JP6620172B2

JP6620172B2 - 画像データをハンドリングするためのシステム及び方法

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Publication number: JP6620172B2
Application number: JP2017566113A
Authority: JP
Inventors: ウェイストランド，オラ
Original assignee: レイサーチラボラトリーズ，エービー
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: EP3109824B1; WO2016207271A1; US20180182106A1; JP2018538010A; CN107924565A; EP3109824A1; CN107924565B; US10467761B2

Description

本発明は、一般に、三次元３Ｄ画像の処理に関する。より具体的には、本発明は、請求項１のプリアンブルに係る画像ハンドリングシステム及び対応する方法に関する。本発明はまた、コンピュータプログラム製品及びプロセッサ可読媒体に関する。

或るタイプの３Ｄイメージングでは、特に医療分野では、物体／被検者の第１の画像、第２の画像、及び任意のその後の画像のすべてにおける１つ又は複数の特定のアイテムを識別できることが重要である。例えば、放射線治療セッションを行う前に登録された第１のコンピュータ断層撮影ＣＴ画像において患者の肝臓が定義される場合がある。次いで、医師は治療の効果を確かめることに関心をもつ。この目的のために、治療セッション後に登録された第２の画像において肝臓を適切に識別できることが重要である。第２の画像において、肝臓は第１の画像とは異なる形状を有する場合がある。治療されるべき腫瘍組織が肝臓にあると仮定すると、照射がそのように器官を若干変形させたかもしれない。しかしながら、胃の内容物が異なること、患者が僅かに異なる位置をとること、及び／又は第２の画像を登録するときに異なるイメージング機器が用いられたことだけでも変形がなぜ生じたかの説明となり得る。いずれにしても、対応する第１の画像においてなされた識別に基づいて第２の画像における器官、例えば肝臓のボリューム境界を識別することは、普通は決して容易なことではない。データセットは３Ｄであるため、器官又は構造体の識別は、しばしば手動のプロセスであり、オペレータは、関心あるボリューム全体を通るセグメントごとに、それぞれの像平面内の該当する境界を定義しなければならない。

ＷＯ２０１２／０６９９６５は、画像診断装置から第１のプランニング画像の組を受信し、自動セグメント化ツール又は手動セグメント化ツールと放射線治療プランニングシステムを用いて第１の放射線治療計画を生成するプランニングモジュールを含む、放射線治療プランニングシステムを説明する。第１の放射線治療計画が１つ又は複数の治療セッションに適用された後で、第２のプランニング画像の組が生成される。プランニングモジュールが、変形し得る画像の登録アルゴリズムを用いてプランニング画像の組を登録し、対応する変形マップを生成し、該変形マップが、セグメント化された第１のプランニング画像の組のセグメント化された関心物体（ｏｂｊｅｃｔｓｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ）ＯＯＩに適用されることにより、該関心物体が第２のプランニング画像の組上に伝搬される。変形マップは、伝搬されたＯＯＩ位置と実際のＯＯＩ位置との偏差に従って以下の２ステップで補正される。１）関心領域輪郭補正及び／又は関心位置のランドマーク点などの伝搬されたＯＯＩの手動補正及び／又は自動補正が行われる、２）これらの局所ＯＯＩ補正から補正された全体変形マップが生成される。補正された変形マップは、第１の放射線治療計画に適用され、累積放射線マップが、第１の放射線治療計画で実施された治療セッション中に各ＯＯＩに累積した放射線を描画する。

前述のソリューションは、高品質の最終結果を提供し得るが、適用される戦略は、第１の画像から第２の画像へのＯＯＩの変換を記述する変形マップ、すなわち、ベクトルフィールドを得るために完全な３Ｄボリュームが手動で定義されなければならないので、比較的非能率的であり、時間がかかる。

したがって、本発明の目的は、上記の問題を改善すること、つまり、改良された画像ハンドリングソリューションを提供することである。

本発明の一態様によれば、目的は、前述の画像ハンドリングシステムによって達成され、この場合、データ処理ユニットは、ユーザコマンドに応答して、ターゲット画像を通る第１の平面内の第１の輪郭を定義するようにさらに構成される。ここで、このようなユーザコマンドは、第１の輪郭がターゲット画像におけるターゲット画像要素の辺縁の少なくとも一部と位置合わせされるように入力されると仮定する。さらにまた、ターゲット画像要素は、リファレンス画像におけるリファレンス画像要素に対応すると仮定する。加えて、データ処理ユニットは、ターゲット画像における第２のボリュームを定義する第２の関心領域を決定するようにさらに構成される。第２の関心領域は、第１の輪郭、ターゲット画像、及び第１の関心領域に基づいてデータ処理ユニットによって決定される。

