JP6240226B2 - スキャン範囲決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定装置、スキャン範囲決定方法、及びスキャン範囲決定コンピュータプログラムに関する。本発明は更に、スキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニング装置、トレーニング方法、及びトレーニングコンピュータプログラムと、対象の範囲をスキャンするスキャニングシステム、スキャニング方法、及びスキャニングコンピュータプログラムとに関する。

米国特許出願公開第２００９／０２９０７７６（Ａ１）号明細書（特許文献１）は、その後の医療イメージング検討を実行するために視野を自動的に決定するシステムを開示する。システムは、１つ以上の２次元ローカライザー画像を取得し、且つ、その後の３次元医療イメージング検討を実行する医療イメージングデバイスを有する。システムは、ローカライザー画像を二値化し、最大連結成分を特定するボディマスク生成ユニットと、生成されたボディマスクの境界から境界マスクを得る境界マスク取得ユニットと、得られた境界マスクに長方形境界ボックスを合わせる視野決定ユニットとを更に有し、そのようにして決定された視野は、その後の医療イメージング検討を実行するために医療イメージングデバイスによって使用される。このような視野の決定は、特に、ローカライザー画像が異なるオブジェクトを示し、視野がそれらのオブジェクトのうちの特定の１つに対して決定されるべき場合に、信頼できないことがある。システムによって使用される決定技術は、従って、ロバスト性を欠くことがある。

米国特許出願公開第２００９／０２９０７７６（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、スキャン範囲のよりロバストな決定を可能にする、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定装置、スキャン範囲決定方法、及びスキャン範囲決定コンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、スキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニング装置、トレーニング方法、及びトレーニングコンピュータプログラムと、対象の範囲をスキャンするスキャニングシステム、スキャニング方法、及びスキャニングコンピュータプログラムとを提供することである。

本発明の第１の態様に従って、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定装置が示される。スキャン範囲決定装置は、
対象のオーバービュー画像を供給するオーバービュー画像供給ユニットと、
スキャンされる前記対象の要素の位置を示す要素位置インジケータを決定する要素位置インジケータ決定ユニットであって、前記オーバービュー画像に基づき該オーバービュー画像に対して前記要素位置インジケータを決定するよう構成される前記要素位置インジケータ決定ユニットと、
スキャンされる前記対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像を供給し、且つ、スキャンされる前記対象の前記要素に対応するテンプレート要素を含むテンプレートスキャン範囲を供給するテンプレート画像供給ユニットであって、前記テンプレート画像に対して規定されるテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成される前記テンプレート画像供給ユニットと、
前記オーバービュー画像と前記テンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定する空間変換決定ユニットであって、最初に、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された要素位置インジケータを使用することによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像がレジストレーションされる、前記空間変換決定ユニットと、
前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影することで最終スキャン範囲を決定するスキャン範囲決定ユニットと
を有する。

空間変換決定ユニットは、オーバービュー画像とテンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定し、最初に、オーバービュー画像に対するスキャンされる対象の要素の位置を示す決定された要素位置インジケータを使用することによって、オーバービュー画像及びテンプレート画像がレジストレーションされるので、オーバービュー画像とテンプレート画像との互いに対するレジストレーションのための優良な初期設定が提供される。これは、極小においてトラップされるレジストレーションプロシージャの可能性を大いに下げる。レジストレーション及び、よって、空間変換の決定は、従ってロバストであり、決定された空間変換を使用することによってテンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影することによる最終のスキャン範囲のロバストな決定を可能にする。更に、オーバービュー画像とテンプレート画像との互いに対するレジストレーションは、オーバービュー画像に対するスキャンされる対象の要素の位置を示す決定された要素位置インジケータに基づき適切に初期設定されるので、空間変換の及び、よって、最終のスキャン範囲の決定は、相対的に高速であることができる。

スキャニングシステムは、好適には、コンピュータ断層撮影システムであり、オーバービュー画像は、好適には、対象の２次元投影画像である。この画像は、ローカライザー画像であるとも見なされてもよい。更に、スキャン範囲は、好適には、プランボックスである。対象は、好適には、人間又は動物のような生物であり、スキャンされる要素は、好適には、生物の臓器又は他の要素である。オーバービュー画像は、好適には、対象のスキャンされる要素及び少なくとも周囲部分を示す。

要素位置インジケータ決定ユニットは、好適には、前記オーバービュー画像内の前記要素の少なくとも中心を前記要素位置インジケータとして決定するよう構成される。要素位置インジケータ決定ユニットは、スキャンされる要素を囲み且つ該要素の決定された中心に中心を置かれた中間スキャン範囲のような更なる要素位置インジケータを決定するよう構成され得る。

要素位置インジケータ決定ユニットが、前記オーバービュー画像内の前記要素の少なくとも中心を要素位置インジケータとして決定する場合に、前記テンプレート画像と前記オーバービュー画像との間のレジストレーションは、前記テンプレート画像の中心を前記オーバービュー画像内の前記要素の前記決定された中心と重ね合わせることによって初期設定され得る。更に、要素位置インジケータ決定ユニットが、前記オーバービュー画像内の前記要素の前記決定された中心に中心を置かれた、前記オーバービュー画像内の前記要素を含む中間スキャン範囲を更に決定する場合に、該中間スキャン範囲は、スケーリングパラメータ及び／又は回転パラメータを決定するために、前記テンプレートスキャン範囲と、又はテンプレート画像供給ユニットによって供給される他の基準範囲と比較されてよい。決定されたパラメータは、オーバービュー画像に対するテンプレート画像の最初のレジストレーションを提供するために更に使用され得る。

スキャン範囲は、好適には、オーバービュー画像上で規定されたプランボックスである。すなわち、中間スキャン範囲、テンプレートスキャン範囲、及び最終のスキャン範囲は全て、オーバービュー画像上に規定された長方形ボックス、特に、２次元ボックスであることができる。特に、要素位置インジケータ決定ユニットは、要素を含み且つオーバービュー画像上の要素の決定された中心に中心を置かれている境界ボックスを中間スキャン範囲として決定するよう構成され得る。

中間スキャン範囲は、好適には、スキャンされる要素を含む、特に、スキャンされる臓器を含むオーバービュー画像の範囲の大まかな推定である。この大まかな推定は、初期座標を提供する。初期座標は、最終のスキャン範囲の初期座標であると見なされてよく、テンプレート画像とオーバービュー画像とを互いに対してレジストレーションするための出発点として使用されてよい。

テンプレート画像は、テンプレート要素を有するテンプレート対象を示すオーバービュー画像であることができる。テンプレート画像はまた、アトラス、特に、統計アトラスであることができる。例えば、テンプレート画像は、テンプレート画像内でテンプレート対象を示す典型的なオーバービュー画像の統計的な平均又は中央強度及び形状を表すことができる。

テンプレート対象及びスキャンされる対象が同じ種類に属する場合に、すなわち、例えば、テンプレート対象が人であり、スキャンされる対象も人であって、例えば動物でない場合に、テンプレート対象はスキャンされる対象に対応する。テンプレート要素及びスキャンされる対象の要素が同じ種類に属する場合に、テンプレート要素はスキャンされる対象の要素に対応する。例えば、スキャンされる要素がある臓器である場合に、テンプレート要素は同じ臓器である。すなわち、例えば、要素がある人の心臓である場合に、テンプレート要素はテンプレート心臓である。テンプレート心臓は、別人の心臓の複数の画像を調査することによって生成されていてよい。テンプレート画像及びオーバービュー画像は、対象の同じ部分又は対象の全体を示すことができる。なお、好適には、テンプレート画像は、対象のより小さい領域、特に、テンプレート要素の周囲の領域を示す。この領域は、好適には、一般的にオーバービュー画像でも可視的である典型的な画像特徴がテンプレート画像において示されるように、テンプレート要素によってカバーされる範囲よりもわずかに大きい。テンプレート画像は、例えば、オーバービュー画像が標的要素を完全にはカバーしない場合に、オーバービュー画像で示されないテンプレート要素の部分も示すことができる。

