JP5451621B2 - 介入器具の検出及び追跡 - Google Patents
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Description
と位置合わせされる3Dボクセルデータの術前に取得されるセットのデジタル的に再構成されたX線撮影(DRR)であって、以下それぞれ
により等価的に表されるDRRが、式(1a)
により表される以下の等価な合成演算により定式化されることができる。
は、取得される3D画像の術前に記録されたボクセルデータのセット(ここで、i、j及びkは、原点0である3次元座標系の直交座標軸x、y、z方向により展開されるユークリッドベクトル空間
のx、y、z方向における個別のボクセルインデックスである)、又は等価的に、3D−1D整合ルール
にボクセルデータを従わせることにより得られることができる画像データのセットを表す。上記合成演算(1a)において使用される変換演算子
は、剛性3D座標変換
を表す。
が使用される。この成分は、±x、±y、及び/又は±z方向における並進オフセットを表す並進シフト値Δx、Δy及びΔz、並びに、成分がこれらの座標軸の周りでの回転を表す3x3回転行列
により与えられる。これにより、上記回転行列は、
として規定される。
を備えるパラメータ化をもたらす。
は、投影線に沿ったボクセル強度の和の各画像ピクセルを生じさせる、2D投影画像の3D画像への変換を行う3D−2D投影演算
を表す。これにより、上記2D投影演算
は、画像形成及び投影ジオメトリに関連付けられる固有のパラメータに依存する。それは、撮像システムの較正により得られることができ、位置合わせのために必要とされる後続の最適化処置の間、固定されることができる。(例えばCアームの回転又は検出器の並進等により)X線システムが移動されるとき、投影演算子
は、それに従って更新されることができ、投影画像は、別の位置合わせステップを必要とすることなしにX線画像と整合し続けることになる。
により表される3D−2D剛性位置合わせは、DRR
と位置合わせされるX線画像のセットからの(
に対する)代表
として以下参照される、上記DRRと2D目標画像とを比較するために用いられる所与の2D−2D距離関数(以下
と呼ばれる)を最小化する剛性3D座標変換
を見つけるステップから成る。このX線画像は例えば、蛍光透視X線像である。最良の整合結果を生み出す位置合わせは、合成演算(1a)においてパラメータ・ベクトル
を最適化されたパラメータ・ベクトル
で置換することにより、与えられる。
が整合ルール
により与えられる点にも留意されたい。最適化されたパラメータ・ベクトル
を見つけるのに、最小自乗平均基準を用いて算出される距離関数を使用する他に、関連する技術的な文献にて説明されるような多くの異なるタイプの距離関数が使用されることができる。これらの距離関数は、以下で規定されるような、傾斜差分(Gradient Difference)関数GD(I,Jl)、傾斜相関(Gradient Correlation)関数GC(I,Jl)、相互情報量関数MI(I,Jl)といった類似手段を含む。まずは、
が成立し、ここで、Ax及びAyは2つの実数値の定数を表す。そして、
及び
が成立する。ここで、p(m、n)は、それぞれ
及び
からの2つの所与のピクセルm及びnの同時確率密度関数を表し、p(m)及びp(n)はそれぞれ、上記2つのピクセルm及びnの周辺確率密度関数を表す。
及び
が見つかると、それらは固定されると仮定され、従ってX線イメージングシステムが移動するたびに再計算される必要がない点にも留意されたい。しかしながら、患者が患者テーブル上に移動する場合、2D−2D距離関数
が、変化を反映し、従って、この動きを検出し3D座標変換
の再計算を起動させるのに用いられることができる。
本発明は、介入的なX線撮像における介入器具の検出及び追跡を改善することが有益な任意の状況において使用されることができる。本発明は、X線システム、医療ワークステーション及び端末、特に電気生理学処置専用の臨床装置に適用されることができる。
Claims (10)
- 最小侵襲X線誘導介入の分野において適用される介入器具の可視性を改善し、自動検出及び追跡をサポートする方法において、
