップと、
‐前記ツリーの枝を特定するステップと、
‐前記ツリーのまたは前記ツリーの一部のN-分岐を特定するステップであって、N-分岐が、近位の管状器官がN(N≧2)個の遠位管状器官に枝別かれしている前記ツリーの一部である、ステップとを
備える方法において、
‐更に、各枝を1個以上の領域に分割するステップであって、前記領域が、単一血管領域および分離領域と呼ばれる二種類のタイプが異なる領域であり、このような領域において異なる横断面表面が定義されている、ステップを備え、
‐当該分離領域が、少なくとも、枝の近位側と当該枝の遠位側の何れかに存在し、かつ、
‐各N-分岐が、枝の遠位分離領域と、当該枝の直ぐ遠位の前記N個の枝の近位分離領域とを備える
ことを特徴とする方法。 - 分離領域と単一血管領域との間の境界面(EON, SON)が、各枝に対して定義されていて、前記境界面が前記単一血管領域タイプの横断面である、請求項1に記載の方法。
- 前記分離領域の前記横断面が、湾曲表面であり、かつ前記単一血管領域の前記横断面が、平面である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記分離領域の前記横断面が、分離方向のそれぞれに前記ツリーまたは前記ツリーの一部をかん流する流体の流れに対する垂直性を考慮する目的のために、湾曲している、請求項3に記載の方法。
- 前記平面が、切断面に属している、請求項3または4に記載の方法。
- 枝の単一血管領域の近位境界面(EON)が、当該枝の前記中心線に渡って最も近位の平面横断面を連続して見出すことにより算出され、その輪郭線が完全に当該枝の部分であり、当該中心線に対応する位置を含む単一面内にあり、かつそれが当該位置で最小面積を有するように配置されていて、
枝の単一血管領域の遠位境界面(SON)が、当該枝の前記中心線に渡って最も遠位の平面横断面を連続して見出すことにより算出され、その輪郭線が完全に当該枝の部分であり、当該中心線に前記対応する位置を含む単一面内にあり、かつそれが当該位置で最小面積を有するように配置されている、
請求項2〜5の何れか1項に記載の方法。 - ‐半径の次元が無視される球状ドメインを定義する、ステップと、
‐両方の角度の次元の各々において当該ドメインを一周期に限定するステップと、
‐当該ドメインを矩形のサブドメイン内に分離し、かつ各サブドメイン毎に、当該サブドメインの中心値によって指定された方位に対する断面積を算出するステップと、
‐当該ドメインを、当該中心値に対する当該断面積の前記算出が、結果として、最小面積となる当該サブドメインの1個によって置換するステップと、
‐当該ドメインのサイズが既定の閾値に達するまで、当該中心値の算出および当該サブドメインの置換を繰り返すステップと
により、当該横断面の面積が最小となる当該横断面の方位を見出すことが、算出される、請求項6に記載の方法。 - 近位分離領域に対し、湾曲する表面横断面の面積が、
‐前記管腔の周囲の輪郭線を描く、対応する等値輪郭線を決定するために、その近位側で前記枝を囲む前記周囲の輪郭線と前記遠位境界面(SON)を囲む前記輪郭線との間のレベル・セットを算出するステップと、
‐距離に位置する中心線ポイントに対応する前記等値に基づいて、前記等値輪郭線を前記中心線ポイントに連結させるステップであって、最初と最後の輪郭線の間の前記合計中心線距離の比率が、当該最初と最後の等値輪郭線の前記レベルの間で同じ比率を有する前記等値に等しい、ステップと、
‐各中心線ポイントに対し、当該中心線ポイントの前記連結された等値輪郭線によって決められる前記横断面の前記表面を算出するステップであって、当該表面が、湾曲していてかつ最小エネルギーを有する、ステップと、
‐各当該中心線に対し、当該表面の断面積を算出するステップと
によって算出される、請求項1〜7の何れか1項に記載の方法。 - 遠位分離領域の湾曲した表面の横断面の断面積が、
‐前記近位境界面を囲む前記輪郭線とその遠位側で前記枝を決める前記周囲輪郭線との間に前記レベル・セットを算出するステップと、
‐前記距離に位置する前記中心線ポイントに対応する前記等値に基づいて、当該輪郭線の間に最も長いルートを有する前記中心線の前記中心線ポイントに前記等値輪郭線を連結させるステップであって、前記最初と最後の等値輪郭線の間の前記合計中心線距離の前記比率が、当該最初と最後の等値輪郭線の前記レベルの間で同じ比率を有している前記等値に等しい、ステップと、
‐前記枝の終端まで中心線の前記分離との間で測定される前記合計距離に比較される中心線ポイントの当該分離点への前記距離の前記比率に基づいて、すでに存在する連結を使用して、中心線の分離点の後の、残りの中心線の中心線ポイントに、前記等値輪郭線を連結するステップであって、当該すでに存在している連結が、前記枝の当該分離と前記端との間の距離の等しい比率を有する、ステップと、
‐当該中心線ポイントの前記連結された等値輪郭線により決められる前記横断面の各中心線ポイントに対し、前記表面を算出するステップであって、当該表面が、湾曲していてかつ前記最小エネルギーを有している、ステップと、
‐各当該中心線ポイントに対して当該表面の前記断面積を算出するステップ
によって算出される、請求項1〜8の何れか1項に記載の方法。 - 単一血管領域に対して、前記平面の横断面の断面積が、
‐前記近位境界面を囲む前記輪郭線と前記遠位境界面を囲む前記輪郭線との間に前記レベル・セットを算出するステップと、