スキャン範囲決定装置は、対象の単一の臓器のような単一の要素のための単一のスキャン範囲を決定するよう構成され得、且つ／あるいは、スキャン範囲決定装置は、対象の複数の臓器のような複数の要素のための複数のスキャン範囲を決定するよう構成され得る。スキャン範囲決定装置が対象の複数の要素のための複数のスキャン範囲を決定するよう構成される場合は、オーバービュー画像供給ユニットは、対象の異なった要素を示すオーバービュー画像を供給するよう構成され、要素位置インジケータ決定ユニットは、複数の要素位置インジケータを決定するよう構成され、夫々の要素位置インジケータは、スキャンされる対象の夫々の要素の位置を示し、複数の要素位置インジケータは、複数の要素を示すオーバービュー画像に基づき該オーバービュー画像に対して決定される。テンプレート画像供給ユニットは、実際の対象に対応するテンプレート対象の、夫々のテンプレート画像が夫々の要素を示す複数のテンプレート画像を供給し、且つ、複数のテンプレート画像に対して規定される複数のテンプレート画像のための複数のテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成される。更に、この例では、空間変換決定ユニットは、オーバービュー画像とテンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する複数の空間変換を決定するよう構成され、最初にオーバービュー画像及びテンプレート画像が、夫々の要素のために決定されており且つオーバービュー画像に対するスキャンされる対象の夫々の要素の位置を示す要素位置インジケータに基づき、レジストレーションされる。よって、この例では、夫々のテンプレート画像について、空間変換は決定され、該空間変換は、オーバービュー画像と夫々のテンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する。スキャン範囲決定ユニットは、夫々の決定された空間変換を使用することによって複数のテンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影することで複数の最終のスキャン範囲を決定するよう構成される。

スキャン範囲決定装置がオーバービュー画像に示されている複数の要素のための複数の最終のスキャン範囲を決定した場合は、スキャン範囲決定ユニットは、一貫性のチェックを実行するよう構成され得る。特に、スキャン範囲決定ユニットは、最終のスキャン範囲が一貫しているかどうかを決定するために、決定された最終のスキャン範囲に一貫性規則を適用するよう構成され得る。一貫性規則は、最終のスキャン範囲によって反映される必要がある要素間の空間的関係を規定することができる。例えば、オーバービュー画像に示されている要素が胸部、腹部及び骨盤である場合は、一貫性規則は、足から頭の方向に対して胸部スキャン範囲が腹部スキャン範囲の上にあるべきであり且つ腹部スキャン範囲が骨盤スキャン範囲の上にあるべきことを規定することができる。同様に、それらのスキャン範囲間のギャップ及びオーバーラップは一貫して最小限にされ得る。例えば、好適には例えば一貫性規則に従って隣接すべきボックスである２つの最終のスキャン範囲の間にギャップがある場合は、夫々の最終のスキャン範囲は、２つの最終のスキャン範囲が互いに結合するように、ギャップサイズの半分ずつだけ拡張され得る。同様に、隣接すべき２つの最終のスキャン範囲の間にオーバーラップがある場合は、夫々の最終のスキャン範囲は、２つの最終のスキャン範囲が互いに結合するように、オーバーラップサイズの半分ずつだけサイズを縮小され得る。

オーバービュー画像供給ユニットは、対象のオーバービュー画像が予め記憶されている記憶ユニット又は例えばオーバービュー画像生成デバイスからオーバービュー画像を受け取る受信ユニットであることができる。更に、オーバービュー画像供給ユニットはまた、例えば放射線源及び検出デバイスを有するスキャニング装置から受け取った検出値に基づきオーバービュー画像を生成するよう構成され得、スキャニング装置は、対象をトラバースした後に放射線を示す検出値を供給するよう構成される。

また、テンプレート画像供給ユニットは記憶ユニットであることができ、記憶ユニットは、テンプレート画像及びテンプレートスキャン範囲を有してよく、記憶されているテンプレート画像及びテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成されてよい。テンプレート画像供給ユニットは、テンプレート画像及びテンプレートスキャン範囲を他のデバイスから受け取る受信ユニットであることもできる。

要素位置インジケータ決定ユニットは、要素位置インジケータ、特に、オーバービュー画像内の要素及びスキャンされる要素を含む中間スキャン範囲の中心を決定するために、Viola-Jonesアルゴリズムを使用するよう構成されることも望ましい。Viola-Jonesアルゴリズムは、好適には、手動で加えられ得るトレーニングスキャン範囲が予め存在するトレーニングオーバービュー画像のデータベースを使用することによってトレーニングされている。トレーニングオーバービュー画像において、トレーニングスキャン範囲は、夫々の要素、例えば、夫々の臓器、又は夫々の要素の部分を囲む。Viola-Jonesアルゴリズムは非常に高速であり、例えば、それは、標準のパーソナルコンピュータでほんの数ミリ秒しか必要とせず、それによって、スキャン範囲を決定する速度を更に高めることができる。

要素位置インジケータ決定ユニットは、ａ）要素位置インジケータを決定するために要素位置インジケータ決定アルゴリズムを使用し、ｂ）要素位置インジケータ決定アルゴリズムが複数の可能な要素位置インジケータを示した場合は、最も可能性が高い要素位置インジケータを選択するために要素位置インジケータ決定規則を供給し、そして、ｃ）空間変換決定ユニットによって使用される要素位置インジケータを決定するために、要素位置インジケータ決定規則を、決定された前記複数の可能な要素位置インジケータに適用するよう構成されることが更に望ましい。例えば、要素位置インジケータ決定ユニットは、夫々の要素位置インジケータについてスコアを決定するよう構成され得、要素位置インジケータ決定規則は、最も高いスコアを持った要素位置インジケータが選択されるべきことを規定することができる。スコアは、要素位置インジケータ決定アルゴリズムの直接の結果であることができる。スコアは、他の方法でも決定され得る。例えば、それは、空間的に隣接する要素位置インジケータのグルーピングに応じて決定され得る。スコアは、例えば、確率又は信頼値である。要素位置インジケータ決定規則を使用することは、要素位置インジケータの決定の正確さを改善することができる。

実施形態において、空間変換決定ユニットは、空間変換を決定するために、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムをオーバービュー画像及びテンプレート画像に適用するよう構成され、画像強度に基づくレジストレーションアルゴリズムは、オーバービュー画像に対するスキャンされる対象の要素の位置を示す決定された要素位置インジケータに基づき初期設定される。オーバービュー画像とテンプレート画像との相関関係に基づくレジストレーションアルゴリズムのような画像強度に基づくレジストレーションアルゴリズムは、画像アーティファクト、金属インプラント、普通でない患者の位置付け、などの場合に存在し得る２つの画像間のある程度の相違に対して、むしろロバストである。従って、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムを使用することは、スキャン範囲の決定のロバスト性を更に改善することができる。

テンプレート画像供給ユニットは、種々の方法においてテンプレートスキャン範囲を供給することができる。例えば、テンプレートスキャン範囲は、テンプレート画像上の実際の範囲として直接規定され得る。この場合に、オーバービュー画像上へのテンプレートスキャン範囲の投影は、テンプレート画像上のこの実際の範囲をオーバービュー画像上に直接投影することで実行され得る。なお、テンプレート画像供給ユニットは、他の方法でもテンプレートスキャン範囲を供給することができる。例えば、テンプレート画像において、解剖学的ランドマーク又はテンプレート要素の完全な外形のような１つ又は複数のテンプレートインジケータ要素が規定され得る。テンプレートスキャン範囲は、例えば、対応するテンプレート規則を使用することによって、その１つ又は複数のテンプレートインジケータ要素に対して規定され得る。この場合に、このようにして規定されるテンプレートスキャン範囲は、テンプレート規則とともに実際にテンプレートスキャン範囲を規定する１つ又は複数のテンプレートインジケータ要素をオーバービュー画像上に投影することでオーバービュー画像上に投影され得る。投影されたテンプレートスキャン範囲は、投影された１つ又は複数のテンプレートインジケータ要素及びテンプレート規則によって規定される。

このように、好適な実施形態では、テンプレート画像供給ユニットは、テンプレート画像内のテンプレートインジケータ要素の位置を供給するよう構成され、テンプレートスキャン範囲は、テンプレートインジケータ要素の位置に対して規定され、スキャン範囲決定ユニットは、決定された空間変換を使用することによってテンプレートインジケータ要素の位置を変換し、且つ、テンプレートインジケータ要素の変換された位置に基づきオーバービュー画像上でテンプレートスキャン範囲を決定することで、テンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影するよう構成される。テンプレート画像供給ユニットは、ランドマークであると見なされ得るテンプレート画像内の複数のテンプレートインジケータ要素の複数の位置を供給するよう構成され得、テンプレートスキャン範囲は、複数のインジケータ要素のそれらの位置に対して規定され得る。