検査される患者の体の組織又は前記患者の血管系の血管セグメントにおける、注目生体構造、関心領域、病理学的異常、ペースメーカ及び/又は他の医療インプラントを示す術前に取得された3Dボクセルボリュームの2D投影画像データと、前記患者の体の内部に導入される介入器具及び前述の対象物を示す術中に記録される2D蛍光透視画像との差を計算するステップであって、前記2D蛍光透視画像が、前記2D投影画像データと位置合わせされる、ステップと、
前記介入器具の可視性に悪影響を与える共通パターンを除去することにより、前記組織領域又は前記血管セグメントに挿入される介入器具のコントラスト及び可視性を強調するため、前記計算ステップに基づき生成される差分画像を用いるステップであって、前記パターンが、前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの前記2D投影画像及び前記術中に記録される2D蛍光透視画像の両方に含まれる、ステップとを有し、
前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの2D投影画像データが、前記2D蛍光透視画像と位置合わせされると、前記2D蛍光透視画像の前記取得画像データから前記2D投影画像データを減算することにより算出される差分画像を提供することにより、すべてのミスマッチ領域が前記介入器具の検出をガイドするために使用されることができ、前記2つの画像における共通パターンの前記コントラストが減らされる一方、いずれか一方の画像においてのみ見えるパターンの前記コントラストは強調され、
前記介入器具を検出するのに検出フィルタが適用される場合、ミスマッチ領域が介入器具を含んでいる可能性がより高いという事実に基づき、前記差分画像が、前記検出フィルタが適用される前記関心領域を減らすため、又は該フィルタの出力を重み付けるために用いられる、方法。 - 前記差分画像が、介入器具の前記可視性を少なくとも部分的に妨害する又は低下させる場合がある、より高いハウンスフィールド密度を持つ対象物により少なくとも部分的に隠される介入器具を検出するために使用される、請求項1に記載の方法。
- 前記位置合わせが、前記患者の動き及び/又は前記2D蛍光透視画像を術中に記録するために使用されるX線撮像システムのシステムジオメトリにおける変化を補償するために任意の段階で自動的に調整され、前記調整は、前記患者の現在の位置に及び/又は変化された前記システムジオメトリに、位置合わせパラメータをリアルタイムに適合させることにより行われる、請求項1に記載の方法。
- 入力された3D画像データ・シーケンスからデジタル的に再構成されたX線像を生成する画像レンダリングアルゴリズムに、前記術前に取得される3Dボクセルボリュームを従わせることにより、前記2D投影画像データが得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記3D画像データ・シーケンスが、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像又は3D回転血管造影ベースの画像取得手順を用いて生成される、請求項4に記載の方法。
- 最小侵襲X線誘導介入の分野において適用される介入器具の可視性を改善し、自動検出及び追跡をサポートする画像処理及びレンダリングシステムであって、
検査される患者の体の組織又は前記患者の血管系の血管セグメントにおける、注目生体構造、関心領域、病理学的異常、ペースメーカ及び/又は他の医療インプラントを示す術前に取得された3Dボクセルボリュームの2D投影画像データと、前記患者の体の内部に導入される介入器具及び前述の対象物を示す術中に記録される2D蛍光透視画像との差を計算するよう構成されるデジタル画像処理ツールであって、前記2D蛍光透視画像が、前記2D投影画像データと位置合わせされる、デジタル画像処理ツールを有し、
前記画像処理ツールが更に、前記介入器具の可視性に悪影響を与える共通パターンを除去することにより、前記組織領域又は前記血管セグメントに挿入される介入器具のコントラスト及び可視性を強調するため、前記計算に基づき生成される差分画像を用いるよう構成され、前記パターンが、前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの前記2D投影画像及び前記術中に記録される2D蛍光透視画像の両方に含まれ、
