(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の画像と第二の画像とを互いにレジストレーションするイメージレジストレーション装置であって、
第一のオブジェクトの第一の画像と第二のオブジェクトの第二の画像とを供給する画像供給手段であって、前記第一のオブジェクトと前記第二のオブジェクトとは同じタイプのオブジェクトである、画像供給手段と、
前記第一のオブジェクトと前記第二のオブジェクトのモデルを供給するモデル供給手段であって、前記モデルは外側表面メッシュと、前記外側表面メッシュに結合した内側体積メッシュとを含み、前記モデルのモデルエレメントの数及びモデルエレメント間の隣接関係は固定されている、モデル供給手段と、
前記モデルを前記第一の画像に適合させて第一の適合されたモデルを生成し、前記モデルを前記第二の画像に適合して第二の適合されたモデルを生成する適合手段であって、前記内側体積メッシュは内部エネルギーに基づき適合され、前記適合手段は、形状モデルであって前記外側表面メッシュにより課せられる境界条件下で適合されるモデルとレジストレーションされ、オブジェクトの内側構造の形状を表す形状モデルと、適合された内側体積メッシュとの間のずれを決定することで前記内部エネルギーを決定する適合手段と、
前記第一の適合されたモデルに関する前記第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、前記第二の適合されたモデルに関する前記第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて、前記第一の画像と前記第二の画像とにおける対応するイメージエレメントを決定する対応イメージエレメント決定手段と、
を備えるイメージレジストレーション装置。
【請求項２】
前記モデルは、第一の構造と、前記第一の構造に結合される第二の構造を有する、
請求項１記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項３】
前記第一の構造は、外側表面構造であり、前記第二の構造は、内側構造である、
請求項２記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項４】
前記外側表面構造は、外側表面メッシュである、
請求項３記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項５】
前記内側構造は、体積メッシュである、
請求項３記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項６】
前記適合手段は、前記第一の構造を前記第一のオブジェクトに適合させ、境界条件として前記適合された第一の構造を使用して前記第二の構造を適合させることで、前記第一の適合されたモデルを生成し、前記第一の構造を前記第二のオブジェクトに適合させ、境界条件として前記適合された第一の構造を使用して前記第二の構造を適合させることで、前記第二の適合されたモデルを生成する、
請求項２記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項７】
前記適合手段は、前記第二の構造の内部エネルギーが最小化されるように前記第二の構造を適合させる、
請求項６記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項８】
前記対応イメージエレメント決定手段は、前記第一の適合されたモデルの特徴を前記第二の適合されたモデルの対応する特徴に変換する変換を決定し、決定された変換に基づいて、前記第一の画像における対応するイメージエレメントと前記第二の画像における対応するイメージエレメントとを決定する、
請求項１記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項９】
前記第一の適合されたモデルと前記第二の適合されたモデルは、モデルエレメントからそれぞれ構成され、
前記対応イメージエレメント決定手段は、
第一のイメージエレメントを含む第一のモデルエレメントであって、前記第一の適合されたモデルのモデルエレメントである第一のモデルエレメントを決定し、
前記第二の適合されたモデルのモデルエレメントである第二のモデルエレメントであって、決定された第一のモデルエレメントに対応するように決定される第二のモデルエレメントを決定し、
前記第一のモデルエレメントと前記第二のモデルエレメントとに共通する特徴に関して、前記第一のモデルエレメントにおける第一のローカル座標系と前記第二のモデルエレメントにおける第二のローカル座標系とを定義し、
前記第一の画像と前記第二の画像における共通の特徴の位置に基づいて、前記第一のローカル座標系と前記第二のローカル座標系との間の変換を決定し、
前記第一のローカル座標系における前記第一のイメージエレメントの位置を決定し、
前記第一のローカル座標系における前記第一のイメージエレメントの決定された位置及び決定された変換に依存して、前記第二のローカル座標系における、前記第一のイメージエレメントに対応する、前記第二の画像の第二のイメージエレメントの位置を決定する、
ことで、前記第一の画像の提供された第一のイメージエレメントに対応する、前記第二の画像の第二のイメージエレメントを決定する、
請求項１記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項１０】
前記供給されたモデルにおいて位置が示され、
