JP6434036B2 - 脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション - Google Patents

脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション Download PDF

Info

Publication number
JP6434036B2
JP6434036B2 JP2016544627A JP2016544627A JP6434036B2 JP 6434036 B2 JP6434036 B2 JP 6434036B2 JP 2016544627 A JP2016544627 A JP 2016544627A JP 2016544627 A JP2016544627 A JP 2016544627A JP 6434036 B2 JP6434036 B2 JP 6434036B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
brain
image data
registration
substructure
registered
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016544627A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017502772A (ja
JP2017502772A5 (ja
Inventor
フロレス,ヘラルド サンティアゴ
フロレス,ヘラルド サンティアゴ
ソルデア,オクタヴィアン
セルバン ヤシンスキ,ラドゥ
セルバン ヤシンスキ,ラドゥ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of JP2017502772A publication Critical patent/JP2017502772A/ja
Publication of JP2017502772A5 publication Critical patent/JP2017502772A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6434036B2 publication Critical patent/JP6434036B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/30Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
    • G06T7/33Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration using feature-based methods
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/004Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part
    • A61B5/0042Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part for the brain
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4058Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the central nervous system
    • A61B5/4064Evaluating the brain
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/21Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
    • G06F18/213Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods
    • G06F18/2135Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on approximation criteria, e.g. principal component analysis
    • G06F18/21355Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on approximation criteria, e.g. principal component analysis nonlinear criteria, e.g. embedding a manifold in a Euclidean space
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/22Matching criteria, e.g. proximity measures
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/60Rotation of whole images or parts thereof
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0012Biomedical image inspection
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/30Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
    • G06T7/37Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration using transform domain methods
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2576/00Medical imaging apparatus involving image processing or analysis
    • A61B2576/02Medical imaging apparatus involving image processing or analysis specially adapted for a particular organ or body part
    • A61B2576/026Medical imaging apparatus involving image processing or analysis specially adapted for a particular organ or body part for the brain
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10072Tomographic images
    • G06T2207/10088Magnetic resonance imaging [MRI]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20Special algorithmic details
    • G06T2207/20016Hierarchical, coarse-to-fine, multiscale or multiresolution image processing; Pyramid transform
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • G06T2207/30016Brain

