JPH05285125A - 影像間のシード輪郭の伝搬による多重位相、多重スライス心臓ｍｒｉ研究での輪郭抽出の方法及び装置 - Google Patents

影像間のシード輪郭の伝搬による多重位相、多重スライス心臓ｍｒｉ研究での輪郭抽出の方法及び装置

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JPH05285125A
JPH05285125A JP4175805A JP17580592A JPH05285125A JP H05285125 A JPH05285125 A JP H05285125A JP 4175805 A JP4175805 A JP 4175805A JP 17580592 A JP17580592 A JP 17580592A JP H05285125 A JPH05285125 A JP H05285125A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 利用者が全位相及びスライスから対応する輪
郭を抽出する為１つのスライスの１つの位相でシード輪
郭を写す必要のある活性輪郭モデル関数を用いてＭＲＩ
心臓研究からの如き多重位相多重スライス影像データの
輪郭を抽出する。 【構成】 所定の第１のスライス位置と第１の位相位置
に対応する影像の集まりから初めの影像Ｉｏ，ｏを選択
し、その輪郭特徴に最も近い、抽出さるべきシード輪郭
をこの影像に与える。影像Ｉｏ，ｏ輪郭特徴に適合する
最終輪郭ＣＦを発生するようシード対最終伝搬関数でシ
ード輪郭ＣＳを自動的に伝搬し；最終輪郭ＣＦは隣る影
像用予備輪郭として用い、予備対シード伝搬関数で隣る
影像用該予備輪郭を隣る影像用シード輪郭に自動的に伝
搬し；隣る影像用シード輪郭を隣る影像の輪郭特徴に適
合する最終輪郭ＣＦに自動的に伝搬する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に所定のスライス
及び動作周期位相位置での影像の特徴輪郭に最も近いシ
ード輪郭の入力に応じて反復動作周期を行う対象のスラ
イスの影像の集まりから対応する特徴を表わす輪郭を抽
出する方法に係る。特に、本発明は異なるスライスの影
像間及び／又は異なる位相の影像間のシード輪郭の自動
的伝搬により心拍の磁気共鳴影像（ＭＲＩ）多重影像研
究からかかる対応する特徴輪郭を抽出することに係る。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲＩは電離放射線の侵入又は利用なし
に体の選択された部分の体内影像を高解像度で得るその
能力の為貴重な医療診断器具となってきた。かかる影像
において、主な磁界は細長の略円筒形測定空間に長手方
向に印加された。この磁界の強度は励起さるべき関連原
子核（例えば水素陽子）のラーモア周波数を決定する。
このラーモア周波数での又は近くの無線周波数（ｒｆ）
パルスのシーケンス及び勾配磁界は測定空間に印加さ
れ、エコー信号のような得られるスピン共鳴信号はサン
プルされる。同じスライスに適用可能な複数なシーケン
スから得られたＭＲ信号サンプルの集まりは典型的にフ
ーリエ変換により処理ユニットにおいてスライスの影像
として表示装置に表示されるか、又は（典型的にフィル
ムに）プリントされる２次元配列の画素強度に変換され
る。平行スライスのような同じ体の部分の複数の影像に
対してＭＲ信号データの同時性の集まりを行うのはＭＲ
Ｉ研究では一般的である。
【０００３】この影像様相の興味ある面は発生した影像
が関連した核の密度だけでなく、分子タイプ及び／又は
動作依存コントラストがタイプの関数及び用いられたシ
ーケンスのエコー時間として重み付けされてもよいこと
である。例えば、血液動作により、スピンエコータイプ
シーケンスはスライスを通る血液の関連核が励起及びエ
コーｒｆパルスの両方により影響されないので「黒い血
液」影像を発生し、一方小さい励起角高速勾配エコーシ
ーケンスは、スライスを通る血液の関連核が前の励起パ
ルスにより長手方向磁化スピン状態について減少されな
かったので「白い血液」影像を発生する。
【０００４】拡張及び縮小のその周期の心臓の種々の形
状は位相として参照され；これらは弛緩期の終り及び収
縮期の終りの極限を含む。心電図（ＥＣＧ）から得られ
た周期情報は米国特許第４９０３７０４号での如く所望
の位相に対してシーケンスの展開をトリガーするか、米
国特許第４７１０７７７号での如く自由走行方式で得ら
れたＭＲ信号サンプルの分類用手段として用いられる。
得られた影像品質はエコー時間、心臓周期の位相位置及
びスライス位置の解剖レベルのような状態に従い変化す
る。ピー ランザー他「ＥＣＧ 同期心臓ＭＲ影像：方
法及び評価」、放射線学、１５５巻、２号、１９８５年
６月、６８１−６８６頁を参照。
【０００５】１６の異なる位相までの影像は現在入手可
能なフィリップス医療システムの心臓パッケージ（１９
８８年２月、４、７でリリース）で得ることができる。
その多重スライス及び多重位相を表わす複数影像用デー
タが収集され、影像ワークステーションに供給された
後、スライス用位相は動画として順次にそこに表示され
る。異なるスライス用かかる動画は横に並んで表示され
る。
【０００６】心臓影像からの輪郭特徴抽出は抽出された
輪郭が内心臓壁（内心臓）である時心室の血液プールの
量の測定を計算するような計算目的に用いられる。次に
突出部分は弛緩期の終り及び収縮期位相位置の終りのか
かる心室量測定から計算される。前期の最近の入手可能