前記対応イメージエレメント決定手段は、前記第一の適合されたモデルと前記第二の適合されたモデルとに基づいて、前記供給されたモデルにおいて示された位置に対応する、前記第一の画像における対応するイメージエレメントと前記第二の画像における対応するイメージエレメントとを決定する、
請求項１記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項１１】
前記供給されたモデルにおいて示された位置に値が割り当てられ、
前記第一の画像と前記第二の画像のイメージエレメントに前記位置に対応する前記値を割り当てる割り当て手段を更に備える、
請求項１０記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項１２】
前記対応するイメージエレメントの画像の値を処理する画像値処理手段を更に備える、
請求項１記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項１３】
前記画像値処理手段は、前記対応するイメージエレメントの前記画像の値に依存して処理された値を生成し、
前記対応イメージエレメント決定手段は、前記第一の適合されたモデルに関する前記第一のイメージエレメントと、前記第二の適合されたモデルに関する前記第二のイメージエレメントのうちの少なくとも１つの空間的な位置に依存して、前記対応するイメージエレメントに対応する、前記供給されたモデルにおける位置を決定し、
前記処理された値を前記供給されたモデルにおける決定された位置に割り当てる割り当て手段を更に備える、
請求項１２記載のイメージレジストレーション装置。
【請求項１４】
第一の画像と第二の画像とを互いにレジストレーションするイメージレジストレーション方法であって、
第一のオブジェクトの第一の画像と第二のオブジェクトの第二の画像とを供給する段階であって、前記第一のオブジェクトと前記第二のオブジェクトは同じタイプのオブジェクトからなる、段階と、
前記第一のオブジェクトと前記第二のオブジェクトのモデルを供給する段階であって、前記モデルは外側表面メッシュと、前記外側表面メッシュに結合した内側体積メッシュとを含み、前記モデルのモデルエレメントの数及びモデルエレメント間の隣接関係は固定されている、段階と、
前記モデルを前記第一の画像に適合させて第一の適合されたモデルを生成し、前記モデルを前記第二の画像に適合させて第二の適合されたモデルを生成する段階であって、前記内側体積メッシュは内部エネルギーに基づき適合され、形状モデルであって前記外側表面メッシュにより課せられる境界条件下で適合されるモデルとレジストレーションされ、オブジェクトの内側構造の形状を表す形状モデルと、適合された内側体積メッシュとの間のずれを決定することで前記内部エネルギーを決定する、段階と、
前記第一の適合されたモデルに関する前記第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、前記第二の適合されたモデルに関する前記第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて、前記第一の画像と前記第二の画像とにおける対応するイメージエレメントを決定する段階と、
を含むイメージレジストレーション方法。
【請求項１５】
第一の画像と第二の画像とを位置合わせするイメージレジストレーションコンピュータプログラムであって、
前記イメージレジストレーションコンピュータプログラムは、請求項１記載のイメージレジストレーション装置に、前記イメージレジストレーションコンピュータプログラムが前記イメージレジストレーション装置を制御するコンピュータで実行されたときに、請求項１４記載のイメージレジストレーション方法の段階を実行させるプログラムコードを含む、
イメージレジストレーションコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の画像と第二の画像とを互いに位置合わせするイメージレジストレーション装置、イメージレジストレーション方法及びイメージレジストレーションコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
J.R.Crouch等による論文“Automated  Finite-Element  Analysis  for  Deformable  Registration  of  Prostate  Images”  volume  26,  pages  1379-1390  (2007)は、前立腺画像の変形可能な位置合わせの自動化された有限エレメントの分析を開示している。ｍ−ｒｅｐモデルが使用され、６面体の有限エレメントメッシュを自動的に生成し、画像形成された患者について境界条件を自動的に計算するアルゴリズムが提示されている。
US5633951は、体積画像のうちの１つに関する弾性幾何変換（elastic  geometric  transform）を実行することで、異なる画像形成様式から及び／又は異なる時間で得られる場合があるオブジェクトの比較的変形した第一及び第二の体積画像を位置合わせする３次元画像形成方法を開示している。この方法は、第一及び第二の画像から、第一及び第二の対応する表面を抽出することを含んでおり、この表面は、骨／組織のインタフェースのような同じ特徴の輪郭を描く。これは、それぞれの表面について輪郭のスタックを抽出することで行われる。第一の表面は、グローバルトランスレーションベクトルと残差表面歪みベクトルのセットとに到達するように、第二の表面とのアライメントに向かって繰返しワープされる。体積歪みベクトルは、残差表面歪みベクトルに重み関数を適用することで決定されるものであり、その補間された強度が格子点に移動されることとなる、ボクセルの中央の第二の体積画像における位置を示すために使用される。重み付け関数は、第二の体積の弾性スティフネスを示す定数を含む。第一の表面の抽出、表面のワープ、及び体積歪みベクトルの決定ステップは、体積画像間の位置ずれの測度が予め決定された値未満になるまで、連続的な繰返しにおいて繰り返される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この位置合わせ方法の品質は、オブジェクトが複雑な特性を有する場合に低下する。  