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

アルツハイマー病及びその他の種類の認知症は、膨大な数の人を襲っている消耗状態である。このような状態の発症の早期発見は、早期介入を容易にし、患者の健康、生活の質、及び全体としての転帰を向上させることができる。これらの状態は、脳の海馬部分の萎縮に結び付けられてきた。
脳の磁気共鳴(MR)ボリュームのレジストレーションは、脳情報の処理のための基本的演算である。この情報は、脳腫瘍の診断、小児の脳の発達の診断、脳卒中治療、及び神経変性病の診断で使用されている。診断のために処理されるべきターゲットの脳である1つの脳の、その構造についての既知の情報を含んだテンプレート又はアトラスの脳である別の1つの脳に対するレジストレーションは、臨床医がターゲットの脳とテンプレートの脳との間でボクセルごとに形状及び明暗度の情報を比較することを可能にする。ターゲット脳とテンプレート脳との間での形状/明暗度の違いの特定及び定量化は、臨床医が、自動的又は半自動的に、脳診断のための特徴を生成することを可能にする。
脳のレジストレーションのための現行手法は、(i)グローバル(大域的)レジストレーションと、(ii)ローカル(局所的)レジストレーションとに分類される。グローバルレジストレーション法では、ターゲット脳の全体が、重心の平行移動と、例えばアフィン変換によってなどでの回転との組み合わせによって、テンプレート脳にレジストレーションされる。ローカルレジストレーションでは、ターゲット脳の各ボクセルが、テンプレート脳ボクセルの形状及び明暗度特性に合致するように変換される。
上で提示した、これらの現在知られている方法は、例えばアフィンレジストレーションなどのグローバルレジストレーション若しくは計算による生体構造でのローカルレジストレーションの何れか、又は双方の組み合わせによる、2D/3Dの領域/物体のレジストレーションを提案している。しかしながら、これらのレジストレーション手法は、グローバル又はローカルのレジストレーションの何れの取り組みにも、物体構造情報を組み入れていない。
一実施形態によれば、脳レジストレーションシステムは、レジストレーションプロセッサを有し、レジストレーションプロセッサは、脳画像データを注釈付け、グローバル脳レジストレーションを用いて、脳画像データをテンプレート画像データとレジストレーションし、ローカル脳サブ構造レジストレーションを用いて、脳画像データの少なくとも1つの脳構造をテンプレート画像データの対応する脳構造に対してレジストレーションし、且つレジストレーションされた脳構造の多関節サブ構造同士を関節接合し、多関節サブ構造レジストレーションを用いてレジストレーションを改善するように構成されたプロセッサを有する。
1つの方法によれば、脳レジストレーションの方法は、脳画像データを注釈付け、グローバル脳レジストレーションを用いて、脳画像データをテンプレート画像データとレジストレーションし、ローカル脳サブ構造レジストレーションを用いて、脳画像データの少なくとも1つの脳構造をテンプレート画像データの対応する脳構造に対してレジストレーションし、且つレジストレーションされた脳構造の多関節サブ構造同士を関節接合し、多関節サブ構造レジストレーションを用いてレジストレーションを改善することを有する。
他の一実施形態によれば、脳レジストレーションシステムは、脳画像データを注釈付ける注釈付けモジュールと、グローバル脳レジストレーションを用いて、脳画像データをテンプレート画像データとレジストレーションするグローバルレジストレーションモジュールと、ローカル脳サブ構造レジストレーションを用いて、脳画像データの少なくとも1つの脳構造をテンプレート画像データの対応する脳構造に対してレジストレーションするローカルレジストレーションモジュールと、レジストレーションされた脳構造の多関節サブ構造同士を関節接合し、多関節サブ構造レジストレーションを用いてレジストレーションを改善する関節接合モジュールとを有する。
1つの利点は、脳MRIとテンプレート脳との間の増大された重なり合いである。
他の1つの利点は、グローバル及びローカルの脳レジストレーション手法の間の橋渡しである。
以下の詳細な説明を読んで理解した当業者には、本発明のより更なる利点が理解されることになる。
脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション用のMRIシステムを示している。 脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーションの方法を示している。 脳組織上に重ねられた注釈付きの脳サブ構造を示している。 テンプレート構造に対してレジストレーションされた海馬ターゲットを示している。 関節接合された海馬を示している。 多関節サブ構造レジストレーションの詳細方法を示している。 ジョイント周りの構造回転の図を示している。
本出願は、グローバルレジストレーションとローカルレジストレーションとの間で機能する方法を提供する。本出願は、一組の多関節サブ構造によって表現される脳構造のレジストレーションを提供する。これは、解剖学的及び機能的に、例えば海馬、視床、及び被殻などの脳構造は一組のサブ構造(部分構造)からなることを考慮に入れるものである。これらのサブ構造の形状、姿勢及び明暗度は、脳ごとに、そして更には同一の脳の異なる脳半球間で様々である。各々の脳サブ構造が、剛体形状とそれに関連する表面明暗値とによって記述され、それが多関節物体として変形される。この多関節変形は、機械的なヒンジと同様の接点ポイントの周りの一組の回転を記述する。各サブ構造はまた、レジストレーションを可能な限り精密にするために、より小さいサブ部分に細分化されることができる。
図1を参照するに、磁気共鳴(MR)撮像システム10は、MRを利用して、患者12の関心領域(ROI)すなわち脳を画像化する。システム10は、ROIを収容するサイズにされる撮像ボリューム16(透視的に示している)を定めるスキャナ14を含んでいる。患者サポート(支持台)が、スキャナ14内で患者12を支持するために使用されることができ、撮像ボリューム16内にROIを位置付けることを支援する。
スキャナ14は、撮像ボリューム16の全体に延在する強い静B磁場を作り出す主磁石18を含んでいる。主磁石18は典型的に、超伝導コイルを用いて静B磁場を作り出す。しかしながら、主磁石18はまた、永久磁石又は常伝導磁石を採用することもできる。超伝導コイルが採用される限りにおいて、主磁石18は、例えば液体ヘリウム冷却される低温保持装置などの、超伝導コイル用の冷却システムを含む。静B磁場の強さは一般に、撮像ボリューム16内で0.23テスラ、0.5テスラ、1.5テスラ、3テスラ、及び7テスラなどのうちの1つであるが、その他の強さも企図される。
スキャナ14の勾配コントローラ20が、スキャナ14の複数の磁場勾配(グラディエント)コイル22を用いて撮像ボリューム16内の静B磁場に例えばx、y及びz勾配などの磁場勾配を重畳するように制御される。磁場勾配は、撮像ボリューム16内の磁気スピンを空間エンコードする。典型的に、複数の磁場勾配コイル22は、3つの直交する空間方向で空間エンコードを行う3つの別々の磁場勾配コイルを含む。
さらに、例えばトランシーバなどの1つ以上の送信器24が、スキャナ14の例えば全身コイル26及び/又は表面コイル28などの1つ以上の送信コイルアレイを用いて撮像ボリューム16内にB共鳴励起・操作ラジオ周波数(RF)パルスを送るように制御される。Bパルスは、典型的に短時間のものであり、磁場勾配とともに用いられるとき、磁気共鳴の選択された操作を達成する。例えば、Bパルスが、水素ダイポールを共鳴へと励起し、磁場勾配が、共鳴信号の周波数及び位相の中に空間情報をエンコードする。RF周波数を調節することにより、例えば骨などの既知の組織に集まる傾向にあるリンなどのその他のダイポールに共鳴を励起することができる。
例えばトランシーバなどの1つ以上の受信器30が、撮像ボリューム16からの空間エンコードされた磁気共鳴信号を受信し、且つ受信した空間エンコードされた磁気共鳴信号をMRデータセットへと復調するように制御される。MRデータセットは、例えば、k空間データ軌跡を含む。空間エンコードされた磁気共鳴信号を受信するため、受信器30は、スキャナ14の例えば全身コイル26及び/又は表面コイル28などの1つ以上の受信コイルアレイを使用する。受信器30は典型的に、MRデータセットをバッファメモリに格納する。
システム10のバックエンドシステム58が、スキャナ14を用いてROIを画像化する。バックエンドシステム58は典型的に、スキャナ14から遠隔であり、スキャナ14を用いたROIの撮像を実行するための複数のモジュール60(後述)を含んでいる。有利には、バックエンドシステムは、精密でないインバージョン時間選択の影響なく心筋を特徴付けることができ、標準的尺度での真に定量的な信号定量化を提供することができる。