なパッケージでは、利用者は、十分に写された輪郭が問
題の影像輪郭特徴に整合したことを利用者が満足するま
で、必要により再写するトラックボールのような入力装
置により問題のいわゆる不規則領域（ＩＲＯＩ）である
心室の又は問題の壁のエッジの外部形をワークステーシ
ョンにより表示された影像に「写す」。更に、ＩＲＯＩ
は同じ位相及びスライスの異って重み付けされた影像の
潜在的利用用のデータベースに蓄積される。或いはワー
クステーションは荒い輪郭近くのエッジ検出された輪郭
を調べるエッジ検出方法に案内として利用者により入力
された荒く写された輪郭を用いる。エッジ検出により発
生された輪郭は間隙、位置又は傾斜の不連続性、利用者
による再編集又は再写しを必要とする多重度又は他の欠
点の影響を受ける。更に、輪郭が抽出さるべき各異なる
フライス又は位相は使用者がそれに対して少なくとも荒
い輪郭を写すことを必要とする。
【０００７】「スネーク」（ｓｎａｋｅ）と呼ばれる活
性輪郭関数を最小化するエネルギーはエッジのような局
部特徴、影像で一度固定された影像をロックし、動作仲
に追跡するか、立体影像で整合する手段として、エム
カス他によるインターナショナル ジャーナル オブ
コンピュータ ビジョン（１９８８年）、３２１−３３
１頁の「スネーク：活性輪郭モデル」で提案された。エ
ネルギー関数はスネークが見つけるべき特徴のタイプに
依存する影像エネルギー条件を引伸及び屈曲する抵抗に
よる内部エネルギー条件及び「ばね」のような良い習性
の構成、「ボルケーノ」（ｖｏｌｃａｎｏ）と呼ばれる
点源からの力により外部制約エネルギー条件の重み付け
された和からなると考えられる。引伸及び屈曲への抵抗
の重み付けはスネークが空間的に平滑化した輪郭をとる
度合を示す。「スネーク」活性輪郭は更に課せられた制
約が空間的に差のある力である必要がない動的プログラ
ムに対するエイ アシニ他によるコンピュータ ビジョ
ンの第２回国際コンファレンス（１９８８年１２月）９
５−９９頁の「ハード制約の存在での活性輪郭のエネル
ギーの最小化用ダイナミックプログラムの使用」で一般
化された。
【０００８】ディジタル的に減算されたレントゲン影像
での血管の中心線の点の動作を決めるよう「スネーク」
活性輪郭モデルを用いることは、ジェー エイチ ロン
グ他によるＳＰＩＥでの１１３７巻、医学影像の科学及
び工学（１９８９年）３１−３６頁の論文「ディジタル
減算心血管撮影法のモデルガイドされた自動ブレームご
との区分」から公知であることが注目される。１つのフ
レームで決められた中心線の点は次の影像上に投影さ
れ、活性輪郭モデルの開始として用いられる。互いに空
間的関係を有する撮像の集まりで輪郭を決める方法を用
いることはその文献に示されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は利用者
が全位相及びスライスから対応する輪郭を抽出する為１
つのスライスの１つの位相でシード輪郭を単に写す必要
のある活性輪郭モデル関数を用いるＭＲＩ心臓研究から
の如き多重位相多重スライス影像データの輪郭抽出を提
供することである。関連した目的は隣接する位相又はス
ライス用に発生した最終輪郭から撮像用シード輪郭を形
成する方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的は望ましく
は空間的に「中心」スライスに対応する第１のスライス
位置及びＭＲＩ心臓研究に対し望ましくは同相の弛緩期
の終りに対応する第１の位相位置を選択することで満足
される。次に、第１のスライス及び位相位置での初めの
影像に関して、利用者は入力装置により抽出さるべき輪
郭特徴の近くのシード（又は荒い）輪郭を写す。このシ
ード（ｓｅｅｄ）輪郭は初めの影像の所望の正しい輪郭
に適合する最終輪郭に強度勾配依存である影像エネルギ
ー条件を用いる「スネーク」活性輪郭モデル関数を用い
る一連の反復からなるシード対最終伝搬関数により伝搬
される初めの影像に対するその結果の最終輪郭はスライ
ス位置により順次逆方向に初めの影像から向けられた同
相パスに沿って第１の位相位置の他の影像に伝搬され
る。スライス間のこの同相伝搬では初めの影像の最終輪
郭はスライス位置の第１の影像の直前に先行及び直後に
続くスライスの２つの同相影像用の予備輪郭である。
【００１１】これらの予備輪郭は同相予備対シード伝搬
関数によりこれらの２つの同相影像に対するシード輪郭
に伝搬される。次に、第１の影像での如く、その結果の
シード輪郭はシード対最終伝搬関数により２つの影像に
対する最終輪郭に伝搬される。かかる伝搬は最終輪郭が
第１の位相位置での各影像で発生されるまで同相予備対
シード及びシード対最終伝搬関数の交互の適用で連続し
て第１の位相位置の他の影像に続く。
【００１２】（初めの影像を含む）第１の位相位置の複
数の影像で発生した最終輪郭は、位相位置により逆方向
に第１の位相位置の各影像から向けられた各インスライ
スパスで伝搬される。各インスライスパスでは、最終輪
郭が各影像で発生するまでインスライス予備対シード伝
搬関数及びシード対最終伝搬関数の交互適用が繰返され
る。
【００１３】本発明の更なる特徴は同相予備対シード伝
搬関数は影像又は制約エネルギー項のない「スネーク」
活性輪郭関数の限られた数の反復を用いる平滑化方法の
適用が続く対応整合方法の適用からなり、一方インスラ
イス予備対シード伝搬関数は「スネーク」活性輪郭関数
の２つの順次の適用からなり、両方は「スネーク」を剛