テンプレートスキャン範囲は、対応するテンプレート規則を使用することによって、１つ又は複数のテンプレートインジケータ要素に対して規定され得る。例えば、スキャンされる要素が脳である場合は、テンプレートインジケータ要素は、頭蓋の最後部、頭蓋の最下部、頭蓋の最左部、及び頭蓋の最右部であってよく、テンプレート規則は、それらのランドマークに対してテンプレートスキャン範囲を規定することができる。例えば、テンプレートスキャン範囲はテンプレートスキャンボックスであることができ、テンプレート規則は、テンプレートスキャンボックスの上側が頭蓋の最後部の上に所定の距離ａで位置付けられ、テンプレートスキャンボックスの下側が頭蓋の最下部の下に所定の距離ｂで位置付けられテンプレートスキャンボックスの左側が頭蓋の最左部の左側に所定の距離ｃで位置付けられ、テンプレートスキャンボックスの右側が頭蓋の最右部の右側に所定の距離ｄで位置付けられることを規定することができる。

既に上述されたように、テンプレート画像供給ユニットはまた、テンプレート画像上で実際の範囲を直接規定することでテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成され得る。すなわち、テンプレートスキャン範囲の、特に、テンプレートボックスの座標は、テンプレート画像に対して、すなわち、テンプレート画像空間において、規定され得る。この場合に、スキャン範囲決定ユニットは、テンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影して、最終のスキャン範囲を決定するために、テンプレート画像空間において規定されているテンプレートスキャン範囲の座標をオーバービュー画像空間に変換するよう構成され得る。

本発明の更なる態様において、スキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニング装置が提示される。トレーニング装置は、
要素を有する対象のトレーニング画像を供給し、且つ、該トレーニング画像において前記対象の前記要素を含むトレーニングスキャン範囲を供給するトレーニング画像供給ユニットと、
前記供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づき要素位置インジケータ決定ユニットをトレーニングするトレーニングユニットと
を有する。

本発明の他の態様において、対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニングシステムが提示される。スキャニングシステムは、
前記スキャン範囲を決定する請求項１に記載のスキャン範囲決定装置と、
前記決定されたスキャン範囲によって規定された前記対象の部分をスキャンするスキャニング装置と
を有する。

本発明の更なる態様において、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定方法が提示される。スキャン範囲決定方法は、
オーバービュー画像供給ユニットによって、対象のオーバービュー画像を供給するステップと、
要素位置インジケータ決定ユニットによって、スキャンされる前記対象の要素の位置を示す要素位置インジケータを決定するステップであって、前記要素位置インジケータ決定ユニットが、前記オーバービュー画像に基づき該オーバービュー画像に対して前記要素位置インジケータを決定するステップと、
テンプレート画像供給ユニットによって、スキャンされる前記対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像を供給し、且つ、スキャンされる前記対象の前記要素に対応するテンプレート要素を含むテンプレートスキャン範囲を供給するステップであって、前記テンプレート画像供給ユニットが、前記テンプレート画像に対して規定されるテンプレートスキャン範囲を供給するステップと、
空間変換決定ユニットによって、前記オーバービュー画像と前記テンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定するステップであって、最初に、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された要素位置インジケータを使用することによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像がレジストレーションされる、ステップと、
スキャン範囲決定ユニットによって、前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影することで最終スキャン範囲を決定するステップと
を有する。

本発明の他の態様において、請求項１に記載のスキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニング方法が提示される。トレーニング方法は、
トレーニング画像供給ユニットによって、要素を有する対象のトレーニング画像を供給し、且つ、該トレーニング画像において前記対象の前記要素を含むトレーニングスキャン範囲を供給するステップと、
トレーニングユニットによって、前記供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づき前記要素位置インジケータ決定ユニットをトレーニングするステップと
を有する。

本発明の更なる態様において、対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニング方法が提示される。スキャニング方法は、
請求項１に記載のスキャン範囲決定装置によって、請求項９で規定されるように前記スキャン範囲を決定するステップと、
スキャニング装置によって、前記決定されたスキャン範囲によって規定された前記対象の部分をスキャンするステップと
を有する。

本発明の他の態様において、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定コンピュータプログラムが提示される。スキャニング範囲決定コンピュータプログラムは、請求項１に記載のスキャン範囲決定装置を制御するコンピュータで実行される場合に、該スキャン範囲決定装置に請求項９に記載のスキャン範囲決定方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。

本発明の更なる態様において、請求項１に記載のスキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニングコンピュータプログラムが提示される。トレーニングコンピュータプログラムは、トレーニング装置を制御するコンピュータで実行される場合に、該トレーニング装置にトレーニング方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。

本発明の他の態様において、対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニングコンピュータプログラムが提示される。スキャニングコンピュータプログラムは、スキャニングシステムを制御するコンピュータで実行される場合に、該スキャニングシステムにスキャニング方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。

請求項１のスキャン範囲決定装置、請求項９のスキャン範囲決定方法、請求項１７のスキャン範囲決定コンピュータプログラムは、特に、従属請求項で規定されるような、類似した及び／又は同じ好適な実施形態を有する点が理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態はまた、夫々の独立請求項と従属請求項との如何なる組み合わせであることもできる点が理解されるべきである。

本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明されるであろう。

対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニングシステムの実施形態を概略的に例として示す。 オーバービュー画像において要素を見つけるスライディング・ウィンドウ技術を概略的に例として表す。 オーバービュー画像上の中間スキャン範囲を概略的に例として示す。 テンプレートスキャン範囲を有するテンプレート画像を概略的に例として示す。 オーバービュー画像上の最終のスキャン範囲を概略的に例として示す。 図１に示されているスキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定方法の実施形態を例として表すフローチャートを示す。 図１に示されているスキャニングシステムのスキャン範囲決定装置をトレーニングするトレーニング方法を例として表すフローチャートを示す。 図１に示されているスキャニングシステムを使用することによって対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニング方法を例として表すフローチャートを示す。

図１は、対象の範囲をスキャンするスキャニングシステムを概略的に例として示す。この実施形態において、スキャニングシステム１０はコンピュータ断層撮影システムである。コンピュータ断層撮影システム１０は、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転可能なガントリ１を有する。ガントリ１には、ｘ線管である放射線源２が取り付けられている。放射線源２はコリメータ３を設けられている。コリメータ３は、この実施形態では、放射線源２によって生成された放射線から円錐状の放射線ビーム４を形成する。放射線は、検査区域５内の例えば患者などの対象（図示せず。）を横切る。検査区域５は、この実施形態では円筒形である。検査区域５を横断した後、放射線ビーム４は検出デバイス６に入射する。検出デバイス６は２次元の検出面を有する。検出デバイス６もガントリ１に取り付けられている。他の実施形態では、コリメータ３はまた、他のビーム形状、例えば、ファンビームを形成するよう構成され得る。検出デバイス６は、他のビーム形状に、特に、ファンビームに対応して成形されている検出面を有することができる。

ガントリ１は、検査区域５の周りを回転可能であり、対象は、ｚ軸方向に沿って移動可能である。それにより、放射線源２及び対象は、放射線源２が対象に対して、例えばらせん状、円状、又は直線状の軌跡に沿って、動かされるように、互いに対して動かされ得る。

放射線源２及び検出デバイス６を備えるガントリ１は、スキャニング装置１４を形成する。スキャニング装置１４はコントローラ９によって制御される。スキャニング装置１４は、対象のオーバービュー画像が生成されるように制御され得る。この実施形態では、オーバービュー画像は２次元投影画像３１であり、図２、３及び５において概略的に例として示される。オーバービュー画像３１は、ローカライザー画像であると見なされてもよく、例えば、放射線源が対象に対してｚ軸方向と平行に直線的に動かされる間に、検出デバイス６の検出面上に入射する放射線に応じて検出値を生成することによって、生成され得る。検出値は、スキャン範囲決定装置１２のオーバービュー画像供給ユニット１３へ供給され得る。オーバービュー画像供給ユニット１３は、検出値に基づきオーバービュー画像を生成する。この実施形態では、スキャン範囲決定装置１２は、対象のスキャン範囲を決定するよう構成され、データ処理装置１１に組み込まれている。

スキャン範囲決定装置１２は、スキャンされる対象の要素の中心と、スキャンされる対象の要素を含む中間スキャン範囲３２とを決定する要素位置インジケータ決定ユニット１４を更に有する。中間スキャン範囲３２は、要素の決定された中心に中心を置かれている。中間スキャン範囲３２は、図３において概略的に例として示される。要素位置インジケータ決定ユニット１４は、オーバービュー画像３１に基づきオーバービュー画像３１に対して中間スキャン範囲３２を決定するよう構成される。更に、スキャン範囲決定装置１２は、スキャンされる対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像３３を供給するテンプレート画像供給ユニット１５を有する。テンプレート画像３３は、図４において概略的に例として示される。

