図面 (/)

技術 呼吸運動推定の自動点別検証

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 カブススヴェンクリンデルトビアスロレンツクリスティアン
出願日 2011年7月5日 (9年7ヶ月経過) 出願番号 2013-517660
公開日 2013年8月1日 (7年6ヶ月経過) 公開番号 2013-530768
状態 特許登録済
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード 実数変数 場所依存 変形ベクトル 双曲線関数 医療的応用 弾性変換 運動補正 画像取得ユニット
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年8月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題・解決手段

運動推定を検証するシステムは、運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ユニット110と、複数の場所において局所体積変化の計量を計算する計量ユニット120と、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ユニット130とを有する。前記適合度の値に基づいて、前記運動を推定するDFVが検証される。実験は、前記複数の場所における局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づく前記適合度が、必ずしも、より正確な位置合わせを提供するために外的な力に対する大きな重みを支持するわけではないことを示す。この観察に対する1つの理由は、より正確な位置調整を提供する大きな変形が、しばしば、不合理に大きな体積変化に帰着する変形を引き起こすことでありうる。このような変形を有するDVFは、本発明のシステムにより放棄される可能性が高い。

概要

背景

医用画像において身体運動補正することは、必然であり、この分野において既に不可欠になっている。剛体又はアフィン変換による運動補正は、少数の臨床標的応用(例えば、脳に対する患者位置の応用)に対してのみ適しているので、非剛体又は弾性変換による運動補正が、最先端になっている。弾性変換の有用性に対する顕著な例は、呼吸運動である。

運動補正は、1つの画像を第2の画像によって位置調整する変形ベクトル場(DVF)を計算する少なくとも2つの画像の位置合わせを必要とする。成功する位置合わせに対する必要な基準として、残余画像(すなわち、位置調整された第1の画像及び第2の画像の減算の画像)の小ささが、使用されることができる。ずれた画像構造は、前記残余画像において残っている影として見える。しかしながら、前記残余画像は、一様な画像領域の変形に対して不変であるので、前記残余画像における構造の不在は、成功する位置合わせを保証しない。

典型的には、画像位置合わせスキームは、2種類の力、すなわち、2つの画像の差分により決定される外的な力、及び物理モデルにより決定される内的な力をバランスすることを目的とする。結果的に、これら2つの力をバランスするのに重み係数が導入される。一般に、前記外的な力に対する大きな重みの印加が、小さな残余画像を生じやすい。不幸なことに、これは、しばしば、前記DVFに不正確な変形、折り返し(folding)までも導入する。したがって、検証に残余画像を使用して、DVFは、しばしば、前記DVFの誤った決定を引き起こしうる。

概要

運動推定を検証するシステムは、運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ユニット110と、複数の場所において局所体積変化の計量を計算する計量ユニット120と、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ユニット130とを有する。前記適合度の値に基づいて、前記運動を推定するDFVが検証される。実験は、前記複数の場所における局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づく前記適合度が、必ずしも、より正確な位置合わせを提供するために外的な力に対する大きな重みを支持するわけではないことを示す。この観察に対する1つの理由は、より正確な位置調整を提供する大きな変形が、しばしば、不合理に大きな体積変化に帰着する変形を引き起こすことでありうる。このような変形を有するDVFは、本発明のシステムにより放棄される可能性が高い。

目的

典型的には、画像位置合わせスキームは、2種類の力、すなわち、2つの画像の差分により決定される外的な力、及び物理モデルにより決定される内的な力をバランスすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

運動推定を検証するシステムにおいて、運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ユニットと、複数の場所において局所体積変化の計量を計算する計量ユニットと、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ユニットと、を有するシステム。

請求項2

前記局所的体積変化の計量が、ヤコビアン計量に基づく、請求項1に記載のシステム。

請求項3

前記計量ユニットが、前記第1及び第2の画像に基づいて、前記複数の場所における前記局所的体積変化の画像強度ベースの計量を計算し、前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の前記局所的性質が、前記計算された画像強度ベースの計量である、請求項2に記載のシステム。

請求項4

前記適合度が、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の前記局所的性質に基づいて、前記複数の場所において計算され、これにより適合性マップになる、請求項1に記載のシステム。