性する内部エネルギーパラメータセットを有する。「ス
ネーク」活性輪郭関数の第１の適用は影像勾配項が有
り、必要とされる場合、障壁と呼ばれる拒絶バントの形
の制約項が得られた影像は外部心壁（外心）に最も近い
動作部分を含む。「スネーク」活性輪郭関数の第２の適
用では、「キャニーエッジ」（ｃａｎｎｙｅｄｇｅ）と
呼ばれる魅力的バンドの形の制約条件から得られた影像
は内部心壁（内心）に最も近い動作部分を含む。
【００１４】本発明の他の特徴は、計算を容易にする
為、同じ障壁は心壁の明らかに関連した厚さにより障壁
を必要とするスライスの全位相に用いられることであ
る。かかる障壁は又シード対最終輪郭伝搬に対する輪郭
関数の適用にも用いられる。
【００１５】
【実施例】本発明の他の目的、特徴及び利点は図面と共
に望ましい実施例についての以下の説明から明らかにな
る。本発明の方法は一般的に所定のスライス位置又は所
定の位相位置での影像用の抽出された輪郭を、隣接スラ
イス又は位相での影像用のシード輪郭を自動的に決める
動作周期で用いる段階により、反復動作周期を行なう対
象のスライスの影像の集まり中輪郭特性の抽出に係る。
上記シード輪郭は抽出された輪郭を自動的に決めるのに
用いられる。伝搬シーケンスによるこれらの段階の繰返
し適用はたった１つの影像に対して利用者入力シード輪
郭を提供することに基づいた集まり中の全ての影像から
抽出された輪郭の決定を可能にする。この方法は多重ス
ライス多重位相ＭＲＩデータから心室の内壁のような輪
郭特性を抽出するのに特に役立つ。
【００１６】先ず図１を参照するに、夫々が脈拍周期の
スライス位置と位相位置の異なる組合せで関連した影像
用画素の長方形グリット用データを含む影像データＩの
ビンの集まりからなるかかる多重スライス多重位相心臓
ＭＲＩ研究が示される。影像データの各ビンはデータ処
理装置、望ましくはワークステーションタイプ（図示せ
ず）で入手可能であり、関連した影像はその表示部で置
き換え可能である。抽出された輪郭のデータ処理装置に
よる決定の伝搬のシーケンスの説明の為に、ビンはスラ
イス及び位相のような関連した影像Ｉの位置を夫々配列
のビンの垂直及び水平位置により示すよう２次元配列で
配置されるとして示される。特に、影像データビンは基
部から頂部へのスライスの一連の順次平行位置で垂直
に、始めから終りまで弛緩位相と収縮位相を順次位相位
置で水平に順序付けられる。典型的収集は６のスライス
位置と１０の位相位置からなってよい。
【００１７】本発明により、所定のスライス及び位相位
置で影像データビンに対応する影像Ｉ0,0 のうちの初め
の１つは表示され、所望の輪郭特性は利用者によりトラ
ックボール、マウス、ライトペン、ディジタル化タブレ
ット又は「タッチ」感知表示オーバレイのような適宜の
曲線入力装置を介してデータ処理装置に入力により所望
の輪郭によってシード輪郭ＣＳを「描く」ことにより識
別される。所定の初めのスライス位置は望ましくはスラ
イス間の実質的に対称な伝搬に対して連続した「中央」
スライスである。スライス位置の数が偶数である場合、
「中央」は連続の中央の両側での２つのスライスのいず
れかを含む。更に初めの位相位置はかかる影像が少ない
アーティファクトを有することが分かったので、望まし
くは心拡張の終りである。図１に更に示す如く、抽出又
は最後の輪郭ＣＦの決定のパスは初めに影像から反対方
向（垂直に）に初めの位相位置でスライス毎に、初めの
位相位置の各スライスから反対方向（水平に）に同じス
ライス位置で位相毎に進む。初めの影像の後各最近の影
像では、前の影像から現在の影像に伝搬された最後の輪
郭は先ず現在の影像用シード輪郭に伝達され、そのシー
ド輪郭は最近の影像用の現在の影像用最終輪郭を発生す
る初めの影像と同じ方法で用いられる。
【００１８】この背景で、表１を用い図２により本発明
方法の概要を説明する。ブロック１０で示された初めの
段階では、患者のＭＲＩ走査により集められた多重スラ
イス多重位相ＭＲＩデータはコンピュータにアクセス可
能であるメモリ又はマス蓄積装置（図示せず）への入力
である。次に、ブロック１２で、影像データのビンは図
１に示す伝搬シーケンスを設定するスライス及び位相位
置として順序付けられる。次にブロック１４では、ＭＲ
Ｉ研究の性質に基づいて（遮蔽が勾配エコーに対して必
要だがスピンエコー研究は必要でなく）、遮蔽は心臓壁
が典型的に頂端スライスであるよう明らかに薄い厚さの
少なくとも一部を有するスライス位置で必要であるかど
うかが決められる。説明が進むにつれより明らかになる
如く、遮蔽は、エネルギーが抽出さるべき輪郭特性で影
像の勾配によりエネルギーと符号が逆である閾値影像の
縁部に沿った影像エネルギーのバンドの集まりである。
遮蔽の動作バンドは活性輪郭を対向する壁から離れるよ
うにする為、抽出さるべき輪郭特性対向する心臓壁に最
も近く位置さるべきである。所望の輪郭特性が心室の血
液プールの外部境界を画成する為心室のような心室の内
壁である例では、遮蔽は心室の外壁に実質的に沿って位
置する。望ましくはデータ処理装置はＭＲＩ影像データ
がかかるシーケンスで共通のアーティファクトに鑑みて
勾配エコーシーケンスにより発生される時、各スライス
に対して自動的に遮蔽計算１６をスケジュールする。
【００１９】その後、前記の如く（ブロック１８では、
シート輪郭ＣＳは初めの影像で抽出さるべき輪郭特性に
最も近い利用者により入力される。このシード輪郭ＣＳ
はブロック２０でシード対最終伝搬関数の如く「スネー
ク」活性輪郭モデルを用いる最終輪郭ＣＦに伝搬され
