JP6228202B2 - 管状構造追跡 - Google Patents

Description

本発明は、概して、撮像データの中の関心のある管状構造（例えば、血管、気管支など）を通る中心（又は他の）線を追跡し、不完全な経路及び／又は不正確な経路を軽減することに関する。適切な撮像モダリティには、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）、及び３次元（３Ｄ）Ｘ線が含まれる。

医用撮像における脈管視診には、一般に、３次元（３Ｄ）ボリューメトリック（volumetric）撮像データ（例えば、コンピュータ断層撮影血管造影（ＣＴＡ）、磁気共鳴血管造影（ＭＲＡ）、３Ｄ回転Ｘ線など）などの撮像データの中で拡大若しくは閉塞した血管領域、及び／又は肺動脈の肺塞栓を探すことを伴う。一目標は、画像の中の複数の場所における面積及び半径などの局所的な血管パラメータを測定して、狭窄の度合や動脈瘤の大きさを定量化することである。

血管視覚化及び解析ソフトウェアには、血管中心を通る経路に沿った血管追跡をサポートするツールが含まれている。こうしたソフトウェアを用いると、血管中心線は、完全自動の血管区分けアルゴリズム、又は手動若しくは半自動の血管中心線追跡器を使用して定義される。追跡された血管は、通常、最大強度投影（ＭＩＰ）描画、表面ボリューム描画、曲平面ビュー、又はひずみを取り除かれた（straightened）再形成ビューを使用して視覚化される。

完全自動の血管追跡アルゴリズムは、所定領域の中の血管オブジェクトを検出する。それから、ユーザが中心線を選択及び／又は編集し、次いで、この中心線は解析に使用される。半自動の経路追跡は、単一点追跡アプローチと２点追跡アプローチとに分けることができる。単一点追跡にはユーザによる開始点の選択を伴い、それから、アルゴリズムが中心線を自動的に追跡する。２点追跡においては、ユーザが開始点及び終了点を選択し、アルゴリズムがこの２点間の中心線を自動的に追跡する。

単一点追跡の欠点は、追跡される経路の長さ又は追跡される血管に関してユーザが制御できないことである。そのアルゴリズムは、最も可能性の高い（最も大きい／最も真っすぐな）血管を単に選択する。「誤った」結果（すなわち、所望される血管及び／又は血管長さ以外の血管及び／又は血管長さを追跡すること）に対する一解決策は、別の開始点を使用して再追跡することである。この「長くかかる」問題は、所定の長さを追跡し、次いでこの長さを延長し又は縮小させるよう選択肢を提供することによって、解決され得る。

２点追跡アルゴリズムは、ユーザが２点を非常に遠く離して、又は種々の血管に置いた場合に、経路結果が狂うか、又は計算時間が非常に長くなるかのいずれかになるという欠陥を有する。どちらの場合も、ユーザが解析したい経路に到達することが、煩雑になり得る。一解決策が、血管を通る中心線を追跡し、又は開始点や終了点を移動させて再度試行する前に、ユーザが血管の初期区分けを最初に提供することを必要とすることである。
Ｊ．Ｏｌｉｖａｎ Ｂｅｓｃｏｓらは、“Ｖｅｓｓｅｌ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ：ａ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ＣＴ ａｎｄ ＭＲ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈ”，Ｍｅｄｉｃａｍｕｎｄｉ，ｖｏｌ．５３，ｎｏ．３，２００９年１月１日，ページ６４‐７１において、放射線科医に迅速、簡易及び直感的な方法でＣＴ‐Ａ及びＭＲ‐Ａの中の血管の堅牢な定量的測定を提供するツールを開示している。このツールは、最小限の対話を必要としながら、頻繁に必要とされる測定及び報告を効率良く提供する。自動最適ＭＰＲ位置合わせ、自動ウィンドウ幅／レベル設定、自動管腔輪郭描写及び半自動血管中心線計算を含む複数の自動化ステップが、このツールに導入されている。

