特許 6678819 三次元医用データの対話型輪郭描出のための画像処理システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6678819

(24)【登録日】2020年3月19日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】三次元医用データの対話型輪郭描出のための画像処理システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/00 20060101AFI20200330BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/00 G

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-515529(P2019-515529)

(86)(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公表番号】特表2020-505959(P2020-505959A)

(43)【公表日】2020年2月27日

(86)【国際出願番号】EP2017073962

(87)【国際公開番号】WO2018055064

(87)【国際公開日】20180329

【審査請求日】2019年6月17日

(31)【優先権主張番号】16190071.7

(32)【優先日】2016年9月22日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516027694

【氏名又は名称】レイサーチ ラボラトリーズ，エービー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】ウェイストランド，オラ

【審査官】 清水 裕勝

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／１２６７９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２８３３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Andreas Wimmer et al.，Two-stage Semi-automatic Organ Segmentation Framework using Radial Basis Functions and Level Sets，3D Segmentation in The Clinic:Grand Challenge，２００７年１０月２９日，pp.179-188

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／００−５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理ユニット（１４０）と、第１、第２、及び第３のインターフェース（１１０、１２０、１３０）とを備え、
前記第１のインターフェース（１１０）は、処理ユニット（１４０）が三次元医用画像データのソースデータ（ＳＤ）にアクセスすることを可能にするように構成され、前記ソースデータ（ＳＤ）は輪郭描出されるべき関心ある解剖学的構造体及び前記関心ある解剖学的構造体に隣接する組織を表し、
前記処理ユニット（１４０）が、前記関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第１の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を選択するように構成され、前記第１の画像スライスは前記ソースデータ（ＳＤ）において第１の配向を有し、
前記第２のインターフェース（１２０）が、前記処理ユニット（１４０）からの制御命令に応答して、グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータの第１のサブセット（ｓｄ１）を出力するように構成され、
前記第３のインターフェース（１３０）が、命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを前記処理ユニット（１４０）に送るように構成され、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットは、ユーザコマンド（ｕｃｍｄ１）の形態で受信され、第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジ（Ｅ１）を識別し、
前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを受信した後で、前記処理ユニット（１４０）が、
前記関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第２の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第２のサブセット（ｓｄ２）を選択し、前記第２の画像スライスは前記ソースデータ（ＳＤ）において第２の配向を有し、前記第２の配向は前記第１の配向とは異なり、
前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記第２のインターフェース（１２０）に前記ソースデータ（ＳＤ）の第２のサブセット（ｓｄ２）を出力させるように構成された制御命令を生成し、
前記第３のインターフェース（１３０）を介して命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットを受信し、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットは、ユーザコマンド（ｕｃｍｄ２）の形態で受信され、前記第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジ（Ｅ２）を識別し、
前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて三次元シェル（３ＤＳ）を計算する、
ように構成され、前記三次元シェル（３ＤＳ）が前記関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す、
三次元医用画像データを輪郭描出するための画像処理システム（１００）であって、
前記処理ユニット（１４０）が、前記三次元シェル（３ＤＳ）を前記関心ある解剖学的構造体の推定される外周（Ｐ）に近似する三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復を生成するように構成され、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）は、前記メッシュ構造（Ｍ）のいくつかの三角形がそれぞれ出会う頂点（ｖ）の組を含み、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復は、
前記三次元シェル（３ＤＳ）と前記第１の画像スライスにより定義される第１の平面（ＰＥ１）との第１の交線（ＭＰＥ１）、及び
前記三次元シェル（３ＤＳ）と前記第２の画像スライスにより定義される第２の平面との第２の交線、
の解析に関係し、前記解析が、
前記第１の交線（ＭＰＥ１）の一部をなす前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形（Ｔｎ）に関して、
前記三角形（Ｔｎ）に対して垂直（ｎ）な投影面の方向に沿って前記第１のエッジ（Ｅ１）上の画像点（ＩＰ１）をサーチすることと、前記画像点（ＩＰ１）は前記交線（ＭＰＥ１）からのサーチ範囲（ＳＲ）内に存在し、このような画像点（ＩＰ１）が見つかる場合に、
見つけた画像点（ＩＰ１）の画像特徴を前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形（Ｔｎ）に割り当てることと、
前記第２の交線の一部をなす前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形に関して、
前記三角形に対して垂直な投影面の方向に沿って前記第１のエッジ（Ｅ２）上の画像点をサーチすることと、前記画像点は前記交線からのサーチ範囲内に存在し、このような画像点が見つかる場合に、
見つけた画像点の画像特徴を前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形に割り当てることと、
を含むことを特徴とする、
システム（１００）。

【請求項2】

前記処理ユニット（１４０）が、前記三次元シェル（３ＤＳ）の最初の推定を三次元凸包の形態で計算するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