る。この活性輪郭モデル及びシード対最終伝搬へのその
適用は更に図３の（Ａ）及び（Ｂ）と関連して説明され
る。
【００２０】この処理の初めの影像Ｉ0,0 （図１）から
得られる最終輪郭ＣＦはスライス位置の初めの影像に夫
々直ぐに続いて、直前に先行した初めの位相位置で第１
の対の影像Ｉ1,0 及びＩ-1,0に送られる。これは、ブロ
ック２２で、スライス位置の既に処理された影像を直ぐ
に隣接させ、初めの位相位置で処理されていない影像を
識別し結果的にブロック２２から「イエス」出力分岐を
得る結果として達成される。通った最終輪郭は第１の対
の影像のそれぞれの予備輪郭ＣＦ’と考えられる。予備
輪郭ＣＦ’はこの対の各影像に対してブロック２４によ
りシード輪郭に伝搬される。ブロック２４は図５及び図
６の（Ａ）−（Ｃ）と関連してより詳細に説明される同
相予備対シード伝搬関数を実行する。ブロック２４で展
開されたシード輪郭ＣＳ’はブロック２０で第１の対の
影像Ｉ1,0 及びＩ-1,0に対する最終輪郭ＣＦに伝搬され
る。これらの最終輪郭ＣＦはブロック２２の「イエス」
出力分岐を再び行う結果として、影像Ｉ1,0 に直ぐ続く
影像Ｉ2,0 及びスライス位置の影像Ｉ-1,0の直前に先行
する影像Ｉ-2,0に通される。同様に、伝搬は、初めの位
相位置の各影像の最終輪郭ＣＦの全体シーケンスの決定
が達成されるまで、ブロック２０，２２（「イエス」出
力分岐）及び２４からなるループを通って続く。最終の
対の影像、Ｉk,0 及びＩ-k,0が処理された時、ブロック
２２の「ノー」出力分岐はブロック２６に行く。
【００２１】ブロック２６で、位相位置の処理された影
像に隣接する処理されてない影像が識別される。かかる
隣接する処理されてない影像の各識別はブロック２６か
ら「イエス」出力分岐に行き、処理された影像から予備
輪郭ＣＦ’と考えられる隣接する処理されてない影像へ
最終輪郭ＣＦの通過を行う。この予備輪郭ＣＦ’は図７
の説明に関連して更に詳細になるインスライス予備対シ
ード伝搬関数によりブロック２８でシード輪郭ＣＳに伝
搬される。ブロック２８からのシード輪郭ＣＳ出力は前
もって処理されていない影像に対して最終輪郭ＣＦに伝
搬される。ブロック２０，２２（「ノー」出力分岐）、
２６（「イエス」出力分岐）及び２８からなるループは
初めの位相位置の各影像から反対の位相方向の最終輪郭
ＣＦの決定のインスライス伝搬の別なパスを生じる。例
えば、初めの影像Ｉ0,0 からのインスライス伝搬は位相
位置の初めの影像に直ぐに続き、直前に先行する第３の
対の影像Ｉ0,1 及びＩ0,-1のブロック２６での識別で始
まる。その結果、（同相伝搬に対して第１の対の影像Ｉ
1,0 ，１-1,0に通されるのに加えて）初めの影像Ｉ 0,0
からの最後の輪郭ＣＦはブロック２８で各影像Ｉ0,1 及
びＩ0,-1に対して各シード輪郭ＣＳに伝搬される臨時輪
郭ＣＦ’として第３の対の影像Ｉ0,1 及びＩ 0,-1に通さ
れる。
【００２２】全ての影像が処理された時、ブロック２６
の「ノー」出力分岐は一組の抽出された輪郭ＣＥを発生
する為、図８に関連して更に説明する如く、最終輪郭Ｃ
Ｆの必要な補正を実行する為ブロック３０に行く。かか
る補正はＭＲＩデータが勾配エコー研究からである時だ
け考慮される。最後に、抽出された輪郭ＣＥは適用ブロ
ック３２で用いられる。典型的適用は弛緩期（最大拡
張）及び収縮期（最大収縮）で左心室の心内膜で覆われ
た血液プールのような特別な位相で面で覆われた室内の
容積の計算である。この容積は特別な位相で面に対応す
る抽出された輪郭に沿った一組のサンプル点と、スライ
ス間の空間の事前の知識を用いる公知の数値方法により
計算される。弛緩期でのその容積により分割された弛緩
期及び収縮期での血液プールの容積間の差は放出分屑を
生じる。これらの２つの位相用の抽出された輪郭だけが
放出分屑の計算に必要とされる一方、全ての位相に対す
る抽出された輪郭の利用性は心臓面及び壁をなす動的図
式３次元傾斜を可能にする。入力輪郭ＣINを出力輪郭Ｃ
OUT に伝搬することに対し、エム カス他により提案さ
れた「スネーク」を最小化するエネルギーの性質の一般
化活性輪郭関数ＡＣＦを説明する。図３の（Ａ）は一般
化活性輪郭関数ＡＣＦが種々のパラメータのの値及び種
々の影像の有無により適用できるようなされ、制約条件
が設定可能である。これは輪郭伝搬ブロック２０，２４
及び２８を実行する関数ＡＣＦの利用を可能にする。
【００２３】エム カス他からのかかる理論的背景は活
性輪郭関数ＡＣＦの動作を理解するのに役立つ。輪郭に
対するエネルギー関数Ｅ* は一般に下式である： Ｅ* ＝∫C ＥINT （ｖ（ｓ))ｄｓ＋∫C ＥIMAGE （ｖ（ｓ))ｄｓ ＋∫C ＥCON （ｖ（ｓ))ｄｓ ここで、ｖ（ｓ）は輪郭の点、ｘ（ｓ），ｙ（ｓ）への
ベクトルであり、ＥINT は内部エネルギーであり、Ｅ
IMAGE は影像エネルギーであり、ＥCON は制約エネル
ギーである。
【００２４】輪郭の伸縮及び屈曲による内部エネルギー
ＥINT は下式をとる： ＥINT ＝（α（ｓ）｜ｖs （ｓ）｜2 ＋β（ｓ）｜Ｖss（ｓ）｜2 ）／２ ここで、α（ｓ）及びβ（ｓ）は各伸縮及び屈曲に対す
る抵抗で、輪郭に沿って変化するよう一般化され、ｖs
及びｖssは夫々輪郭の第１及び第２の空間導関数であ
る。
【００２５】エッジで局部最小値を有する適切な影像エ
ネルギー関数を定義する為、ＥIMAG E は下式の如く強度