バックエンドシステム58の制御モジュール62が、バックエンドシステム58の全体的な動作を制御する。制御モジュール62は好ましくは、バックエンドシステム58の表示装置64を用いて、バックエンドシステム58のユーザにグラフィカルユーザインタフェース(GUI)を表示する。また、制御モジュール62は好ましくは、オペレータがバックエンドシステム58のユーザ入力装置66を用いてGUIとインタラクトすることを可能にする。例えば、ユーザは、GUIとインタラクトして、ROIの撮像をコーディネートするようにバックエンドシステム58に指示することができる。
バックエンドシステム58のデータ収集モジュール68が、ROIのMRスキャンを実行する。各MRスキャンに関して、データ収集モジュール68は、例えばスライス数などのスキャンパラメータに従って送信器24及び/又は勾配コントローラ20を制御して、撮像ボリューム16内で撮像シーケンスを実行する。撮像シーケンスは、撮像ボリューム16からの空間エンコードされたMR信号を作り出すBパルス及び/又は磁場勾配のシーケンスを規定する。また、データ収集モジュール68は、空間エンコードされたMR信号を収集するためのスキャンパラメータに従って受信器30及びドライバ回路36の同調/離調制御信号を制御し、MRデータセットとする。MRデータセットは典型的に、バックエンドシステム58の少なくとも1つのストレージメモリ70に格納される。
MR収集に備えて、ROIが撮像ボリューム16内に位置付けられる。例えば、患者12が患者サポート上に位置付けられる。次いで、例えば8チャンネル又は32チャンネルの受信頭部コイルといった表面コイル28が患者12上に位置付けられ、患者サポートがROIを撮像ボリューム16の中へと移動させる。
バックエンドシステム58の再構成モジュール72が、MR診断スキャンのMRデータセットを、ROIのMR画像又はマップへと再構成する。これは、MRデータセットによってキャプチャされた各MR信号に関して、磁場勾配による空間エンコードを空間デコードして、例えば各ピクセル又は各ボクセルなどの各空間領域からのMR信号の特性を突き止めることを含む。一般に、MR信号の強さ又は大きさが解明されるが、位相、緩和時間、磁化移動、及びこれらに類するものなどに関係するその他の特性を解明することもできる。収集されたMR画像又はマップは典型的に、ストレージメモリ70に格納され得る。メモリ70はまた、正常な状態及び/又は様々な疾患状態を描写する脳のテンプレート又はアトラスも格納する。
バックエンドシステム58のレジストレーションプロセッサ74が、図2に示す強化さえたターゲット脳内での多関節構造レジストレーションの方法100を実行する。方法100は、ターゲット脳の中のセグメント化された構造の、テンプレート脳構造に対する改善されたレジストレーションを可能にする。方法100は、海馬のサブ構造のセグメンテーション及びレジストレーションを記述するが、その他の解剖学的構造も企図される。
例示した方法100によれば、レジストレーションプロセッサ74は、データ収集モジュール68からMRデータを受信する。MRデータは、ターゲットの脳又はその他の関心領域の撮影されたMR画像を含む。次いで、レジストレーションプロセッサ74は、脳サブ構造の注釈付け(アノテーション)104を実行し、例えば、撮像領域内の関心ある脳構造及び隣接する構造のセグメンテーションを実行する。セグメント化された構造は、例えば、位置形状、隣接する構造、及びこれらに類するものに基づいて、特定されてラベル付けられる。脳サブ構造の注釈付け104は、専門的な注釈付けに基づき、先験的な脳サブ構造の形状及び姿勢を決定する。図3を参照するに、収集されたターゲット脳画像の上に、専門的に注釈付けられた海馬サブ構造202が重ねられている。
レジストレーションプロセッサ74は、グローバルレジストレーション106を実行する。レジストレーションプロセッサ74は、第1に、0次及び1次のモーメントに基づいて、収集されたターゲットMRI脳画像及び基準テンプレートMRI画像の重心(CM)を計算する。この情報に基づき、テンプレート脳画像が、そのCMが収集ターゲット脳画像のCMと同じ位置になるように平行移動される。第2に、レジストレーションプロセッサ74は、モーメントに基づいてテンプレート脳画像及び収集ターゲット脳画像に関する3つの直交する方向軸を計算し、次いで、テンプレート脳座標軸を、収集ターゲット脳画像の座標軸と揃うように回転させる。第3に、レジストレーションプロセッサ74は、2つの脳ボリュームの重なり合いを最大化するように、3つの座標軸に沿ってテンプレート脳の関心ボリュームをスケーリングし、これは、等方的(アイソトロピック)なモーメントベースのグローバルレジストレーションと呼ばれる。一実施形態において、スケーリングは実行されず、これは、異方的(アンアイソトロピック)なモーメントベースのグローバルレジストレーションと呼ばれる。一実施形態において、グローバル脳レジストレーションは、例えばElastixなどのレジストレーションソフトウェアを用いて実行される。