本発明の目的は、特にオブジェクトが複雑な特性を有する場合に、位置合わせの品質を改善することができる、第一の画像と第二の画像とを互いに関して位置合わせするイメージレジストレーション装置、イメージレジストレーション方法及びイメージレジストレーションコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一の態様では、第一の画像と第二の画像とを互いに関して位置合わせするイメージレジストレーション装置が提供され、このイメージレジストレーション装置は、以下の構成を備えている。第一のオブジェクトの第一の画像と第二のオブジェクトの第二の画像とを供給する画像供給手段。第一のオブジェクトと第二のオブジェクトは、同じタイプのオブジェクトからなる。第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトのモデルを供給するモデル供給手段。モデルのモデルエレメントの数及びモデルエレメント間の隣接関係は、固定されている。モデルを第一の画像に適合させて第一の適合されたモデルを生成し、モデルを第二の画像に適合させて第二の適合されたモデルを生成する適合手段。適合手段は、供給されたモデルを第一の画像及び第二の画像に適合させるために、形状モデルを供給されたモデルと位置合わせし、形状モデルと供給されたモデルとの間のずれを決定することで内部エネルギーを決定する。第一の適合されたモデルに関する第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置、第二の適合されたモデルに関する第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置に基づいて、第一の画像及び第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する対応イメージエレメント決定手段。
【０００５】
提供されるモデルは固定されたトポロジーを有するので、対応するイメージエレメントは、第一及び第二のオブジェクトが心臓のような複雑な特性を有する場合であっても、第一の適合されたモデルに関して第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置、及び第二の適合されたモデルに関して第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置に基づいて、第一の画像及び第二の画像において比較的高い信頼性で発見することができ、これにより位置合わせの品質が改善される。
【０００６】
例えば、第一及び第二のオブジェクトが共にタイプ「心臓」である場合、左心室筋の外側では、パラメトリック空間変換によりモデル化するのが複雑である「スライドする」表面である。さらに、左心室筋の内側では、非常に高い柔軟性を有する乳頭筋であり、従って位置合わせすることが難しい。血液プールそれ自身では、組織間の解剖学的な対応関係が定義され、既知の位置合わせ方法は、例えば偶発的な造影剤の変動にそろう可能性がある。対照的に、固定されたトポロジーを有するモデルを第一及び第二の画像における第一及び第二のオブジェクトに適合させ、それぞれ適合されたモデルに関して第一及び第二の画像におけるイメージエレメントの空間的な位置に基づいて２つの画像における対応するイメージエレメントを決定することで、たとえオブジェクトが複雑な特性を有する場合であっても、信頼できる位置合わせを達成することができる。
【０００７】
第一のオブジェクトと第二のオブジェクトは、同じオブジェクトであり、このオブジェクトは、例えば異なる時間で又は異なる画像形成様式により画像形成される。第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトは、同じタイプである、異なるオブジェクトとすることもできる。例えば、異なる人物の臓器を比較するため、第一のオブジェクトは、第一の人物の臓器とすることができ、第二のオブジェクトは、第二の人物の同じ臓器とすることができる。臓器の代わりに、同じタイプの他のオブジェクトは、第一の画像及び第二の画像において示される。
【０００８】
第一及び第二のオブジェクトが解剖学のオブジェクトである場合、解剖学の対応する画像の位置は、互いにマッピングされる。特に、対応する外側表面のエレメント及び内側のエレメント、特に内側体積エレメントが得られる。
【０００９】
第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトは、好ましくは、ある人物又はある動物のタイプ「心臓」であり、モデルは、好ましくは、対応する心臓のモデルである。特に、第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトは、好ましくは、タイプ「左心室筋」であり、モデルは、好ましくは、左心室筋の対応するモデルである。しかし、第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトは、肺のような別の臓器、ある人物又はある動物の別の部位、又はテクニカルオブジェクトとすることもでき、モデルは、それぞれのオブジェクトに対応する。