この画像ハンドリングシステムは、ターゲット画像における関心領域の３Ｄの完全な手動登録を必要としないことから有利である。実際には、多くの場合、ユーザは、第１の平面内のターゲット画像要素の辺縁の一部に沿った第１の輪郭を定義するだけで十分である。

本発明のこの態様の１つの好ましい実施形態によれば、データ処理ユニットは、第１の関心領域と第２の関心領域との関係性を記述するベクトルフィールドを計算するようにさらに構成される。ベクトルフィールドは、ベクトルフィールドを介して第１の関心領域を変換することによって第２の関心領域を得ることができるような特性を有する。これは、適切な関係性が見出されていることの便利な再確認を可能にするので有利である。すなわち、第１の関心領域をとりあげ、ベクトルフィールドを介してこれを変換する場合、結果的にターゲット画像における第２のボリュームと一致する第２の領域が得られるであろう。したがって、オペレータは、第１の関心領域の変換されたバージョンをターゲット画像の画像データと比較することによってデータ品質を視覚的に調べることができる。

その結果、本発明のこの態様の別の好ましい実施形態によれば、データ処理ユニットは、第１の関心領域及びベクトルフィールドに基づいて第２の関心領域を生成するようにさらに構成される。データ処理ユニットはまた、ディスプレイユニット上に提示するためのグラフィックデータを生成するように構成され、グラフィックデータは、ターゲット画像上にオーバーレイされた第２の関心領域を反映する。このようにして、ベクトルフィールドの品質と、これにより第２の関心領域に関連したデータ品質も直接的に確認することになる。

本発明のこの態様のまた別の好ましい実施形態によれば、データ処理ユニットは、さらなるユーザコマンドを受信し、これに応答して、ターゲット画像を通る第２の平面内の第２の輪郭を定義するようにさらに構成される。上記と同様に、第２の輪郭も、ターゲット画像におけるターゲット画像要素の辺縁の少なくとも一部と位置合わせされると仮定する。次いで、第２の輪郭にさらに基づいて、データ処理ユニットは、第２の関心領域を決定するように構成される。したがって、ユーザは、元のベクトルフィールドのどのような短所も非常に直観的に調整することができる。

本発明のこの態様のさらに別の好ましい実施形態によれば、データ処理ユニットは、第１の輪郭に適用された非線形最適化アルゴリズム及び第２の関心領域と第１の平面との交点（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ）に基づいて第２の関心領域を決定するように構成される。非線形最適化アルゴリズムは、第１の輪郭からの第２の関心領域の偏差にペナルティを課すように構成される。これにより、第２の関心領域を効率よく高精度に生成することができる。

本発明のこの態様のさらに好ましい実施形態によれば、第２の関心領域は三角形メッシュによって表されると仮定する。ここで、非線形最適化アルゴリズムは、第２の関心領域と第１の平面との交点の組を計算することを含み、交点の組における各交点は、平均値座標を用いて交点の近傍に存在する８つのボクセル中心の凸結合によって計算される。非線形最適化アルゴリズムは、各計算された交点と第１の輪郭との間のユークリッド距離に二次元距離変換を適用することを含む。したがって、アルゴリズムは、第１の平面内のユーザにより定義される輪郭の３Ｄの態様を考慮に入れている。これは、提案されたシステムの効率及び正確度をさらに向上し得る。

本発明のこの態様の別の好ましい実施形態によれば、第２の関心領域も三角形メッシュによって表されると仮定し、非線形最適化アルゴリズムは、第２の関心領域と第１の平面との交点の組を計算することを含む。ここで、しかしながら、交点の組における各交点に関して、第２の関心領域から第１の平面への法線投影が決定される。法線投影は、所定の長さのインターバル内で延びる。所定の長さ内で法線が第１の輪郭と接触点（ｊｕｎｃｔｕｒｅ）で交わる場合、当該接触点は、更新された第２の関心領域の仮の限界点（ｔｅｎｔａｔｉｖｅｄｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｐｏｉｎｔ）として含まれる。決定するステップは、次いで、ストップ基準が満たされるまで、更新された第２の関心領域に基づいて繰り返される。その結果、アルゴリズムはまた、しかし本発明の前述の実施形態とは異なる様態で、第１の平面内のユーザにより定義される輪郭の３Ｄ態様を考慮に入れている。