テンプレート画像供給ユニット１５は更に、テンプレートスキャン範囲３４を供給するよう構成される。テンプレートスキャン範囲３４は、図４において概略的に例として示される。テンプレートスキャン範囲３４は、スキャンされる対象の要素に対応するテンプレート要素を含む。テンプレート画像供給ユニット１５は、テンプレート画像３３に対して規定されるテンプレートスキャン範囲３４を供給するよう構成される。

スキャン範囲決定装置１２は、オーバービュー画像３１とテンプレート画像３３との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定する空間変換決定ユニット１６を更に有する。最初に、オーバービュー画像３１及びテンプレート画像３３は、オーバービュー画像３１に対するスキャンされる対象の要素の決定された中心に少なくとも基づき、好適には、決定された中間スキャン範囲にも基づき、レジストレーションされる。次いで、スキャン範囲決定ユニット１７は、決定された空間変換を使用することによってテンプレートスキャン範囲３４をオーバービュー画像３１上に投影することで、図５において概略的に例として示される最終のスキャン範囲３０を決定する。

この実施形態では、中間スキャン範囲、テンプレートスキャン範囲及び最終のスキャン範囲はボックスであり、プランボックスであると見なされ得る。更に、この実施形態では、対象は人であり、スキャンされる要素は脳である。

要素位置インジケータ決定ユニット１４は、脳を含むオーバービュー画像３１の範囲の大まかな推定を提供する。この大まかな推定は、最終のスキャン範囲の初期座標であると見なされ得る初期座標を提供する。初期座標は、テンプレート画像３３とオーバービュー画像３１とを互いに対してレジストレーションするための出発点として使用され得る。この大まかな推定を提供するために、この実施形態では、要素位置インジケータ決定ユニット１４は、オーバービュー画像３１において脳の中心を決定するとともに、中間スキャン範囲３２を、それが脳の決定された中心に中心を置かれるように決定するよう構成される。好適には、要素位置インジケータ決定ユニット１４は、脳の中心と、スキャンされる脳を含む中間スキャン範囲３２とを決定するために、Viola-Jonesアルゴリズムを使用するよう構成される。よって、ローカライザー画像の取得後に、臓器位置決め技術は、この実施形態では脳である標的臓器のおおよその中心と、境界ボックスのおおよその範囲とを見つけるように、適用される。これは、スキャン範囲決定ユニット１７によって精緻化されるスキャン範囲、すなわち、最終的に望ましいプランボックスの初期座標を提供する。広範な技術が、そのような初期座標を決定するために用いられ得る。しかしながら、分類に基づく対象位置決めのためのViola-Jonesのようなアプローチが望ましい。

Viola-Jonesアルゴリズムを適用している間に、オーバービュー画像３１は、この実施形態では脳の生体構造である標的生体構造に一致するオーバービュー画像３１の肯定的な部分を見つけるように、ボックス３５及び矢印３６によって図２において示されるスライディング・ウィンドウ方式において解析される。更に詳しくは、既知のViola-Jonesアルゴリズムの参照は、P. A. Viola及びM. J. Jones，“Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features”，CVPR(1)，５１１〜５１８頁，IEEE Computer Society，２００１年と、P. A. Viola及びM. J. Jones，“Robust Real-Time Face Detection”，International Journal of Computer Vision 57(2)，１３７〜１５４頁，２００４年とに対してなされる。これらの文献は、参照により本願に援用される。

Viola-Jonesアルゴリズムによって決定された脳のおおよその中心３７及びボックス３２は、図３において概略的に例として示される。図３に示されるボックス３２は、中間スキャン範囲を示す。

要素位置インジケータ決定ユニット１４は、要素位置インジケータ決定アルゴリズムであると見なされ得るViola-Jonesアルゴリズムが複数の可能な中間スキャン範囲を示した場合に、要素の夫々の決定された中心に中心を置かれている最もありそうな中間スキャン範囲を選択するための要素位置インジケータ決定規則を提供するよう構成され得る。要素位置インジケータ決定ユニット１４は更に、空間変換ユニット１６によって使用される中間スキャン範囲を決定するために、決定された複数の可能な中間スキャン範囲に要素位置インジケータ決定規則を適用するよう構成され得る。よって、標的臓器であってよく且つこの実施形態では脳である要素についての複数の座標が見つけられる場合に、簡単な規則が、最もありそうな位置を見つけ、すなわち、最もありそうな中心及び境界ボックスを見つけ、そして、正しくない肯定的結果を除外するように、適用され得る。この実施形態では、要素位置インジケータ決定規則は、要素の夫々の中心に中心を置かれている複数の中間スキャン範囲が要素位置インジケータ決定ユニット１４によって決定された場合に、最も高いスコアを有する中間スキャン範囲が選択されることを規定する。スコアは、好適には確率又は信頼値であり、要素位置インジケータ決定アルゴリズムの結果であってよい。なお、スコアは、要素位置インジケータ決定アルゴリズムの結果でなくてもよく、例えば、空間的に隣接する決定された中間スキャン範囲のグルーピングに応じて、要素位置インジケータ決定ユニット１４によって決定されてもよい。

要素位置インジケータ決定規則は、夫々の中間スキャン範囲から取り出された特徴に応じて、不連続なスコア又は連続的なスコアであってよいスコアを決定するために使用され得る。要素位置インジケータ決定規則は、SVM分類器、ｋ-NN分類器、決定木分類器、stump分類器、などのような分類器をトレーニングすることで規定され得る。要素位置インジケータ決定ユニット１４はまた、要素の夫々の決定された中心に中心を置かれている複数の最もありそうな中間スキャン範囲を見つけるよう構成され得る。それらの中間スキャン範囲は統合され得る。そして、統合された中間スキャン範囲は、その後のステップのために使用され得る。

空間変換決定ユニット１６は、空間変換を決定するために、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムをオーバービュー画像３１及びテンプレート画像３３に適用するよう構成される。強さに基づくレジストレーションアルゴリズムは、決定された要素位置インジケータに基づき、すなわち、この実施形態では、要素の決定された中心に少なくとも基づき、初期設定される。よって、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムは、標的生体構造の、すなわち、人の脳及び幾らかの周辺部分のテンプレート画像を実際のオーバービュー画像にマッピングする空間変換を見つけるように、適用される。レジストレーションアルゴリズムは、要素の決定された中心と、任意に、中間スキャン範囲から取得され得るスケールパラメータ及び／又は回転パラメータのような更なるパラメータとによって規定される位置パラメータにより初期設定される。強さに基づくレジストレーションアルゴリズムは、好適には、２つの画像方向に沿った平行移動、回転及びスケーリングから成る。代替的に、剛体レジストレーション又は弾性レジストレーションアルゴリズムが適用され得る。レジストレーションアルゴリズムは、空間変換を見つけるために、例えば、相互相関を使用することができる。

空間変換決定ユニット１６は、好適には、最初に、オーバービュー画像に対して決定された要素の決定された中心にテンプレート画像の中心を置くことによって、オーバービュー画像とテンプレート画像とを互いに対してレジストレーションするよう構成される。加えて、中間スキャン範囲は、テンプレートスキャン範囲と、又はテンプレート画像供給ユニット１５によって供給される他の基準範囲と比較され得る。スケーリングパラメータ及び／又は回転パラメータは、この比較に基づき決定され得る。スケーリングパラメータ及び／又は回転パラメータは、オーバービュー画像に対してテンプレート画像を最初にレジストレーションするために、テンプレート画像に適用されてよい。例えば、Viola-Jonesアルゴリズムから得られた境界ボックスは、本例ではボックスでもあるテンプレートスキャン範囲又は他の基準範囲と比較され得る。中間スキャン範囲又は基準範囲に対するViola-Jonesボックスの回転及びViola-Jonesボックスのスケーリングは夫々、テンプレート画像をオーバービュー画像と最初にレジストレーションするために使用される回転及びスケーリングパラメータを決定するのに使用され得る。よって、Viola-Jonesアルゴリズムによって与えられるボックスの位置、サイズ及び角度は、レジストレーションの最初の平行移動、スケーリング及び回転を規定するために使用され得る。

