JP2004508118A - 医学的検査方法の３ｄデータセットから分割された解剖学的構造物の個別対象物を分離するための方法、装置およびソフトウェア - Google Patents

Abstract

医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法において、ボリュームエレメントの形のデータに基づいて、重要な解剖学的構造物とその他の構造物へのデータの分離が行われ、少なくとも１つの関心構造物の立体的表示が行われ、関心構造物の個別対象物が立体的表示において新たに位置決め可能であるように互いに分離される。

Description

【０００１】
本発明は、ボリュームエレメントの形のデータに基づいて重要な解剖学的構造物とその他の構造物とへのデータの分離が行われ、少なくとも１つの関心構造物の立体的表示が行われる、医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットを医学的像形成処理するための方法、装置およびソフトウェア製品に関する。
【０００２】
Ｘ線像もしくは最新のトモグラフィ法により得られるような断層像からの情報を立体的に解釈する際、人間の想像力は直ちにその限界に直面する。このため、医学的像処理の最新の方法は、医学的検査で得られた３次元的性格を有する情報を身体内部の立体的印象へ変換する。しかし、一般に、表示された身体領域の立体的印象のみを医師に伝達するだけでは十分でない。むしろ、医師は確実な診断を決定するためにもしくは治療処置だけでなく、外科的侵襲をも計画するために、表示されたデータを医師にとって重要なものに還元することが必要である。別言すれば、二次的な情報内容しか含んでいない周囲から医師の関心対象物が顕著に際立たねばならない。このためには、個々の測定値を例えば神経もしくは脂肪組織、骨もしくは筋と同等の組織など重要な解剖学的構造物、また、例えば異物など非解剖学的構造物へ分類することを可能にする多数の方法が開発されてきた。これらの方法は、分割化（セグメンテーション）と呼ばれ、医師が例えば患者の骨構造物をその他の組織と分離してディスプレイ上で観察できるという条件を作り出す。
【０００３】
しかし、例えば一連の複雑骨折を起こした事故後に外科的侵襲を計画する場合には、このフォーマットで査結果を表示することは不十分なことが多い。というのは、このフォーマットは関心構造物の現状を記録するが、行うべき治療処置に関してデータを処理することができないからである。すなわち、従来公知の分割化法では各構造物内の個々の対象物はそれらの幾何学的配置が互いに固定されているからである。従って、複雑な破砕骨折を治療するための侵襲を準備するのは、整形外科医にきわめて多大な精神的能力を必要とする。というのは、整形外科医は多様な破断面ならびに骨片相互の割付けをディスプレイ上では検証することができないからである。
【０００４】
「二元的ボリューム測定による対象物の迅速視覚化、操作および分析　（Ｆａｓｔ　Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｉｎａｒｙ　Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ　Ｏｂｊｅｃｔｓ）」（ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９１年発行、ｐ５３〜６２）に、解剖学的構造物を任意に決定される平面に沿って２つの部分に分割するための方法が提案されている。分離された部分は本来の構造物とは無関係に空間内で再度位置決めできる。
【０００５】
Ｂ．Ｐｌｅｓｓｅｒ，Ｕ．ＴｈｉｅｄならびにＫ．Ｈ．Ｈｏｅｈｎｅは、「ボリュームベースド３Ｄ視覚化による解剖学的対象物の模擬運動（Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　Ｍｏｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ　Ｏｂｊｅｃｔｓ　ｗｉｔｈ　Ｖｏｌｕｍｅ−Ｂａｓｅｄ　３Ｄ−Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）」（Ｒ．Ａ．Ｒｏｂｂ編、Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，　Ｐｒｏｃ．　ＳＰＩＥ２３５９，１９９４年発行、ｐ２９１〜３００）の中で、解剖学的対象物を部分的対象物に分割し、続いてこれらの部分的対象物を新しい立体的配置に変更させることを提案している。