本発明の別の態様によれば、目的は、前述の方法によって達成され、該方法は、ユーザコマンドに応答して、ターゲット画像を通る第１の平面内の第１の輪郭を定義することを含む。ここで、ユーザコマンドは、第１の輪郭がターゲット画像におけるターゲット画像要素の辺縁の少なくとも一部と位置合わせされるように入力されると仮定する。ターゲット画像要素は、リファレンス画像におけるリファレンス画像要素に対応する。この方法は、ターゲット画像における第２のボリュームを定義する第２の関心領域を決定することをさらに含む。第２の関心領域は、第１の輪郭、ターゲット画像、及び第１の関心領域に基づいて決定される。この方法の利点並びにその好ましい実施形態は、提案されたシステムに関連した上記の説明から明らかである。

本発明のさらなる態様によれば、目的は、コンピュータ上で実行されるときに上記の提案された方法のステップを行うためのソフトウェアを含む、コンピュータのメモリにロード可能なコンピュータプログラム製品によって達成される。

本発明の別の態様によれば、目的は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されるときに少なくとも１つのプロセッサに提案された方法を行わせる命令を格納しているプロセッサ可読媒体によって達成される。

本発明のさらなる利点、有益な特徴、及び用途は、以下の説明及び従属請求項から明らかとなる。

ここで本発明を、添付の図面を参照しながら、例として開示される好ましい実施形態によってより綿密に説明する。

本発明の一実施形態に係る画像ハンドリングシステムのブロック図である。ターゲット画像における第１の平面内の第１の輪郭の第１の例を画像要素の辺縁及び第１の輪郭の例と共に示す図である。図３ａ及び図３ｂは、本発明の一実施形態に従ってリファレンス画像における第１の関心領域からターゲット画像における第２の関心ボリュームがどのようにして得られるかを例示する図である。ターゲット画像における第２の平面内の第１の輪郭の第２の例を画像要素の辺縁及び第１の輪郭の別の例と共に例示する図である。ターゲット画像における第２の平面内の第１の輪郭の第２の例が、関心領域が第２のボリュームと一致するように更新されている状況を例示する図である。本発明の一実施形態に従って８つのボクセル中心の凸結合に基づいて第１の平面との交点がどのようにして計算されるかを例示する図である。図７ａ及び図７ｂは、本発明の一実施形態に従って第２の関心領域がユーザにより定義される輪郭にどのようにして繰り返し適合されるかを例示する図である。画像をハンドリングするための本発明に係る一般的方法を例示する流れ図である。

最初に、本発明の一実施形態に係る画像ハンドリングシステム１００のブロック図を示す図１と、ターゲット画像における第１の平面内の第１の輪郭の第１の例を画像要素の辺縁及び第１の輪郭の例と共に示す図２を参照する。

提案される画像ハンドリングシステム１００は、データ処理ユニット１１０と、少なくとも１つのデータ入力ユニット１３１及び１３２と、ディスプレイユニット１４０を含む。

データ処理ユニット１１０は、例えば、患者の器官又は身体構造体を表す変形し得る物理エンティティのリファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄを受信するように構成される。リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄは、通常、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴装置（例えば、磁気共鳴画像法ＭＲＩ、核磁気共鳴画像法ＮＭＲＩ、又は磁気共鳴断層撮影法ＭＲＴを用いる）、超音波カメラ、又はコーンビームコンピュータ断層撮影法ＣＢＣＴスキャナによって登録され得る比較的多数のボクセルを含んでいる３Ｄデータセットである。

データ処理ユニット１１０はまた、物理エンティティのターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを受信するように構成され、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄは、同様に、しかし必ずしもリファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄを生成するのに用いたのと同じ装置又は同じタイプの装置ではないが、通常は、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴装置（例えば、磁気共鳴画像法ＭＲＩ、核磁気共鳴画像法ＮＭＲＩ、又は磁気共鳴断層撮影法ＭＲＴを用いる）、又は超音波カメラによって登録された比較的多数のボクセルを含んでいる３Ｄデータセットである。

加えて、データ処理ユニット１１０は、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄにおける第１のボリュームを定義する第１の関心領域（ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ）ＲＯＩ１ _３Ｄを受信するように構成される。第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄは、例えば、患者の個々の器官、器官系、組織、又はいくつかの他の身体構造体の限界境界に対応するリファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄ上の特定の領域を定義するリファレンス画像要素を表す。リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄ及びターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄと同様に、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄは、ボクセルによって表され得る３Ｄデータセットである。しかしながら、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄは、普通は、人間オペレータ、例えば、放射線科医によって手動で定義されているデータセットである。特定の由来に関係なく、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄ、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄ、及びターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄは、１つ又は複数のデータインターフェースを介してデータ処理ユニット１１０に送られる。