‐各中心線ポイントをレベル・セット値の最小標準偏差を有する断面の輪郭線に連結するステップであって、これによって当該輪郭線が、当該中心線ポイントを含む横断面を囲む、ステップと、
‐各当該中心線ポイントに対し当該横断面の断面積を算出するステップ
によって算出される、請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。 - 分離領域内の周囲輪郭線の最小エネルギー表面が、
‐当該周囲輪郭線の各輪郭線頂点から当該周囲等輪郭線の重心への直線を定義し、かつ当該線を、mサンプルを含むnリングに分割するステップであって、当該周囲輪郭線の前記頂点が、第一のリングの前記サンプルであり、かつ各内側リングはその隣の外側リングより少ないサンプルを含み、かつ前記最初の2つ以外には、2個の連続したリングが同じ放射線をサンプリングしない、ステップと、
‐リングのポイントの間で表面メッシュを定義するステップと、
‐当該表面メッシュの合計面積を算出するステップと、
‐当該第一リングの当該サンプルを固定し、かつメッシュ面積内の変化および/またはサンプルの動きが、既定のしきい値以下になるまで、平均隣接方向にサンプルを互いに移動し続けるステップ
により、繰返し算出される、請求項1〜10の何れか1項に記載の方法。 - 定量分析の結果が、ツリーを参照して提示され、当該結果が、長さ、面積、直径、枝の間の角度、湾曲率を含む、請求項1〜11の何れか1項に記載の方法。
- 最大の内接球体の前記半径を、単一血管領域内の各中心線位置での横断面の最小囲み円の前記半径によって分割することによって見出すことができる前記管状器官に渡って健全性を示す真円度グラフを決定するステップも、備える、請求項1〜12の何れか1項に記載の方法。
- 健康な再現が、前記ツリーまたは前記ツリーの部分を形成する前記管状器官の前記健康な管腔壁の前記表面を表示する3Dモデルとなるように、算出される、請求項1〜13の何れか1項に記載の方法。
- ‐輪郭線モデルとして、前記単一管状器官の健康な再現を作成するステップと、
‐前記N-分岐の健康な再現を作成するステップであって、当該健康な再現の各々が、N個の部分に分割され、当該部分の各々が、近位から遠位に行く最小管腔曲率を記述しかつ輪郭線モデルとして当該部分を結合する、ステップと、
‐全ての再現された単一管状器官およびN-分岐を1個の輪郭線モデルに結合するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官を形成する当該輪郭線モデルから健康なモデル表面メッシュを作成するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官に対し3D中心線を定義するステップと、
‐前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記健康な管状器官のN-分岐を定義するステップと、
‐健康なモデル・ツリーの連結する中心線を前記ツリーの前記中心線に連結させるステップと、
‐断面を作成しかつN-分岐の面積を算出するステップと、
‐単一管状器官に対し断面を作成するステップと、
‐算出された参照に基づいて単一管状器官に対し面積を算出するステップと
を備え、
断面及び/又は面積が、形成されていて、及び/又は前記健康な3Dモデルに適用される前記請求項の何れかに記載の1個以上のステップにより定義されている、
請求項13または14に記載の方法。 - 前記中心線の連結が、真のツリーと同じトポロジーを有する前記健康なモデル・ツリーに基づいている、請求項15に記載の方法。
- 定量的分析の結果が、前記ツリーの再現との関係で前記健康なツリー再現を参照して提示される、請求項14〜16の何れか1項に記載の方法。
- 健康な分離領域は、N-分岐の最初からそのN-分岐の終端の各々に行く管腔壁の曲率を最小化するモデルによって、再現される、請求項14〜17の何れか1項に記載の方法。
- 当該3Dモデルが、当該3Dモデルの一つ以上の狭窄された部分を除いて、健康とみなされ、これによって、当該狭窄された部分の各々は、当該ツリーのサブツリーの3Dモデルを反映し、かつ当該狭窄された部分は、自動的に算出される一つ以上の位置に基づいて自動的に導出される、請求項14〜18の何れか1項に記載の方法。
- 前記健康なモデルが、斑の形状および位置の視覚フィードバックを提供するために使用される、請求項14〜19の何れか1項に記載の方法。
- 当該ツリーのN-分岐の何れかから生じる管状器官の一つ以上のサブツリーが、無視される、請求項1〜20の何れか1項に記載の方法。
- コンピュータのメモリーに直接ロード可能であるコンピュータ製品であって、前記製品がコンピュータで駆動されると、請求項1〜21の何れか1項に記載の方法を実行するためのソフトウエアコード部分を備えるコンピュータ製品。
- 再帰的に管状器官が分離するツリーまたはツリーの一部を定量的分析するための装置であって、前記ツリーまたは前記ツリーの一部を形成する前記管状器官の前記管腔壁の表面を表示する、当該ツリーの3Dモデルまたは当該ツリーの一部を受信しおよび/または算出する手段と、請求項1〜21の何れか1項に記載の方法を実行するようにプログラムされている実行手段とを、備える装置。
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