【０００６】
従って、本発明の課題は、解剖学的構造物をその個別対象物に分割し、それらの個別対象物を立体的表示において互いに無関係に個々に及び／又はグループで任意に新たに配置する方法および装置を提供することにある。
【０００７】
この課題は、ボリュームエレメントの形のデータに基づいて重要な解剖学的構造物とその他の構造物とへのデータの分離が行われ、少なくとも１つの関心構造物の立体的表示が行われる、医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットを像形成処理するための方法、装置およびソフトウェア製品において、関心構造物から、その個別対象物の少なくとも１つが、その個別対象物が立体的表示において新たに位置決め可能であるように分離されることによって解決される。
【０００８】
時間のかかる手術手順を計画期間内において前の方に置くことは有利であり、手術の前段階において侵襲を正確に計画することは侵襲時間を短縮し、従って患者への負担を軽減すると共に、医師にとっても手術中のより正確かつ確実な作業を可能にする。さらに、例えば、ねじ、釘などの適正な補助具の適用が手術前に検討できることも有利である。また、本発明によれば、実情を知ることができるので移植物を予め作成しておくことができ、もはや手術の経過中に直観的にそれらを作成する必要がなくなる。
【０００９】
本発明による有利な別の実施態様では、個別対象物の別の相互分割ないし分離が、第１のステップにおいて、解剖学的構造物を含む全ボリュームが部分ボリュームに分割され、その場合個別対象物がそれに割当てられた部分ボリュームに完全に含まれ、第２のステップにおいて、この個別対象物に算入されないその他の全てのデータがこの部分ボリュームから除外され、最後に第３のステップにおいて、このように処理された各部分ボリュームのデータが記憶されることによって行われる。
【００１０】
本発明の有利な別の実施態様では部分ボリュームは直方体の形状を有し、そのため個別的ボリュームは簡単に構成可能である。各部分ボリュームのデータと共に座標情報が記憶されると有利である。特に、３Ｄコンピュータトモグラフィのデータセットを選別すると有利であり、関心構造物としての骨構造物が、構造物の分割すべき個別対象物としての個々の骨及び／又は骨片により選択されると特に有利である。
【００１１】
以下において図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、第五中手骨の骨折および脱臼を伴う手関節の骨構造物の３Ｄ概略図を示す。この場合、この図の基礎にある３Ｄ‐ＣＴデータセットは本発明による方法の例の出発基礎を成している。
図２は、本発明による方法により図１の脱臼している骨片用に作成された部分ボリュームを示す。
図３は、破断面が平行に向き合うように、脱臼した骨片が第五中手骨の第２の破片に対して調整されている様子を示す。
図４は、骨片を破断面で仮想的につなぎ合わせた図１の骨構造物を示す。
図５は、処理装置により行われる方法ステップを表示した本発明による装置のブロック回路図を示す。
【００１２】
図１は、現在外科医に用いられているようなコンピュータトモグラフィの３Ｄデータセットの像表示のイメージを製図的手段により示している。実際にはデータはボリュームレンダリングと呼ばれている方法を用いて視覚化される。求められた骨構造物の表面は、適正に算出された光と影の配分を用いて、が観察者ないし外科医に、基礎になっている立体的構造物の形成的イメージを伝達するように表示される。
【００１３】
図の左半分には第五中手骨の脱臼した破片を伴う骨折が明確に示されている。本発明による方法のこの出発段階（Ｓ０）において、この骨片と像で示された構造物のその他の対象物との相対的位置は変更できない。というのは、医学的像処理の標準的方法によって与えられるこの段階における構造物は関連する唯一の対象物を形成しているからである。最適な注視角を選定することにより、観察者は例えば破断面のような細部をより詳細に検査することができるが、両方の破断面を形状結合性に関して検査するためには観察者に絶対的ではないが、前もってイメージ能力が必要とされる。
【００１４】