ディスプレイユニット１４０は、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄ、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ、及び第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄを反映するグラフィックデータＧＤを提示するように構成される。したがって、ユーザ、例えば放射線科医は、コンピュータへのユーザコマンドを生成するための任意の公知の入力部材、例えば、キーボード１３１及び／又はコンピュータマウス１３２によって表され得る少なくとも１つのデータ入力ユニット１３１及び１３２を介してコマンドを入力することによって、好ましくは選択されたビューから見られる場合に対話形式で、画像データを視覚的に検査することができる。

少なくとも１つのデータ入力ユニット１３１及び１３２は、それぞれユーザコマンドｃ１及びｃ２を受信するように構成される。ユーザコマンドｃ１及び／又はｃ２に応答して、データ処理ユニット１１０は、好ましくはディスプレイユニット１４０上に提示されたターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄのビューに対応するターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを通る第１の平面内の第１の輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒ）Ｃ１ _２Ｄを定義するように構成される。ここで、ユーザコマンドｃ１及び／又はｃ２は、第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄがターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおけるターゲット画像要素（ｉｍａｇｅｅｌｅｍｅｎｔ）ＩＥ _３Ｄの第１の辺縁（ｂｏｒｄｅｒ）ＩＥＢ１（例えば、特定の器官のアウトライン）の少なくとも一部と位置合わせされるように生成されると仮定する。いずれにしても、ターゲット画像要素ＩＥ _３Ｄは、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄにおけるリファレンス画像要素に対応する。

データ処理ユニット１１０は、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおける第２のボリュームを定義する第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを決定するようにさらに構成される。本発明によれば、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは、第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄ、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ、及び第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄに基づいて決定される。

図３ａ及び図３ｂは、リファレンス画像ＲＯＩ１ _３Ｄにおける第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄからターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおける第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄがどのようにして得られるかを例示する。

本発明の一実施形態によれば、データ処理ユニット１１０は、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄと第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄとの関係性を記述するベクトルフィールドＶＦ _１→２を計算するようにさらに構成される。ベクトルフィールドＶＦ _１→２は、ベクトルフィールドＶＦ _１→２を介して第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄを変換することによって第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを得ることができるような特性を有する。言い換えれば、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは、例えば、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３ＤにベクトルフィールドＶＦ _１→２をかけることによって生成することができる。

さらに好ましくは、データ処理ユニット１１０は、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄ及びベクトルフィールドＶＦ _１→２に基づいて第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを生成するように構成される。次いで、データ処理ユニット１１０は、好ましくは、グラフィックデータＧＰがターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ上にオーバーレイされた第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを反映するように、ディスプレイユニット１４０上に提示するためのグラフィックデータＧＰを生成するように構成される。その結果、ユーザは、ベクトルフィールドＶＦ _１→２（したがって第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄも）がターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおける器官、器官系、組織、身体構造体などの十分に正確な定義であるか否かを再確認することができる。ベクトルフィールドＶＦ _１→２が容認できないほど不正確であることが判明するならば、ユーザがデータ品質を改善する手段を有することが望ましい。

この目的のために、本発明の一実施形態によれば、データ処理ユニット１１０は、少なくとも１つのデータ入力ユニット１３１及び／又は１３２のそれぞれを介してさらなるユーザコマンドｃ１及び／又はｃ２を受信するようにさらに構成される。これに応答して、データ処理ユニット１１０は、図４に例示されるようにターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを通る第２の平面Ｐ２内の第２の輪郭Ｃ２ _２Ｄを定義するように構成される。また、ユーザコマンドｃ１／ｃ２は、第２の輪郭Ｃ２ _２Ｄがターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおけるターゲット画像要素ＩＥ _３Ｄの第２の辺縁ＩＥＢ２の少なくとも一部と位置合わせされるように生成されると仮定する。その後、データ処理ユニット１１０は、第２の輪郭Ｃ２ _２Ｄにさらに基づいて第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを決定するように構成される。図５は、元の第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを更新された第２の関心領域ＲＯＩ２’ _３Ｄへ調整する例を示す。

第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを前述のように補正／調整するときに、データ処理ユニット１１０は、図６、図７ａ、及び図７ｂを参照して後述する戦略のうちの１つ又は複数を適用することができる。

