JP2007511268A - 管状構造を視覚化する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、オブジェクトの管状構造を、このオブジェクト３Ｄ画像データセットを使用することにより視覚化する方法及び対応する装置に関する。より効果的且つ実例的な視覚化を提供するために、前記管状構造の象徴的な経路ビュー（Ｂ）からＣＰＲビュー（Ｃ）を生成及び視覚化するステップであり、前記象徴的な経路ビュー（Ｂ）は前記管状構造を示し、前記象徴的な経路の経路ポイントは３Ｄ空間位置データを割り当てられるステップ、及び前記ＣＰＲビュー（Ｃ）又は前記象徴的な経路ビュー（Ｂ）において選択された前記管状構造のビューイングポイント（Ｖ）を介して、前記オブジェクト（１）の少なくとも１つの平面ビュー（Ｏ）を生成及び視覚化するステップを有する方法が提案されている。

Description

本発明は、オブジェクトの管状構造を、当該オブジェクトの３Ｄ画像データセットを使用することにより視覚化する方法に関する。さらに、本発明は、視覚化するための対応する装置、医療画像データを取得及び処理するための装置、並びに前記方法をコンピュータ上で実施するためのコンピュータプログラムに関する。

国際特許出願公開番号WO 03/021532は、２Ｄ又は３Ｄ画像データセットにおけるオブジェクトを、当該オブジェクトに沿った経路を抽出することにより分化する方法及び装置を開示している。この経路を高い精度且つ信頼性で得るために、前記方法は、前記経路の始点を第１のアクティブポイントとして選択するステップ、前記始点周辺にある第１のアクティブ区域における前記オブジェクトに適合可能モデルを適合させるステップ、並びに前記適合可能モデルを使用することにより、前記選択した領域の次のポイントを見つけるステップを有し、ここで前記最後のステップは、前記経路の終点又は規定した繰り返し回数に到達するまで繰り返される。適切な形状モデルの使用によって、非常に密接して隔てられている構造間を識別することがこれにより可能であるため、解剖学上接続される経路だけが選択される。結果として、例えば患者の３Ｄ医療画像データセットにおける血管構造の象徴的な経路ビューのような、選択した管状構造の象徴的な経路ビューが生成及び視覚化されることができる。さらに、一部重複している／閉塞している血管が表示されていない最大値投影が生成及び視覚化されることがある。

しかしながら、このような象徴的な経路ビュー及び／又は最大値投影はしばしば、調査中のオブジェクト、又はこのオブジェクト内にある管状構造の位置及び経路の十分明瞭且つ実例的な視覚化をもたらさず、本来の３Ｄデータをより密接な細部にわたりレビューすることが望ましい。さらに、例えば関心のある経路を閉塞する他の明るい構造体が存在する場合、最大値投影が常に適切であるとは限らない。これにより、本発明の目的は、さらに実例的且つ明瞭なビューの生成を可能すると共に、ビューイングポイントを、関心のある経路上に存在する３Ｄデータへ及びそのデータに沿って直接のナビゲーションを可能にするオブジェクトの管状構造を視覚化する方法及び対応する装置を提供することである。

本目的は、本発明に従い、
−前記管状構造の象徴的な経路ビューからＣＰＲ(curved planar reformation)ビューを生成及び視覚化するステップであり、前記象徴的な経路ビューは前記管状構造を示し、前記象徴的な経路の経路ポイントは３Ｄ空間位置データを割り当てられるステップ、及び
−前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいて選択された前記管状構造のビューイングポイントを介して、前記オブジェクトの少なくとも１つの平面ビューを生成及び視覚化するステップ
を有する請求項１に記載の方法により達成される。

−前記３Ｄ画像データを記憶する手段、
−前記管状構造の象徴的な経路ビューからＣＰＲビューを生成する手段であり、前記象徴的な経路ビューは前記管状構造を示し、前記象徴的な経路の経路ポイントは３Ｄ空間位置データを割り当てられる手段、
−前記象徴的な経路の前記３Ｄ空間位置データを記憶する手段、
−前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいて選択された前記管状構造のビューイングポイントを介して、前記オブジェクトの少なくとも１つの平面ビューを生成する手段、
−前記象徴的な経路ビュー、前記ＣＰＲビュー及び前記少なくとも１つの平面ビューを視覚化する手段、及び
−前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいてビューイングポイントを選択する手段
を有する対応する装置が請求項８に記載されている。