【００１０】
適合手段は、好ましくは、第一及び第二のオブジェクトの一般的なモデル、すなわち例えば非人間又は非動物の特定のモデルで適合手順を開始し、このモデルは、人又は動物に固有である適合された第一及び第二のモデルを生成するため、それぞれ第一の画像及び第二の画像に適合される。
【００１１】
画像供給手段は、例えば第一のオブジェクトの第一の画像と第二のオブジェクトの第二の画像が記憶される記憶手段である。しかし、画像供給手段は、第一の画像及び第二の画像を生成する画像形成様式とすることもできる。例えば画像供給手段は、コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴画像形成装置、陽電子放出断層撮影装置や単電子放出コンピュータ断層撮影装置のような核画像形成装置、超音波画像形成装置、ＣアームＸ線画像形成装置等とすることができる。第一の画像及び第二の画像は、同じ画像形成様式により生成されるか又は異なる画像形成様式により生成される。
【００１２】
モデル供給手段は、好ましくは、第一の画像及び第二の画像で示される第一及び第二のオブジェクトのモデルが記憶される記憶手段である。
【００１３】
モデルは、好ましくは、第一の構造と第一の構造に結合される第二の構造を有する。第一の構造は、好ましくは外側表面構造であり、第二の構造は、好ましくは外側表面メッシュであり、内側構造は、好ましくは体積メッシュ（volumetric  mesh）である。内側構造は、第一のオブジェクト及び第二のオブジェクトの体積の異なる部分を定義する。体積内のこれらの異なる部分は、体積を覆う表面構造により示されるよりも複雑である。例えば、筋肉束は、体積内で幾何分布を有し、これは、表面構造から簡単に推測することができない。しかし、オブジェクトに適合されるモデルの外面の構造に結合される、モデルの内側構造を適合させることで、ある体積内の異なる部位は、それらが外側表面構造のみから推測できないとしても区別することができる。
【００１４】
上述されたように、第一の構造は、外側表面構造とすることができ、第二の構造は、内側構造とすることができる。しかし、第一の構造は、外側の１次元のラインとすることができ、第二の構造は、１次元のラインにより囲まれる内側の２次元領域とすることができる。さらに、内側構造は、外側表面構造又は外線構造により定義される内部領域を完全に充填する構造とすることができる。
【００１５】
体積メッシュの代わりに、内側構造は、他の幾何学的なエレメントを有することもでき、他の幾何学的なエレメントの空間的な位置は、外側表面構造への幾何学的なエレメントの結合により、外側表面構造から決定することができる。例えば、内側構造は、毛細血管ツリーの頂点を有し、これらの頂点は、内側構造のそれぞれの頂点と、あるライン上に位置されない外側表面構造の頂点との間の距離により表すことができる。これらの距離は、内側構造を第一の画像における第一のオブジェクトに及び第二の画像における第二のオブジェクトに適合させるために変更される。
【００１６】
体積メッシュが使用される場合、体積メッシュは、体積セルとして四面体から構成されることが好ましい。しかし、直方体のような他のセルを使用することもできる。代替的に、内側構造は、例えばファイバの束を表すか、或いは、血管のツリー又は気管支のツリーのようなツリーを表す。
【００１７】
モデルは固定されたトポロジーを有するので、例えば表面メッシュの三角形の数及び体積メッシュの４面体の数といったモデルを形成するモデルエレメントの数は、モデルエレメント間の隣接関係、すなわちどのモデルエレメントがどの他のモデルエレメントに隣接するか、が固定される。
【００１８】
好ましくは、適合手段は、第一の構造を第一のオブジェクトに適合させ、境界条件として適合された第一の構造を使用して第二の構造を適合させることで、第一の適合されたモデルを生成し、第一の構造を第二のオブジェクトに適合させ、境界条件として適合された第一の構造を使用して第二の構造を適合させることで、第二の適合されたモデルを生成する。特に、第一の構造は、好ましくは外側表面構造をであり、外側表面構造は、それぞれのオブジェクトの表面に適合され、第二の構造は、好ましくは内側構造であり、この内側構造は、外側表面構造が境界条件として使用される間に適合される。好ましくは、適合手段は、外部エネルギーと内部エネルギーとの重み付け加算を最小にすることで、外側表面構造をそれぞれのオブジェクトに適合させるため、外側表面構造を変形する。更に好ましくは、適合手段は、第二の構造の内部エネルギーが最小となるように、好ましくは内側構造である第二の構造を適合させる。
【００１９】
適合可能な内側構造は、好ましくは体積メッシュであり、好ましくは表面メッシュである適合された外側表面により定義される境界条件の影響下で緩和する弾性の「スポンジ」として考えられる。好ましくは、内側構造は、内側表面の外側の頂点が外側表面構造の頂点と同一となるように、外側表面構造に結合される。外側表面構造は、外側表面構造により固定される、内側構造の外側の頂点を移動しないことで、境界条件として使用されることが好ましい。
【００２０】
対応するイメージエレメント決定手段は、第一の適合されたモデルの特徴を第二の適合されたモデルの対応する特徴に変換する変換を決定し、決定された変換に基づいて、第一の画像及び第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する。