前記第２の画像スライスが前記第１の画像スライスと直交して配向される、請求項１又は２に記載のシステム（１００）。

【請求項4】

前記第１又は第２の交線のいずれの一部もなさない前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復の各三角形に関して、前記処理ユニット（１４０）が、前記第１又は第２の交線の一部をなす前記三角形（Ｔｎ）の画像特徴間の加重平均として導出されるそれぞれの画像特徴を割り当てるように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項5】

前記処理ユニット（１４０）が、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復及び前記第１反復に続いて生成される任意の先行する反復に基づいて、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成され、前記少なくとも１つのさらなる反復のそれぞれは、前記三角形（Ｔｎ）に割り当てられた画像特徴及び前記ソースデータ（ＳＤ）に関する前記推定される外周（Ｐ）と前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の頂点（ｖ）との間の全距離測度に関する前記第１反復に対する改良である、前記推定される外周（Ｐ）の近似を表す、請求項４に記載のシステム（１００）。

【請求項6】

前記処理ユニット（１４０）が、
前記第１及び第２のサブセット（ｓｄ１、ｓｄ２）に加えて、前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）を選択し、前記少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）は、前記第１及び第２の画像スライスに加えて前記関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つの画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなる二次元グラフィック表現を定義し、前記少なくとも１つのさらなる画像スライスは前記ソースデータ（ＳＤ）においてさらなる配向を有し、前記さらなる配向は前記第１及び第２の配向とは異なり、
前記少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）のそれぞれに関して、前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記第２のインターフェース（１２０）に前記ソースデータ（ＳＤ）の少なくとも１つのさらなるサブセット（ｓｄ３）を出力させるように構成された制御命令を生成し、
前記第３のインターフェース（１３０）を介して、前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）に加えて前記第２の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのエッジ（Ｅ３）を識別する命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の少なくとも１つのさらなるセットを受信し、
前記第１、第２、及び少なくとも１つのさらなるエッジ（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて、前記関心ある解剖学的構造体の表面推定を表す改良された三次元シェル（３ＤＳ）を計算する、
ように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項7】

前記処理ユニット（１４０）がさらに、前記第１反復に加えて、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成され、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の少なくとも１つのさらなる反復は、前記推定される外周（Ｐ）と前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の頂点（ｖ）との間の全距離測度に関する前記第１反復に対する改良である、前記推定される外周（Ｐ）の近似を表す、請求項６に記載のシステム（１００）。

【請求項8】

前記第３のインターフェース（１３０）が、命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の補足的なセットを前記処理ユニット（１４０）に送るように構成され、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の補足的なセットは、前記画像スライスのうちの少なくとも１つにおける前記関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別し、
前記処理ユニット（１４０）が、前記調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェル（３ＤＳ）を計算するように構成される、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項9】

第１のインターフェース（１１０）を介して、三次元医用画像データのソースデータ（ＳＤ）を受信することであって、前記ソースデータ（ＳＤ）は輪郭描出されるべき関心ある解剖学的構造体及び前記関心ある解剖学的構造体に隣接する組織を表す、受信することと、
前記関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第１の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の第１のサブセット（ｓｄ１）を選択することであって、前記第１の画像スライスは前記ソースデータ（ＳＤ）において第１の配向を有する、選択することと、
第２のインターフェース（１２０）を介して、グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータの第１のサブセット（ｓｄ１）を出力することと、
第３のインターフェース（１３０）を介して受信した命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットに応答して、前記第１の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の第１のエッジ（Ｅ１）を識別することであって、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットはユーザコマンド（ｕｃｍｄ１）の形態で受信される、識別することと、
前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第１のセットを受信した後で、
前記関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される前記ソースデータ（ＳＤ）の第２の二次元グラフィック表現を定義する前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）を選択することであって、前記第２の画像スライスは前記ソースデータ（ＳＤ）において第２の配向を有し、前記第２の配向は前記第１の配向とは異なる、選択することと、
前記第２のインターフェース（１２０）を介して、前記グラフィカルディスプレイ（１７０）上に提示するために前記ソースデータ（ＳＤ）の前記第２のサブセット（ｓｄ２）を出力することと、
命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットに応答して、前記第２の画像スライスにおける前記関心ある解剖学的構造体の第２のエッジ（Ｅ２）を識別することであって、前記命令（［Ｉ］_ｅｄｇｅ）の第２のセットはユーザコマンド（ｕｃｍｄ２）の形態で受信される、識別することと、
前記第１及び第２のエッジ（Ｅ１、Ｅ２）と前記ソースデータ（ＳＤ）に基づいて、前記関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す三次元シェル（３ＤＳ）を計算することと、
を含む、三次元医用画像データを輪郭描出するプロセッサにより実施される方法であって、
前記三次元シェル（３ＤＳ）を前記関心ある解剖学的構造体の推定される外周（Ｐ）に近似する三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復を生成することを含み、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）は、前記メッシュ構造（Ｍ）のいくつかの三角形が出会う頂点（ｖ）の組を含み、前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の第１反復は、
前記三次元シェル（３ＤＳ）と前記第１の画像スライスにより定義される第１の平面（ＰＥ１）との第１の交線（ＭＰＥ１）、及び
前記三次元シェル（３ＤＳ）と前記第２の画像スライスにより定義される第２の平面との第２の交線、
の解析に関係し、前記解析が、
前記第１の交線（ＭＰＥ１）の一部をなす前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形（Ｔｎ）に関して、
前記三角形（Ｔｎ）に対して垂直（ｎ）な投影面の方向に沿って前記第１のエッジ（Ｅ１）上の画像点（ＩＰ１）をサーチすることと、前記画像点（ＩＰ１）は前記交線（ＭＰＥ１）からのサーチ範囲（ＳＲ）内に存在し、このような画像点（ＩＰ１）が見つかる場合に、
見つけた画像点（ＩＰ１）の画像特徴を前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形（Ｔｎ）に割り当てることと、
前記第２の交線の一部をなす前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形に関して、
前記三角形に対して垂直な投影面の方向に沿って前記第１のエッジ（Ｅ２）上の画像点をサーチすることと、前記画像点は前記交線からのサーチ範囲内に存在し、このような画像点が見つかる場合に、
見つけた画像点の画像特徴を前記三角形メッシュ構造（Ｍ）の三角形に割り当てることと、
を含むことを特徴とする、
方法。