テンプレート画像供給ユニット１５は、テンプレート画像上の実際の範囲を直接テンプレートスキャン範囲として供給するよう構成され得る。例えば、この直接的なテンプレートスキャン範囲を規定する座標は、テンプレート画像に対して与えられ得る。なお、テンプレート画像供給ユニット１５はまた、好適にテンプレート画像において示されるランドマークであるテンプレートインジケータ要素に対してテンプレートスキャン範囲を規定することによって、テンプレートスキャン範囲を間接的に規定するよう構成され得る。

よって、テンプレート画像供給ユニット１５は、テンプレート画像３３におけるテンプレートインジケータ要素の位置を供給するよう構成され得る。テンプレートスキャン範囲３４は、テンプレートインジケータ要素の位置に対して規定され得る。この場合に、スキャン範囲決定ユニット１７は、決定された空間変換を使用することでテンプレートインジケータ要素の位置を変換し、テンプレートインジケータ要素のその変換された位置に基づきオーバービュー画像３１においてテンプレートスキャン範囲３４を決定することによって、テンプレートスキャン範囲３４をオーバービュー画像３１上に投影するよう構成され得る。テンプレートスキャン範囲３４は、対応するテンプレート規則を使用することによって、ランドマークであると見なされ得るテンプレートインジケータ要素に対して規定され得る。この例では、テンプレートインジケータ要素は頭蓋の特定の部分であり、テンプレートスキャンボックスは、テンプレート規則に従ってテンプレートスキャン範囲として規定され得る。テンプレート規則は、例えば、テンプレートスキャンボックスの上側が頭蓋の最後部の上に所定の距離で位置付けられ、テンプレートスキャンボックスの下側が頭蓋の最下部の下に所定の距離で位置付けられテンプレートスキャンボックスの左側が頭蓋の最左部の左側に所定の距離で位置付けられ、テンプレートスキャンボックスの右側が頭蓋の最右部の右側に所定の距離ｄで位置付けられることを規定する。所定の距離は、例えば、１ｃｍである。テンプレートインジケータ要素及びテンプレート規則は、例えば、医療専門家によって、予め規定され得る。

よって、空間変換と、最終のスキャン範囲の、すなわち、最終プランボックスの座標を規定するために使用される規則とに基づき、テンプレート画像において規定される、基準プランボックスであるとも見なされ得るテンプレートスキャン範囲は、最終のスキャン範囲を決定するために、実際のオーバービュー画像上に投影される。

テンプレート画像供給ユニット１５が、テンプレート画像に対してテンプレートスキャン範囲の対応する座標を規定することによって、テンプレート画像において直接にテンプレートスキャン範囲を供給する場合は、スキャン範囲決定ユニット１７は、テンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影するために、空間変換をテンプレートスキャン範囲の座標に直接適用することができる。よって、この場合には、テンプレートインジケータ要素の位置をオーバービュー画像上で投影する必要はなく、オーバービュー画像は、テンプレート規則とともに、投影されたテンプレートスキャン範囲を規定する。

最終のスキャン範囲３０は、好適にはプランボックスであって、好適には、スキャンされるボリュームの及び／又は再構成される３次元ボリュームの空間範囲を規定する。それは、好適には長方形形状であって、コンピュータ断層撮影スキャナ１０の主軸に沿ってアライメントされ得る。なお、それは、平行四辺形のような他の形状を有することもできる。

最終のスキャン範囲３０が決定された後、コントローラ９は、コンピュータ断層撮影画像がスキャン範囲３０を示しながら生成されるように、更なる検出値の取得を制御することができる。よって、対応する検出値は、スキャニング装置１４によって取得され、この実施形態では脳であるスキャンされる要素のコンピュータ断層撮影画像を再構成するために再構成ユニット１８によって使用され得る。例えば、投影データ取得の開始ｚ位置及び終了ｚ位置は、決定された最終のスキャン範囲を含み３次元ボリュームが再構成され得るように規定され得る。再構成ユニット１８は、フィルタ補正逆投影（FBP）アルゴリズムのような既知のコンピュータ断層撮影再構成アルゴリズムを使用するよう構成され得る。

スキャニングシステム１０は、スキャン範囲決定装置１２をトレーニングするトレーニング装置１９を更に有する。トレーニング装置１９は、要素を含む対象のトレーニング画像を供給するとともに、トレーニング画像において対象の要素を含むトレーニングスキャン範囲を供給するトレーニング画像供給ユニット２０を有する。トレーニング装置１９は、供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づき要素位置インジケータ決定ユニット１４をトレーニングするトレーニングユニット２１を更に有する。トレーニング装置１９は、トレーニングスキャン範囲を含むトレーニング画像から学習することによって、スキャン範囲決定装置１２の最適なパラメータを計算するために、特に、Viola-Jones分類器であるとも見なされ得るViola-Jonesアルゴリズムの最適なパラメータを計算するために、使用される。このトレーニングは、要素の種類ごとに実行される。要素の夫々の種類について、スキャン範囲は自動的に決定されるべきである。例えば、スキャン範囲決定装置１２が異なった標的臓器についてスキャン範囲を決定することができなければならない場合に、トレーニングは夫々の標的臓器について実行される。トレーニング画像は、好適には、代表コンピュータ断層撮影ローカライザー画像であり、通常は、夫々の標的臓器のスキャニングをプランニングするために使用される。よって、トレーニング画像供給ユニット２０は、好適には、要素の種類ごとに、特に、夫々の標的臓器について、多数の代表コンピュータ断層撮影ローカライザー画像を供給する。それらのローカライザー画像の夫々において、夫々の標的臓器の位置及び典型的な範囲をマークするポジティブトレーニングボックスが規定され、特に、このタスクのためにトレーニングされたオペレータによって予め規定される。この実施形態ではトレーニングスキャン範囲を形成するそれらのポジティブトレーニングボックスは、所望のスキャン範囲に対応する必要はなく、特に、所望の最終プランボックスに対応する必要はない。トレーニングスキャン範囲は、好適には、要素の夫々の種類の中で、特に、夫々の標的臓器の中で、あるいは、場合により、要素の夫々の種類の直ぐ近くで一貫して見つけられる典型的な画像特徴を含む。好適には、同様のトレーニングスキャン範囲、すなわち、この実施形態では、同様のトレーニングボックスは、要素の夫々の種類のために使用されるトレーニング画像において規定される。トレーニングスキャン範囲は、同じ画像特徴がそれらのトレーニングスキャン範囲において見つけられ得る場合に、同じようである。夫々の要素の、特に、標的臓器の位置を見つけることが望ましいので、ローカライザー画像によって部分的にしかカバーされない場合にも、夫々の要素の部分しかカバーしないスキャン範囲を使用することは有利であり得る。

更に、Viola-Jonesアルゴリズムをトレーニングするために、ネガティブトレーニングスキャン範囲、特に、ネガティブトレーニングボックスもトレーニング画像供給ユニット２０によって供給され得る。ネガティブトレーニングスキャン範囲は、ローカライザー画像において見つけられるが、分類器によって検出されるべきでない典型的な画像特徴を含む。また、それらのネガティブトレーニングスキャン範囲は、オペレータによって予め規定され得る。Viola-Jonesアルゴリズムのトレーニングに関する更なる詳細については、上記の論文が参照される。

テンプレート画像は、この実施形態ではコンピュータ断層撮影システムである夫々のスキャニングシステムによって要素の夫々の種類のスキャンをプランニングするために概して使用されるローカライザー画像を代表してよい。テンプレート画像は、例えば、ローカライザー画像の形状及び強さの変化を表す統計アトラスである。統計アトラスは、例えば、要素の夫々の種類の、例えば、夫々の標的臓器の複数のローカライザー画像から得られる平均画像及び標準偏差画像を有することができる。統計アトラスを決定するために、好適には、最初に、複数のローカライザー画像は互いに対してレジストレーションされる。次いで、例えば、平均画像及び標準偏差画像が計算される。よって、最初に、ローカライザー画像の組における共通の解剖学的ランドマーク間の空間対応が決定されてよく、該決定時に、対応する空間変換が、ボクセルワイズの統計値を計算する前に、ローカライザー画像に適用される。テンプレート画像の、特に、統計アトラスを形成し得る平均画像及び標準偏差画像のこの決定は、トレーニング装置１９又は他のトレーニングデバイスによって実行され得る。図１乃至５を参照して上述された実施形態では、テンプレート画像は、図４で示される平均画像３４である。

