JP6305915B2 - 候補セグメンテーション画像を選択するための個別ボタンを備える医用画像装置 - Google Patents

Description

本発明は患者の体内の関心領域の画像における解剖学的構造の使いやすい表現に適した医用画像装置に関する。

侵襲的若しくは低侵襲的インターベンションなどの医用インターベンションにおいては、患者の体内の関心領域内の解剖学的構造を医師へ可視化することが必要であり得る。こうした可視化された解剖学的構造に基づいて、医師は例えば解剖学的構造内の病変組織の治療若しくは解剖学的構造内の特定位置への医療機器の導入を含む医用インターベンションを計画若しくは実行し得る。

一例として、Ｘ線ガイド下血管インターベンションにおいては、標的病変へ経皮的装置をガイドするために特定の血管の輪郭を得ることが重要であり得る。例えば、腹部大動脈瘤の経皮的治療においては、腎動脈を閉塞し腎臓を損傷することを回避するようにステントグラフトが腎動脈下に留置されなければならない。これらの動脈を、これらが大動脈から出てくるところで適切に可視化し輪郭を描くことは、装置の正確な留置に役立ち得る。

従来、解剖学的関心領域の画像において解剖学的構造を可視化し輪郭を描くための異なる方法が提案されている。例えば、血管の輪郭描写は血管外科医によって手動で描かれ得る。しかしながら、これは典型的には医師によるインタラクションが最低限になされるべきである医用インターベンション環境においてつまらない解決法である。

別の方法は、関心のある血管を自動的に識別若しくは選択し、最終的に医療機器の正確な留置を可能にするために実際の医用インターベンション中に収集される蛍光透視画像へ選択された血管の輪郭を重ね合わせることによって、事前に収集された血管造影図、すなわち血管内に造影剤が存在している間に収集されたＸ線画像において血管の解剖学的構造を自動的に検出することにある。

例えば、ＷＯ ２００５／１１４５７５ Ａ１は対象の３Ｄ樹状管状表面の自動セグメンテーションのための画像処理システムを記載する。

しかしながら、自動画像ベースセグメンテーション技術は解剖学的構造の視覚表現を提供するために医師のいかなる必要なインタラクションも削減若しくは回避し得るが、こうした自動画像ベースセグメンテーションは完璧であることがめったにないことが報告されている。従って、特に解剖学的構造の可視化がインターベンションの成功の鍵となる要素であるような医用インターベンションにおいて、自動画像ベースセグメンテーション技術は十分な信頼度をもたらさないことが多い。

高い信頼性で患者の身体の関心領域における解剖学的構造の可視化を可能にしながら、同時に最低限のユーザインタラクションを要する医用画像装置が必要であり得る。

この要求は独立請求項にかかる医用画像装置で満たされ得る。本発明の実施形態は従属請求項に記載される。

本発明の一態様によれば、画像収集装置、画像セグメンテーション装置、可視化装置及び個別選択ボタンを有する医用画像装置が提案される。その点で、画像収集装置は患者の体内の関心領域の画像を収集するように構成される。画像セグメンテーション装置は画像セグメンテーション技術を用いて収集画像内の解剖学的構造若しくは装置構造を自動的に識別するように構成される。さらに、画像セグメンテーション装置は異なって識別される解剖学的構造を有する複数の候補画像を提供するように構成される。可視化装置は複数の候補画像をディスプレイ上に可視化するように構成される。選択ボタンは、画像装置が選択ボタンを駆動することのみによって複数の候補画像の中から一つの候補画像を手動で選択するように構成されるように、提供され配置される。

本発明の実施形態によれば、医用画像装置は、一方でセグメンテーション技術を用いて解剖学的構造を自動的に識別するように構成され、他方で完全には自動セグメンテーション技術に頼らず解剖学的構造の正確な表現のロバスト性を増すために最低限のユーザインタラクションを可能にする。その点で、画像セグメンテーション装置は自動的に識別された解剖学的構造を含む単一画像を提供するだけでなく、複数の候補画像を提供するように構成され、各候補画像は異なる画像セグメンテーション結果を用いて識別されている識別された解剖学的構造をあらわす。その点で、これらの候補画像の一つが関心領域に含まれる解剖学的構造を正確に識別し表現する可能性は非常に高い。そして医用画像装置は、複数の候補画像の中から一つの候補画像を手動で選択するために医師によって使用され得る個別選択ボタンを含み、この候補画像は、例えば医師の経験に基づいて、解剖学的構造を正確に識別する最も高い可能性を持つ。その点で、医用インターベンション中に医師は複雑な装置の操作にほとんど集中できないので、選択ボタンは医師が医用インターベン中にこのボタンを容易に駆動し得るような方法で提供され配置されるべきである。