【請求項10】

前記三次元シェル（３ＤＳ）が三次元凸包の形態で計算される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

少なくとも１つの処理ユニット（１４０）のメモリ（１５０）にロード可能であり、且つ、前記少なくとも１つの処理ユニット（１４０）上で実行されるときに請求項９又は１０に記載の方法を実行するためのソフトウェアを含む、コンピュータプログラム。

【請求項12】

前記少なくとも１つの処理ユニット（１４０）にロードされるときに前記少なくとも１つの処理ユニット（１４０）に請求項９又は１０に記載の方法を実行させるためのプログラムが記録されている、プロセッサ可読媒体（１５０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、医用画像データの情報内容を強化するためのソリューションに関する。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処理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及びプロセッサ可読媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

どのボクセルが特定の解剖学的構造体を表すかを定義するプロセス、すなわち、いわゆる臓器の描写は、放射線治療計画作成のなかでも最も長々と時間がかかることの１つである。このプロセスは、普通は、簡単な描画ツールを用いて二次元スライスにおいて手作業で輪郭描出することに関係し、計画作成のために用いられる高解像度の三次元データセットにおける関心あるすべての構造体を描写するのに数時間を要する場合がある。

【0003】

Ｐｅｋａｒ，Ｖ．，ｅｔ ａｌ．，“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｏｄｅｌ−Ｂａｓｅｄ Ｏｒｇａｎ Ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｉｎ Ｐｒｏｓｔａｔｉｃ Ｒｅｇｉｏｎ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｏｎｃｏｌｏｇｙ−Ｂｉｏｌｏｇｙ−Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．３，ｐｐ９７３−９８０，２００４は、関心ある解剖学的構造体の境界に３Ｄの変形可能な表面モデルを適応させるための方法を開示する。この適応は、或る画像特徴へ寄せることにより生じるモデルの変形とモデルの形状完全性との兼ね合いに基づいている。自動モデル適応に失敗し得る問題のある領域は、対話型ツールにより補正することができる。

【0004】

ＵＳ２０１１／０２６８３３０は、医用画像の組を輪郭描出するためのシステム及び方法を説明している。例示的なシステムは、画像データベース、画像変形エンジン、及び輪郭変換エンジンを含み得る。画像データベースは、医用画像の組を記憶するのに用いられ得る。画像変形エンジンは、画像データベースにおける医用画像の組からソース画像及び対象画像を受信するように構成され、ソース画像及び対象画像に変形アルゴリズムを用いてソース画像から対象画像への１つ以上のオブジェクト間の変化を示す変形フィールドデータを生成するようにさらに構成され得る。輪郭変換エンジンは、ソース画像内の１つ以上のオブジェクトを識別するソース輪郭データを受信するように構成され、変形フィールドデータ及びソース輪郭データを用いて対象画像内の１つ以上のオブジェクトを識別する自動対象輪郭データを生成するようにさらに構成され得る。画像変形エンジン及び輪郭変換エンジンは、１つ以上のメモリデバイスに記憶され、１つ以上のプロセッサにより実行可能な、ソフトウェア命令を備え得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のソリューションは、形状の或る範囲内の所定のタイプの臓器、すなわち、関心ある構造体に関して満足な最終結果をもたらすことができる場合がある。しかしながら、それに基づいて描写が行われる記憶された輪郭のライブラリにその形状があてはまらない関心ある構造体全体の描写は、問題がある及び／又は時間がかかる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