両方の破断面が完全に接合可能か否かを精査するためには、骨折した骨の２つの破片が互いに別個に調整され、位置決めされることが必要である。しかし、データセットを解剖学的構造物へ分割した後に、表示された骨構造物が関連する対象物として得られる。観察者によって無自覚に実行された、骨構造物の個別対象物すなわちこの例では骨および骨片への分割は、従来用いられている分割化法からは理解できない。
【００１５】
解剖学的構造物内で構造物をさらに分割することを達成するために、図５における方法ステップＳ１によれば、この３Ｄ‐ＣＴデータセットが先ず分離されたボリュームに分解される。これらの各ボリュームは完全な部分構造物ないしは個別対象物を完全に含んでいる。すなわち、上記の例ではこのような部分ボリュームが個々の骨もしくは個々の骨片を取り囲んでいる。このために３Ｄ‐ＣＴデータセットにおいて同定された各個別対象物がその立体的拡張に応じて直方体によって囲まれていると有利である。
【００１６】
多くの個別対象物は互いに直接隣接して存在しており、そのため通常、個々の部分ボリュームには所望の個別対象物ばかりでなく、隣接する対象物の構成要素も含まれている。このため、次のステップ（Ｓ２）において、部分ボリュームは、隣接対象物のデータが各部分ボリューム内で消去され、最終的に記述されている部分ボリュームがそれに属する個別対象物（図２の例では脱臼した骨片）のみを含むことによって、除外される。このようにして作成されたデータ部分ボリュームがそれらに属する座標情報と一緒に記憶されると有利である。
【００１７】
このような段階的分割は３Ｄ‐ＣＴデータセットの全ての骨ないしは骨片に関して行われ（Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３）、その結果本来のデータセットは作成されたデータ部分ボリュームの合計から表示される。この合計の視覚的表示（Ｓ３）はさしあたり、解剖学的構造物をその分離可能な対象物へ分割することの開始前と同一である。
【００１８】
しかし、この方法のこの部位では個別対象物の固定的幾何学的関連が互いに相対的に相殺されている。
【００１９】
個別対象物はここでは例えば図３に示されているように個々に繋がれ、新たに調整することが可能である。脱臼した骨片はこの図では両方の破断面が平行に向き合うように調整されている。この図に対して図４では骨片はさらに移動されており、その結果骨折の両方の破断面が一致している。このような骨片の仮想的再位置決めは本来の３Ｄ‐ＣＴデータセットの本発明による分割によって初めて可能となる。
【００２０】
図５には、医学的像処理装置（５０）へのこの方法の適用が示されている。医学的分析装置による検査で得られた３Ｄデータセットは本発明による装置（５０）へ伝送される。この伝送は任意に、例えばデータキャリアによりもしくはデータバスないしはネットワークを通じて行われる。データセットの継続処理は、処理装置（５５）により方法ステップＳ０〜Ｓ３に従って行われる。すでに分割された解剖学的関心構造物（Ｓ０）に基づいて、第１の方法ステップ（Ｓ１）において、この構造物を含むボリュームが多数の部分ボリュームに分割され、各部分ボリュームが関心構造物の個別対象物を完全にカバーする。除外（Ｓ２）は全ての部分ボリューム（Ｓ２１，Ｓ２２）に関して、部分ボリュームの個別対象物に属さない全てのデータがこの部分ボリュームから消去されること（Ｓ２３）により行われる。最後に、全ての部分ボリューム、従って解剖学的関心構造物の全ての個別対象物が表示装置（５３）上に表示される（Ｓ３）。この表示は、入力装置を通じて処理装置へ入力される命令もしくは制御信号を通じてオペレータによって制御される。メモリ（５２）は本来のデータセットおよび記載の像形成処理過程の経過および結果において発生するデータを収納する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第五中手骨の骨折および脱臼を伴う手関節の骨構造物の３Ｄ概略図
【図２】
本発明による方法により図１の脱臼している骨片用に作成された部分ボリュームを示す概略図。
【図３】
破断面が平行に向き合うように、脱臼した骨片が第五中手骨の第２の破片に対して調整されている様子を示す概略図
【図４】
骨片を破断面で仮想的につなぎ合わせた図１の骨構造物を示す概略図
【図５】
処理装置により行われる方法ステップを表示した本発明による装置のブロック回路図。