不幸なことに、単一点及び２点追跡アルゴリズムについての上述された短所及び／又は他の短所のための現在の解決策は、第２、第３などの繰り返しを正しく動作させることになる保障がないため、煩雑であり、あまり直感的でなく、ユーザは、通常、関心のある血管の視覚化の試行と追跡結果の編集とに多くの時間を費やす。前述を考慮すると、血管を追跡し、及び／又は現在の単一点及び２点追跡アルゴリズムに関連する少なくとも上記で論じられた短所を軽減する他のアプローチの必要性が解消されていない。

本明細書に説明される態様は、上記で参照された問題及び他に対処する。

一態様において、管状構造を通る経路を追跡する方法が、ボリューメトリック画像データの中の関心のある管状構造を、少なくとも区分け開始点を使用して区分けするステップであり、これにより区分けされた管状構造を表す追跡区分けを作成する、ステップと、追跡区分けのユーザ対話型３次元描画を視覚的に提示するステップと、ユーザ対話型３次元描画を通して、追跡区分けの中の関心のあるユーザ識別された追跡経路終了点を表す信号を受信するステップと、信号及び区分け開始点に基づいて、追跡区分けの中の管状構造を追跡するステップと、少なくとも、管状構造を通る上記の追跡された経路を、視覚的に提示するステップと、を含む。

別の態様において、請求項１４に記載されたとおりのコンピュータ可読命令をエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体が提示される。

別の態様において、請求項１５に記載されたとおりのコンピューティング装置が提示される。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネント配置と、様々なステップ及びステップ配置との形態をとってよい。図面は、単に好適実施形態を例示する目的のものであり、本発明を限定するものとみなされるべきではない。
管状構造追跡器を有する一例示的なコンピューティング装置を概略的に示す。 管状構造を追跡するための一例示的な多点単方向法を示す。 管状構造を追跡するための一例示的な多点双方向法を示す。 管状構造を追跡するための一例示的な単一点法を示す。

下記は、管状構造の長手方向軸又は長さ軸に沿って関心のある管状構造（例えば、被検体の血管、気管支など）を通る中心（又は他の）線の追跡の成功を容易にする管状構造追跡器及び／又は追跡方法を説明し、追跡の前及び／又は追跡の間のユーザによる管状構造区分けの必要なしに、不完全な経路及び／又は不正確な経路を軽減する。

最初に図１を参照し、ＣＴ、ＭＲ、Ｘ線若しくは他の撮像スキャナ及び／又はこれらの組み合わせなどのスキャナ１０２を概略的に例示する。コンソール１０４が、モニタなどの人間が読める出力装置とキーボードやマウスなどの入力装置とを備えた汎用目的コンピューティングシステムを含む。コンソール１０４の常駐ソフトウェアが、スキャンを開始することなどを含め、操作者がスキャナ１０２と対話できるようにする。画像プロセッサ１０６が、スキャナ１０２の出力を処理し、撮像データ（又は画像）を生成する。撮像データ及び／又はスキャナ出力は、データメモリ１０８に記憶することができる。撮像データ及び／又はスキャナ出力データはさらに処理され、かつ／あるいは視覚的に表示されてもよい。

コンピューティング装置１１０が、撮像データ及び／又はスキャナ出力を処理する。例示されるコンピューティング装置１１０は、少なくとも１のプロセッサ１１２を含み、プロセッサ１１２は、物理メモリ又は他の非一時的記憶媒体などのコンピュータ可読記憶媒体１１６に記憶された少なくとも１のコンピュータ可読命令１１４を実行する。さらに、又は別法として、プロセッサ１１２は、搬送波、信号、又は他の一時的媒体が伝達する１又は複数のコンピュータ可読命令を実行する。Ｉ／Ｏ１１８が、１又は複数の入力装置１２０（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンモニタなど）から情報（例えば、追跡している開始点及び／又は終了点）を受信し、かつ／あるいは１又は複数の出力装置１２２（例えば、モニタ、プリンタ、ポータブルメモリなど）に情報（例えば、追跡された経路）を伝えるよう構成される。