本発明のこれらの及び他の特徴と考えられる利点は以降に記載の実施形態から明らかとなりそれらを参照して解明される。

本発明の実施形態例は添付の図面を参照して以下に記載され、記載と図面は本発明の範囲を限定するものではない。

図面は略図に過ぎず正確な縮尺ではない。

本発明の一実施形態にかかる医用Ｘ線画像装置を示す。 本発明の一実施形態にかかる医用画像装置の操作モードをあらわす図を示す。

図１は本発明の一実施形態にかかるＸ線医用画像装置１０を概略的に示す。

画像装置１０はＸ線源１４と対向するＸ線検出器１６を有するＣアームＸ線画像収集装置の形の画像収集装置１２を有する。ＣアームＸ線画像装置１２はＸ線源１４によって放出されるＸ線放射がＸ線検出器１６によって検出される前に患者台１８の上に横たわっている患者の体内の関心領域を透過し得るように患者台１８に位置し得る。

そしてＸ線検出器１６によって収集される画像情報は例えば患者台１８の下に配置されるコンピュータ装置２０へ送信され得る。コンピュータ装置は図１に概略的に示す通り画像セグメンテーション装置２２と可視化装置２４を有する。これらセグメンテーション装置及び可視化装置２４は図示の通り個別電子回路として実現され得るか、若しくは単一回路に組み込まれ得る。

セグメンテーション装置２２は画像収集装置１２のＸ線検出器１６によって収集される画像内で、解剖学的構造若しくは装置構造、すなわち一般的に関係する可能性のある構造を自動的に識別するために、画像セグメンテーション技術を実行するように構成される。例えば異なる開始条件若しくは境界条件でこれらの画像セグメンテーション技術を用いることで、異なる方法で関心領域内の解剖学的構造を識別する結果をもたらし得る。従って、画像セグメンテーション装置は解剖学的構造若しくは装置構造がそれぞれ異なって識別される、複数の候補画像を提供し得る。

"候補画像"という語は、識別されるべき解剖学的構造若しくは装置構造に関連する定量的及び／又は定性的特徴を可視化し得る任意の表現をあらわし得る。例えば、候補画像は解剖学的構造若しくは装置構造の輪郭を可視化し得る。代替的に、候補画像はその中から医師が正しい値を選び得る体積流量値リストなどの定量的表現を含み得る。

可視化装置２４はディスプレイ２６上に候補画像を可視化するように構成される。ディスプレイ２６はコンピュータ装置２０へさらなる情報データを入力するためにユーザによって使用され得るようにタッチスクリーンとして提供され得る。付加的に、キーボード３０及びトラックボール３２若しくはマウスを有する個別入力装置２８がコンピュータ装置２０へデータを入力するために提供される。

画像セグメンテーション装置２２は患者の身体の関心領域内の異なって識別された解剖学的構造を有する複数の候補画像を提供し得るので、医師若しくはインターベンショナリストは解剖学的構造の最も確からしい正確な表現であるものとして一つの特定の候補画像を複数の候補画像から選択することが可能であるものとする。

この目的のために、選択ボタン３４が提供される。選択ボタン３４は医師が患者台１８の上に横たわっている患者の近くにいなければならない医用インターベンション中に医師によって容易に駆動され得るように、患者台１８に位置し得る。言い換えれば、医用画像装置１０全体はコンピュータ装置２０へデータを入力するためのタッチスクリーン２６若しくは入力装置２８などの他の入力装置を有するが、これらの入力装置は付加的な個別選択ボタン３４によって補完され、この個別選択ボタンもコンピュータ装置２０に接続され、これはその位置がディスプレイ２６と入力装置２８から空間的に離れており、患者台若しくはその近くに配置されるので、インターベンションする医師によって医用インターベンション中に容易に操作され得る。