請求項5

前記局所的性質が、前記第1の画像の強度であり、前記適合性ユニットが、前記複数の場所の各場所において近傍を決定し、前記適合度が、前記決定された近傍内の各位置における前記局所的体積変化の計量及び前記第1の画像の強度の対応する値の結合分布双曲線関数フィッティングすることにより計算される相関係数に基づいて、前記複数の場所の各場所において計算される、請求項4に記載のシステム。

請求項6

前記適合性マップにおけるピークを検出するピークユニットを有する、請求項4に記載のシステム。

請求項7

前記第1又は第2の画像の上に重ねられた前記適合性マップにおける前記検出されたピークを表示するディスプレイを有する、請求項6に記載のシステム。

請求項8

前記場ユニットが、前記第2の画像に対する前記第1の画像の弾性位置合わせを使用して、前記変形ベクトル場を計算する、請求項1に記載のシステム。

請求項9

前記計算された適合度に基づいて、前記変形ベクトル場を更新する更新ユニットを有する、請求項1に記載のシステム。

請求項10

呼吸運動推定を検証するための請求項1ないし9のいずれか一項に記載のシステムの使用方法

請求項11

請求項1ないし9のいずれか一項に記載のシステムを有するワークステーション

請求項12

請求項1ないし9のいずれか一項に記載のシステムを有する画像取得装置

請求項13

運動推定を検証する方法において、運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ステップと、複数の場所において局所的体積変化の計量を計算する計量ステップと、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ステップと、を有する方法。

請求項14

請求項13に記載の方法をプロセッサに実行させるコンピュータプログラム

技術分野

0001

本発明は、広くは、運動が前記運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換する変形ベクトル場により推定される、運動推定の自動点別検証(automatic point-wise validation)に関する。本発明は、具体的には、CT画像に基づく呼吸運動推定の自動点別検証に関する。

背景技術

0002

医用画像において身体運動補正することは、必然であり、この分野において既に不可欠になっている。剛体又はアフィン変換による運動補正は、少数の臨床標的応用(例えば、脳に対する患者位置の応用)に対してのみ適しているので、非剛体又は弾性変換による運動補正が、最先端になっている。弾性変換の有用性に対する顕著な例は、呼吸運動である。

0003

運動補正は、1つの画像を第2の画像によって位置調整する変形ベクトル場(DVF)を計算する少なくとも2つの画像の位置合わせを必要とする。成功する位置合わせに対する必要な基準として、残余画像(すなわち、位置調整された第1の画像及び第2の画像の減算の画像)の小ささが、使用されることができる。ずれた画像構造は、前記残余画像において残っている影として見える。しかしながら、前記残余画像は、一様な画像領域の変形に対して不変であるので、前記残余画像における構造の不在は、成功する位置合わせを保証しない。

0004

典型的には、画像位置合わせスキームは、2種類の力、すなわち、2つの画像の差分により決定される外的な力、及び物理モデルにより決定される内的な力をバランスすることを目的とする。結果的に、これら2つの力をバランスするのに重み係数が導入される。一般に、前記外的な力に対する大きな重みの印加が、小さな残余画像を生じやすい。不幸なことに、これは、しばしば、前記DVFに不正確な変形、折り返し(folding)までも導入する。したがって、検証に残余画像を使用して、DVFは、しばしば、前記DVFの誤った決定を引き起こしうる。

発明が解決しようとする課題

0005

誤って推定されたDVFの肯定検証の可能性を減少させる検証スキームを提供することは、有用である。

課題を解決するための手段

0006

したがって、第1の態様において、本発明は、運動推定を検証するシステムであって、
‐運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ユニットと、
‐複数の場所において局所体積変化の計量(metric)を計算する計量ユニットと、
‐前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて適合性を計算する適合性ユニットと、
を有するシステムを提供する。

0007

前記適合性の尺度の値に基づいて、前記運動を推定するDFVが、検証される。実験は、複数の場所における局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の前記局所的性質に基づく前記適合度は、必ずしも、より正確な位置合わせを提供するために前記外的な力に対する大きな重みを支持するわけではない。この観察に対する1つの理由は、より正確な位置調整を提供する大きな変形が、しばしば、不合理に大きな体積変化を生じる変形を引き起こすことでありうる。このような変形を有するDVFは、したがって、本発明のシステムにより放棄される可能性が高い。