【００２１】
第一の適合されたモデルの特徴及び第二の適合されたモデルの対応する特徴は、例えばモデルの頂点である。変換は、第一の適合されたモデルの全ての特徴、特に全ての頂点を第二の適合されたモデルの全ての対応する特徴にマッピングするグローバル変換とすることができる。また、変換は、第一の適合されたモデルの第一のモデルエレメントにおける第一のイメージエレメントを、第二の適合されたモデルの対応する第二のモデルエレメントの対応する第二のイメージエレメントにマッピングする。例えば、第一の適合されたモデル及び第二の適合されたモデルは、モデルエレメントからそれぞれ構成され、対応イメージエレメント決定手段は、以下のステップを実行することで、第一の画像の供給された第一のイメージエレメントに対応する、第二の画像の第二のイメージエレメントを決定する。第一の画像の第一のイメージエレメントを含む第一のモデルエレメントを決定する段階。第一のモデルエレメントは、第一の適合されたモデルのモデルエレメントである。第二の適合されたモデルのモデルエレメントである第二のモデルエレメントを決定する段階。第二のモデルエレメントは、決定された第一のモデルエレメントに対応するように決定される。第一のモデルエレメント及び第二のモデルエレメントに共通の特徴に関して、第一のモデルエレメントにおいて第一のローカル座標系を定義し、第二のモデルエレメントにおいて第二のローカル座標系を定義する。第一の画像と第二の画像とにおける共通の特徴の位置に基づいて、第一のローカル座標系及び第二のローカル座標系との間の変換を決定する段階。第一のローカル座標系における第一のイメージエレメントの位置を決定する段階。第一のローカル座標系における第一のイメージエレメントの決定された位置と決定された変換とに依存して、第二のローカル座標系における、第一のイメージエレメントに対応する、第二の画像の第二のイメージエレメントの位置を決定する段階。これは、第一の画像と第二の画像とにおける対応するイメージエレメントを決定する精度を更に改善する。
【００２２】
外側表面構造のモデルエレメントは、好ましくは表面メッシュの三角形であり、内側構造のモデルエレメントは、好ましくは体積メッシュの四面体である。ローカル座標系を定義する共通の特徴は、三角形及び四面体の頂点である。第一の画像と第二の画像との間のマッピングは、従って、好ましくは、体積セルの対応関係により、第一の適合されたモデルと第二の適合されたモデルとにおけるローカル座標系により定義される。
【００２３】
ある位置は、提供されるモデルにおいて示されることが更に好ましく、対応するイメージエレメント決定ユニットは、第一の適合されたモデルと第二の適合されたモデルとに基づいて、提供されたモデルで示される位置に対応する、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する。ある値が提供されるモデルにおいて示されることが更に好ましく、イメージレジストレーション装置は、第一の画像と第二の画像のイメージエレメントに位置に対応する値を割り当てる割り当て手段を更に備える。従って、位置、特に提供されるモデルにおいて示される領域は、例えば異なる領域を異なって着色することで、第一の画像及び第二の画像に移すことができ、これにより、これらの領域を第一の画像及び第二の画像において非常に容易に比較することができる。色は、色の値を供給されたモデルで示される位置に割り当てることで提供される。また、供給されたモデルにおいて示される位置に割り当てられた値は、コントラスト、グレイ値等のような別の画像形成の特性を表すこともできる。
【００２４】
供給されたモデルは、本来供給されたモデルであり、例えば第一の画像又は第二の画像への適合を介して変形されるか、又は変形されない場合があり、次いで、特定の画像に関連しないオブジェクトのある種のテンプレート又は抽象的なインスタンスを表すことが好ましい。供給されるモデルは、参照モデルとして考えることができ、ユーザインタフェースは、供給されたモデルにおける位置をユーザが示すのを可能にするために設けられる。次いで、対応イメージエレメント決定手段は、供給されたモデルにおいて示される位置に対応する、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントを決定し、これらの対応するイメージエレメントは、例えば決定された対応するイメージエレメントの位置でグラフィカルエレメントを表示することで、ディスプレイで表示される。
【００２５】
さらに、供給されたモデルにおいて示された位置に割り当てられた値は、第一の画像及び第二の画像の対応するイメージエレメントに値を割り当てることで、第一の適合されたモデルと第二の適合されたモデルにマッピングされる情報を含む。割り当てられた値は、視覚化されるか及び／又は更なる処理のために使用される。
【００２６】
イメージレジストレーション装置は、対応するイメージエレメントの画像の値を処理する画像値処理手段を備えることが更に好ましい。例えば、対応するイメージエレメントの画像の値、特に画像のグレイの値は、容易に比較することができるか、或いは対応するイメージエレメントの画像の値の差又は商を形成することができる。画像の値の処理ユニットは、グローバルなグレイ値の差の補償を適用した後に画像の値を処理する。差は、例えば診断の目的で使用される。グローバルなグレイ値の差の補償は、第一の画像と第二の画像における可能性のある異なる全体のコントラストレベルを補償する。
【００２７】