関心ボリューム、すなわち、海馬の全体を発見するため、レジストレーションプロセッサ74は、テンプレート脳の各直交方向における境界の交わりを計算する。レジストレーションプロセッサ74は、テンプレートの関心ボリュームを用いて、ターゲット脳の関心ボリュームを計算する。
レジストレーションプロセッサ74は、多関節サブ構造レジストレーション108を実行する。多関節サブ構造レジストレーションは、脳構造の内部の関節の存在を用いて、例えば収集ターゲット脳MRIである1つの関節接合可能な画像を、例えばテンプレート脳画像である固定された画像にアライメントする。図4を参照するに、レジストレーションさえたターゲット海馬がテンプレート脳画像にオーバーレイされており、海馬の一部は重なっており、一部は揃っていない。収集ターゲット脳画像の海馬がテンプレート脳画像に正しくレジストレーションされているところ302では、画像が例えば緑(斜めのストライプ領域)で色分けされる。海馬部分が正しく揃っていないところ304では、ターゲット画像が例えば赤(横方向のストライプ領域)で色分けされ、そして、基準テンプレート画像内の海馬構造の揃っていない部分306が、例えば白(白色領域)である第3の色で色分けされる。多関節サブ構造レジストレーション108は、例えば収集ターゲット画像内の揃っていない海馬部分であるサブ構造の各々を、狙いのテンプレート画像306上への重なりが増大するように回転させることによって、不正確なレジストレーション304を補償する。多関節サブ構造レジストレーション108は、重なり合いを増大させるように、海馬のサブ構造又は部分を、海馬のその他の部分に対して関節接合する。図5を参照するに、海馬の複数部分に従った複数のサブ構造へと分割された、関節接合された海馬が示されている。サブ構造は、鉤状回SUB、歯状回DG、内嗅皮質EC、又はアンモン角CA1、CA2、CA3を含む。
各サブ構造の関心ボリュームを発見するため、レジストレーションプロセッサ74は、テンプレート脳の各直交方向における境界の交わりを計算する。レジストレーションプロセッサ74は、テンプレートサブ構造の関心ボリュームを用いて、ターゲット脳のサブ構造の関心ボリュームを計算する。
レジストレーションプロセッサ74は、ローカル脳レジストレーション110を実行して、ターゲット脳構造をテンプレート脳構造に対してレジストレーションする。ローカルレジストレーションは、ターゲット脳画像内の各ボクセルを、対応するテンプレート脳画像ボクセルの形状及び明暗度特性に合致するように変換する。ローカル脳レジストレーションは、例えば、ローカルのピクセル(ボクセル)明暗度補間のためにBスプラインを適用することを含む。一実施形態において、ローカル脳レジストレーションは、例えばElastix又はFSL FLIRTなどのレジストレーションソフトウェアを用いて実行される。
図6を参照するに、レジストレーションプロセッサ74は、多関節サブ構造レジストレーション108を、先ず、脳サブ構造連結ジョイントを計算502することによって実行する。連結ジョイントは、それによって2つのサブ構造(例えば、揃っていない海馬部分と、揃っている海馬部分)が接続される連結箇所である。MR画像ピクセル/ボクセルが、全てのピクセルが画像の明暗値とその値の物理的位置とを含むように、空間内の物理的な点にマッピングされる。レジストレーションプロセッサ74は、2つのサブ構造間のジョイントを、空間内の物理的な点として表現する。図7を参照するに、画像内の2つのオブジェクト602/604が、例えば図4の海馬部分302及び304などの、2つのサブ構造を表す。レジストレーションプロセッサ74は、ジョイント606を脳サブ構造連結ジョイントとして見出す。レジストレーションプロセッサ74は、それらの間に最小のユークリッド距離を持つ一対のピクセル/ボクセル(構造602からの1ピクセル/ボクセルと構造604からの1ピクセル)を計算することによって、ジョイント606を計算する。一実施形態において、同一の最小距離を持つ対が2つ以上存在することもあり得るので、複数のピクセル対の組が計算される。レジストレーションプロセッサ74は、全ての組み合わせのピクセル/ボクセル対を取得し、各対間の距離を比較することによって、最小ユークリッド距離を持つ対を計算する。レジストレーションプロセッサ74は、計算した対の組から、各構造602、604からのピクセル/ボクセルの各々の平均位置を計算し、各構造の端点を見付ける。レジストレーションプロセッサ74は、端点同士の間の中間点をジョイント606として計算する。