0008

前記システムの一実施例において、前記局所的体積変化の計量は、ヤコビアン計量(Jacobian metric)に基づく。

0009

前記システムの一実施例において、前記計量ユニットは、前記第1及び第2の画像に基づいて、前記複数の場所における前記局所的体積変化の画像強度ベースの計量を計算し、前記複数の場所において規定される前記第1又は第2の画像の前記局所的性質は、前記計算された画像強度ベースの計量である。CT画像において、強度は、ハウンスフィールド単位(HU)で測定される。前記適合性ユニットは、局所的体積変化の2つの計量、すなわち、画像強度ベースの計量及び、例えば、ヤコビアン計量に基づいて前記適合度を計算する。

0010

前記システムの一実施例において、前記適合度は、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の前記局所的性質に基づいて、前記複数の場所において計算され、これにより適合性マップになる。例えば、前記局所的体積変化の前記計量は、ヤコビアン計量であることができ、前記局所的性質は、画像強度ベースの計量であることができ、前記複数の場所の各場所において、前記適合度は、前記場所における前記ヤコビアン計量及び前記強度計量の差の絶対値であることができる。前記適合性マップは、前記複数の場所において、前記運動推定を局所的に検証することを可能にする。

0011

前記システムの一実施例において、前記局所的性質は、前記第1の画像の強度であり、前記適合性ユニットは、前記複数の場所の各場所において近傍を決定し、前記適合度は、前記決定された近傍における各位置における前記第1の画像強度及び前記局所的体積変化の計量の対応する値の結合分布双曲線関数フィッティングすることにより計算される相関係数に基づいて、前記複数の場所の各場所において計算される。この実施例の動作は、例えばCT画像におけるHU単位で測定される低/高画像強度が、低/高組織密度にそれぞれ対応するという事実により説明されることができる。低い組織密度は、高い組織圧縮率帰着し、高い組織密度は、低い組織圧縮率に帰着する。

0012

一実施例において、前記システムは、前記適合性マップにおけるピークを検出するピークユニットを有する。前記適合性マップにおける前記検出されたピークの場所は、前記DVFにおける誤りの可能性、すなわち前記第1及び第2の画像の誤った位置合わせの場所を示すように、ユーザに通信されうる。前記適合性マップにおける前記検出されたピークは、前記第1又は第2の画像の上に重ねられ、前記第1又は第2の画像とともに表示されうる。

0013

前記システムの一実施例において、前記場ユニットは、前記第2の画像に対する前記第1の画像の弾性位置合わせを使用して、前記変形ベクトル場を計算する。

0014

一実施例において、前記システムは、前記計算された適合度に基づいて、前記変形ベクトル場を更新する更新ユニットを有する。前記適合度は、前記変形ベクトル場を更新する唯一の入力として、又は前記変形ベクトル場を更新する他の入力に加えて使用されることができる。例えば、前記弾性画像位置合わせを決定する前記内的及び外的な力の重みは、場所依存であることができ、前記適合性マップにおける前記検出されたピークの場所を考慮に入れることができる。

0015

一実施例において、前記システムは、呼吸運動推定を検証するのに使用される。他の可能な使用は、心臓収縮及び拡張並びに腫瘍成長又は回復を含むが、これらに限定されない。

0016

本発明の第2の態様において、本発明による前記システムを有するワークステーションが提供される。
本発明の第3の態様において、本発明による前記システムを有する画像取得装置が提供される。

0017

本発明の第4の態様において、運動推定を検証する方法が提供され、前記方法は、
‐運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ステップと、
‐複数の場所において局所的体積変化の計量を計算する計量ステップと、
‐前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ステップと、
を有する。

0018

本発明の第5の態様において、本発明による方法をプロセッサに実行させるコンピュータプログラムが提供される。

0019

本発明は、従属請求項に規定される実施例を参照して説明される独立請求項により規定される。

0020

本発明の2以上の上述の実施例、実施形態、及び/又は態様が、有用であると思われる如何なる形でも組み合わせられることができることは、当業者により理解される。

0021

前記システム又は前記方法の説明された修正例及び変形例に対応する前記システム、前記方法、前記画像取得装置、前記ワークステーション、及び/又は前記コンピュータプログラムの修正例及び変形例が、この説明に基づいて当業者により実行されることができる。