図６は、本発明の一実施形態に従って８つのボクセル中心Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、及びＶ８の凸結合に基づいて第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄと第１の平面Ｐ１又は第２の平面Ｐ２との交点Ｖ０がどのようにして計算されるかを例示する。図６では、交点Ｖ０の周りの内側ボックスは、ここでは、その内部でのデータ値が１及び同一であり、且つグラフィックデータＧＰがディスプレイユニット１４０上の特定の強度及び／又は色相によって表され得るボリュームを表す。

コンピュータグラフィックス並びに医療データのコンピュータ支援画像処理では一般的な慣習であるように、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは三角形メッシュによって表されると仮定する。好ましくは、これは第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄにも当てはまる。もちろん、上記の第１の平面又は第２の平面がどのように配向されるかに関係なく、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄと第１の平面又は第２の平面との交点の多くは、三角形メッシュ表現での三角形の角のうちの１つとは異なる点に生じるであろう。言い換えれば、交わりラインは、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを記述するベクトルフィールドの多数のボクセル中心を通らないであろう。したがって、特定の交点が計算されなければならない。

本発明の一実施形態によれば、この計算は、輪郭（すなわちＣ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄ）からの偏差にペナルティを課す項を含んでいる非線形最適化問題として公式化される。ここで、二次元距離変換が以下のように用いられる。

三角形メッシュによって表される第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄに関する平面Ｐ１又はＰ２内の輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄが定義されており、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは三角形メッシュによって表され、平面Ｐ１又はＰ２は第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄと交わるものとする。第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄの縁の組を定義し、この場合、交点はＥとして生じる。

Ｅにおける各縁に関して、平面Ｐ１又はＰ２との交点を計算する。前述のように、結果的に得られる交点の組は、ベクトルフィールドのボクセル中心に通常は存在しない。交点をベクトルフィールドの観点で表すために、各交点Ｖ０は、平均値座標を用いて交点Ｖ０の近傍に存在する８つのボクセル中心Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、及びＶ８の凸結合によって計算される。このような点を仮想点ｖ_ｉと呼び、ここで、

である。

距離変換Ｄ（ｘ）が、輪郭上でＤ（ｘ）＝０であり、他では＞０であるように、平面Ｐ１又はＰ２内の輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄに関して計算される。これにより、Ｄ（ｘ）は、ユークリッド距離を輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄへ近づける。

輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄからの偏差にペナルティを課す非線形項は、次のように書くことができる。

図７ａ及び図７ｂは、第１の平面Ｐ１又は第２の平面Ｐ２と第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄとの交点がそれに従って計算され得る、代替的な、すなわち、輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄに対する外部反復並びに内部反復を実行する反復プロセスによる戦略を例示する。

この場合も、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは三角形メッシュによって表される。ここで、輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄに起因する目的関数の非線形項は、主反復中は不変であり、主反復間で更新される。前述の戦略からの用語を用いると、違いは、輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄと平面Ｐ１又はＰ２との各交点ｖ _ｉに関して、法線Ｎ _ｉが縁の角での頂点法線の補間によって計算されることである。

次いで、法線Ｎ _ｉが、平面Ｐ１又はＰ２上に投影され、長さＬのインターバルの投影された法線に沿ってサーチが行われる。輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄとの交点ｔ _ｉが見つかる場合、これは非線形関数に加えられる：

ここで、重みｗ _ｉは、１である場合があり、又は重みｗ _ｉは、ほぼ直角な交わりが比較的高い重みをもたらし、ほぼ平行な交わりが比較的低い重みをもたらすような様態で、輪郭Ｃ１ _２Ｄ又はＣ２ _２Ｄと交わる角度に依存する場合がある。

図７ａ及び図７ｂは、反復ｉの長さＬのインターバル内で交点ｔ _ｉが見つかる状況の例を示し、したがって、対応する交点ｖ _ｉ＋１が、手順のその後の反復における輪郭Ｃ１ _２Ｄに含まれる。

反復に関するストップ基準が定義され、ストップ基準は、好ましくは発見的方法から選択される。例えば、ストップ基準は、新しい交点ｔ _ｉの数が減少する（すなわち、その後の反復ｉ＋１においてより低くなる）場合に、及び／又は交点ｔ _ｉの数が１つの反復から別の反復にかけてほぼ同じままであり始める場合に、満たされると考えられ得る。

データ処理ユニット１１０は、好ましくは、コンピュータプログラム製品ＳＷが少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるときにデータ処理ユニット１１０における少なくとも１つのプロセッサに前述のアクションを実行させるためのソフトウェアを含むコンピュータプログラム製品ＳＷを記憶しているメモリユニット１１５を含む又はこれと通信接続する。