更に好ましくは、画像値処理手段は、対応するイメージエレメントの画像の値に依存して処理された値を生成し、対応イメージエレメント決定手段は、第一の適合されたモデルに関する第一のイメージエレメントと第二の適合されたモデルに関する第二のイメージエレメントの少なくとも１つの空間的な位置に依存して、対応するイメージエレメントに対応する、供給されたモデルにおける位置を決定し、イメージレジストレーション装置は、供給されたモデルにおける決定された位置に処理された値を割り当てる割り当て手段を更に備える。これにより、供給されたモデルにおける、例えば対応するイメージエレメントの画像の値の差又は商といった、処理された値を表示することが可能となる。また、第一の画像及び／又は第二の画像の処理されていない値は、供給されたモデルにマッピングされ、供給されたモデルにマッピングされ、供給されたモデルで可視化される。
【００２８】
本発明の更なる態様では、互いに第一の画像と第二の画像とを位置合わせするイメージレジストレーション方法が提供され、イメージレジストレーション方法は、以下の段階を含む。第一のオブジェクトの第一の画像と第二のオブジェクトの第二の画像を供給する段階。第一のオブジェクトと第二のオブジェクトは、同じタイプのオブジェクトである。第一のオブジェクトと第二のオブジェクトのモデルを供給する段階。モデルのモデルエレメントの数及びモデルエレメント間の隣接関係は、固定されている。モデルを第一の画像に適合させて第一の適合されたモデルを生成し、モデルを第二の画像に適合させて第二の適合されたモデルを生成する段階であって、供給されたモデルを第一の画像及び第二の画像に適合させるために、形状モデルを供給されたモデルと位置合わせし、形状モデルと供給されたモデルとの間のずれを決定することで内部エネルギーを決定する段階。第一の適合されたモデルに関して第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、第二の適合されたモデルに関して第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する段階。
【００２９】
本発明の更なる態様では、第一の画像と第二の画像とを位置合わせするイメージレジストレーションコンピュータプログラムが提供され、イメージレジストレーションコンピュータプログラムは、請求項１で定義されるイメージレジストレーション装置に、イメージレジストレーションコンピュータプログラムがイメージレジストレーション装置を制御するコンピュータで実行されるとき、請求項１４で定義されるイメージレジストレーション方法の段階を実行させるプログラムコードを含む。
【００３０】
請求項１のイメージレジストレーション装置、請求項１４のイメージレジストレーション方法、及び請求項１５のイメージレジストレーションコンピュータプログラムは、特に、従属請求項で定義されるとき、類似及び／又は同じ好適な実施の形態を有することを理解されたい。
【００３１】
本発明の好適な実施の形態は、従属の請求項とそれぞれの独立の請求項との組み合わせとすることもできる。  
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施の形態を参照して明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第一の画像と第二の画像とを位置合わせするイメージレジストレーション装置の実施の形態を概略的且つ例示的に示す図である。
【図２】画像において示される心臓に適合される心臓のモデルを概略的且つ例示的に示す図である。
【図３】コンピュータ断層撮影画像を生成するコンピュータ断層撮影システムを備えるイメージレジストレーション装置の実施の形態を示す図である。
【図４】第一の画像と第二の画像のイメージエレメント間の空間的な関係を例示する図である。
【図５】静止状態におけるある人物の心臓の画像を概略的且つ例示的に示す図である。
【図６】ストレス状態におけるある人物の心臓の画像を概略的且つ例示的に示す図である。
【図７】図５に示される画像にマッピングされる図６に示される画像のグレイ値を概略的且つ例示的に示す図である。
【図８】AHAセグメントを有する心臓のモデルを概略的且つ例示的に示す図である。
【図９】図８に支援されるモデルのAHAセグメントがマッピングされた画像を概略的且つ例示的に示す図である。
【図１０】第一の画像と第二の画像を互いに関して位置合わせするイメージレジストレーション方法の実施の形態を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、第一の画像と第二の画像を互いに位置合わせするイメージレジストレーション装置を概略的且つ例示的に示す。イメージレジストレーション装置１０は、同じオブジェクトの第一の画像と第二の画像とを供給する画像供給ユニット１１を備えており、すなわち、第一のオブジェクトと第二のオブジェクトは、この実施の形態では同じオブジェクトである。イメージレジストレーション装置１０は、固定されたトポロジーを有するオブジェクトのモデルを供給するモデル供給ユニット１３、モデルを第一の画像に適合させて第一の適合されたモデルを生成し、モデルを第二の画像に適合させて第二の適合されたモデルを生成する適合ユニット１４、及び、第一の適合されたモデルに関して第二の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、第二の適合されたモデルに関して第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて、第一の画像における対応するイメージエレメント及び第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する対応するイメージエレメント決定ユニット１５を更に備える。