勾配の二乗の負として選択される： ＥIMAGE ＝−｜ΔＭ（ｖ（ｓ））｜2 ここで、Ｍ（ｖ（ｓ））は輪郭に沿った点での影像の強
度であり、Δは勾配演算子
【００２６】
【数１】
【００２７】制約エネルギーＥCON 組成する条件は持ち
出された輪郭抽出問題による種々の形式を取ってよい。
抽出さるべき輪郭特性が心室の内壁である典型的状態に
おいて、用いられる制約は輪郭を追いやるよう略外部心
臓壁に沿ってある正のエネルギーのバンドの形のエネル
ギー条件ＩＢを有するいわゆる「障壁」と、外部心臓壁
から離れた輪郭を引きつけるよう略内部心臓壁に沿って
ある負のエネルギーのバンドの形のエネルギー条件ＩＣ
を有するいわゆる「キャニーエッジ」を含んでよい。追
加制約は夫々が点源からの距離に逆比例して正のエネル
ギーの関数Ｖを有する各点源の形の１つ又はそれ以上の
いわゆる「ボルケーノ」からなる。後者はクリップされ
又はさもなければ点源に非常に近くに制限されてよい。
ボルケーノは輪郭を追いやるよう外部心臓壁の外に位置
されてよい。
【００２８】上記の関係は輪郭に沿ってＮ−１等距離で
離間したＮ連続点（ｉ＝０〜６３のような）に分割され
るよう閉じた輪郭をサンプルすることで空間的に離散さ
れてよく、粘性摩擦のような動的パラメータは夫々が反
復数に対応する連続時間段階での出力輪郭の一時的発生
を安定化する為に加えられてよい。反復式は下記のマト
リクス形状で示されうる： ｘn ＝（Ａ＋ΓＩ）-1（ｘn-1 −ｆx （ｘn-1 ，ｙn-1 ）） ｙn ＝（Ａ＋ΓＩ）-1（ｙn-1 −ｆy （ｘn-1 ，ｙn-1 ）） ここで、ｘn 及びｙn はｎ番目反復の結果として輪郭に
沿った連続点の組の列ベクトルであり、ｘn-1 及びｙ
n-1 はｎ−１番目反復の結果として輪郭に沿った連続点
の組の列ベクトルであり、Ａは輪郭に沿った種々の点で
の係数αi 及びβi の算術的組合せである条件を含む五
辺形帯行列（プラス上右及び下左角での３つの素子）で
あり、Ｉは同一性マトリックスであり、Γは摩擦係数で
あり、ｆx 及びｆy はｘ及びｙについて夫々ＥIMAGE ＋
ＥCON の空間部分的導関数である。
【００２９】順次の反復において小さいエネルギー関数
Ｅ* の変動の結果として、或いは反復ＭＩの所定の最大
値になる時、収束が宣言されるまでかかる反復が続く。
本発明において、心臓ＭＲＩ研究から抽出さるべき輪郭
のタイプに対して、生じた輪郭に関するα及びβ定数を
満足にすることは結果を生じマトリクスＡの内容を簡単
にする。しかし、一般に最大屈曲のような輪郭の特別な
部分に差α及びβを割当てる能力は無益であることが分
かる。
【００３０】一般的活性輪郭関数ＡＣＦは図３の（ａ）
を参照して容易に分かる。そこで、パラメータα及びβ
の値（ここで定数又はそこにない換算係数）及びＭＩは
エネルギー関数が影像エネルギー項ＥIMAGE 及び制約エ
ネルギーＥCON を作る３つの可能な項のいくつかを含む
かどうかの指示と同様に活性輪郭関数ＡＣＦに通され
る。影像エネルギー項はＩＧ（影像勾配に対し）として
呼ばれ、制約エネルギーを作る３つの可能な項はＩＣ
（影像「キャニーエッジ」に対し）、ＩＢ（影像障壁に
対し）及びＶ（ボルケーノに対し）である。従って、活
性輪郭（α，β）の剛性、反復ＭＩの最大数及びエネル
ギー項ＩＧ，ＩＣ，ＩＢ及びＶの有無の設定は活性輪郭
関数ＡＣＦを種々の異なる輪郭処理タンクに適応可能に
する。
【００３１】図３の（ｂ）では、シード輪郭ＣＳを最終
輪郭ＣＦへ伝搬するブロック２０は第１の活性輪郭関数
ＡＣＦ１からなるとして示され、ここでα＝１、β＝
１、影像勾配ＩＧ及び障壁ＩＢ項の存在でのＭＩ＝１５
０であり、後者は所定のスライスに対してだけ、一般に
勾配エコー心臓ＭＲＩ研究の１つ又は２つの最も頂部の
スライスであり、ここで心臓壁は厚さが減少して現れ、
アーティファクトが存在する。
【００３２】影像障壁項ＩＢ用障壁エネルギーバンドの
決定を図４及び表２と共に説明する。左心室の外部心臓
壁の動作は同じ障壁輪郭が所定のスライスの各位相位置
で用いられるよう十分に制限されることが分かった。従
って、所定のスライスの全ての影像の対応する画素は平
均影像を形成するようブロック３４で平均化される。平
均強度μ及び強度の標準偏差σはボックス３６及び３８
で夫々計算され、閾値強度Ｔはブロック４０でμ−６／
４として形成される。次に平均化影像は二進影像、即ち
平均影像の強度が閾値Ｔより大きいか又は等しい場合の
白、その他は黒を形成するよう閾値Ｔにブロック４２で
スレッショルドされる。この二進影像は二進影像の境界
を抽出するよう「キャニー関数」エッジ検出関数ブロッ
ク４４で処理される。
【００３３】関数ブロック４４はパターン分析及び機械
インテクジェンスのＩＥＥＥ会報、ＰＡＭＩ８巻、６
号、１９８６年１１月、６７９−６９８頁、ジェー キ
ャニーによる「エッジ検出に対する計算的アプローチ」
のエッジアーキング技術「特徴合成」を用いるこれらの
境界を検出する。本質的に、エッジ応答フィルタ演算子
又はガウスの導関数の様なカーネルでスレッショルドさ
れた影像をコンボルブする結果をヒステリシスをもって
スレッショルドすることに応じて、エッジがマークされ
る。
【００３４】ヒステリシスは演算子出力が群の少なくと
も１つの画素位置の略中央に位置する時より高い閾値を
越え、群の各画素位置の略中央に位置する時より低い閾
値を越えるように、接続された画素位置の群をマークす
るのに、２つの異なる閾値を意味するヒステリシスが用
いられる。従って、接続された画素はマークされやす
く、それにより障壁として抽出される。