0022

当業者は、請求された発明における画像データセットが、これらに限定されないが、X線撮像コンピュータ断層撮影(CT)、磁気共鳴撮像MRI)、超音波(US)、陽電子放出断層撮影(PET)、単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)、及び核医学(NM)のような様々な取得モダリティにより取得された2次元(2D)、3次元(3D)又は4次元(4D)画像データセットでありうると理解する。

0023

本発明のこれら及び他の態様は、図面を参照して説明及び記載される。

図面の簡単な説明

0024

前記システムの典型的な実施例のブロック図を示す。
CT実質ファントムの典型的なスライスを示す。
肺実質ファントムの圧縮の後のヤコビアン計量を示す。
典型的な適合性マップを示す。
CTスライス上に重ねられた適合性マップを示す。
図2Aに示されるボクセルの近傍において計算された、局所的体積変化及び対応する画像強度の典型的な散布図を示す。
本発明による方法のフロー図を示す。
画像取得装置の典型的な実施例を概略的に示す。
ワークステーションの典型的な実施例を概略的に示す。

実施例

0025

同一の参照番号は、図面を通して同様の部分を示すのに使用される。

0026

図1は、運動推定を検証するシステム100の典型的な実施例のブロック図を示し、前記システムは、
‐運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ユニット110と、
‐複数の場所において局所的体積変化の計量を計算する計量ユニット120と、
‐前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ユニット130と、
を有する。

0027

システム100の典型的な実施例は、
‐前記適合性マップにおけるピークを検出するピークユニット140と、
‐前記計算された適合度に基づいて、前記変形ベクトル場を更新する更新ユニット150と、
‐システム100の動作を制御する制御ユニット160と、
‐システム100とユーザとの間の情報伝達に対するユーザインタフェース165と、
‐データを記憶するメモリユニット170と、
を有する。

0028

システム100の一実施例において、受信データに対して3つの入力コネクタ181、182及び183が存在する。第1の入力コネクタ181は、これらに限定されないが、ハードディスク磁気テープフラッシュメモリ、又は光ディスクのようなデータ記憶手段から入って来るデータを受信する。第2の入力コネクタ182は、これらに限定されないが、マウス又はタッチスクリーンのようなユーザ入力デバイスから入って来るデータを受信する。第3の入力コネクタ183は、キーボードのようなユーザ入力デバイスから入って来るデータを受信する。入力コネクタ181、182及び183は、入力制御ユニット180に接続される。

0029

システム100の一実施例において、発信データに対して2つの出力コネクタ191及び192が存在する。第1の出力コネクタ191は、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、又は光ディスクのようなデータ記憶手段にデータを出力する。第2の出力コネクタ192は、表示装置にデータを出力する。出力コネクタ191及び192は、出力制御ユニット190を介してそれぞれのデータを受信する。

0030

当業者は、入力デバイスを入力コネクタ181、182及び183に接続し、出力デバイスをシステム100の出力コネクタ191及び192に接続する多くの方法が存在することを理解する。これらの方法は、これらに限定されないが、有線及び無線接続ローカルエリアネットワーク(LAN)及びワイドエリアネットワークWAN)、インターネットデジタル電話ネットワーク及びアナログ電話ネットワークのようなデジタルネットワークを有する。

0031

システム100の一実施例において、システム100は、メモリユニット170を有する。システム100は、入力コネクタ181、182、及び183のいずれかを介して外部装置から入力データを受信し、前記受信された入力データをメモリユニット170に記憶する。前記入力データをメモリユニット170にロードすることは、システム100の前記ユニットによる関連するデータ部分に対する迅速なアクセスを可能にする。前記入力データは、例えば、前記第1及び第2の画像を有する。メモリユニット170は、CPUのレジスタファイルキャッシュメモリランダムアクセスメモリ(RAM)チップ読み出し専用メモリ(ROM)チップ、及び/又はハードディスクドライブ及びハードディスクのような装置により実施されうる。メモリユニット170は、前記出力データを記憶することができる。前記出力データは、例えば、前記適合性マップ、オプションとして前記第1の画像の上に重ねられたものを有する。メモリユニット170は、メモリバス175を介して、場ユニット110、計量ユニット120、適合性ユニット130、ピークユニット140、更新ユニット150、制御ユニット160、及びユーザインタフェース165を有するシステム100のユニットからデータを受信する及び/又はデータを送ることもできる。メモリユニット170は、出力コネクタ191及び192のいずれかを介して外部装置に対して前記出力データを利用可能にする。メモリユニット170においてシステム100の前記ユニットからのデータを記憶することは、システム100の前記ユニットの性能及びシステム100の前記ユニットから外部装置への前記出力データの転送レートを有利に改良することができる。