要約するために、図８の流れ図を参照して、画像データ及びユーザコマンドを処理するときに本発明に係るデータ処理ユニット１１０において実行される一般的方法をここで説明する。

第１のステップ８１０は、変形し得る物理エンティティのリファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄが受信されているかをチェックし、受信されている場合、ステップ８２０が後続する。受信されていない場合、手順はループバックし、ステップ８１０にとどまる。リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄは、例えば、コンピュータ断層撮影装置又は類似の装置によって登録された比較的多数のボクセルによって表される３Ｄデータセットである。

ステップ８２０は、変形し得る物理エンティティのターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ、すなわち、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄによって表される同じ物体／被検者の別の画像が受信されているかをチェックする。ステップ８２０においてターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄが受信される場合、ステップ８３０が後続する。受信されない場合、手順はループバックし、ステップ８２０にとどまる。ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄは、例えば、コンピュータ断層撮影装置又は類似の装置によって登録された比較的多数のボクセルによって表される３Ｄデータセットである。

ステップ８３０は、１つ又は複数のデータ入力ユニット（例えば、コンピュータマウス及び／又はキーボード）を介してユーザコマンドが受信されているかをチェックし、該ユーザコマンドは、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを通る第１の平面内の第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄを定義することを目的として入力されると仮定される。このようなユーザコマンドが受信される場合、ステップ８４０が後続する。受信されない場合、手順はループバックし、ステップ８３０にとどまる。

ステップは、第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄが受信されているかをチェックし、受信されている場合、ステップ８５０が後続する。受信されていない場合、手順はループバックし、ステップ８４０にとどまる。第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄは、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄにおける第１のボリュームを定義し、第１のボリュームは、リファレンス画像要素、例えば患者の特定の器官／構造体を表す。第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄは、好ましくは、オペレータによって手動で定義され得るボクセルによって表される３Ｄデータセットである。

ステップ８１０〜８４０の正確な順序は重要ではなく、ユーザコマンドがターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄの後に受信されるという条件で本発明に従って変化し得ることに留意されたい。すなわち、ユーザコマンドは、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄに基づいて入力される。

ステップ８５０において、ユーザコマンドに応答して、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを通る第１の平面内の第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄが定義される。第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄは、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおけるターゲット画像要素ＩＥ _３Ｄの辺縁ＩＥＢ１又はＩＥＢ２の少なくとも一部と位置合わせされると仮定される。ターゲット画像要素ＩＥ _３Ｄは、リファレンス画像ＩＭＧ１ _３Ｄにおけるリファレンス画像要素に対応する。

その後、ステップ８６０において、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおける第２のボリュームを定義する第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄが決定される。第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄは、第１の輪郭Ｃ１ _２Ｄ、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ、及び第１の関心領域ＲＯＩ１ _３Ｄに基づいて決定される。好ましくは、第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを決定することに関連して、グラフィックデータＧＤがディスプレイユニット上に提示され、グラフィックデータＧＤは、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄ及び第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄを反映する。

その後、手順が終了する。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄを通る第２の平面Ｐ２内の第２の輪郭Ｃ２ _２Ｄを定義することによって、ターゲット画像ＩＭＧ２ _３Ｄにおける第２の関心領域ＲＯＩ２ _３Ｄと変形し得る物理エンティティとの間の何らかの不一致を調整するためのさらなるコマンドをユーザが入力することができる入力インターフェースがユーザに提供される。

図８を参照して前述したプロセスステップ並びに任意のその後のステップのすべては、プログラムされたコンピュータ装置によって制御されてよい。さらに、図面を参照して前述した本発明の実施形態は、コンピュータ装置及びコンピュータ装置で行われるプロセスを含むが、本発明はまた、本発明を実現するように適合されたコンピュータプログラム、特に、キャリア上の又はキャリア内のコンピュータプログラムに拡張される。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、部分的にコンパイルされた形態などのソースコードとオブジェクトコードの中間のコードの形態、又は本発明に係るプロセスの実施に用いるのに適した任意の他の形態であり得る。プログラムは、オペレーティングシステムの一部であってよく、又は別個のアプリケーションであってよい。キャリアは、プログラムを搬送することができる任意のエンティティ又はデバイスであり得る。例えば、キャリアは、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）、例えば、ＤＶＤ（デジタルビデオ／バーサタイルディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）、又は半導体ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能読出し専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ）、又は磁気記録媒体、例えば、フロッピーディスク又はハードディスクなどの記憶媒体を含む場合がある。さらに、キャリアは、無線によって又は他の手段によって電気ケーブル又は光学ケーブルを介して伝達され得る電気又は光信号などの伝送可能キャリアであり得る。プログラムが、ケーブル又は他のデバイス又は手段によって直接伝達され得る信号で具体化されるときに、キャリアは、このようなケーブル又はデバイス又は手段によって構成され得る。代替的に、キャリアは、プログラムが組み込まれる集積回路であってよく、集積回路は、該当するプロセスを実行する又は実行に用いるように適合される。