例示される少なくとも１のコンピュータ可読命令１１４は、管状構造追跡器１２４を実施する命令を少なくとも含む。以下でより詳細に説明されるとおり、管状構造追跡器１２４は、プロセッサ１１２により実行されると、ユーザ対話型中間３次元描画を使用して撮像データの中の関心のある区分けされた管状構造（本明細書において、追跡区分け（tracking segmentation）とも言う）を通る経路を追跡することを容易にし、このことが、不完全な経路及び／又は不正確な経路を軽減する。例えば、ユーザ対話型中間３次元描画は、追跡区分けの中の終点を追跡すること、及び／又は追跡区分けの中の追跡開始点や追跡終了点の場所を調整することを選択できるようにし、このことは、追跡の前に及び／又は追跡の間にユーザに管状構造を区分けさせる必要なく、経路の追跡の成功を可能にする。

図２は、追跡のための一例示的な２点単方向法を示す。

本明細書に説明される方法における動作の順序付けは限定的でないことを十分理解されたい。したがって、他の順序付けが本明細書において考えられる。さらに、１又は複数の動作が省略されてもよく、かつ／あるいは１又は複数の追加の動作が含まれてもよい。

２０２において、撮像データに表された関心のある管状構造を区分けするための区分け開始点及び区分け終了点が取得される。本明細書に説明されるとおり、撮像データは、スキャナ１０２及び／又は他のスキャナによって生成されてよい。区分け開始点及び区分け終了点は、ユーザが入力装置１２０を介して入力又は選択した開始点及び終了点などの、関心のある区分け開始点及び区分け終了点を表す入力信号を介して特定される。

２０４において、管状構造が、区分け開始点及び区分け終了点に基づいて撮像データから区分けされ、追跡区分けが作成される。

２０６において、経路が、区分け開始点及び区分け終了点に基づいて追跡区分けを通して追跡される。

２０８において、追跡が成功したかが判定される。例として、追跡が停止し、終了点が到達されなかった場合、追跡は失敗している。しかしながら、追跡が停止し、終了点が到達された場合、追跡は成功している。

２０８において追跡が失敗した場合、次いで２１０において、追跡区分けのユーザ対話型中間３次元描画が視覚的に提示される。この描画は、入力装置１２０を使用するユーザがマウス、音声コマンド、タッチスクリーンなどを使用して追跡区分けの中の追跡終了点を特定できるようにする点で、対話型である。

２１２において、追跡終了点を表す入力信号が受信される。この信号は、ユーザが３次元描画の中の管状構造の中のある点を選択したことに応答して生成されてもよい。一般に、追跡区分けの中の中間３次元描画からある点を選択することによって、次の繰り返しにおいて上記管状構造を通る経路を成功裏に追跡する見込みが保証される。

追跡終了点を受信したことに応答して、動作２０６は、区分け終了点に代わって、追跡終了点に基づいて繰り返される。

２０８において追跡が成功した場合、次いで２１４において、管状構造の中の追跡された経路の３次元描画が視覚的に提示される。変形において、撮像データの中の他の構造が、追跡された経路と同時に描画される。

任意的な動作２１６において、追跡された経路は、追跡区分けの中の後続の追跡終了点を特定することによって延長される。それから、追跡された経路は、以前の追跡された経路の終了点から後続の追跡終了点に延長される。

図３は、双方向追跡のための一例示的な多点法を示す。

本明細書に説明される方法における動作の順序付けは限定的でないことを十分理解されたい。したがって、他の順序付けが本明細書において考えられる。さらに、１又は複数の動作が省略されてもよく、かつ／あるいは１又は複数の追加の動作が含まれてもよい。

３０２において、撮像データに表された関心のある管状構造を区分けするための区分け開始点及び区分け終了点が取得される。本明細書に説明されるとおり、区分け開始点及び区分け終了点は、ユーザが入力装置１２０を介して入力又は選択した開始点などの、関心のある区分け開始点及び区分け終了点を表す入力信号を介して特定される。

３０４において、管状構造が、区分け開始点及び区分け終了点に基づいて撮像データから区分けされ、２の追跡区分けが作成される。一方は区分け開始点で始まり、一方は区分け終了点で始まる。