レジストレーションプロセッサ74は、位置の整合を最大化するように、計算したジョイント606を中心とする回転504を適用する。海馬の例において、レジストレーションプロセッサ74は、収集ターゲット脳画像の内の揃っていない海馬部分を、テンプレート脳画像内の対応する海馬部分とのアライメントを最適化するように、ジョイント606の周りで回転させる。レジストレーションプロセッサ74は、先ず、収集画像とテンプレート画像との間の類似指標を計算506し、類似指標に従って画像間の類似度を最大化する。類似指標は、二乗差の和、正規化された相関係数、又は相互情報量指標、及びこれらに類するもののうちの1つとし得る。類似指標を用いて、レジストレーションプロセッサ74は、例えば関節接合動作である最適な変換を計算する。一実施形態において、レジストレーションプロセッサ74は、最適な変換を計算するために、レジストレーションプロセッサ74が所定量の回転を適用して類似指標を計算し、次いでジョイント周りの回転を増やして類似指標を再計算するという、繰り返しプロセスを用いる。レジストレーションプロセッサ74は繰り返し変換をMRIバイナリ画像に適用し、それにより、ターゲット構造とMRI画像との間の重なり合いを最大化する。
複数のモジュール60、100、110の各々は、プロセッサ実行可能命令、回路(すなわち、プロセッサから独立)、又はこれら2つの組み合わせによって具現化され得る。プロセッサ実行可能命令は、バックエンドシステム58の少なくとも1つのプログラムメモリ76に格納され、バックエンドシステム58の1つ以上のプロセッサ78によって実行される。図示のように、複数のモジュール60は、プロセッサ実行可能命令によって具現化される。しかしながら、理解されるように、バリエーションが企図される。例えば、データ収集モジュール68は回路とし得る。
ここで使用されるとき、メモリは、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体、磁気ディスク若しくはその他の磁気記憶媒体、光ディスク若しくはその他の光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、又はその他の電子メモリデバイス若しくはチップ、若しくは動作可能に相互接続された複数のチップ、又は、インターネット/イントラネット若しくはローカルエリアネットワークを介してそこから格納命令を取り出し得るインターネット/イントラネットサーバ、及びこれらに類するもののうちの1つ以上を含む。また、ここで使用されるとき、プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット(GPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、FPGA、及びこれらに類するもののうちの1つ以上を含み、コントローラは、(1)プロセッサとメモリであり、プロセッサが、コントローラの機能を具現化するメモリ上のコンピュータ実行可能命令を実行する、プロセッサとメモリ、又は(2)コントローラの機能を実行するアナログ及び/又はデジタルのハードウェアを含み、ユーザ入力装置は、マウス、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、ボタン、スイッチ、音声認識エンジン、及びこれらに類するもののうちの1つ以上を含み、データベースは、1つ以上のメモリを含み、ユーザ出力装置は、表示装置、聴覚装置、及びこれらに類するものを含み、表示装置は、液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、及びこれらに類するもののうちの1つ以上を含む。
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明した。以上の詳細な説明を読んで理解した者は変更及び改変に想到し得るであろう。意図されることには、本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、全てのそのような変更及び改変を含むとして解釈されるものである。