本明細書で用いられるときの「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、表記された特徴、整数、ステップ、又はコンポーネントの存在を明記するために採用される。しかしながら、この用語は、１つ又は複数のさらなる特徴、整数、ステップ、又はコンポーネント、又はそのグループの存在又は追加を排除しない。

本発明は、図面で説明された実施形態に限られるものではなく、請求項の範囲内で自由に変化し得る。

Claims

画像ハンドリングシステム（１００）であって、
変形し得る物理エンティティのリファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）、前記物理エンティティのターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、および前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）の第１のボリュームを定義する第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を受信するように構成されたデータ処理ユニット（１１０）であって、前記第１のボリュームは、リファレンス画像要素を示し、前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、および前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）が、各々それぞれの三次元データセットを含む、データ処理ユニット（１１０）と、
ユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）を受信するように構成された少なくとも１つのデータ入力ユニット（１３１、１３２）と、
前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、および前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を反映するグラフィックデータ（ＧＤ）を提示するように構成されたディスプレイユニット（１４０）、
を備え、
さらに前記データ処理ユニット（１１０）が、
前記ユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）に応答して、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）を介して第１の平面（Ｐ１）内の第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）を定義するように構成され、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）のターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の第１の辺縁（ＩＥＢ１）の少なくとも一部と位置合わせされ、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）は、前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）の前記リファレンス画像要素に対応し、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の前記第１の辺縁（ＩＥＢ１）が特定の器官のアウトラインを示し、
前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）の第２のボリュームを定義する第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定するように構成され、前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）は、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、及び前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）に基づいて決定され、かつ
前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）と前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）との関係性を記述するベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）を計算するように構成され、前記ベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）を介して前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を変換することによって前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を得ることができる、
画像ハンドリングシステム（１００）。
前記データ処理ユニット（１１０）が、さらに
前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）及び前記ベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）に基づいて前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を生成するように構成され、かつ
前記ディスプレイユニット（１４０）上に提示するためのグラフィックデータ（ＧＰ）を生成するように構成され、前記グラフィックデータ（ＧＰ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）上にオーバーレイされた前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を反映する、
請求項１に記載の画像ハンドリングシステム（１００）。
前記データ処理ユニット（１１０）が、
さらなるユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）を受信し、これに応答して、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）を介して第２の平面（Ｐ２）内の第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）を定義し、前記第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）の前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の第２の辺縁（ＩＥＢ２）の少なくとも一部と位置合わせされ、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の前記第２の辺縁（ＩＥＢ２）が、特定の器官のアウトラインを示し、かつ
前記第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）に基づいて前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定する、
ようにさらに構成される、
請求項２に記載の画像ハンドリングシステム（１００）。
前記データ処理ユニット（１１０）が、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）に適用された非線形最適化アルゴリズムおよび前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点に基づいて、前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定するように構成され、ここで前記非線形最適化アルゴリズムは、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）からの前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）の偏差にペナルティを課すように構成される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像ハンドリングシステム（１００）。
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）が三角形メッシュによって表され、
前記非線形最適化アルゴリズムが、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点の組を計算し、前記交点の組における各交点（Ｖ０）は、平均値座標を用いて前記交点（Ｖ０）の近傍に存在する８つのボクセル中心（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８）の凸結合によって計算され、かつ
各計算された交点と前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）との間のユークリッド距離に二次元距離変換を適用する、
ように構成される、
請求項４に記載の画像ハンドリングシステム（１００）。
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）が三角形メッシュによって表され、
前記非線形最適化アルゴリズムが、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点の組を計算し、かつ前記交点の組における各交点に関して、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）から前記第１の平面（Ｐ１）への法線投影を決定し、前記法線投影は所定の長さのインターバル内で延び、前記所定の長さ内で前記法線が前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）と接触点で交わる場合、前記接触点は、更新された第２の関心領域の仮の限界点として含まれ、かつ