本発明は、象徴的な経路表示を前記存在する３Ｄ画像データにリンク付けするという考えに基づいていて、これは２段階のステップの対話により達成される。第１のステップにおいて、象徴的な経路ビューがＣＰＲビューにリンク付けされる。例えば、これは、利用可能な経路の全てが３Ｄ曲線として象徴的に表示される３Ｄビューアにおいて、前記象徴的な経路ビューにおける経路を選択することにより実施される。これは、本来の３Ｄ画像データを介して、前記経路に基づくＣＰＲビューを表示するためのリンクを稼動させる。第２のステップにおいて、ＣＰＲビューは少なくとも１つの平面ビュー、例えば３Ｄ容量における３つの直交するビューの標準的なオルトビューア(orthoviewer)にリンク付けされる。これは、再フォーマットが例えば前記経路に沿ったＣＰＲビューの垂直画像座標への距離をマッピングに関して実施される。このＣＰＲビュー（又は象徴的な経路ビュー）内の選択は、（既知の）ビューイングポイントを示し、これは３Ｄ経路ポイントであり、これを介して少なくとも１つの平面ビューが移される。３つの直交するビューを視覚化する場合、オルトビューの交点は前記ビューイングポイントに移される。

本発明に従って提案されるこのリンクは、関心のある経路に沿った本来の３Ｄ画像データをユーザが非常に素早くレビューすることを可能にする。実施時に、ＣＰＲビュー（又は象徴的な経路ビュー）内のポインタをドラッグ(dragging)することにより、この素早いレビューが簡単に可能であり、これは前記少なくとも１つの平面ビュー又はオルトビューワを選択した経路に沿って“移動（スライド）”させる。ＣＰＲビューへのリンクは、選択した管状構造の長さに沿った３Ｄ画像データの目標とする概要(overview)を提供する。さらに、距離又は領域を推定する場合、ＣＰＲビューは空間的歪みが生じているために、前記少なくとも１つの平面ビュー又は好ましくは設けられるオルトビューへのリンクは、関心領域のより精密な検査を可能にし、定量的な測定を容易にする。関心のある３Ｄ経路が単一平面に限定されることはめったになく、むしろこれら３Ｄ経路は通例、曲がりくねっていて、如何なる特定の選択したビュー平面からも出て行く。従って、リアルタイムの対話は、このような経路のレビューを容易にするのに重要である。加えて、管状構造の場合によると複雑な抽出されたネットワークの簡略化した象徴的なビューをもたらす３Ｄビューが設けられてもよい。

ＣＰＲを使用することによる、例えば患者の血管のような管状構造の視覚化は、Armin Kanitsar他著、“CPR-Curved Planar Reformation”Proc. IEEE visualization 2002, October 2002, pp. 37-44から知られている。この文献において、湾曲した平面における管状構造の管腔、壁部及び周囲組織を示すために、診断を目的とする長軸方向の断面がこれにより生成されるＣＰＲ画像を生成するための別の方法が示される。しかしながら、上記ＣＰＲビューは通例大きく歪んでいて、これにより、血管を示す利用では、狭窄が実際に存在していない場所に狭窄を示したり、又は狭窄が実際に存在している場所に狭窄は無いと示したりすることがある。従って、ＣＰＲビューを使用するだけでは、一般的に診断を目的とするのには適さない。この問題は、オブジェクト内にある選択した管状構造の位置及び経路のより明瞭な画像をユーザが得ることが可能である本発明による方法によって避けられる。

本発明の好ましい実施例は、従属する請求項に規定されている。好ましくは、前記少なくとも１つの平面ビューは、前記選択したビューイングポイントに割り当てられる３Ｄ空間データを使用することにより生成される。つまり、象徴的な経路ビューの経路ポイントに割り当てられた３Ｄ空間位置データは、前記ビューイングポイントを選択した後に評価される。前記ビューイングポイントは、象徴的な経路ビュー又はＣＰＲビューにおいて選択されるかに関係なく、このビューイングポイントが関連する１つの経路ポイントの識別を可能して、これにより前記経路ポイントに割り当てられた対応する３Ｄ空間位置データの選択を可能にするので、前記評価が可能である。他の実施例に従って提案されるように、３つの直交するビューを生成及び視覚化する場合、前記ビューイングポイント及び対応する３Ｄ空間位置データは、これら３つの直交するビューが交差するポイントを示している。