さらに、選択ボタン３４は、選択ボタン３４の駆動面３６が指だけでなく例えば医師の肘若しくは他の身体部位によっても押されるほど十分に大きくなるようなサイズを持ち得る。例えば、選択ボタン３４の駆動面３６は５ｃｍ^２よりも大きく、好適には２５ｃｍ^２よりも大きくなり得る。これは特に意図せぬ衝突を制限しながら容易なアクセスに適したものにする、丸い突起形状を特徴付け得る。これはまた埃若しくは有機粒子の蓄積が回避されるべきである無菌環境に適した滑らかな円形の溝のない表面も特徴付け得る。

選択ボタン３４は、容易な操作と、ボタン３４の駆動時にコンピュータ装置２０への信号の提供を可能にする、トグルボタン、スイッチボタン、若しくは任意の他の種類のボタンとして実現され得る。ボタンは汎用の、文脈依存トグル装置であり得、これは見なくても手が届き駆動するのが容易であり得る。これは異なるタスクのためにも使用され得るという点で"汎用"であり得る。さらに、これは以下でさらに詳細に記載する通り候補画像の選択を可能にするというその主要目的に加えて、異なるオブジェクト若しくは選択を循環するためにも使用されることができるという点で"文脈依存"であり得る。

医用画像装置１０の操作モードの実施形態が図２に示す図を参照してさらに説明される。

一般的に、画像収集装置によって収集される画像をあらわす入力データ５０は例えば血管の輪郭描写などの疑似自動セグメンテーション技術と適合する任意のデータであり得る。さらなる実施例として、インターベンション若しくは計画フェーズに関連する様々な入力データも考慮され得る。特に、入力データ５０の次元は特定若しくは限定されない。例えば、入力データは２Ｄ（プレーン画像）、２Ｄ＋時間（画像系列）、３Ｄ（ボリューム）、３Ｄ＋時間（ボリューム系列）、流量若しくは速度測定を含む機能的データ、拡散テンソル画像などであり得る。

そして入力データはセグメンテーションプロセス５２へ提供される。かかるセグメンテーションプロセス５２は非常に一般的であり得、関心領域内の解剖学的構造若しくは装置構造の代替的な表現を有する可能な候補画像５４ａ，５４ｂ，…，５４ｎの有限集合５４を生じる限り、様々なセグメンテーション技術、開始条件及び／又は境界条件を有し得る。解剖学的構造は特定されず、任意の有機構造、例えば血管構造、骨構造、軟組織構造、病理学的要素などであり得る。同様に、装置構造は特定されず、患者に由来しないが、それでもなお考慮されるインターベンション中に関心のある任意の要素であり得る。これはカテーテル、ガイドワイヤ、導入器、投与器具などのインターベンションツールを含むが、ステント、分流器、人工弁、グラフト、胸骨ワイヤ、ステープル、ペースメーカなどのプロテーゼ若しくは体内プロテーゼのようなものも含む。

これらの有機若しくは無機構造全てに共通する一つの特徴は、これらが何らかの形で画面上にあらわされ得ることである。この表現は間接的若しくは近似的であり得る。例えば血管セクションは中心線及び楕円断面のセットで作られる単純な管状構造としてあらわされ、或いは腫瘍はその輪郭によって単純にあらわされ得る。しかしながら、この画面表現は概略的若しくは近似的であり得るが、インターベンションスタッフが関心のある一つ若しくは複数の構造を指定することができるようにするために十分な情報を提供するべきである。

コンピュータ装置２０若しくは特にその中に含まれる可視化装置２４は、各候補画像５４ａ，…，５４ｎのための関連性因子を示すランキングリストを提供し得る。関連性因子は例えば候補画像が関心のある解剖学的構造の正確な識別を提供すると思われる信頼性を示し得る。代替的に、関連性因子は複数の潜在的に関心のある解剖学的構造もあらわし、そこから医師が現在関心のある一つの特定の解剖学的構造を選択し得る。

その後の手順において、一つの特定の候補画像が多様な候補画像５４ａ，…，５４ｎから、こうした最も確からしい候補画像のさらなる利用６０及び／又はこうした候補画像のディスプレイ２６への表示６２のために、選択されるものとする５６。異なる可能な選択モードがその後本明細書で提示される。