【００３４】
この実施の形態では、オブジェクトは、ある人物又はある動物の心臓であり、モデルは、対応する心臓のモデルである。特に、オブジェクトは、左心室筋であり、モデルは、左心室筋の対応するモデルである。モデル供給ユニット１３は、好ましくはオブジェクトのそれぞれのモデルが記憶される記憶ユニットであり、この記憶ユニットから、それぞれのモデルを取得することができる。
【００３５】
図２は、心臓２０の左心室筋に適合されている、ある人物の心臓２０及びモデル２１の画像を概略的且つ例示的に示す。モデル２１は、外面メッシュ２２である外側構造を有し、この外側構造は、この実施の形態では、心内膜及び心外膜を表し、内側構造２３を囲んでいる。用語「外側“outer”」及び「内側“inner”」は、従って、表面構造、すなわち外側構造が内側構造を囲んでいることを意味する。この実施の形態では、内側構造は、体積メッシュである。図２では、モデル２１は、更なる外側表面メッシュ２４，２５，２６を有しており、これらの外側表面メッシュは、特にそれぞれの内側体積メッシュである、それぞれの内側構造を囲んでいる。しかし、この実施の形態では、関心のある領域は、左心室筋であり、体積メッシュ２３は、従って外側表面メッシュ２２により囲まれるこの関心のある領域にのみ挿入される。
【００３６】
体積メッシュ２３は、体積セルとして四面体から構成される。
【００３７】
モデル２１は、固定されたトポロジーを有するので、内側体積メッシュを形成する四面体の数、外側表面メッシュを形成する三角形の数、及びこれらのモデルエレメント間の隣接する関係、すなわちどのモデルエレメントがどの他のモデルエレメントに隣接しているか、が固定される。
【００３８】
内側体積メッシュ２３は、外側体積メッシュ２２に結合され、すなわち内側体積メッシュ２３の外側の頂点は、外側表面メッシュ２２の頂点と同じである。
【００３９】
モデル２１は、好ましくは３次元モデルであり、この３次元モデルは、心臓、特に左心室筋の第一の３次元画像及び第二の３次元画像に適合される。図２は、心臓２０の３次元コンピュータ断層撮影画像に適合される３次元モデル２１の断面図を概略的且つ例示的に示す。
【００４０】
画像供給ユニット１１は、同じ心臓２０の第一の画像及び第二の画像が記憶される記憶ユニットである。しかし、画像供給ユニットは、第一の画像及び第二の画像を生成し、図３に概略的且つ例示的に示される画像形成様式とすることもできる。
【００４１】
図３では、イメージレジストレーション装置３０は、コンピュータ断層撮影システムである画像供給ユニット３１を備える。コンピュータ断層撮影システムは、ｚ方向に平行に延びる回転軸Ｒに関する回転が可能なガントリ１を含む。放射線源は、この実施の形態ではＸ線管であり、ガントリ１に搭載されている。放射線源２には、コリメータ３が設けられており、このコリメータは、この実施の形態では、放射線源２により生成された放射線からの円錐形の放射線ビーム４を形成する。放射線は、オブジェクト（図示せず）、及びこの実施の形態では円筒形状である検査ゾーン５において、この実施の形態では左心室筋である関心のある領域を横断する。検査ゾーン５を横断した後、放射線ビーム４は、検出装置６に入射し、この検出装置は、二次元の検出表面を有する。検出装置６は、ガントリ１に搭載される。
【００４２】
コンピュータ断層撮影システムは、２つのモータ７，８を備える。ガントリ１は、好ましくはモータ７により一定であるが、調節可能な角速度で駆動される。モータ８は、回転軸Ｒ又はｚ軸の方向に平行に、検査ゾーン５における患者テーブルに配置される例えば患者であるオブジェクトを動かすために設けられる。これらのモータ７，８は、例えば放射線源及び検査ゾーン５、従って検査ゾーン５内の関心のある領域が螺旋又は円である軌道に沿って相対的に移動するように、制御ユニット９により制御され、軌道が円の軌道である場合、患者のテーブルは移動しない。コーンビームを形成する代わりに、コリメータ３は、ファンビームのような別のビームを形成し、検出装置６は、検出表面を有し、この検出表面は、他のビーム形状に対応して成形される。
【００４３】
放射線源２とオブジェクト２０との相対的な移動の間、検出装置６は、検出装置６の検出表面に入射する放射線に依存して、測定された値を生成する。測定された値は、オブジェクトの第一及び第二の画像を再構成する再構成ユニット１２に供給される投影データである。第一及び第二の画像を再構成するフィルタ補正逆投影法（filtered  back  projection）アルゴリズムのような既知の再構成アルゴリズムを使用することができる。特に、既知の動き補正は、投影データが取得される間、測定された動きの値に基づいて実行される。これらの動きの値は、例えば心電図の値である。また、画像供給ユニットは、磁気共鳴画像形成システム、核画像形成システム、超音波画像形成システム、ＣアームＸ線画像形成システム等のようなコンピュータ断層撮影システムではない別の画像形成様式とすることもできる。第一の画像及び第二の画像は、同じ画像形成様式によるか、又は異なる画像形成様式により生成することができる。
【００４４】