一般的に、象徴的な経路ビューは如何なる方法で得られてもよい。しかしながら、好ましい実施例によれば、この象徴的な経路ビューは、例えば国際特許出願公開番号WO03/021532 A2に記載されるように、前記３Ｄ画像データセットにおける所望の管状構造を分化することにより得られる。他の好ましい実施例において、ＣＰＲビューを生成及び視覚化するステップは、視野方向及び前記ＣＰＲビューの視野角を決めるビューイングアップ方向を選択するステップを含んでいる。これによりユーザは、ＣＰＲビューに対し、ユーザがオブジェクト内の管状構造をどの透視図から見たいと望んでいるかを選択する自由度を持つ。全ての透視図において、選択した管状構造が完全に示されたとしても、選択した透視図に依存して、ＣＰＲに存在する歪みの量が変化する。

ビューイングポイントの選択が対話式に変化し、新しいビューイングポイントを選択した後に、この新しいビューイングポイントを介する少なくとも１つの平面ビューが略リアルタイムで生成及び視覚化される実施例がさらに提供される。例えば、ユーザがポインタ又はコンピュータのマウスを使用して、前記ＣＰＲビュー又は象徴的な経路ビューを介して移動させてもよく、これにより、現在のビューイングポイント、すなわちポインタ又はコンピュータのマウスの現在の位置に対応する本来の３Ｄ画像データを介して、ユーザがすぐに平面ビューを見るように、略リアルタイムで変化する視覚化された少なくとも１つの平面ビューにすぐに影響するビューイングポイントを変化させる。選択した管状構造の効果的且つ実例的な視覚化がこれにより提供される。

好ましくは、本発明は医療分野に利用され、管状構造はこれにより患者の血管、骨、気管、結腸又は脊椎である。３Ｄ画像データセットは、如何なる医療画像データセット、特に３Ｄ回転アンギオグラフィ、ＣＴアンギオグラフィ又はＭＲデータセットである。

本発明は、医療画像データを取得及び処理するための装置、特に磁気共鳴装置、ＣＴ装置、Ｘ線装置又は超音波装置にも関し、この装置は医療画像データを取得する手段、及び本発明に従って提案され、上述されたような視覚化するための装置を含む前記画像データを処理する手段を有する。さらに、本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合、コンピュータに上述した方法のステップを行わせるコンピュータプログラム手段を有するコンピュータプログラムに関する。

本発明は図を参照してより詳細に説明される。

図１は、本発明による視覚化するための装置のブロック図を概略的に示す。データ取得ユニット２を使用することにより、例えば患者の脚部のようなオブジェクト１の関心領域の３Ｄ画像データが取得される。この取得した３Ｄ画像データは、例えばコンピュータのハードディスクのようなメモリ３に記憶され、適切なやり方でプログラミングされたコンピュータのＣＰＵのような処理ユニット４により処理される。この処理ユニット４は、別々のビューを生成及び視覚化するための別々のユニットを有し、これらビューは、異なる透視図から及び／又は異なるビューモードで関心のある管状構造をユーザが見ることができるように、本発明に従ってリンク付けされている。特に、処理ユニット４は、この管状構造の象徴的な経路ビューを生成するための第１のユニット４１、前記管状構造を示すＣＰＲビューを生成及び視覚化するための第２のユニット４２、及び少なくとも１つの平面ビュー、好ましくは３つの直交するビューを生成するための第３のユニット４３を有する。処理中に使用される特定のデータを記憶するために、分離したメモリ５が設けられる。前記別々のビューはディスプレイスクリーン６に表示されることができ、このスクリーンは前記別々のビューを同時に示すための別個のウィンドウを好ましくは持っている。最後に、ユーザ入力及び透視図又はその種類の他のパラメタの選択のための入力ユニット７が設けられている。

以下において、１つの可能な操作方法が実施例として説明されるものである。この実施例において、患者の脚部の医療用３Ｄ画像データセットが取得され、１つの脚部内にある血管の経路が検査されると仮定される。これにより、第１のステップにおいて及び第１の処理ユニット４１を使用することにより、この脚部における血管の経路の象徴的な経路ビューが生成される。この血管の経路を抽出する別の方法も知られ、自動抽出方法は国際特許公開番号WO03/021532 A2に記載され、これと共に参照を行う。結果として、図２に示されるような象徴的な経路ビューＢが得られ、このビューにおいて、これに対する３Ｄ画像データセットが得られた脚部の一部における血管の経路の異なる分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が図示されている。この象徴的な経路ビューＢは、次いで、ディスプレイ６上に例えば別個のウィンドウで表示されることができる。