したがって、本発明の目的は、一方では、比較的軽度の人手の介入を必要とし、他方では、三次元画像データセットにおける改良された幾何学的補間をもたらすソリューションを提供することである。

【0007】

本発明の一態様によれば、目的は、命令の第１のセットを受信した後で処理ユニットが以下のことを行うように構成される、最初に説明した構成により達成される。ソースデータにおいて第２の配向を有する関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される、ソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータの第２のサブセットを選択する。第２の配向は、第１の配向とは異なる。次いで、処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ上に提示するために第２のインターフェースにソースデータの第２のサブセットを出力させるように構成された制御命令を生成するように構成される。第３のインターフェースを介して、処理ユニットは、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジを識別する命令の第２のセットを受信するように構成される。その後、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、処理ユニットは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す三次元シェルを計算するように構成される。

【0008】

この構成は、第１及び第２のエッジとソースデータを併せて用いることにより、比較的少ない離散ステップで関心ある解剖学的構造体の高品質の描写に達することが可能となるので有利である。他の利点は、輪郭ライブラリが必要とされないことである。さらに、ソースデータの異なるサブセットは、互いに特に類似している必要はない。言い換えれば、画像スライスは、比較的大きい角度だけ互いから分離することができる。もちろん、これはソリューションをユーザの見地から融通性の高いものにする。

【0009】

本発明のこの態様の一実施形態によれば、処理ユニットは、三次元シェルの最初の推定を三次元凸包の形態で計算するように構成される。これにより、関心ある解剖学的構造体を、曖昧ではない効率的な様態でモデル化することができる。

【0010】

本発明のこの態様の別の実施形態によれば、第２の画像スライスは、第１の画像スライスと直交して配向される。すなわち、これにより、大きいクラスの概して凸形に形状設定された並びに概して非凸形に形状設定された解剖学的構造体をモデリングする三次元シェルを比較的少ない反復ステップで計算することができる。

【0011】

さらに好ましくは、処理ユニットは、三次元シェルを反復的に計算するように構成される。ここで、三次元シェルを関心ある解剖学的構造体の推定される外周に近似する三角形メッシュ構造の第１反復が、後述するように生成される。三角形メッシュ構造は、メッシュ構造のいくつかの三角形がそれぞれ出会う頂点の組を含む。三角形メッシュ構造の第１反復は、三次元シェルと第１の画像スライスにより定義される第１の平面との第１の交線の解析に関係する。解析はまた、三次元シェルと第２の画像スライスにより定義される第２の平面との第２の交線に関係する。解析は以下のステップを含む。第１の交線の一部をなす三角形メッシュ構造の三角形に関して、処理ユニットは、前記三角形に対して垂直な投影面の方向に沿って第１のエッジ上の画像点をサーチするように構成される。画像点は、交線からのサーチ範囲内に存在するはずである。このような画像点が見つかる場合、処理ユニットは、見つけた画像点の画像特徴を三角形メッシュ構造の三角形に割り当てるように構成される。同じように、第２の交線の一部をなす三角形メッシュ構造の三角形に関して、処理ユニットは、三角形に対して垂直な投影面の方向に沿って第１のエッジ上の画像点をサーチするように構成される。画像点は、交線からのサーチ範囲内に存在するはずであり、このような画像点が見つかる場合、処理ユニットはさらに、見つけた画像点の画像特徴を三角形メッシュ構造の三角形に割り当てるように構成される。これにより、この構造体が関心ある解剖学的構造体の幾何学的形状と最初に一致しない場合であっても、適切な画像特徴が三角形メッシュ構造に割り当てられる。

【0012】

本発明のこの態様のさらに別の実施形態によれば、処理ユニットは、三角形メッシュ構造の第１反復及び第１反復に続いて生成される任意の先行する反復に基づいて、三角形メッシュ構造の少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成される。少なくとも１つのさらなる反復のそれぞれは、三角形に割り当てられた画像特徴及びソースデータに関する推定される外周と三角形メッシュ構造の頂点との間の全距離測度に関する第１反復に対する改良である、推定される外周の近似を表す。これにより、三次元シェルの推定は、手書きの輪郭と画像データとの両方に幾何学的に緊密に保たれ、これは高品質の最終結果を保証する。三角形メッシュ構造の形態の関心ある解剖学的構造体の外周の提案される表現は、効率的なグラフィカル処理及び視覚化を可能にする。