0032

システム100の一実施例において、システム100は、システム100を制御する制御ユニット160を有する。制御ユニット160は、システム100の前記ユニットから制御データを受信し、制御データを提供することができる。例えば、複数の場所において局所的体積変化の計量を計算した後に、計量ユニット120は、制御データ"局所的体積変化が計算された"を制御ユニット160に提供することができ、制御ユニット160は、制御データ"適合性マップを計算"を適合性ユニット130に提供することができる。代替的には、制御機能は、システム100の他のユニットに実装されてもよい。

0033

システム100の一実施例において、システム100は、ユーザとシステム100との間の情報伝達に対するユーザインタフェース165を有する。ユーザインタフェース165は、前記複数の場所において前記適合度を計算する適合性ユニット130による使用に対して前記第1又は第2の画像の前記局所的性質を選択するユーザ入力を受信することができる。次に、前記ユーザインタフェースは、前記適合性マップ、オプションとして前記第1又は第2の画像の上に重ねられたものを表示することができる。当業者は、より多くの機能が、システム100のユーザインタフェース165において有利に実施されることができると理解する。

0034

本発明の前記システムは、ここで、肺変形ベクトル場に基づく、CT肺位置合わせの検証に関して説明される。当業者は、本発明が、他の運動を検証するのにも有用でありうる及び/又は取得方法がCTに限定されないと理解する。以下の実施例は、本発明を説明するが、請求項の範囲を限定すると解釈されるべきではない。

0035

一実施例において、本発明のシステム100の場ユニット110は、呼吸運動の2つの相において取得された2つのCTスキャン、第1及び第2の画像に基づいて肺の呼吸運動を推定する変形ベクトル場を計算する。前記DVFは、前記2つのCTスキャンの弾性位置合わせを使用して計算される。前記弾性位置合わせは、前記第1の画像を前記第2の画像の上に変換する。適切な弾性画像位置合わせスキームは、例えば、Modersitzki, J.: Numerical Methodsfor Image Registration. Oxford University Press, 2004に記載されている。

0036

次に、計量ユニット120は、以下の仕方で、ヤコビアン計量を使用して、複数の場所において局所的体積変化の計量を計算する。肺における前記局所的体積変化は、局所的な肺換気としても知られている。uが前記第2の画像に対する前記第1の画像のDVFマッピングを示すとする。各ボクセル位置xに対して、局所的体積変化M1(x)は、
M1(x)=det(J(x+u(x))-1
により与えられ、ここでJはヤコビアン行列を示し、detは行列式を示す。

0037

ヤコビアン計量計算と同時に、前に、又は後に、適合性ユニット130は、前記第1又は第2の画像の局所的性質を計算する。この局所的性質は、画像強度ベースの計量であり、より具体的には、以下の仕方で、Guerrero, T., Sanders, K., Castillo, E., Zhang, Y., Bidaut, L., Pan, T., Komaki, R.: Dynamic ventilation imaging from four-dimensional computed tomography. Phys Med Biol 51(4) (2006) 777-91によって計算される局所的体積変化のいわゆるHU計量である。再び、uが前記第2の画像に対する前記第1の画像のDVFマッピングを示し、I1(x), I2(x)が、それぞれ、ボクセル位置xにおける前記第1及び第2の画像のハウンスフィールド単位の強度値を示すとする。HU計量M2(x)は、
M2(x)=1000*(I2(x+u(x))-I1(x))/(I1(x)*I2(x+u(x))+1000)
として定義される。M2(x)は、2つの画像の対応する解剖学的位置密度の相対的な変化として解釈されることができる。これの分子は、残余画像と同一である。

0038

選択されたスキャナプロトコル又は他の環境に依存して、水及び空気に対する較正値は、異なりうる。例えば、−1000HUの典型的な値の代わりに、−1024HUの較正値が、空気に対して使用されうる。前記較正値が変更される場合、M2(x)に対する式は、それに応じて更新されなければならない。