統計アトラスが複数の画像を有する場合に、それらの画像のうちの唯１つがレジストレーションのために使用されてよい。なお、それらの画像のうちの幾つかがレジストレーションのために使用されてもよい。例えば、統計アトラスが平均画像及びメディアン画像を有する場合は、オーバービュー画像とのレジストレーションは、平均画像及びメディアン画像の夫々１つにより実行されてよく、更なるステップのために、最良のレジストレーション結果を提供する平均画像及びメディアン画像のうちの１つが選択され得る。レジストレーション結果は、既知の類似性測度を用いることによって測定され得る。統計アトラスが標準偏差画像及び例えば平均画像を有する場合は、標準偏差画像は、オーバービュー画像と平均画像との間の類似性測度に重み付けするために使用され得る。例えば、類似性測度は自乗差の和であることができ、その和の要素は、標準偏差画像に従って重み付けされ得、レジストレーションは、オーバービュー画像及び平均画像に適用される類似性測度が最適化されるように実行され得る。

一般に、テンプレート画像は、要素の夫々の種類のための、特に、夫々の標的臓器のための基準ローカライザー画像、又は複数の夫々のローカライザー画像から集められる統計アトラスであることができる。

テンプレートスキャン範囲、すなわち、特に、要素の夫々の種類のための所望のプランボックスの好ましい位置は、最終的にテンプレート画像において規定され得る。特に、ボックス角の座標は、テンプレート画像のジオメトリにおいて規定され得る。代替的に、テンプレートスキャン範囲の位置、サイズ及び角度は、テンプレート画像における、好適には解剖学的ランドマークであるテンプレートインジケータ要素の位置に基づき、規定され得る。すなわち、如何にしてテンプレートインジケータ要素の位置に基づき夫々のプランボックスジオメトリを計算すべきかをエンコードするテンプレート規則が規定され得る。また、テンプレートインジケータ要素及びテンプレート規則は、このタスクを実行するためにトレーニングされたオペレータのような当業者によって手動で予め規定され得る。

スキャニングシステム１０は、オーバービュー画像の生成と、スキャン範囲の決定と、決定されたスキャン範囲に従うコンピュータ断層撮影スキャンの開始、などを開始するためのコマンドのような、スキャニングシステム１０へのコマンドを入力するために、キーボード、マウス、タッチパッド、などのような入力ユニット２２を更に有する。スキャニングシステム１０は、例えば、再構成されたコンピュータ断層撮影画像、オーバービュー画像上の決定されたスキャン範囲、などを表示するために、ディスプレイ２３を更に有する。

例えば、入力ユニット２２は、ユーザが、どの１つ又は複数の要素について、特に、どの１つ又は複数の臓器について、１つ又は複数のスキャン範囲が夫々自動的に決定されるべきかを特定することを可能にするために使用され得る。例えば、グラフィカルユーザインタフェースが提供されてよく、ユーザがオーバービュー画像に示される所望の１つ又は複数の要素を選択することを可能にする。実施形態において、スキャン範囲決定装置１２は、オーバービュー画像において１つ又は複数の要素を自動的に検出するよう構成されてよく、グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザが検出された要素のうちの１つ又は複数を選択することを可能にすることができる。スキャン範囲決定装置１２はまた、ユーザが１つ又は複数のパラメータを、オーバースキャン及び、決定された１つ又は複数の最終のスキャン範囲に基づく実際のスキャンのような、ある検査のスキャンを規定するスキャンパラメータリストに加えることを可能にするよう構成され得る。ユーザは、追加のパラメータをスキャンパラメータリストに加えるために入力ユニット２２を使用してよい。それらの追加されたパラメータは、最終のスキャン範囲が決定されるべき対象の要素、特に、人の解剖学的部位を示すことができる。追加されたパラメータを含むスキャンパラメータリストは記憶され得る。それにより、ユーザが再度検査を実行したい場合に、対応する最終のスキャン範囲は自動的に決定される。

以下では、スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定方法の実施形態が、図６に示されるフローチャートを参照して例として記載される。

ステップ１０１で、対象のオーバービュー画像３１はオーバービュー画像供給ユニット１３によって供給され、ステップ１０２で、スキャンされる対象の要素の中心と、要素のこの中心に中心を置かれ且つ該要素を含む中間スキャン範囲３２とは、要素位置インジケータ決定ユニット１４によって、オーバービュー画像３１に基づきオーバービュー画像３１に対して決定される。特に、人の上半身のローカライザー画像が供給される場合に、人の脳を含む中間スキャン範囲３２が要素位置インジケータ決定ユニット１４によって決定される。この中間スキャン範囲を高速に決定するために、好適には、Viola-Jonesアルゴリズムが使用される。Viola-Jonesアルゴリズムは、中間スキャン範囲３２によって示される脳の位置及び範囲の概算を提供する。

ステップ１０３で、スキャンされる対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像３３と、スキャンされる対象の要素に対応するテンプレート要素を含むテンプレートスキャン範囲３４とは、テンプレート画像供給ユニット１５によって供給される。テンプレート画像供給ユニット１５は、テンプレート画像３３に対して規定されるテンプレートスキャン範囲３４を供給する。例えば、平均画像がテンプレート画像として供給され得る。このとき、平均画像は、例えば異なった人物の上半身の複数のオーバービュー画像を、それらのオーバービュー画像が互いに対してレジストレーションされた後に平均することによって、生成されてよい。所望のテンプレートスキャン範囲は、好適には、このようなテンプレート画像にテンプレートスキャン範囲を加えるためにトレーニングされたオペレータによって手動でテンプレート画像に加えられている。

ステップ１０４で、オーバービュー画像３１とテンプレート画像３３との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換は、空間変換決定ユニット１６によって決定される。最初に、オーバービュー画像３１及びテンプレート画像３３は、オーバービュー画像に対するスキャンされる対象の要素の位置を示す決定された要素位置インジケータに基づき、すなわち、この実施形態では、オーバービュー画像３１における要素の決定された中心に基づくとともに、中間スキャン範囲に基づき、レジストレーションされる。ステップ１０５で、最終のスキャン範囲３０は、スキャン範囲決定ユニット１７によって、決定された空間変換を使用することによってテンプレートスキャン範囲３４をオーバービュー画像３１上に投影することで決定される。

スキャン範囲決定方法のステップは他の順序も実行され得る点が留意されるべきである。例えば、ステップ１０３は、ステップ１０２の前又はステップ１０１の前に実行され得る。

以下では、スキャン範囲決定装置１２をトレーニングするトレーニング方法の実施形態が、図７に示されるフローチャートを参照して例として記載される。

ステップ２０１で、ａ）要素を含む対象のトレーニング画像、及びｂ）トレーニング画像上の、対象の要素を含むトレーニングスキャン範囲は、トレーニング画像供給ユニット２０によって供給される。ステップ２０２で、要素位置インジケータ決定ユニット１４は、トレーニングユニット２１によって、供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づきトレーニングされる。特に、Viola-Jonesアルゴリズムは、トレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲を使用することによってトレーニングされる。任意に、トレーニング方法は、特定の標的臓器のような特定種類の要素を示す供給された代表オーバービュー画像に基づきテンプレート画像を決定するステップを更に有することができる。

図８は、対象のスキャン範囲をスキャンするスキャニング方法の実施形態を例として表すフローチャートを示す。

ステップ３０１で、スキャン範囲は、スキャン範囲決定装置１２によって、図６を参照して上述されたように決定され、ステップ３０２で、決定されたスキャン範囲３０によって規定される対象の部分は、スキャニング装置１４によってスキャンされる。例えば、脳又は他の臓器を含むスキャン範囲が決定された後、コンピュータ断層撮影スキャナ１０のスキャニング装置１４は、決定されたスキャン範囲を含む画像が生成されるように制御され得る。

既知のコンピュータ断層撮影プロシージャにおいて、コンピュータ断層撮影技術者は、コンピュータ断層撮影検査のスキャンをプランニングするときに手動により、サービュー（surview）であるとも見なされ得るローカライザー画像上のプランボックスを規定する。プランボックスは、ユーザがプランボックスを移動、サイズ変更及び回転することを可能にするグラフィカルユーザインタフェースによって提供される直接操作を使用することによって、手動により編集されてよい。