【0013】

本発明のこの態様の１つのさらなる実施形態によれば、処理ユニットは、第１及び第２のサブセットに加えて、ソースデータの少なくとも１つのさらなるサブセットを選択するように構成される。少なくとも１つのさらなるサブセットは、ソースデータにおいて第１及び第２の配向とは異なる配向を有する関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つのさらなる画像スライスにおいて構成されるソースデータの少なくとも１つのさらなる二次元グラフィック表現を定義する。少なくとも１つのさらなるサブセットのそれぞれに関して、処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ上に提示するために第２のインターフェースにソースデータの少なくとも１つのさらなるサブセットを出力させるように構成された制御命令を生成するように構成される。次いで、第３のインターフェースを介して受信した命令の少なくとも１つのさらなるセットに応答して、処理ユニットは、少なくとも１つのさらなる画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのさらなるエッジを識別するように構成される。その後、第１、第２、及び少なくとも１つのさらなるエッジとソースデータに基づいて、処理ユニットは、関心ある解剖学的構造体の表面推定を表す三次元シェルの改良バージョンを計算するように構成される。これは、ユーザが１つ以上の手書きの輪郭を追加することにより自動描写プロセスを都合よく支援し、スピードアップできることを意味する。

【0014】

本発明のこの態様のさらに別の実施形態によれば、第３のインターフェースは、命令の補足的なセットを処理ユニットに送るように構成され、命令の補足的なセットは、前記画像スライスのうちの少なくとも１つにおける関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別する。そのうえ、処理ユニットは、調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェルを計算するように構成される。したがって、ユーザは、関心ある解剖学的構造体のエッジのアウトラインを直観的な様態で、手動で変更することにより描写プロセスを微調整することもできる。

【0015】

本発明のこの態様のまたさらに別の実施形態によれば、第３のインターフェースは、例えばコンピュータマウス又は同様のポインティングデバイスを介して生成された、ユーザコマンドの形態の命令のセットを受信することに特化して構成される。

【0016】

本発明の別の態様によれば、この目的は、命令の第１のセットを受信した後で、ソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータの第２のサブセットが選択される、最初に説明した方法により達成される。第２のサブセットは、ソースデータにおいて第２の配向を有する関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される。第２の配向は、ここでは、第１の配向とは異なる。第２のインターフェースを介して、ソースデータの第２のサブセットが、グラフィカルディスプレイ上に提示するために出力される。その後、第３のインターフェースを介して受信した命令の第２のセットに応答して、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジが識別される。最後に、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、三次元シェルが計算される。三次元シェルは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す。この方法、並びに、その好ましい実施形態の利点は、提案されるシステムに関する上記の説明から明白である。

【0017】

本発明のさらなる態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサのメモリにロード可能であり、且つ、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるときに上記で提案した方法を実施するように適応されたソフトウェアを含む、コンピュータプログラムにより達成される。

【0018】

本発明の別の態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサにロードされるときに上記で提案した方法を行うように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのプログラムが記録されている、プロセッサ可読媒体により達成される。

【0019】

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白であろう。

【0020】

ここで、添付図を参照しながら、例として開示される好ましい実施形態によって本発明をより詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係るシステムの概要を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る関心ある解剖学的構造体のエッジがソースデータの２つの異なる画像スライスにおいてどのように識別され得るかを例示する図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る関心ある解剖学的構造体の追加のエッジが、ソースデータにおける第３の画像スライスにおいてどのように識別され得るかを例示する図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る関心ある解剖学的構造体の外周を近似する三角形メッシュ構造の第１反復がどのように生成されるかを例示する図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る関心ある解剖学的構造体の外周を近似する三角形メッシュ構造の第１反復がどのように生成されるかを例示する図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る生成された三角形メッシュの例を示す図である。

【図7】提案される三角形メッシュに関連して距離測度を例示する図である。

【図8】本発明に係る一般的方法を流れ図で例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、本発明の一実施形態に係る三次元医用画像データを輪郭描出するための画像処理システム１００の概要を示す。システム１００は、処理ユニット１４０と、第１、第２、及び第３のインターフェース１１０、１２０、及び１３０を含む。好ましくは、処理ユニット１４０上で実行されているときに後述する手順を実行するためのソフトウェアを記憶する、メモリ１５０も含まれる。提示の目的で、図１は、インターフェース１１０、１２０、及び１３０を別個のエンティティとして例示する。しかしながら、実際的な実装では、インターフェースのうちの２つ以上が共通のユニットへ一体化されてよい。

【0023】

第１のインターフェース１１０は、関心ある解剖学的構造体を表す三次元医用画像データの形態のソースデータＳＤに処理ユニット１４０がアクセスすることを可能にするように構成される。ソースデータＳＤは、関心ある解剖学的構造体に隣接する組織も含む。提案されるシステム１００の目的は、例えば、関心ある解剖学的構造体の放射線治療を計画するために、この構造体を隣接する組織から区別することができるように、関心ある解剖学的構造体を輪郭描出する、すなわち描写することである。