0039

M1(x)及びM2(x)を計算した後に、適合性ユニット130は、第1の画像空間における各位置xにおける適合性マップC(x)=f(M1(x), M2(x))の値を計算し、ここでfは2つの実数変数の適切な関数である。一実施例において、前記適合性マップは、M1(x)及びM2(x)の絶対差、すなわち、C(x)=|M1(x)-M2(x)|である。

0040

前記適合性マップを計算した後に、ピークユニット140は、適合性マップCにおける局所的なピークxPを検出する。オプションとして、検出されたピーク位置xP又はxP+u(xP)は、それぞれ、前記第1の画像又は前記第2の画像の上に重ねられ、医師に対して表示される。

0041

図2Aは、CT肺実質ファントムのスライスを示す典型的な第1の画像を示す。前記肺実質ファントムは、5ないし23%だけ圧縮された。図2Bは、前記肺実質ファントムの圧縮後のヤコビアン計量を示す。図2Bにおいて、明るい領域は、体積保存を示し、暗い領域は、局所的な収縮又は拡張を示す。局所的な収縮又は拡張は、色分けを使用して差別化されることができる。図2Cは、前記肺実質ファントムを示す前記第1の画像(図2A)及び前記圧縮された肺実質ファントムを有する前記第2の画像(図示されない)に基づいて計算された適合性マップを示す。前記適合性マップは、"ホットスポット"20、すなわち前記DVFの局所的な障害(disturbance)を示す。図2Dにおいて、ホットスポット20を含む前記適合性マップは、前記第1の画像の上に重ねられる。

0042

前記システムの一実施例において、前記適合性マップは、局所的体積変化のヤコビアン計量M1(x)及び前記第1の画像の強度I1(x)に基づいて計算される。このために、各ボクセルxに対して、近傍N(x)が選択される。各ボクセルy∈N(x)に対して、M1(y)及びI1(y)が得られる。(M1(y), I1(y))の散布図により図で表される、M1(y)及びI1(y)の結合分布は、双曲線関数M1(y)=1/(a+b*I1(y))によりモデル化され、ここでa及びbは前記双曲線関数のパラメータである。相関係数(すなわちいわゆるr2値)は、xにおける前記適合性マップの値である。

0043

(M1(y), I1(y))の散布図により図で表される、M1(y)及びI1(y)の結合分布が、双曲線関数M1(y)=1/(a+b*I1(y))によりモデル化されることができる理由は、M1(y)及びI1(y)の値が、反比例するように見える、すなわち、主に肺胞を有する肺領域から生じる低組織密度が、より高い体積変化を受け、すなわち、より高い変形性、特に圧縮性を示し、気管支樹の主要部及び/又は軟骨からなる構造を有する肺領域から生じる高組織密度が、限定的な体積変化を受け、すなわち限定的な変形性、特に圧縮性を示すからである。

0044

図3は、前記CT肺実質ファントムのスライスを示す典型的な第1の画像(図2A)及び5ないし23%だけ圧縮された前記肺実質ファントムの第2の画像に基づいて、ボクセルxの近傍N(x)において計算された典型的な散布図(M1(y), I1(y))を示す。低いハウンスフィールド値を持つボクセルが、高いハウンスフィールド値を持つボクセルより変形しやすいことがわかる。0の体積変化が、体積保存に対応し、例えば−0.5の体積変化が、2の倍数による体積収縮に対応することに注意する。

0045

一実施例において、システム100は、前記計算された適合度に基づいて、前記変形ベクトル場を更新する更新ユニット150を有する。前記適合度が、条件を満たさない場合、例えば、差C(x)=|M1(x)-M2(x)|が、いくつかのボクセルxにおいて閾値より大きい場合に、更新ユニット150は、この事実を検出し、目的関数を最小化するために前記DVFを修正する。前記目的関数は、例えば、適合度C(x)の最大値及び残余画像R(x)=I2(x+u(x))-I1(x)の最大値の重みづけされた和であることができる。当業者は、これらに限定されないが、勾配降下法、共役勾配法シンプレックス法及び焼きなまし法を含む多くの適切な最小化技術を知っている。