３０６において、経路が、区分け開始点及び区分け終了点に基づいて、双方が互いに向かう方向に進みながら、追跡区分けの各々を通してそれぞれ追跡される。

３０８において、追跡が成功したかが判定される。例として、追跡が停止し、２の追跡区分けが単一の経路を形成するよう接し（meet）なかった場合、追跡は失敗している。しかしながら、追跡が停止し、２の追跡区分けが単一の経路を形成するよう接した場合、追跡は成功している。

３０８において追跡が失敗した場合、次いで３１０において、２の追跡区分けについてのユーザ対話型中間３次元描画が視覚的に提示される。この描画は、入力装置１２０を使用するユーザがマウス、音声コマンド、タッチスクリーンなどを使用して区分け開始点及び／又は区分け終了点の１又は複数を移動させることができるようにする点で、対話型である。

３１２において、区分け終了点変更を表す入力信号が受信される。一例において、この変更には、区分け開始点から始まる追跡区分けの終了点を移動させること、区分け終了点から始まる追跡区分けの開始点を移動させること、又は例えば補間若しくは他のアプローチを介して、追跡区分けを一緒につなげることが含まれる。

上記信号を受信したことに応答して、動作３０６は、この信号に基づいて繰り返される。

３０８において追跡が成功した場合、次いで３１４において、管状構造の中の追跡された経路の３次元描画が視覚的に提示される。変形において、撮像データの中の他の構造が、追跡された経路と同時に描画される。

図４は、追跡のための一例示的な単一点法を示す。

本明細書に説明される方法における動作の順序付けは限定的でないことを十分理解されたい。したがって、他の順序付けが本明細書において考えられる。さらに、１又は複数の動作が省略されてもよく、かつ／あるいは１又は複数の追加の動作が含まれてもよい。

４０２において、区分け開始点が、本明細書に説明されたとおり取得される。

４０４において、管状構造が、区分け開始点に基づいて撮像データから区分けされ、追跡区分けが作成される。

４０６において、追跡区分けのユーザ対話型中間３次元描画が視覚的に提示される。この描画は、入力装置１２０を使用するユーザがマウス、音声コマンド、タッチスクリーンなどを使用して追跡区分けの中の追跡終了点を特定できるようにする点で、対話型である。

４０８において、追跡区分けの中の追跡終了点を表す入力信号が受信される。

４１０において、経路が、追跡終了点に基づいて追跡区分けの中の管状構造を通して追跡される。

４１２において、管状構造の中の追跡された経路の３次元描画が視覚的に提示される。変形において、撮像データの中の他の構造が、追跡された経路と同時に描画される。任意的な動作４１４において、追跡された経路は、追跡区分けの中の後続の追跡終了点を特定することによって延長される。それから、追跡された経路は、以前の追跡された経路の終了点から後続の追跡終了点に延長される。

上記は、コンピュータ可読記憶媒体上に符号化され又は組み込まれたコンピュータ可読命令として実施されてもよく、このコンピュータ可読命令は、（１又は複数の）コンピュータプロセッサにより実行されると、（１又は複数の）プロセッサに所望される動作を実行させる。さらに、又は別法として、コンピュータ可読命令の少なくとも１が、信号、搬送波、又は他の一時的媒体によって伝達される。

本発明は、好適実施形態を参照して説明されている。変更及び変形が、前述の詳細な説明を読んで理解した他者に生じ得る。本発明は、変更及び変形が添付される請求項又はその均等物の範囲内にある限り、すべてのこうした変更及び変形を含むものとみなされるべきことが意図される。

Claims (15)