【0024】

ここで図２も参照すると、処理ユニット１４０は、ソースデータＳＤにおいて第１の配向を有する関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成されるソースデータＳＤの第１の二次元グラフィック表現を定義するソースデータＳＤの第１のサブセットｓｄ１を選択するように構成される。

【0025】

第２のインターフェース１２０は、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するためにソースデータの第１のサブセットｓｄ１を出力するように構成される。ソースデータの第１のサブセットｓｄ１は、処理ユニット１４０からの制御命令に応答して出力される。

【0026】

第３のインターフェース１３０は、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットを処理ユニット１４０に送るように構成される。命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットは、第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジＥ１を識別し、好ましくは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されるユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。

【0027】

図２は、第１の画像スライスによって表されるソースデータの第１のサブセットｓｄ１においてソースデータＳＤにおける関心ある解剖学的構造体の形状に第１のエッジＥ１がどのように従うかを例示する。

【0028】

命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第１のセットを受信した後で、処理ユニット１４０は、ソースデータＳＤの第２の二次元グラフィック表現を定義するソースデータＳＤの第２のサブセットｓｄ２を選択するように構成される。第２のサブセットｓｄ２は、関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される。第２の画像スライスは、ソースデータＳＤにおいて第２の配向を有し、第２の配向は第１の配向とは異なる。言い換えれば、第２のサブセットｓｄ２は、ソースデータＳＤからのデータの別個の二次元スライスを含み、このデータのスライスは、第１のサブセットｓｄ１によって表されるスライスと平行ではない。第１の画像スライスと第２の画像スライスが互いに直交していれば一般に有利である。

【0029】

処理ユニットは、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するために、すなわち、ユーザがこれを視覚的に観察し、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジＥ２を記述するためのコマンドを生成することができるように、第２のインターフェース１２０にソースデータＳＤの第２のサブセットｓｄ２を出力させるように適応された制御命令を生成するように構成される。

【0030】

したがって、処理ユニットはまた、第３のインターフェース１３０を介して、第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジＥ２を識別する命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第２のセットを受信するように構成される。上記と同様に、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの第２のセットは、好ましくは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されるユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。

【0031】

最後に、処理ユニット１４０は、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２とソースデータＳＤに基づいて、三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。ここで、三次元シェル３ＤＳは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表す。三次元シェル３ＤＳは、ソースデータＳＤと第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２への幾何学的距離との両方を目的関数に組み込む非線形最適化問題を解くことにより反復的に適応される、変形可能表面モデルによって計算されてよい。この手法は、ユーザ入力、すなわち、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２を定義するユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に三次元シェル３ＤＳが密接に結び付けられることを保証するので有益である。これはまた、比較的少ない離散ステップで高品質の結果に達する。

【0032】

遡れば、ユーザは、既に描かれた輪郭、例えば第１のエッジＥ１及び／又は第２のエッジＥ２が、ソースデータＳＤの画像内容とより良好に一致するように多少異なるアウトラインを有するべきであることに気付くかもしれない。したがって、本発明の一実施形態によれば、第３のインターフェース１３０は、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットを処理ユニット１４０に送るように構成され、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットは、前記画像スライスのうちの少なくとも１つにおける関心ある解剖学的構造体の調整されたエッジを識別する。また、好ましくは、命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの補足的なセットは、キーボード及び／又はコンピュータマウス、又は同様のポインティングデバイスを介して入力されているユーザコマンドｕｃｍｄ１及び／又はｕｃｍｄ２に応答して生成される。処理ユニット１４０はさらに、調整されたエッジにさらに基づいて三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。

【0033】

代替的に及び／又は加えて、精度の向上のため及びアルゴリズムの収束をスピードアップするために、本発明の一実施形態によれば、処理ユニット１４０は、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２に加えて１つ以上のエッジにさらに基づいて三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。

【0034】

図３は、関心ある解剖学的構造体のこのような追加のエッジＥ３がソースデータＳＤの第３の画像スライスにおいてどのように識別されるかを例示する。

【0035】

ここで、処理ユニット１４０は、第１のサブセットｓｄ１及び第２のサブセットｓｄ２に加えて、ソースデータＳＤの少なくとも１つのさらなるサブセットｓｄ３を選択するように構成される。少なくとも１つのさらなるサブセットｓｄ３は、第１及び第２の画像スライスに加えて関心ある解剖学的構造体を通る少なくとも１つの画像スライスにおいて構成されるソースデータＳＤの少なくとも１つのさらなる二次元グラフィック表現を定義する。少なくとも１つのさらなる画像スライスは、ソースデータＳＤにおいてさらなる配向を有し、さらなる配向は、第１及び第２の配向とは異なる、例えば、第１及び第２の配向のそれぞれと直交する。

【0036】

処理ユニット１４０はまた、少なくとも１つのさらなるサブセットｓｄ３のそれぞれに関して、グラフィカルディスプレイ１７０上に提示するために第２のインターフェース１２０にソースデータＳＤの少なくとも１つのさらなるサブセットｓｄ３を出力させるように構成された制御命令を生成するように適応される。