Claims (11)

  1. レジストレーションプロセッサを有する脳レジストレーションシステムであって、
    前記レジストレーションプロセッサは、
    磁気共鳴により取得された脳画像データを注釈付け、それにより、前記脳画像データ内の脳構造のセグメンテーションを取得し、
    グローバル脳レジストレーションを用いて、前記脳画像データをテンプレート画像データとレジストレーションし、それにより、レジストレーションされた脳構造を有した、レジストレーションされた脳画像データを取得し、
    前記レジストレーションされた脳構造の少なくとも1つのサブ構造の不正確なレジストレーションを補償する、
    ように構成されたプロセッサを有し、
    前記補償することは、
    連結ジョイントは、それによって2つのサブ構造が接続される点であるとして、前記レジストレーションされた脳構造の一対のサブ構造間の連結ジョイントを特定し、且つ
    前記レジストレーションされた脳画像データ内の前記一対のサブ構造のうち少なくとも一方を前記連結ジョイントの周りで回転させて、該回転されたサブ構造を有する前記レジストレーションされた脳画像データと前記テンプレート画像データとの間で計算される類似指標に従って、前記テンプレート画像データとの類似度を最大化す
    ことを有する、
    システム。
  2. 前記レジストレーションプロセッサは更に、
    前記脳画像データ内の前記サブ構造を前記連結ジョイントの周りで繰り返し回転させるとともに、各繰り返しで、脳画像サブ構造とテンプレート画像サブ構造との間の類似指標を計算し、且つ
    前記類似指標を最大化した繰り返しを選択する
    ように構成されている、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記レジストレーションプロセッサは更に、
    前記少なくとも1つの脳構造と、対応するテンプレート構造との間の重なり合いを最大化するように、前記脳画像データに変換を適用する
    ように構成されている、請求項1又は2に記載のシステム。
  4. 前記レジストレーションプロセッサは更に、
    記サブ構造間の全てのピクセル対/ボクセル対についてユークリッド距離を計算し、
    最小のユークリッド距離を持つピクセル対/ボクセル対を選択し、且つ
    前記選択されたピクセル対/ボクセル対の間の中間点を、前記サブ構造間の前記連結ジョイントとして計算する
    ように構成されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載のシステム。
  5. 前記グローバル脳レジストレーションは、アイソトロピックなモーメントベースのグローバルレジストレーションを含む、請求項1乃至4の何れか一項に記載のシステム。
  6. 脳レジストレーションの方法であって、
    磁気共鳴により取得された脳画像データを注釈付け、それにより、前記脳画像データ内の脳構造のセグメンテーションを取得し、
    グローバル脳レジストレーションを用いて、前記脳画像データをテンプレート画像データとレジストレーションし、それにより、レジストレーションされた脳構造を有した、レジストレーションされた脳画像データを取得し、
    前記レジストレーションされた脳構造の少なくとも1つのサブ構造の不正確なレジストレーションを補償する、
    ことを有し、
    前記補償することは、
    連結ジョイントは、それによって2つのサブ構造が接続される点であるとして、前記レジストレーションされた脳構造の一対のサブ構造間の連結ジョイントを特定し、且つ
    前記レジストレーションされた脳画像データ内の前記一対のサブ構造のうち少なくとも一方を前記連結ジョイントの周りで回転させて、該回転されたサブ構造を有する前記レジストレーションされた脳画像データと前記テンプレート画像データとの間で計算される類似指標に従って、前記テンプレート画像データとの類似度を最大化す
    ことを有する、
    方法。
  7. 前記補償することは更に
    前記脳画像データ及び前記テンプレート画像データのうちの一方内の前記サブ構造を前記連結ジョイントの周りで繰り返し回転させるとともに、各繰り返しで、脳画像サブ構造とテンプレート画像サブ構造との間の類似指標を計算し、且つ
    前記類似指標を最大化した繰り返しを選択する
    ことを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記少なくとも1つの脳構造と、対応するテンプレート構造との間の重なり合いを最大化するように、前記脳画像データに変換を適用する、
    ことを含む請求項6又は7に記載の方法。
  9. 前記連結ジョイントを特定することは、
    記サブ構造間の全てのピクセル対/ボクセル対についてユークリッド距離を計算し、
    最小のユークリッド距離を持つピクセル対/ボクセル対を選択し、且つ
    前記選択されたピクセル対/ボクセル対の間の中間点を、前記サブ構造間の前記連結ジョイントとして計算する
    ことを含む、請求項6乃至8の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記グローバル脳レジストレーションは、アイソトロピックなモーメントベースのグローバルレジストレーションを含む、請求項6乃至9の何れか一項に記載の方法。
  11. 命令を有した非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記命令は、コンピュータによって実行されるときに、該コンピュータに、請求項6乃至10の何れか一項に記載の方法を実行させる、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
JP2016544627A 2014-01-06 2015-01-06 脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション Active JP6434036B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461923821P 2014-01-06 2014-01-06
US61/923,821 2014-01-06
PCT/IB2015/050083 WO2015101961A1 (en) 2014-01-06 2015-01-06 Articulated structure registration in magnetic resonance images of the brain