【００３５】同相予備対シード伝搬関数ブロック２４は
空間的に輪郭ＣＮを平滑化する第２の活性輪郭関数ブロ
ックＡＣＦ２に印加されるいわゆる雑音輪郭ＣＮを発生
する対応整合関数ブロック４６からなるものとして図６
に詳細に示される。この空間平滑化は標準剛性（α＝
１、β＝１）の使用、制限された数の反復（ＭＩ＝２
０）、全ての影像及び制約項を外すことにより達成され
る。
【００３６】対応整合関数ブロック４６は前及び現在の
影像Ｉp 及びＩc の対応する部分を夫々示す図６の
（Ａ）及び（Ｂ）を参照して理解される。前の撮像Ｉp
の最後の輪郭ＣＦ上の各サンプル点ｉで、輪郭ＰＲpiと
呼ばれる画素のグリッドから介在された均一に離間した
連続サンプル点の線が識別され、その線は点ｉについて
中心を有し反対方向に等しく輪郭ＣＦに垂直に延在す
る。各輪郭ＰＲpiのサンプル点の数は第１の所定の数、
例えば１１−１７である。前の影像Ｉp の最後の輪郭Ｃ
Ｆが予備輪郭ＣＦ’と考えられる場合の現在の影像Ｉc
で、輪郭ＰＲc,i は輪郭ＣＦ’に沿って各点ｉで識別さ
れる。各輪郭ＰＲc,i は又輪郭ＣＦ’に垂直であるサン
プル点の線からなり、点ｉから反対方向に等しく延在す
る。しかし、各輪郭のサンプル点の数は第１の所定の
数、例えば２５−３５の略２及び３倍である第２の所定
数である。図６の（Ｃ）及び表３を参照するに、各組の
対応する輪郭（ＰＲp,i ；ＰＲc,i ）は別々に考えられ
る。ブロック４８で、輪郭ＰＲp,iは輪郭ＰＲc,i に沿
って変位され、各変位に対して、相関係数及び輪郭の登
録サンプル点の強度間の平均二乗誤差はブロック５０及
び５２で計算される。減算段階５４において、平均二乗
誤差は整合手段を形成するよう相関係数から減算され
る。ブロック５６は輪郭対（ＰＲp,i ；ＰＲc,i ）間の
整合手段が最大値である変位に戻る。点ｉからのその変
位での輪郭ＰＲc,i の点は雑音輪郭ＣＮの点として用い
られる。
【００３７】図７はインスライス予備対シード伝搬関数
ブロック２８を詳細に示す。そこで、予備輪郭ＣＦ’は
剛性が通常（α＝１０、β＝１０）の１０倍に設定され
る第３の活性輪郭関数ブロックＡＣＦ３に印加され、標
準数の反復が用いられ（ＭＩ＝１５０）、影像勾配ＩＧ
及び（勾配エコー研究の頂部スライス用）影像障壁ＩＢ
項が作動する。大きいαは予備輪郭ＣＦ’を血液プール
に実質的に、完全にある小さい輪郭ＣＲに寸法を縮小又
は収縮させる。小さい輪郭ＣＲは小さい輪郭ＣＲ内の画
素の強度の平均μ及び標準偏差σが決定されるブロック
５８に印加される。これらの量は閾値Ｔ＝μ−１．５σ
が形成されるブロック６０に印加され、現在の影像Ｉc
は図４のブロック４４と同じ形である「キャニー関数」
ブロック６４に印加される二進影像に、その閾値Ｔを用
いてブロック６２でスレッショルドされる。閾値Ｔの計
算の方法は「キャニー関数」ブロック６４の出力が血液
プール内部心臓壁境界で動作するエネルギーバンドを含
む「キャニーエッジ」エネルギー関数ＩＣであることを
実質的に確実にする。
【００３８】小さい輪郭ＣＲは活性輪郭が標準の１０倍
の剛性（α＝１０、β＝１０）のままである第４の活性
輪郭関数ブロックＡＣＦ４に、標準の最大の反復数（Ｍ
Ｉ＝１５０）で、「キャニーエッジ」制約エネルギー項
ＩＣだけで印加される。従って、第４の活性輪郭関数ブ
ロックＡＣＦ４は関数ブロック６４により開発された
「キャニーエッジ」項ＩＣを用いる。
【００３９】ＭＲＩデータが勾配エコー研究からのもの
である時用いられた後処理ブロック３０に関して図８の
（Ａ）及び（Ｂ）が参照される。図８の（Ａ）は血液プ
ールＢの境界をつける心臓壁Ｈの内側に沿った正しく位
置した最終輪郭ＣＦを示す。図８の（Ｂ）は心臓壁Ｈの
相対厚さにより最終輪郭ＣＦが心臓壁の外側に対して止
まる正しくない位置にある最終輪郭ＣＦを示す。これは
例えば障壁ＩＢが第１の活性輪郭関数ＡＣＦ１（シード
対最終伝搬）で用いられない非頂部スライスで発生し
た。後処理の目的は最終輪郭ＣＦが抽出さるべき輪郭特
徴から離間した高勾配の領域に対して止まるかかる状態
を識別し、かかる領域から離間した活性輪郭を促進する
ことである。これは障壁エネルギー項ＩＢを適用し、又
心臓壁Ｈの外に複数のボルケーノＶを置くことにより達
成される。従って、図８の（Ｃ）を参照して、ブロック
６８（補正が必要か？）で、かかる補正が必要であるか
どうか（即ち障壁に最も近い輪郭に点があるかどうか）
が自動的に決定され、そうである時、最終の輪郭ＣＦは
先ず影像勾配の有る時最大５０の反復（ＭＩ＝５０）が
あり、影像障壁エネルギー項は影像勾配ＩＧ及びボルケ
ーノＶエネルギー項の有る時最大１００の反復が続くよ
う第６の活性輪郭関数ＡＣＦ６が続く第５の活性輪郭関
数ＡＣＦ５に印加される。活性輪郭（α＝１、β＝１）
の標準剛性は第５及び第６の活性輪郭ブロックＡＣＦ
５，ＡＣＦ６の夫々に用いられる。
【００４０】上記の方法で、最終輪郭ＣＦは初めの影像
Ｉ0,0 用のシード輪郭のそれである入力を識別する使用
者輪郭特徴だけで、自動的に抽出された。従って、本発
明の目的は望ましい実施例の多数の変形例、削減又は追
加が本発明の精神及び範囲内で可能であり達成されるこ
とが明らかである。 表１、図２の凡例 ブロック １０ 多重スライス多重位相ＭＲＩデータを入力 １２ 伝搬シーケンスの特定 １４ 障壁が必要か？ １６ 障壁の計算 １８ 初めのスライス及び位相での影像のシード輪郭を
入力 ２０ シード輪郭を最終輪郭に伝搬 ２２ 初めの位相での処理影像への処理されてない輪郭