次のステップとして、第２の処理ユニット４２を使用することにより、ＣＰＲビューは、選択した血管の分岐に対する湾曲した平面の長軸方向の断面図を生成することにより、すなわち象徴的な経路ビューＢに示される分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のうち１つをユーザが選択することができる入力ユニット７を使用することにより、特に生成される。これに対してＣＰＲビューが生成及び視覚化される。図２に示される実施例において、ユーザが血管の分岐Ｂ２を選択し、それに対し図３に示されるようなＣＰＲビューＣが生成される。それに見られるように、この血管の分岐Ｂ２の全長は、この血管がある単一平面に完全に置かれなくてもＣＰＲビューに示される、すなわちＣＰＲビューＣは通常、関心のあるオブジェクトを通る、湾曲した平面に沿った画像データを示している歪んだビューである。ＣＰＲビューを生成する別の方法は既知であり、ここでさらに論じることはしない。特に上述した論文Armin Kanitsar他著、“CPR-Curved Planar Reformation”を参照する。本発明に従い使用するために、ＣＰＲビューを生成するどの特定の方法が利用されるかは関係ない。

述べたように、一般的にＣＰＲビューにおいて、このＣＰＲビューＣの視野方向ＶＤ及びビューアップ方向ＶＵは、ユーザにより事前に設定されることも可能であり、又はデフォルトのパラメタとして与えられる。

このＣＰＲビューＣ及び／又は象徴的な経路ビューＢを使用することにより、ユーザは、血管の経路の選択した分岐Ｂ２に沿って経路ポイントを選択することができ、そのために少なくとも１つの平面ビューが生成されると共に表示される。この選択した経路ポイントは、示される実施例においてＣＰＲビューＣにおいて選択されたビューイングポイントＶと呼ばれる。選択したビューイングポイントＶの３Ｄ空間位置データは、この３Ｄ位置データが全ての経路ポイントに対し利用可能であるので、簡単に得ることができ、ＣＰＲポイントは、この経路の長さにポイントを直接マッピングする。好ましくは、象徴的な経路ビューＢにおける血管の経路の各経路ポイントに対し、前記３Ｄ空間位置データは既知であり、記憶装置５に記憶されているので、ＣＰＲビューＣにおいてビューイングポイントＶを選択した後、前記象徴的な経路ビューＢにおける対応する経路ポイントＶ’にリンク付けされ、そこから割り当てられた３Ｄ空間位置データが記憶媒体５から取り出されることができる。

第３のステップにおいて、第３の処理ユニット４３を用いることにより、前記ビューイングポイントＶを通る少なくとも１つの平面ビューが次いで、メモリ３に記憶されている本来の３Ｄ画像データから生成される。好ましくは、３つの直交するビューＯ１、Ｏ２、Ｏ３が既知のオルトビューアにより生成され、ここで前記ビューイングポイントＶはこれら３つの直交する平面が交差するポイントを決める。ＣＰＲビューＣ及び１つ以上の平面ビューＯ１、Ｏ２、Ｏ３は、次いでディスプレイ６上の別個のウィンドウにおいて象徴的な経路ビューＢと同時に表示される。前記ビューイングポイントＶにおいて交差する３つの直交するビューＯ１、Ｏ２、Ｏ３が図４に示されている。

入力ユニット７を使用することにより、ユーザは、例えば図３に示されるＣＰＲビューＣにおいてポインタを上方及び下方に動かすことにより、ビューイングポイントＶの位置をインタラクティブに変化させる可能性を持つ。前記ビューイングポイントＶの各変化の際に、少なくとも１つの平面ビューは、象徴的な経路ビュー、ＣＰＲビュー及び少なくとも１つの平面ビューからの情報を同時に用いて、ユーザが前記経路及び前記管状構造の周囲組織の完全な概要を得ることができるように、自動的且つ略リアルタイムで更新される。本発明は、幾つかの場合において、（例えばbalanced-FFE法のような新規磁気共鳴アンギオグラフィ手法において）最大値投影（ＭＩＰ）ビューが妥協される場合、如何なる種類の３Ｄ画像データにも対する、素早い管状構造を目的とするビューイングを可能にし、スライスの様式で経路を追従（トラッキング）するのに必要な退屈な対話の程度を減少させる。管状構造に対する画像データは、前記ＣＰＲビューアにリンク付けされた３Ｄの象徴的な経路ビューアを介して焦点が合わされることができ、この経路上にある生データはＣＰＲオルトビューアリンクを用いてレビューされることができる。特に血管のナビゲーションのような、効果的なナビゲーション方法の重要性は、例えばbalanced FFE/TFE技法及びブラッドプール造影剤(bloodpool contrast agent)のような新しいＭＲアンギオグラフィ手法の出現と共に高くなってきている。これにより、本発明は例えばＣＴアンギオグラフィデータ、３Ｄ回転アンギオグラフィデータ又はＭＲデータを使用する医療撮像に好ましくは用いられる。しかしながら、本発明は固体要素における毛細管のようなクラックを検出するための材料検査のような他の技術分野にも応用されてもよい。