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2017502772A JP2017502772A (ja) 2017-01-26
JP2017502772A5 JP2017502772A5 (ja) 2018-05-31
JP6434036B2 true JP6434036B2 (ja) 2018-12-05

Family

ID=52440746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016544627A Active JP6434036B2 (ja) 2014-01-06 2015-01-06 脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10049448B2 (ja)
EP (1) EP3092618B1 (ja)
JP (1) JP6434036B2 (ja)
CN (1) CN106030655B (ja)
WO (1) WO2015101961A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111260546B (zh) * 2020-03-11 2022-09-23 联想(北京)有限公司 一种图像处理方法、装置及电子设备
CN116382465B (zh) * 2023-02-17 2024-02-13 中国科学院自动化研究所 光学脑机接口***和方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69332042T2 (de) 1992-12-18 2003-01-02 Koninkl Philips Electronics Nv Ortungszurückstellung von relativ elastisch verformten räumlichen Bildern durch übereinstimmende Flächen
US7006677B2 (en) * 2002-04-15 2006-02-28 General Electric Company Semi-automatic segmentation algorithm for pet oncology images
US7822456B2 (en) * 2004-04-02 2010-10-26 Agency For Science, Technology And Research Locating a mid-sagittal plane
JP5676840B2 (ja) 2004-11-17 2015-02-25 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 改良された弾性画像レジストレーション機能
US20080292194A1 (en) * 2005-04-27 2008-11-27 Mark Schmidt Method and System for Automatic Detection and Segmentation of Tumors and Associated Edema (Swelling) in Magnetic Resonance (Mri) Images
US8687917B2 (en) 2005-05-02 2014-04-01 Agency For Science, Technology And Research Method and apparatus for registration of an atlas to an image
EP1894161A2 (en) 2005-06-15 2008-03-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of model-based elastic image registration for comparing a first and a second image
US8068652B2 (en) * 2008-08-29 2011-11-29 General Electric Company Semi-automated registration of data based on a hierarchical mesh
US8861891B2 (en) 2010-03-05 2014-10-14 Siemens Aktiengesellschaft Hierarchical atlas-based segmentation
EP2545527B1 (en) * 2010-03-11 2014-07-02 Koninklijke Philips N.V. Probabilistic refinement of model-based segmentation
GB201012519D0 (en) * 2010-07-26 2010-09-08 Ucl Business Plc Method and system for anomaly detection in data sets
WO2013023073A1 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System and method for weighted atlas generation
JP5989354B2 (ja) * 2012-02-14 2016-09-07 東芝メディカルシステムズ株式会社 画像診断支援装置及び画像診断支援装置の作動方法
US9569863B2 (en) * 2012-08-06 2017-02-14 Siemens Healthcare Gmbh System for accelerated segmented MR image data acquisition

Also Published As

Publication number Publication date
EP3092618A1 (en) 2016-11-16
WO2015101961A1 (en) 2015-07-09
US10049448B2 (en) 2018-08-14
JP2017502772A (ja) 2017-01-26
CN106030655B (zh) 2019-07-23
US20160328847A1 (en) 2016-11-10
EP3092618B1 (en) 2018-08-29
CN106030655A (zh) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10631829B2 (en) Segmentation of large objects from multiple three-dimensional views
Hartkens et al. Measurement and analysis of brain deformation during neurosurgery
US20110228998A1 (en) System and method for automatic computation of mr imaging scan parameters
EP2870488B1 (en) A method for maintaining geometric alignment of mr scans in cases of strong patient motion
US10667786B2 (en) Ultrasound imaging apparatus and method for segmenting anatomical objects
JP2010125329A (ja) 対称性検出及び画像位置合わせを用いた自動式走査計画のシステム及び方法
US11304683B2 (en) Biopsy workflow using multimodal imaging
CN112946547A (zh) 用于从校准图像生成诊断扫描参数的***和方法
CN110797112A (zh) 利用深度神经网络的自动图形处方的***和方法
JP6434036B2 (ja) 脳の磁気共鳴画像における多関節構造レジストレーション
US11119171B2 (en) Systems and methods for adaptive multi-resolution magnetic resonance imaging
Roujol et al. Robust real-time-constrained estimation of respiratory motion for interventional MRI on mobile organs
Zhang et al. Adaptive non-rigid registration of real time 3d ultrasound to cardiovascular mr images
Liu et al. Thalamic nuclei segmentation in clinical 3T T1-weighted Images using high-resolution 7T shape models
US20150161789A1 (en) System and method for adaptive registration of varying contrast-weighted images for improved tissue characterization
KR101467346B1 (ko) 영상영역확장을 위한 자기공명영상 정합 및 합성 방법
Liu et al. Employing symmetry features for automatic misalignment correction in neuroimages
Ciulla et al. Performance assessment of an algorithm for the alignment of fMRI time series
Liu et al. Symmetry identification using partial surface matching and tilt correction in 3D brain images
Ramesh et al. Distance-map-supervised feature localisation for MR-TRUS registration
Caan et al. Dual tensor atlas generation based on a cohort of coregistered non-HARDI datasets
Prima et al. Computation of the mid-sagittal plane in diffusion tensor MR brain images
Divakaran An Explainable Method for Image Registration with Applications in Medical Imaging
Zou et al. Integrated modeling of PET and DTI information based on conformal brain mapping
Fei et al. Registration algorithms for interventional MRI-guided treatment of the prostate

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180410

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180410

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20180605

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180612

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181009

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181107

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6434036

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250