例えば、可視化装置２４は一度に一つの単一特定候補画像を可視化し得る。可視化装置は候補画像５４ａ，…，ｎのデフォルトの一つから開始して、ユーザによる選択ボタン３４の駆動時５８に、次の候補画像を可視化し得る。その点で、現在可視化されている候補画像は現在選択されている候補画像であるものとし、すなわち選択ボタン３４の駆動時に次の候補画像が可視化され選択され得る。

代替的に、可視化装置２４は自動的に及び連続的に複数の候補画像を個別に、すなわち順に可視化し、各候補画像はスライドショーと同様に例えば１秒乃至１０秒のプリセット期間可視化される。選択ボタン３４の駆動時、連続表現、すなわちスライドショーは停止され、現在可視化されている候補画像がその後の利用のために選択される。

さらなる代替案として、可視化装置２４は覆うような方法（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）で同時に複数の候補画像５４ａ，…，５４ｎの全部をあらわし得る。その点で、一つの特定候補画像は例えばハイライト、異なる色、符号などを用いて強調された方法で可視化され得る。選択ボタンの駆動時、次の候補画像が視覚的に強調され、それによってその後の利用のために選択される。

代替的に、可視化装置２４は順々に一つの候補画像から次の候補画像へ自動的に循環し、各候補画像はプリセット期間視覚的に強調される。ユーザは選択ボタンを駆動することによってこうした"覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）スライドショー"を停止し、それによって現在視覚的に強調されている特定候補画像をその後の利用のために選択し得る。

単一候補画像の連続的な個別の可視化、又は代替的に全部若しくは複数の候補画像の重ね合わせにおける連続的な視覚的強調は、事前に決定された、各候補画像に対する関連性因子を示すランキングリストの順番で実行され得る。例えば、最も高い関連性因子を持つ候補画像の視覚的表現若しくは視覚的強調は選択手順の開始時に使用され得る。

そして可視化装置は全候補画像のシリーズを連続的に可視化し、シリーズの最後の候補画像の可視化後、シリーズの最初の画像を可視化するために循環して戻り得る。言い換えれば、選択ボタン３４が"トグル"によって駆動される度に、可視化装置は候補リストを前方へ循環し続ける。候補リストの終わりにおいて、可視化装置は候補リストの最初へジャンプして戻る。

その点で、可視化装置は候補画像の全シリーズが可視化若しくは視覚的に強調されている、すなわち一つのフル可視化サイクルが完了していることをユーザに示し得る。

さらなる利用のために選択される候補画像は異なる目的のために使用され得る。

一つの特定の実施形態において、画像収集装置１２は関心領域の血管造影画像を収集するのに適したＸ線画像収集装置である。言い換えれば、Ｘ線画像収集装置は関心領域内に造影剤が存在する間に関心領域の画像を収集し得る。こうした血管造影画像から、セグメンテーション装置は複数の候補画像を提供し得る。これらの候補画像はその後の使用のために記憶され得る。その後の医用インターベンション中、可視化装置は医用インターベンション中に収集される同じ関心領域の蛍光透視画像（すなわち造影剤なし）に、記憶された候補画像の一つ以上を重ね合わせ得る。選択ボタン３４を用いて、医師は医用インターベンション中、蛍光透視画像に最もよくマッチする複数の候補画像のうちの一つを選択し得る。こうした候補画像にかかる関心領域内の解剖学的構造の表現は、場合により現在の蛍光透視画像と重なって、ディスプレイ２６上に可視化され得る。

個別選択ボタン３４の容易なアクセスと容易な操作のために、医師は自動画像セグメンテーション技術を用いて事前に決定されている複数の候補画像の各々を容易に循環し評価し得る。それによって、複数の候補画像は関心領域の収集画像の自動セグメンテーションを用いて提供され得るが、医師はさらなる利用のために候補画像の最も確からしい一つを選択するのに自分の個人的経験を用いることによって関心領域内の解剖学的構造の正確な表現のロバスト性を向上させる簡単なオプションを得る。

請求項において、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットは請求項に列挙される複数の項目の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。