前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの2D投影画像データが、前記2D蛍光透視画像と位置合わせされると、前記画像処理ツールが、前記2D蛍光透視画像の前記取得画像データから前記2D投影画像データを減算することにより算出される差分画像を提供することにより、前記介入器具の検出をガイドするためミスマッチ領域を使用するよう構成され、前記画像処理ツールが、前記2つの画像における共通パターンの前記コントラストを減らす一方、いずれか一方の画像においてのみ見えるパターンの前記コントラストを強調するよう特に構成され、
前記介入器具を検出するのに検出フィルタが適用される場合、ミスマッチ領域が介入器具を含んでいる可能性がより高いという事実に基づき、前記画像処理ツールが、前記検出フィルタが適用される前記関心領域を減らすため、又は該フィルタの出力を重み付けるために前記差分画像を用いるよう構成される、画像処理及びレンダリングシステム。 - 前記画像処理ツールが、介入器具の前記可視性を少なくとも部分的に妨害する又は低下させる場合がある、より高いハウンスフィールド密度を持つ対象物により少なくとも部分的に隠される介入器具を検出するため前記差分画像を使用するよう構成される、請求項6に記載の画像処理及びレンダリングシステム。
- 前記患者の動き及び/又は前記2D蛍光透視画像を術中に記録するために使用されるX線撮像システムのシステムジオメトリにおける変化を補償するために任意の段階で前記位置合わせを自動的に調整する位置合わせパラメータ調整ツールを有し、前記位置合わせパラメータ調整ツールは、前記患者の現在の位置に及び/又は変化された前記システムジオメトリに、位置合わせパラメータをリアルタイムに適合させることにより前記調整を行う、請求項6に記載の画像処理及びレンダリングシステム。
- 画像処理及びレンダリングシステムで実行されるとき、最小侵襲X線誘導介入の分野において適用される介入器具の可視性を改善し、自動検出及び追跡をサポートする方法を実行するようプログラムされるコンピュータプログラムであって、
前記方法が、
検査される患者の体の組織又は前記患者の血管系の血管セグメントにおける、注目生体構造、関心領域、病理学的異常、ペースメーカ及び/又は他の医療インプラントを示す術前に取得された3Dボクセルボリュームの2D投影画像データと、前記患者の体の内部に導入される介入器具と前述の対象物とを示す術中に記録される2D蛍光透視画像との差を計算するステップであって、前記2D蛍光透視画像が、前記2D投影画像データと位置合わせされる、ステップと、
前記介入器具の可視性に悪影響を与える共通パターンを除去することにより、前記組織領域又は前記血管セグメントに挿入される介入器具のコントラスト及び可視性を強調するため、前記計算ステップに基づき生成される差分画像を用いるステップであって、前記パターンが、前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの前記2D投影画像及び前記術中に記録される2D蛍光透視画像の両方に含まれる、ステップとを有し、
前記術前に取得される3Dボクセルボリュームの2D投影画像データが、前記2D蛍光透視画像と位置合わせされると、前記2D蛍光透視画像の前記取得画像データから前記2D投影画像データを減算することにより算出される差分画像を提供することにより、すべてのミスマッチ領域が前記介入器具の検出をガイドするために使用されることができ、前記2つの画像における共通パターンの前記コントラストが減らされる一方、いずれか一方の画像においてのみ見えるパターンの前記コントラストは強調され、
前記介入器具を検出するのに検出フィルタが適用される場合、ミスマッチ領域が介入器具を含んでいる可能性がより高いという事実に基づき、前記差分画像が、前記検出フィルタが適用される前記関心領域を減らすため、又は該フィルタの出力を重み付けるために用いられる、コンピュータプログラム。 - 前記差分画像が、介入器具の前記可視性を少なくとも部分的に妨害する又は低下させる場合がある、より高いハウンスフィールド密度を持つ対象物により少なくとも部分的に隠される介入器具を検出するために使用される、請求項9に記載のコンピュータプログラム。
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