本発明は、より効果的な視覚化を提供することにより、３Ｄデータにおける複雑な経路の良好な概要をユーザが得ることを可能にする方法を提供する。本発明は、象徴的なビューと、存在する３Ｄ画像データとの密な統合を提供する。局部的な経路の実際のビューよりも、目標とする経路の概要（ＣＰＲ）が前記データへのリンクに用いられ、好ましくは使用される３Ｄの象徴的なビューアは、ツリー構造からなるより直観的なナビゲーションを可能にする。

本発明による装置のブロック図を示す。 象徴的な経路ビューを示す。 ＣＰＲビューを示す。 関心のあるオブジェクトの３つの直交するビューを示す。

Claims (10)

1. オブジェクトの管状構造を、前記オブジェクトの３Ｄ画像データセットを使用することにより視覚化する方法において、
   −前記管状構造の象徴的な経路ビューからＣＰＲビューを生成及び視覚化するステップであり、前記象徴的な経路ビューは前記管状構造を示し、前記象徴的な経路の経路ポイントは３Ｄ空間位置データを割り当てられるステップ、及び
   −前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいて選択された前記管状構造のビューイングポイントを介して、前記オブジェクトの少なくとも１つの平面ビューを生成及び視覚化するステップ
   を有する方法。
2. 前記少なくとも１つの平面ビューは、前記選択したビューイングポイントに割り当てられた前記３Ｄ空間位置データを用いることにより生成される請求項１に記載の方法。
3. 前記選択したビューイングポイントにおいて交差する３つの直交するビューが生成及び視覚化される請求項１に記載の方法。
4. 前記管状構造の前記象徴的な経路ビューが得られ、前記３Ｄ画像データセットにおける前記管状構造の分化が後続する請求項１に記載の方法。
5. 前記ＣＰＲビューを生成及び視覚化する前記ステップは、視野方向と、前記ＣＰＲビューの視野角を決めるビューイングアップ方向を選択するステップを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ビューイングポイントの前記選択は、対話式に変更することができ、新しいビューイングポイントを選択した後、前記新しいビューイングポイントを介した前記少なくとも１つの平面ビューが新しく生成及び視覚化される請求項１に記載の方法。
7. 前記管状構造は、患者の血管、骨、気管、結腸又は脊椎であり、前記３Ｄ画像データセットは、医療画像データセット、特に３Ｄ回転アンギオグラフィ、ＣＴアンギオグラフィ又はＭＲデータセットである請求項１に記載の方法。
8. オブジェクトの管状構造を、前記オブジェクトの３Ｄ画像データセットを使用することにより視覚化する装置において、
   −前記３Ｄ画像データを記憶する手段、
   −前記管状構造の象徴的な経路ビューからＣＰＲビューを生成する手段であり、前記象徴的な経路ビューは前記管状構造を示し、前記象徴的な経路の経路ポイントは３Ｄ空間位置データを割り当てられる手段、
   −前記象徴的な経路の前記３Ｄ空間位置データを記憶する手段、
   −前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいて選択された前記管状構造のビューイングポイントを介して、前記オブジェクトの少なくとも１つの平面ビューを生成する手段、
   −前記象徴的な経路ビュー、前記ＣＰＲビュー及び前記少なくとも１つの平面ビューを視覚化する手段、及び
   −前記ＣＰＲビュー又は前記象徴的な経路ビューにおいてビューイングポイントを選択する手段
   を有する装置。
9. 特に磁気共鳴装置、ＣＴ装置、Ｘ線装置又は両音波装置のような医療画像データを取得及び処理する装置は、医療画像データを取得する手段、及び請求項８に記載の視覚化する装置を含む前記画像データを処理する手段を有する装置。
10. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合、請求項１に記載の方法の前記ステップをコンピュータに行わせるコンピュータプログラム手段を有するコンピュータプログラム。

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