１０ 医用画像装置
１２ 画像収集装置
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線検出器
１８ 患者台
２０ コンピュータ装置
２２ 画像セグメンテーション装置
２４ 可視化装置
２６ ディスプレイ
２８ 入力装置
３０ キーボード
３２ トラックボール
３４ 選択ボタン
３６ 駆動面
５０ 入力データ
５２ セグメンテーション
５４ 候補画像のリスト
５６ 選択
５８ ボタン駆動
６０ 利用
６２ 表示

Claims (13)

1. 画像収集装置と、
   画像セグメンテーション装置と、
   可視化装置と、
   個別選択ボタンと
   を有する医用画像装置であって、
   前記画像収集装置が患者の体内の関心領域の画像を収集し、
   前記画像セグメンテーション装置が画像セグメンテーション技術を用いて収集画像内の解剖学的構造若しくは装置構造を自動的に識別し、
   前記画像セグメンテーション装置がさらに、異なって識別された解剖学的構造若しくは装置構造をあらわす複数の候補画像を提供し、
   前記可視化装置が前記複数の候補画像をディスプレイ上に可視化し、
   前記医用画像装置は、前記選択ボタンが押下されると前記複数の候補画像から一つの候補画像を選択するように構成され、
   前記選択ボタンは、コンピュータ装置にデータを入力するための他の入力装置に加えて設けられ及び前記入力装置から空間的に離れて設けられ、前記コンピュータ装置に接続されており、前記選択ボタンは、その位置が前記ディスプレイ及び前記入力装置から空間的に離れていて、患者台のところに又は患者台の近くに配されるので、インターベンションする医師によって医用インターベンション中に手動で押し操作可能である、医用画像装置。
2. 前記可視化装置が一度に一つの特定の候補画像を可視化し、前記選択ボタンの押下時に次の候補画像を可視化し選択する、請求項１に記載の医用画像装置。
3. 前記可視化装置が前記複数の候補画像を重ね合わせて同時に可視化し、一度に一つの特定候補画像を視覚的に強調し、前記選択ボタンの押下時に次の候補画像を視覚的に強調し選択する、請求項１に記載の医用画像装置。
4. 前記可視化装置が順々に前記複数の候補画像を個別に可視化し、各候補画像はある期間可視化され、特定候補画像はこの候補画像が可視化されている間に前記選択ボタンの押下によって選択される、請求項１に記載の医用画像装置。
5. 前記可視化装置が前記複数の候補画像を重ね合わせて同時に可視化し、前記複数の候補画像を個別に順々に視覚的に強調し、各候補画像はある期間視覚的に強調され、特定候補画像はこの候補画像が視覚的に強調されている間に前記選択ボタンの押下によって選択される、請求項１に記載の医用画像装置。
6. 前記セグメンテーション装置が各候補画像に対する関連性因子を示すランキングリストを提供する、請求項１に記載の医用画像装置。
7. 前記可視化装置が前記ランキングリストの順番で前記候補画像を可視化する、請求項６に記載の医用画像装置。
8. 前記可視化装置が全候補画像のシリーズを連続的に可視化し、前記シリーズの最後の候補画像の可視化後、前記シリーズの最初の画像を可視化するために循環して戻る、請求項１に記載の医用画像装置。
9. 前記可視化装置が候補画像の全シリーズが可視化されていることをユーザに示す、請求項８に記載の医用画像装置。
10. 前記医用画像装置が医用インターベンション中に前記患者を位置付けるための患者台をさらに有し、前記選択ボタンが前記患者台に設けられる、請求項１に記載の医用画像装置。
11. 前記選択ボタンが医師の肘によって押されるほど十分に大きな駆動面を持つ、請求項１に記載の医用画像装置。
12. 前記画像収集装置が前記関心領域の血管造影画像を収集し、前記セグメンテーション装置が前記血管造影画像に基づいて異なって識別された解剖学的構造を有する複数の候補画像を提供し、前記複数の候補画像を記憶し、前記可視化装置が医用インターベンション中にその後収集される同じ関心領域の蛍光透視画像上に前記候補画像を重ね合わせる、請求項１に記載の医用画像装置。
13. 前記画像収集装置がＸ線画像収集装置を有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の医用画像装置。

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