通常は、既知のコンピュータ断層撮影システムを使用する場合に、解剖学的ランドマークに対してプランボックスをどこに位置付けるべきかを決定する放射線部門における所与の検査タイプのために、標準的な動作プロシージャ、すなわち、ガイドラインが存在する。しかし、プランボックスの手動による編集のプロセスは、時間がかかる。しばしば、幾つかのボックスは、標的臓器ごとに１つである同じローカライザー画像においてプランニングされる必要がある。例えば、胸部、腹部及び骨盤のためのプランボックスは、CAP（Chest-Abdomen-Pelvis）検査において別々にプランニングされる必要があり得る。その上、たとえガイドラインが所定位置、特に、放射線部門にあるとしても、高い変動性が異なるオペレータ間で、彼らの個人の技量及び経験に応じて認められ得る。よって、手動によるプランニングは、異なるオペレータ間の非一貫性の潜在的な原因であり、これは、放射線部門の品質及び効率を低下させる。最後に、手動によるプランニングにおけるエラーは、患者が受ける放射線量に対する影響を有する。プランボックスが標的臓器に対して過大に設定される場合に、解剖学的部位は不必要に放射線にさらされる。対照的に、プランボックスが短すぎる場合に、診断に関連する特徴は見逃される可能性があり、スキャンは繰り返される必要あり得る。これは、時間がかかり、更なる放射線被ばくを引き起こす。従って、図１を参照して上述されたスキャン範囲決定装置は、コンピュータ断層撮影計算においてプランニングプロシージャを加速させ、一貫性を改善し、放射線被ばくを有効に最小限とする自動プランニングアルゴリズムを提供する。コンピュータ断層撮影ローカライザー画像における単一又は複数の標的臓器の１つ又は複数のプランボックスの座標は、コンピュータ断層撮影スキャンの自動化されたプランニングを可能にするように自動的に計算される。

中間スキャン範囲３２を決定するステップは比較的高速である。すなわち、それは、Viola-Jonesアルゴリズムによる巨視的な臓器検出を目指すこのステップが標準のパーソナルコンピュータでほんの数ミリ秒しか必要とせず、且つ、例えばアフィンレジストレーションアルゴリズムなどの超高速レジストレーションアルゴリズムが２次元画像に利用可能であるために、ほぼ１秒程度であることができる。更に、スキャン範囲の自動決定は、幅広い要素に、特に、幅広い標的臓器に適用可能である。これは、提案されるアプローチが、ランドマーク検出に依存するアルゴリズムと対照的に、完全にジェネリックであり、要素ごとの専用の条件に依存しないためである。

図１を参照して上述されたスキャニングシステムは、トレーニングされる必要がある画像分類器、すなわち、Viola-Jonesアルゴリズムと、平均画像のような、計算される必要があるテンプレート画像と、プランボックス規定規則、すなわち、テンプレート規則とを使用する。よって、トレーニングモジュール、すなわち、スキャン範囲決定アルゴリズムの開発フェーズで使用されるトレーニング装置と、プランニングモジュール、すなわち、スキャン範囲決定アルゴリズムの適用において使用されるスキャン範囲決定装置とが設けられる。トレーニングモジュール及びプランニングモジュールはコンピュータプログラムとしても実施され得る。このとき、少なくともプランニングモジュールは、コンピュータ断層撮影システムのコンピュータ断層撮影プランニングソフトウェアの部分であることができ、コンピュータ断層撮影ローカライザー画像の取得後にプランボックスの位置を計算する。

プランニングモジュールは、ローカライザー画像と、プランボックスが望まれる標的臓器のリストとを入力として受け取るよう構成されてよい。好適な実施形態において、標的臓器のリストは、コンピュータ断層撮影技術者によって使用されるスキャンプロトコルにおいてパラメータとしてセーブされる。このようにして、コンピュータ断層撮影技術者は、コンピュータ断層撮影検査の夫々のスキャンに１つ以上の標的臓器を関連付け、この情報を後の使用のためにセーブする実現性を有する。

図１を参照して上述された実施形態では、スキャン範囲決定装置１２及びトレーニング装置１９は、コンピュータ断層撮影スキャナ１０のデータ処理装置１１の構成要素であるが、他の実施形態では、スキャン範囲決定装置及び／又はトレーニング装置は別個の装置であることもできる。例えば、スキャン範囲決定装置及び／又はトレーニング装置は、夫々のスタンドアローンのシステムであることができ、あるいは、それらは単一のシステムにまとめられ得る。このとき、スキャン範囲決定装置のオーバービュー画像供給ユニット、及びトレーニング装置のトレーニング画像供給ユニットは、他のデバイスから、例えば、コンピュータ断層撮影システムから、対応する画像を受け取る。

上記の実施形態では、オーバービュー画像が２次元投影画像であるが、オーバービュー画像は他の種類の画像であることもできる。例えば、オーバービュー画像は、３次元低線量画像のような３次元画像であることができる。更に、オーバービュー画像は、３次元画像から計算された３次元リフォーマット、３次元画像から計算された直接再構成放射線写真、などであることができる。オーバービュー画像はまた、複数のサブオーバービュー画像を有することができる。例えば、それは、異なった取得方向において取得された少なくとも２つの投影画像を有することができる。オーバービュー画像が少なくとも２つのサブオーバービュー画像を有する場合は、テンプレート画像供給ユニットは、少なくとも２つの対応するサブテンプレート画像及び少なくとも２つのサブテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成され得る。このとき、要素位置インジケータ決定ユニットは、サブオーバービュー画像の夫々について要素位置インジケータを決定することができ、空間変換決定ユニットは、夫々のサブオーバービュー画像及び対応するサブテンプレート画像について空間変換を決定することができる。最後に、スキャン範囲決定ユニットは、決定された夫々の空間変換を使用することによって夫々のテンプレートスキャン範囲を夫々のサブオーバービュー画像上に投影することで、少なくとも２つのサブオーバービュー画像において最終のスキャン範囲を決定することができる。

上記の実施形態では、テンプレート画像は、平均画像及び／又は標準偏差画像を有する統計アトラスであるが、統計アトラスは、メディアン画像又はモード画像のような他の画像も有することができる。モード画像は、最も頻繁に現れた画像強度を夫々のボクセルについて採ることによって、一連の画像から決定され得る。

上記の実施形態では、Viola-Jonesアルゴリズムが、中間スキャン範囲、すなわち、初期プランボックスを決定するために使用されているが、他の実施形態では、他のオブジェクト検出アルゴリズムが、オーバービュー画像においてオブジェクトを検出するために使用され得る。このとき、中間スキャン範囲は、それが検出されたオブジェクトを含むように規定され得る。代替のアプローチは、例えば一般化ハフ変換（Generalized Hough Transform）などの投票様アプローチ（例えば、D. H. Ballard，“Generalizing the Hough Transform to Detect Arbitrary Shapes”，Pattern Recognition 123(2)，１１１〜１２２頁，１９８１年を参照）又はスライディング・ウィンドウ様アプローチの他の変形（例えば、P. F. Felzenszwalb，R. B. Girshick D. McAllester及びD. Ramanan，“Object Detection with Discriminatively Trained Part Based Models”，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 32(9)，１６２７〜１６４５頁，２０１０年を参照）を含む。

上記の実施形態では、スキャニングシステムはｘ線コンピュータ断層撮影システムであるが、他の実施形態では、スキャニングシステムは、ｘ線Ｃアームシステム、陽電子放出型断層撮影システム又は単光子放出コンピュータ断層撮影システムのような核撮像システム、磁気共鳴撮像システム、ｘ線コンピュータ断層撮影を陽電子放出型断層撮影又は単光子放出コンピュータ断層撮影と組み合わせるシステムのような複数の撮像モダリティを組み合わせる複合システムのような、スキャン範囲を決定するためにオーバービュー画像を使用し得る他のシステムであることもできる。

開示されている実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、請求されている発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。

特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は他の要素又はステップを序がせず、単称（冠詞「a又はan」）は複数を除外しない。

単一のユニット又はデバイスは、特許請求の範囲で挙げられている複数のアイテムの機能を満たしてよい。ある手段が相互に異なった請求項で挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すわけではない。

１つ又は複数のユニット又はデバイスによって実行される中間スキャン範囲の決定、空間変換の決定、最終のスキャン範囲の決定、画像の再構成、などのようなプロシージャは、あらゆる他の数のユニット又はデバイスによっても実行され得る。例えば、ステップ１０１乃至１０５は、単一のユニットによって、又はあらゆる他の数の異なったユニットによって、実行され得る。それらのプロシージャ及び／又はスキャン範囲決定方法に従うスキャン範囲決定装置の制御及び／又はトレーニング方法に従うトレーニング装置の制御及び／又はスキャニング方法に従うスキャニングシステムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実施され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される、例えば光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態において、例えばインターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてもよい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