【0037】

そのうえ、処理ユニット１４０は、第３のインターフェース１３０を介して、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２に加えて第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の少なくとも１つのエッジＥ３を識別する命令［Ｉ］_ｅｄｇｅの少なくとも１つのさらなるセットを受信するように構成される。第１、第２、及び少なくとも１つのさらなるエッジＥ１、Ｅ２、及びＥ３とソースデータＳＤに基づいて、処理ユニット１４０は、関心ある解剖学的構造体の表面推定を表す改良された三次元シェル３ＤＳを計算するように構成される。ここで、三次元シェル３ＤＳの改良バージョンは、関心ある解剖学的構造体の更新された表面推定を表す。

【0038】

図６は、三次元シェル３ＤＳを関心ある解剖学的構造体の推定される外周Ｐに近似する三角形メッシュＭの例を示す。三角形メッシュ構造Ｍは、メッシュ構造Ｍのいくつかの三角形がそれぞれ出会う頂点ｖの組を含む。このタイプの三角形メッシュ表現は、データの効率的なグラフィカル処理及び視覚化を可能にするので有益である。

【0039】

ここで図４及び図５を参照して、どのように処理ユニット１４０が本発明の一実施形態に係る三角形メッシュ構造Ｍの第１反復を生成するように構成されるかを説明する。図４は、第１の画像スライスにより定義される第１の平面ＰＥ１を例示する。図４はまた、三次元シェル３ＤＳと第１の平面ＰＥ１との第１の交線ＭＰＥ１を示す。三次元シェル３ＤＳは三次元凸包に基づいているので、第１の交線ＭＰＥ１のアウトラインは、同様に全体として凸形の形状を有する。そのうえ、少なくとも最初に、第１の交線ＭＰＥ１は第１のエッジＥ１の外側にある。

【0040】

三角形メッシュ構造Ｍの第１反復は、第１の交線ＭＰＥ１及び第１の平面ＰＥ１の解析に関係する。第１反復はまた、三次元シェル３ＤＳと第２の画像スライスにより定義される第２の平面との第２の交線の解析に関係する。

【0041】

解析は、次に、以下のステップを含む。第１の交線ＭＰＥ１の一部をなす三角形メッシュ構造Ｍの各三角形Ｔｎに関して、処理ユニット１４０は、三角形Ｔｎに対して垂直な投影面の方向ｎに沿って第１のエッジＥ１上の画像点ＩＰ１をサーチするように構成される。画像点ＩＰ１は、交線ＭＰＥ１からのサーチ範囲ＳＲ内に存在するはずである。サーチ範囲ＳＲは、好ましくは、関心ある解剖学的構造体の特徴に基づいて定義されるパラメータである。通常、比較的小さい構造体及び／又は複雑な表面を有する構造体に関して、サーチ範囲ＳＲは比較的短く、逆に、比較的大きい構造体及び／又は複雑さが低い表面を有する構造体に関して、サーチ範囲ＳＲは比較的長い。いずれにしても、このような画像点ＩＰ１が見つかる場合、処理ユニット１４０は、見つけた画像点の画像特徴ＩＰ１を三角形Ｔｎに割り当てるように構成される。

【0042】

同様に、これはどの図にも例示されていないが、第２の交線の一部をなす三角形メッシュ構造Ｍの三角形に関して、処理ユニット１４０は、前記三角形に対して垂直な投影面の方向に沿って第２のエッジＥ２上の画像点をサーチするように構成される。また、画像点は、交線からのサーチ範囲内に存在するはずであり、このような画像点が見つかる場合、処理ユニット１４０は、見つけた画像点の画像特徴を三角形メッシュ構造Ｍの三角形に割り当てるように構成される。

【0043】

最後に、三角形メッシュ構造Ｍの第１反復において、第１又は第２の交線のいずれの一部もなさない三角形メッシュ構造Ｍの三角形は、交線の一部をなす三角形Ｔｎの画像特徴間の加重平均として導出されるそれぞれの画像特徴を割り当てられる。

【0044】

次いで、メッシュ構造Ｍは、第１のエッジＥ１及び第２のエッジＥ２のそれぞれ並びにソースデータＳＤと離散数のステップで一致するように連続的に適応される。ここで、現在の近似表面が、適応のための拘束表面として用いられる。好ましくは、処理ユニット１４０は、三角形メッシュ構造Ｍの第１反復及び第１反復に続いて生成される任意の先行する反復に基づいて、第１反復に加えて三角形メッシュ構造Ｍの少なくとも１つのさらなる反復を生成するように構成される。ここで、少なくとも１つのさらなる反復のそれぞれは、三角形Ｔｎに割り当てられた画像特徴及びソースデータＳＤに関する推定される外周Ｐと三角形メッシュ構造Ｍの頂点ｖとの間の全距離測度に関する第１反復に対する改良である、推定される外周Ｐの近似を表す。図７は、三角形メッシュＭ及び推定される外周Ｐに関連してこの距離測度を概略的に示す。