1. 管状構造を通る経路を追跡するためのコンピューティング装置の作動方法であって、前記コンピューティング装置のプロセッサが、
   少なくとも開始点を使用して、ボリューメトリック画像データ内の関心のある管状構造を区分けし、区分けされた管状構造を表す追跡区分けを作成するステップと、
   前記管状構造を通る経路の追跡が成功であるかどうかを判定するステップと、
   前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記追跡区分けのユーザ対話型３次元描画を視覚的に提示するステップと、
   前記経路の追跡が成功したとき、前記の成功した経路を、ユーザに対して視覚的に提示するステップと、
   を実行することを含む、作動方法。
2. 前記管状構造を区分けして前記追跡区分けを作成するステップは、
   単一の種の単方向区分けを行うステップ、を含み、
   前記単一の種の単方向区分けは、
   前記区分け開始点を受信するステップと、
   前記区分け開始点に基づいて、前記管状構造を自動的に区分けするステップと、
   を含む、請求項１に記載の作動方法。
3. 後続の追跡終了点を受信するステップと、
   前記管状構造を通る前記の追跡された経路を前記後続の追跡終了点に延長するステップと、
   をさらに含む、請求項２に記載の作動方法。
4. 前記管状構造を区分けして前記追跡区分けを作成するステップは、
   ２の種の単方向区分けを行うステップ、を含み、
   前記２の種の単方向区分けは、
   前記区分け開始点を受信するステップと、
   区分け終了点を受信するステップと、
   前記区分け開始点及び前記区分け終了点に基づいて、前記管状構造を自動的に区分けするステップと、
   を含む、請求項１に記載の作動方法。
5. 前記経路の追跡は前記区分け開始点で始まり、前記区分け終了点に向かって進み、
   前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記ユーザ対話型３次元描画を通して、前記追跡区分けの中の関心のあるユーザ識別された追跡経路終了点を表す信号を受信するステップ、
   をさらに含む、請求項１に記載の作動方法。
6. 前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記経路の追跡を停止し、前記区分け終了点に到達していないと判定するステップ、
   を含む、請求項５に記載の作動方法。
7. 前記経路の追跡が再開されると、前記経路を追跡するよう追跡経路終了点に進むステップ、
   をさらに含む、請求項５乃至６のうちいずれか１項に記載の作動方法。
8. 後続の追跡終了点を受信するステップと、
   前記管状構造を通る前記の追跡された経路を前記後続の追跡終了点に延長するステップと、
   をさらに含む、請求項６に記載の作動方法。
9. 前記管状構造を区分けして前記追跡区分けを作成するステップは、
   ２の種の双方向区分けを行うステップ、を含み、
   前記２の種の双方向区分けは、
   前記区分け開始点を受信するステップと、
   区分け終了点を受信するステップと、
   ２つの追跡区分けを自動的に区分けするステップであり、一方は前記区分け開始点からで一方は前記区分け終了点からで、各々が互いに向かう、ステップと、
   を含む、請求項１に記載の作動方法。
10. 前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記追跡区分けの前記ユーザ対話型３次元描画を視覚的に提示するステップにおいて、前記追跡区分けは前記２つの追跡区分けの双方を含み、
    前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記ユーザ対話型３次元描画を通して、前記追跡区分けの中の関心のあるユーザ識別された追跡経路終了点を表す信号を受信するステップ
    をさらに含む、請求項９に記載の作動方法。
11. 前記経路の追跡が成功しなかったとき、前記経路の追跡が停止され、前記２つの追跡区分けの端が接していないと判定するステップ、
    を含む、請求項１０に記載の作動方法。
12. 前記追跡経路終了点は、前記２つの追跡区分けのうち１つに位置し、
    前記２つの追跡区分けのうちの前記１つの追跡区分けで前記経路の追跡が再開されて前記追跡経路終了点まで進み、これにより前記の追跡された経路が形成される、
    をさらに含む、請求項１０乃至１１のうちいずれか１項に記載の作動方法。
13. 前記追跡経路終了点は、前記区分け開始点に対応する前記追跡区分けのための新しい終了点と前記区分け終了点に対応する前記追跡区分けのための新しい開始点とを特定し、
    前記経路の追跡を再開し、前記新しい開始点と前記新しい終了点とを一緒につなぐことにより前記の追跡された経路を形成するステップ、
    をさらに含む、請求項１０乃至１１のうちいずれか１項に記載の作動方法。
14. コンピュータ可読命令をエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータ可読命令は、プロセッサにより実行されると、前記プロセッサに請求項１に記載の方法のステップを実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。
15. 請求項１４に記載のコンピュータ可読記憶媒体と、
    前記コンピュータ可読記憶媒体にエンコードされたコンピュータ実行可能命令を実行するプロセッサと、
    を含む、コンピューティング装置。

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