Claims (18)

1. ボリュームエレメントの形のデータに基づいて重要な解剖学的構造物とその他の構造物とへのデータの分離が行われ、少なくとも１つの関心構造物の立体的表示が行われる、医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法において、
   関心構造物から、その個別対象物の少なくとも１つが、個別対象物が立体的表示において新たに位置決め可能であるように分離される
   ことを特徴とする医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
2. 個別対象物の相互分離が、
   各個別対象物に１つの部分ボリュームが、個別対象物がその部分ボリューム中に完全に含まれるように割当てられ、
   この部分ボリューム内で、個別対象物に算入されない全てのデータが除外され、
   このようにして作成された各部分ボリュームのデータが記憶される
   ことによって行われることを特徴とする請求項１記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
3. 部分ボリュームが直方体の形を有することを特徴とする請求項２記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
4. 部分ボリュームのデータが座標情報と一緒に記憶されることを特徴とする請求項２又は３記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
5. 医学的検査方法から得られたデータセットが３Ｄコンピュータトモグラフィのデータセットであることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
6. 関心構造物が骨構造物であり、構造物の個別対象物が骨及び／又は骨片であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理方法。
7. 重要な解剖学的構造物及び／又は部分構造物の立体的表示の基礎になる少なくとも１つのデータセットを記憶するためのメモリ装置（５２）と、データセットの基礎になる少なくとも１つの関心構造物を視覚的に表示する図形表示装置（５３）と、命令を入力するための入力装置（５４）と、入力された命令を処理し、図形的対象物を表示するデータセットの立体的表示を制御し、これらのデータセットを選別する処理装置（５５）とを備えた、医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセット（５１）の像形成処理装置（５０）において、
   処理装置が、関心構造物から、少なくとも１つのその個別対象物を、個別対象物が立体的表示において新たに位置決め可能であるように分離する
   ことを特徴とする医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
8. 処理装置が、個別対象物の相互分離を、
   先ず、各個別対象物に１つの部分ボリュームを、個別対象物がその部分ボリューム中に完全に含まれるように割当て、
   次に、個別対象物に算入されない全てのデータが部分ボリューム内で除外され、
   最後に、そのようにして作成された各部分ボリュームのデータをメモリ装置に記憶する
   ことによって行うことを特徴とする請求項７記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
9. 処理装置が部分ボリュームの形として直方体を用いることを特徴とする請求項８記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
10. 処理装置が部分ボリュームのデータを座標情報と一緒にメモリ装置に記憶することを特徴とする請求項８又は９記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
11. 医学的検査方法から得られたデータセットが３Ｄコンピュータトモグラフィのデータセットであることを特徴とする請求項７乃至１０の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
12. 関心構造物が骨構造物であり、構造物の個別対象物が骨及び／又は骨片であることを特徴とする請求項７乃至１１の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理装置。
13. コンピュータ上で実行する際にボリュームエレメントの形でのデータに基づいて、重要な解剖学的構造物とその他の構造物とへのデータの分離を行い、少なくとも１つの関心構造物を立体的に表示する、医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品において、
    コンピュータソフトウェア製品が関心構造物から少なくとも１つのその個別対象物の分離を実行し、その結果個別対象物が立体的表示において新たに位置決め可能である
    ことを特徴とする医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。
14. コンピュータソフトウェア製品が、個別対象物の相互分離を、
    第１のステップにおいて、各個別対象物に１つの部分ボリュームを、個別対象物がその部分ボリューム中に完全に含まれるように割当て、
    第２のステップにおいて、この部分ボリューム内で、この個別対象物に算入されない全てのデータを除外し、
    第３のステップにおいて、このようにして作成された各部分ボリュームのデータを記憶する
    ことによって行うことを特徴とする請求項１３記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。
15. コンピュータソフトウェア製品が部分ボリュームの形として直方体を用いることを特徴とする請求項１４記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。
16. コンピュータソフトウェア製品が部分ボリュームのデータを座標情報と一緒に記憶することを特徴とする請求項１４又は１５記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。
17. 医学的検査方法から得られたデータセットが３Ｄコンピュータトモグラフィのデータセットであることを特徴とする請求項１３乃至１６の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。
18. 関心構造物が骨構造物であり、構造物の個別対象物が骨及び／又は骨片であることを特徴とする請求項１３乃至１７の１つに記載の医学的検査方法から得られた３次元的性格のデータセットの像形成処理のためのコンピュータソフトウェア製品。

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