【0045】

処理ユニット１４０は、コンピュータプログラムを実行することにより上記の手順を行うように構成されれば一般に有利である。したがって、処理ユニット１４０は、好ましくは、コンピュータプログラム製品を記憶するメモリユニットに通信可能に接続され、コンピュータプログラム製品は、処理ユニット１４０により実行可能な命令を含み、それにより、処理ユニット１４０は、コンピュータプログラム製品が処理ユニット１４０上で実行されるときに前述のアクションを実行するように動作可能である。

【0046】

要約するために、図８での流れ図を参照しながら、ここで、三次元医用画像データを輪郭描出するための本発明に係る一般的方法を説明する。

【0047】

最初のステップ８１０において、関心ある解剖学的構造体、並びに、関心ある解剖学的構造体に隣接する組織の３Ｄ画像を表す、ソースデータが受信される。

【0048】

次いで、ステップ８２０において、ソースデータの第１のサブセットが選択され、グラフィカルディスプレイ上に提示される。ソースデータの第１のサブセットは、ソースデータの第１の二次元グラフィック表現を定義し、第１のサブセットは、ソースデータにおいて第１の配向を有する、関心ある解剖学的構造体を通る第１の画像スライスにおいて構成される。

【0049】

その後、ステップ８３０で、命令の第１のセットが受信されているかをチェックする。好ましくは、命令の第１のセットは、ユーザにより例えばコンピュータマウスを介して入力される手動コマンドに応答して生成される。このような命令の第１のセットが受信されている場合、手順はステップ８４０へ続く。そうでなければ、手順はループバックし、ステップ８３０にとどまる。

【0050】

ステップ８４０において、命令の第１のセットに応答して第１の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第１のエッジが識別される。好ましくは、第１のエッジを例示するグラフィックスも、ユーザへのフィードバックとしてグラフィカルディスプレイ上に提示される。

【0051】

次いで、ステップ８５０において、ソースデータの第２のサブセットが選択され、グラフィカルディスプレイ上に提示される。ソースデータの第２のサブセットは、ソースデータの第２の二次元グラフィック表現を定義し、第２のサブセットは、関心ある解剖学的構造体を通る第２の画像スライスにおいて構成される。第２の画像スライスは、ソースデータにおいて第２の配向を有し、第２の配向は第１の配向とは異なる。

【0052】

その後、ステップ８６０で、命令の第２のセットが受信されているかをチェックする。上記と同様に、命令の第２のセットは、好ましくは、ユーザにより例えばコンピュータマウスを介して入力される手動コマンドに応答して生成される。このような命令の第２のセットが受信されている場合、手順はステップ８７０へ続く。そうでなければ、手順はループバックし、ステップ８６０にとどまる。

【0053】

ステップ８７０において、命令の第２のセットに応答して第２の画像スライスにおける関心ある解剖学的構造体の第２のエッジが識別される。

【0054】

その後、ステップ８８０において、第１及び第２のエッジとソースデータに基づいて、三次元シェルが計算される。三次元シェルは、関心ある解剖学的構造体の境界面の近似を表し、したがって、三次元シェルは反復的に計算される。

【0055】

上記の図８を参照して説明したプロセスステップ並びにステップの任意のサブシーケンスのすべては、プログラムされたプロセッサによって制御され得る。そのうえ、図面を参照して前述した本発明の実施形態は、プロセッサと、少なくとも１つのプロセッサにおいて行われるプロセスを含むが、本発明は、コンピュータプログラム、特に、本発明を実施するように適応されるキャリア上又は内のコンピュータプログラムにも拡張される。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及びオブジェクトコードの中間コード、又は本発明に係るプロセスの実装に用いるのに適した任意の他の形態などの形態であり得る。プログラムは、オペレーティングシステムの一部、又は別個のアプリケーションであり得る。キャリアは、プログラムを搭載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（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ／Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、又は半導体ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体、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を含み得る。さらに、キャリアは、電気ケーブル又は光ケーブルを介して若しくは無線又は他の手段により伝達され得る電気信号又は光信号などの伝送可能な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り直接伝達され得る信号で具体化されるとき、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り構成され得る。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行う又は行う際に用いるように適応される。

【0056】

本明細書で用いられるときの「備える、含む」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、該用語は、１つ以上の付加的な特徴、整数、ステップ、又はコンポーネント、又はその群の存在又は追加を除外しない。

【0057】

本発明は、図面で説明した実施形態に限定されず、請求項の範囲内で自由に変更され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-5】

【図6】

【図7】

【図8】