ストップ基準が満たされるまで、前記更新された第２の関心領域に基づいて前記決定するステップを繰り返す、
ように構成される、
請求項４に記載の画像ハンドリングシステム（１００）。
画像をハンドリングする方法であって、
変形し得る物理エンティティのリファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）を受信するステップと、
前記物理エンティティのターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）を受信するステップと、
前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）における第１のボリュームを定義する第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を受信するステップであって、前記第１のボリュームは、リファレンス画像要素を示し、前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、および前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）が、各々それぞれの三次元データセットを含む、ステップと、
少なくとも１つのデータ入力ユニット（１３１、１３２）を介してユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）を受信するステップと、
ディスプレイユニット（１４０）上にグラフィックデータ（ＧＤ）を提示するステップであって、前記グラフィックデータ（ＧＤ）は、前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、及び前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を反映する、ステップ
を含み、
さらに前記方法が、
前記ユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）に応答して、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）を通る第１の平面（Ｐ１）内の第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）を定義するステップであって、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）におけるターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の第１の辺縁（ＩＥＢ１）の少なくとも一部と位置合わせされ、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）は、前記リファレンス画像（ＩＭＧ１_３Ｄ）における前記リファレンス画像要素に対応し、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の前記第１の辺縁（ＩＥＢ１）が、特定の器官のアウトラインを示す、ステップと、
前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）における第２のボリュームを定義する第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定するステップであって、前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）は、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）、及び前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）に基づいて決定される、ステップと、および
前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）と前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）との関係性を記述するベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）を計算するステップであって、前記ベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）を介して前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）を変換することによって前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を得ることができるステップ
をさらに含む、
方法。
前記第１の関心領域（ＲＯＩ１_３Ｄ）及び前記ベクトルフィールド（ＶＦ_１→２）に基づいて前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を生成するステップと、
前記ディスプレイユニット（１４０）上に提示するためのグラフィックデータ（ＧＰ）を生成するステップであって、前記グラフィックデータ（ＧＰ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）上にオーバーレイされた前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を反映する、ステップ
をさらに含む、
請求項７に記載の方法。
さらなるユーザコマンド（ｃ１；ｃ２）を受信するステップであって、これに応答して、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）を通る第２の平面（Ｐ２）内の第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）を定義するステップと、前記第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）は、前記ターゲット画像（ＩＭＧ２_３Ｄ）における前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の第２の辺縁（ＩＥＢ２）の少なくとも一部と位置合わせされる、ステップと、および
前記第２の輪郭（Ｃ２_２Ｄ）にさらに基づいて前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定するステップであって、前記ターゲット画像要素（ＩＥ_３Ｄ）の前記第２の辺縁（ＩＥＢ２）が、特定の器官のアウトラインを示す、ステップ、
をさらに含む、
請求項７または請求項８に記載の方法。
前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）に適用された非線形最適化アルゴリズム及び前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点に基づいて前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）を決定するステップであって、前記非線形最適化アルゴリズムは、前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）からの前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）の偏差にペナルティを課すように構成される、ステップ、
をさらに含む、
請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）が三角形メッシュによって表され、かつ
前記方法が、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点の組を計算するステップであって、前記交点の組における各交点（Ｖ０）は、平均値座標を用いて前記交点（Ｖ０）の近傍に存在する８つのボクセル中心（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８）の凸結合によって計算されるステップと、および
各計算された交点と前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）との間のユークリッド距離に二次元距離変換を適用するステップ、
を含む、
請求項１０に記載の方法。
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）が三角形メッシュによって表され、
前記方法が、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）と前記第１の平面（Ｐ１）との交点の組を計算するステップと、
前記交点の組における各交点に関して、
前記第２の関心領域（ＲＯＩ２_３Ｄ）から前記第１の平面（Ｐ１）への法線投影を決定するステップであって、前記法線投影は所定の長さのインターバル内で延び、前記所定の長さ内で前記法線が前記第１の輪郭（Ｃ１_２Ｄ）と接触点で交わる場合、前記接触点は、更新された第２の関心領域の仮の限界点として含まれる、ステップと、
ストップ基準が満たされるまで、前記更新された第２の関心領域に基づいて前記決定するステップを繰り返すステップ、
を含む、
請求項１０に記載の方法。
少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるときに請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法を行うためのソフトウェアを含む、前記少なくとも１つのプロセッサのメモリ（１１５）にロード可能なコンピュータプログラム製品（ＳＷ）。
少なくとも１つのプロセッサによって実行されるときに前記少なくとも１つのプロセッサに請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法を行わせる命令を含む、プロセッサ可読媒体（１１５）。