0046

当業者は、システム100が、医師の仕事の多くの態様において前記医師を支援する有益なツールでありうると理解する。さらに、前記システムの実施例が、前記システムの医療的応用を使用して説明されているが、前記システムの非医療的応用も考えられる。

0047

当業者は、システム100の他の実施例も可能であると理解する。特に、前記システムの前記ユニットを再定義し、これらの機能を再分配することが可能である。説明された実施例が、医用画像に適用されるが、医療的応用に関連しない前記システムの他の応用も可能である。

0048

システム100の前記ユニットは、プロセッサを使用して実施されてもよい。通常、これらの機能は、ソフトウェアプログラムの制御下で実行される。実行中に、前記ソフトウェアプログラムは、通常、RAMのようなメモリにロードされ、そこから実行される。前記プログラムは、ROM、ハードディスク又は磁気及び/又は光学記憶装置のような背景メモリからロードされてもよく、又はインターネットのようなネットワークを介してロードされてもよい。オプションとして、アプリケーション特有集積回路が、説明された機能を提供してもよい。

0049

運動推定を検証する方法Mの典型的なフローチャートが、図4に概略的に示される。方法Mは、運動の第1の相における第1の画像を前記運動の第2の相における第2の画像に変換することにより前記運動を推定する変形ベクトル場を得る場ステップS10で開始する。場ステップS10の後に、方法Mは、複数の場所において局所的体積変化の計量を計算する計量ステップS20に続く。計量ステップS20の後に、方法Mは、前記複数の場所における前記局所的体積変化の前記計算された計量及び前記複数の場所において規定された前記第1又は第2の画像の局所的性質に基づいて、適合度を計算する適合性ステップS30に続く。オプションとして、適合性ステップS30の後に、方法Mは、前記適合性マップにおいてピークを検出するピークステップS40に続く。前記検出されたピークは、表示ステップS45において表示される。適合性ステップS30の後に、又はオプションとして、適合性ステップS40及び表示ステップS45の後に、方法Mは、終了する。

0050

当業者は、本発明により意図される概念から逸脱することなしに、いくつかのステップの順序を変更する又はスレッドモデルマルチプロセッサシステム又は複数のプロセスを使用していくつかのステップを同時に実行することができる。オプションとして、方法Mの2以上のステップは、1つのステップに結合されてもよい。

0051

図5は、本発明のシステム100を採用する画像取得装置500の典型的な実施例を概略的に示し、前記画像取得装置500は、システム100との内部接続を介して接続された画像取得ユニット510と、入力コネクタ501と、出力コネクタ502とを有する。この構成は、画像取得装置500の性能を有利に増大し、前記画像取得装置500にシステム100の有利な性能を提供する。

0052

図6は、ワークステーション600の典型的な実施例を概略的に示す。前記ワークステーションは、システムバス601を有する。プロセッサ610、メモリ620、ディスク入出力(I/O)アダプタ630及びユーザインタフェース(UI)640は、システムバス610に動作可能に接続される。ディスク記憶装置631は、ディスクI/Oアダプタ630に動作可能に結合される。キーボード641、マウス642及びディスプレイ643は、UI640に動作可能に結合される。コンピュータプログラムとして実施される本発明のシステム100は、ディスク記憶装置631に記憶される。ワークステーション600は、前記プログラム及び入力データをメモリ620にロードし、プロセッサ610において前記プログラムを実行する。前記ユーザは、キーボード641及び/又はマウス642を使用してワークステーションに情報を入力することができる。前記ワークステーションは、表示装置643及び/又はディスク631に情報を出力する。当業者は、当技術分野において既知であるワークステーション600の多くの他の実施例が存在し、この実施例が、本発明を説明する目的を果たすが、本発明をこの特定の実施例に限定すると解釈されるべきでないと理解する。

0053

上述の実施例が、本発明を限定するのではなく説明し、当業者が、添付の請求項の範囲から逸脱することなしに代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された参照符号は、前記請求項を限定すると解釈されるべきでない。単語"有する"は、請求項又は説明に列挙されていない要素またはステップの存在を除外しない。要素に先行する単語"1つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及びプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。複数のユニットを列挙するシステム請求項において、これらのユニットのいくつかは、同一のハードウェア又はソフトウェアにより実施されることができる。第1の、第2の、第3の等の単語の使用は、順序を示さない。これらの単語は、名称として解釈されるべきである。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