スライスか？ ２４ 処理されてない隣接スライスに対するシード輪郭
に予備輪郭ＣＦ’を伝搬 ２６ 処理影像への処理されてない隣接位相か？ ２８ 処理されてない隣接位相に対するシード輪郭に予
備輪郭ＣＦ’を伝搬 ３０ 最終輪郭の後処理 ３２ 適用（容積、視覚化） 表２、図４の凡例 ブロック ３３ 所定のスライスの全位相の影像 ３４ 全位相に関する平均影像 ３６ 平均（μ） ３８ 標準偏差（σ） ４０ μ−６／４ ４２ Ｔでの閾値 ４４ キャニー関数 ４５ 所定のスライスＩＢの全位相用の障壁 表３、図６の（Ｃ）の凡例 ブロック ４７ ＣＦでの点ｉに標準である一対の輪郭（Ｐ
Ｒp,i ：ＰＲc,i ） ４８ ＰＲp,i の中央点の変位をＰＲc,i に沿って変化 ５０ 相関係数 ５２ 平均二乗誤差 ５６ 整合測定が最大値である変位 ５７ ＣＮの輪郭点ｉ
【図面の簡単な説明】
【図１】輪郭伝搬のパスを示す影像の多重スライス多重
位相集まりを説明する図である。
【図２】図１のパスの輪郭伝搬を実行するブロックを含
む本発明の輪郭抽出方法のフローチャートである。
【図３】（Ａ）は適合可能活性輪郭関数のブロック図、
（Ｂ）は図２のブロック図の詳細を示す最終輪郭にシー
ド輪郭を伝搬するよう適合された図３の（Ａ）の活性輪
郭関数のブロック図である。
【図４】図２の他のブロック図の詳細を示す障壁計算の
フローチャートである。
【図５】図２の更なる他のブロック、即ち隣接するスラ
イスである現在の影像のシード輪郭に前の影像の最終輪
郭を同相で伝搬することを示すフローチャートである。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は図５の対応する整合関数ブロ
ックで用いられる方法を示すのに用いられる前及び現在
の影像の各関連した部分を示す図、（Ｃ）は図５の対応
整合関数ブロックの詳細を示すフローチャートである。
【図７】図２の更なる他のブロック、即ち隣接する位相
である現在の影像のシード輪郭に前の影像の最終輪郭を
インスライス伝搬する詳細を示すフローチャートであ
る。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は図２の後処理ブロックで用い
られる基となる方法を示す正しく及び正しくなく決めら
れた最終輪郭を夫々示す図、（Ｃ）は図２の後処理ブロ
ックの詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１２，１４，１８，２０，２２，２４，２６，２
８，３０，３２，３４，４０，４２，４４，４６，４
８，５０，５２，５６，６０，６２，６４，６８ブロッ
ク １６ 障壁計算 ３６，３８ ボックス ５４ 減算段階 ＡＣＦ 活性輪郭関数 ＣＥ，ＣＦ，ＣＳ 輪郭 Ｅ エネルギー Ｈ 心臓壁 Ｉ 影像 ＰＲ 形状
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8932−4Ｃ Ａ６１Ｂ 5/05 ３８０ 9118−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 24/08 Ｙ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 夫々が対象の複数の順次に空間的に変位
    したスライス位置から選択されたスライス位置及び複数
    の連続な位相位置から選択された位相位置を表わす対象
    の影像の集まりの輪郭特徴に適合する最終輪郭を抽出す
    る方法であって、 所定の第１のスライス位置と所定の第１の位相位置に対
    応する影像の該集まりから初めの影像を選択し；該初め
    の影像の輪郭特徴に最も近い、抽出さるべきシード輪郭
    を該初めの影像に与え；該初めの影像の該輪郭特徴に適
    合する最終輪郭を発生するようシード対最終伝搬関数で
    該シード輪郭を自動的に伝搬し；該最終輪郭は隣る影像
    用予備輪郭として用いられ、第１のスライス位置と位相
    位置を有する隣る影像は該第１の位相位置に先行する
    か、続くかのいずれか又は第１の位相位置とスライス位
    置を有する隣る影像は該第１のスライス位置に先行する
    か、続くかのいずれかであり；予備対シード伝搬関数で
    該隣る影像用該予備輪郭を該隣る影像用シード輪郭に自
    動的に伝搬し；該隣る影像用該シード輪郭を該隣る影像
    の該輪郭特徴に適合する最終輪郭に自動的に伝搬するこ
    とからなる方法。
  2. 【請求項２】 早い影像の輪郭特徴に適合する最終輪郭
    は更なる隣る影像の予備輪郭として更なる隣る影像に移
    され、該早い影像及び該更なる隣る影像は同一スライス
    位置又は同一位相位置を有し、 予備対シード伝搬関数を有する該更なる隣る影像用該予
    備輪郭を該更なる隣る影像用シード輪郭に自動的に伝搬
    し；該更なる隣る影像用該シード輪郭を該更なる隣る影
    像の該輪郭特徴に適合する最終輪郭に自動的に伝搬する
    ことからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 スライス位置を有する早い影像に適合す
    る最終輪郭又は同一スライス位置を有する一対の早い影
    像に適合する最終輪郭は該早い影像又は該一対の早い影
    像を有する同じスライス位置を有し、該早い影像又は該
    一対の早い影像の位相位置に夫々が直前に先行し、直後