本発明は、コンピュータ断層撮影システムのようなスキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定装置に関する。オーバービュー画像とテンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換が決定される。最初に、オーバービュー画像及びテンプレート画像は、オーバービュー画像に対して対象の要素の位置を示す要素位置インジケータを使用することによって、レジストレーションされる。テンプレートスキャン範囲はテンプレート画像に対して規定される。最終のスキャン範囲は、決定された空間変換を使用することによってテンプレートスキャン範囲をオーバービュー画像上に投影することで決定される。レジストレーション及びよって空間変換の決定は極めてロバストであり、最終のスキャン範囲を決定する品質を改善する。

Claims (18)

1. スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定装置であって、
   対象のオーバービュー画像を供給するよう構成されるオーバービュー画像供給ユニットと、
   スキャンされる前記対象の要素の位置を示す中間スキャン範囲を決定するよう構成される要素位置インジケータ決定ユニットであって、前記オーバービュー画像に基づき該オーバービュー画像に対して前記中間スキャン範囲を決定するよう構成され、前記中間スキャン範囲が中間スキャン範囲プランボックスである、前記要素位置インジケータ決定ユニットと、
   スキャンされる前記対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像を供給し、且つ、スキャンされる前記対象の前記要素に対応するテンプレート要素を含むテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成されるテンプレート画像供給ユニットであって、前記テンプレート画像に対して規定されるテンプレートスキャン範囲を供給するよう構成され、前記テンプレートスキャン範囲がテンプレートスキャン範囲プランボックスである、前記テンプレート画像供給ユニットと、
   前記オーバービュー画像と前記テンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定するよう構成される空間変換決定ユニットであって、最初に、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された中間スキャン範囲を使用することによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像がレジストレーションされる、前記空間変換決定ユニットと、
   前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影することで最終スキャン範囲を決定するよう構成され、前記最終スキャン範囲が最終スキャン範囲プランボックスである、スキャン範囲決定ユニットと
   を有するスキャン範囲決定装置。
2. 前記要素位置インジケータ決定ユニットは、前記オーバービュー画像内の前記要素の少なくとも中心を前記中間スキャン範囲として決定するよう構成される、
   請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
3. 前記空間変換決定ユニットは、最初に、前記オーバービュー画像内の前記要素の前記決定された中心に前記テンプレート画像の中心を置くことによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像を互いに対してレジストレーションするよう構成される、
   請求項２に記載のスキャン範囲決定装置。
4. 前記要素位置インジケータ決定ユニットは、前記中間スキャン範囲を決定するためにViola-Jonesアルゴリズムを使用するよう構成される、
   請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
5. 前記要素位置インジケータ決定ユニットは、
   要素位置インジケータを決定するために要素位置インジケータ決定アルゴリズムを使用し、
   前記要素位置インジケータ決定アルゴリズムが複数の可能な要素位置インジケータを示した場合は、最も可能性が高い要素位置インジケータを選択するために要素位置インジケータ決定規則を供給し、
   前記空間変換決定ユニットによって使用される前記要素位置インジケータを決定するために、前記要素位置インジケータ決定規則を、決定された前記複数の可能な要素位置インジケータに適用する
   よう構成される、請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
6. 前記空間変換決定ユニットは、前記空間変換を決定するために、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムを、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像に適用するよう構成され、
   前記強さに基づくレジストレーションアルゴリズムは、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された中間スキャン範囲に基づき初期設定される、
   請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
7. 前記テンプレート画像供給ユニットは、前記テンプレート画像内のテンプレートインジケータ要素の位置を供給するよう構成され、
   前記テンプレートスキャン範囲は、前記テンプレートインジケータ要素の位置に対して規定され、
   前記スキャン範囲決定ユニットは、前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートインジケータ要素の位置を変換し、且つ、前記テンプレートインジケータ要素の前記変換された位置に基づき前記オーバービュー画像上で前記テンプレートスキャン範囲を決定することで、前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影するよう構成される、
   請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
8. 要素を有する対象のトレーニング画像を供給し、且つ、該トレーニング画像において前記対象の前記要素を含むトレーニングスキャン範囲を供給するトレーニング画像供給ユニットと、
   前記供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づき前記要素位置インジケータ決定ユニットをトレーニングするトレーニングユニットと
   を更に有する請求項１に記載のスキャン範囲決定装置。
9. スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定方法であって、
   オーバービュー画像供給ユニットによって、対象のオーバービュー画像を供給するステップと、
   要素位置インジケータ決定ユニットによって、スキャンされる前記対象の要素の位置を示す中間スキャン範囲を決定するステップであって、前記要素位置インジケータ決定ユニットが、前記オーバービュー画像に基づき該オーバービュー画像に対して前記中間スキャン範囲を決定し、前記中間スキャン範囲が中間スキャン範囲プランボックスである、ステップと、
   テンプレート画像供給ユニットによって、スキャンされる前記対象に対応するテンプレート対象のテンプレート画像を供給し、且つ、スキャンされる前記対象の前記要素に対応するテンプレート要素を含むテンプレートスキャン範囲を供給するステップであって、前記テンプレート画像供給ユニットが、前記テンプレート画像に対して規定されるテンプレートスキャン範囲を供給し、前記テンプレートスキャン範囲がテンプレートスキャン範囲プランボックスである、ステップと、
   空間変換決定ユニットによって、前記オーバービュー画像と前記テンプレート画像との互いに対するレジストレーションを規定する空間変換を決定するステップであって、最初に、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された中間スキャン範囲を使用することによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像がレジストレーションされる、ステップと、
   スキャン範囲決定ユニットによって、前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影することで最終スキャン範囲を決定し、前記最終スキャン範囲が最終スキャン範囲プランボックスである、ステップと
   を有するスキャン範囲決定方法。
10. 前記オーバービュー画像内の前記要素の少なくとも中心を前記中間スキャン範囲として決定するステップ
    を更に有する請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
11. 前記オーバービュー画像内の前記要素の前記決定された中心に前記テンプレート画像の中心を置くことによって、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像を互いに対してレジストレーションするステップ
    を更に有する請求項１０に記載のスキャン範囲決定方法。
12. 前記中間スキャン範囲を決定するためにViola-Jonesアルゴリズムを使用するステップ
    を更に有する請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
13. 要素位置インジケータを決定するために要素位置インジケータ決定アルゴリズムを使用するステップと、
    前記要素位置インジケータ決定アルゴリズムが複数の可能な要素位置インジケータを示した場合は、最も可能性が高い要素位置インジケータを選択するために要素位置インジケータ決定規則を供給するステップと、
    空間変換決定ユニットによって使用される前記要素位置インジケータを決定するために、前記要素位置インジケータ決定規則を、決定された前記複数の可能な要素位置インジケータに適用するステップと
    を更に有する請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
14. 前記空間変換を決定するために、強さに基づくレジストレーションアルゴリズムを、前記オーバービュー画像及び前記テンプレート画像に適用するステップを更に有し、
    前記強さに基づくレジストレーションアルゴリズムは、前記オーバービュー画像に対するスキャンされる前記対象の前記要素の位置を示す前記決定された中間スキャン範囲に基づき初期設定される、
    請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
15. 前記テンプレート画像内のテンプレートインジケータ要素の位置を供給するステップであり、前記テンプレートスキャン範囲が前記テンプレートインジケータ要素の位置に対して規定される、ステップと、
    前記決定された空間変換を使用することによって前記テンプレートインジケータ要素の位置を変換し、且つ、前記テンプレートインジケータ要素の前記変換された位置に基づき前記オーバービュー画像上で前記テンプレートスキャン範囲を決定することで、前記テンプレートスキャン範囲を前記オーバービュー画像上に投影するステップと
    を更に有する請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
16. 要素を有する対象のトレーニング画像を供給し、且つ、該トレーニング画像において前記対象の前記要素を含むトレーニングスキャン範囲を供給するステップと、
    前記供給されたトレーニング画像及びトレーニングスキャン範囲に基づき前記要素位置インジケータ決定ユニットをトレーニングするステップと
    を更に有する請求項９に記載のスキャン範囲決定方法。
17. スキャニングシステムによってスキャンされる対象のスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定コンピュータプログラムであって、
    コンピュータで実行される場合に、該コンピュータに、請求項９乃至１６のうちいずれか一項に記載のスキャン範囲決定方法のステップを実行させるプログラムコード手段
    を有するスキャン範囲決定コンピュータプログラム。
18. 請求項１７に記載のスキャン範囲決定コンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ可読記憶媒体。

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