    に続く位相位置を有する一対の更なる隣る影像に移さ
    れ、 予備対シード伝搬関数はインスライス予備対シード伝搬
    関数であり；又は位相位置を有する早い影像に適合する
    最終輪郭又は同一位相位置を有する一対の早い影像に適
    合する最終輪郭は該早い影像又は該一対の早い影像を有
    する同じ位相位置を有し、該早い影像又は該一対の早い
    影像のスライス位置に夫々が直前に先行し、直後に続く
    スライス位置を有する一対の更なる隣る影像に関して移
    され、 予備対シード伝搬関数が同相予備対シード伝搬関数であ
    ることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 該シード対最終伝搬関数は活性輪郭で影
    像から得られたエネルギーの関数であるエネルギー活性
    輪郭伸縮エネルギー及び活性輪郭屈曲エネルギーを有す
    る活性輪郭関数を最小化するエネルギーの複数の反復を
    適用することからなる請求項１，２又は３記載の方法。
  5. 【請求項５】 該同相予備対シード伝搬関数は標準に沿
    っての早い影像での該早い影像の該最終輪郭に最も近い
    強度輪郭を該標準に沿って該一対の更なる隣る影像での
    該一対の更なる隣る影像の該荒い輪郭に最も近い強度輪
    郭に整合させることにより荒い輪郭を形成し、空間平滑
    化関数を該荒い輪郭に印加することからなる請求項３記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 該インスライス予備対シード伝搬関数は
    夫々に対しインスライス閾値影像を形成するよう該一対
    の更なる隣る影像をスレッショルドし、各インスライス
    閾値影像の延在したエッジを決め、該延在したエッジか
    ら得られたエネルギーで活性輪郭関数を最小化する該エ
    ネルギーを印加することからなる請求項３又は５記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 該空間平滑化関数は該活性輪郭関数を所
    定の限られた数の反復で影像から得られたエネルギーな
    しに該荒い輪郭に印加することからなる請求項５又は６
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 夫々が心室の複数の順次に空間的に変位
    したスライス位置から選択された異なる組合せのスライ
    ス位置と、心拍周期の複数の順次な位相位置から選択さ
    れた位相位置とを示し、ＭＲＩ影像の集まりから心拍周
    期の一対の略対向する位相位置で心室の相対的量の血液
    のプールを決める方法であって、 該位相位置の所定の１つと、該スライス位置の中央のス
    ライス位置の組合せに応じて影像の該集まりからの初め
    の影像を表示装置に表示し；該初めの影像で、該初めの
    影像の該血液プールを画成する該室の内壁に最も近い入
    力装置を介して利用者により入力されたシード輪郭を受
    信し、表示し；利用者が各該影像の該血液プールを画成
    する最終輪郭を抽出する該室の内壁に最も近い使用者入
    力輪郭のみとして該シード輪郭を用い、 第１及び第２の位相位置の各影像用該抽出された最終輪
    郭を用い、該相対量を計算することからなる方法。
  9. 【請求項９】 異なるスライスで、人体の該部分で生じ
    る異なる位相の動作で人体の選択された一部から磁気共
    鳴信号を発生し、検出する手段と、夫々がスライス位置
    と位相位置を有する該磁気共鳴信号からの影像の集まり
    を形成する手段とからなり、更に、 所定の第１のスライス位置及び／又は所定の第１の位相
    位置に対応する影像の該集まりからの初めの影像を表示
    する表示装置と；該初めの影像の輪郭特徴に最も近い、
    抽出さるべきシード輪郭を該初めの影像に供給する手段
    と；該初めの影像の該輪郭特徴に適合する最終輪郭を発
    生するようシード対最終伝搬関数で該シード輪郭を自動
    的に伝搬する手段と；該最終輪郭を隣る影像に移し、該
    最終輪郭は該隣る影像用予備輪郭として用いられ、隣る
    影像は第１のスライス位置と第１の位相位置に先行する
    か続くかのいずれかの位相位置を有し、又は隣る影像は
    第１の位相位置と該第１のスライス位置に先行するか、
    続くかのいずれかのスライス位置を有する手段と；予備
    対シード伝搬関数で該隣る影像用該予備輪郭を該隣る影
    像用シード輪郭に自動的に伝搬する手段と；該隣る影像
    用該シード輪郭を該隣る影像の該輪郭特徴に適合する最
    終輪郭に自動的に伝搬する手段とからなり、 対象の影像の該集まりの輪郭特徴に適合する最終輪郭を
    請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の方法により抽
    出する手段からなるＭＲＩ装置。
  10. 【請求項１０】 ＭＲＩ装置は更に心拍周期の一対の略
    対向する位相位置での影像の集まりから心室の血液プー
    ルの相対的量を計算する手段からなり、最終輪郭適合に
    より決定さるべき輪郭特徴は心室の内壁である請求項９
    記載のＭＲＩ装置。
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