適合ユニット１４は、外側表面メッシュ２２を左心室筋の表面に適合させ、境界条件として外側表面メッシュ２２を使用して内側体積メッシュ２３を適合させる。体積メッシュ２３は、適合された外側表面メッシュ２２により定義された境界条件の影響下で緩む弾性の「スポンジ」であると考えることができる。内側体積メッシュ２３は、内側体積メッシュ２３の外側の頂点が外側表面メッシュ２２の頂点と同じであるように、外側表面メッシュ２２に結合される。外側表面メッシュ２２は、内側体積メッシュ２３を適合させる間に、外側表面メッシュ２２により固定される、内側体積メッシュの外側の頂点を移動しないことで、境界条件として使用される。外側表面メッシュ２２を左心室筋の表面に適合させるため、外側表面メッシュは変形され、内側体積メッシュ２３を左心室筋に適合させるため、内側体積メッシュ２３は、外側表面メッシュ２２の頂点に対応する内側体積メッシュ２３の外側の頂点が固定される間に、内側体積メッシュ２３の内部エネルギーが最小化されるように適合される。外側表面メッシュ２２及び内側体積メッシュ２３のこれらの適合は、以下、更に詳細に例示される。
【００４５】
外側表面メッシュ２２を適合するため、オブジェクトの境界は、J.  Peters等による論文“Optimizing  boundary  detection  via  Simulated  Search  with  application  to  multi-modal  heart  segmentation”  Medical  Image  Analysis,  page  70-84  (2010)で開示される境界検出アルゴリズムのような既知の境界検出アルゴリズムを使用することで、それぞれの画像において検出される。次いで、外部エネルギーと内部エネルギーとの合計が最小になるように、外側表面メッシュ２２の頂点が変更され、これにより外側表面メッシュを変形し、外側表面メッシュをそれぞれのオブジェクトに適合することができる。外部エネルギーは、検出された境界と外側表面メッシュとの間のずれが減少する場合に減少し、内部エネルギーは、それぞれの画像に適合される変形モデルと位置合わせされる形状モデルであって、オブジェクトの表面に対応する形状モデルと、外側表面メッシュ２２との間のずれが減少する場合に減少する。外部エネルギーと内部エネルギーの既知の概念に関する更なる詳細について、J.  Weese等による論文“Shape  constrained  deformable  models  for  3D  medical  image  segmentation”  In  Proc.  IPMI,  pages  380-387  (2001)、O.  Ecabert等による論文“Automatic  Model-Based  Segmentation  of  the  Heart  in  CT  Images”  IEEE  Trans.  Med.  Imaging  27(9),  pages  1189-1201  (2008)が参照され、引用により本明細書にこれらの内容が盛り込まれる。
【００４６】
内側体積メッシュ２３は、内部エネルギーを最小化することで適合されることが好ましく、この内部エネルギーは、外側表面メッシュ２２により課される境界条件の下で適合される変形モデルと位置合わせされる形状モデルであって、オブジェクトの内部構造の形状を表す形状モデルと、適合された体積メッシュ２３との間のずれが減少する場合に減少する。
【００４７】
形状モデルは予め定義され、適合ユニット１４に記憶することができる。形状モデルは、それぞれのオブジェクトの内側構造及び／又は外側構造の形状を定義し、例えば同じタイプの幾つかの分割されたオブジェクトを通して平均することで生成される。内部エネルギーを決定するため、それぞれの形状モデルは、好ましくは、それぞれの画像に適合されている変形モデルと位置合わせされ、形状モデルと適合されているモデルとのエッジ又は頂点間の二乗差のような偏差が決定される。
【００４８】
対応するイメージエレメント決定ユニット１５は、第一の画像の提供された第一のイメージエレメントを有する第一のモデルエレメントをはじめに決定することで、第一の画像の提供された第一のイメージエレメントに対応する、第二の画像の第二のイメージエレメントを決定する。第一のモデルエレメントは、第一の適合されたモデルのモデルエレメントである。次いで、第二の適合されたモデルのモデルエレメントである第二のモデルエレメントが決定され、第二のモデルエレメントは、決定された第一のモデルエレメントに対応するように決定される。第一のローカル座標系は、第一のモデルエレメントにおいて定義され、第二のローカル座標系は、第一のモデルエレメントと第二のモデルエレメントとに共通する特徴に関して、第二のモデルエレメントにおいて定義され、第一の画像と第二の画像における共通の特徴の位置に基づいて、第一のローカル座標系と第二のローカル座標系との間の変換が決定される。第一のイメージエレメントの位置は、第一のローカル座標系において決定され、第二のローカル座標系における、第一のイメージエレメントに対応する、第二の画像の第二のイメージエレメントの位置は、第一のローカル座標系における第一のイメージエレメントの決定された位置と決定された変換とに依存して決定される。
【００４９】
提供された第一のイメージエレメントに対応する第二のイメージエレメントのこの決定は、図４を参照して以下に例示される。
【００５０】
図４に示される例では、第一のイメージエレメント４０は、第一の画像において提供される。この第一のイメージエレメントの提供は、例えばグラフィカルユーザインタフェースを介してユーザにより行われ、これにより、ユーザは第一の画像における所定の第一のイメージエレメントを選択することができる。第一のイメージエレメント４０が提供された後、第一の適合されたモデルのうちのどの第一のモデルエレメント４４に、提供された第一のイメージエレメント４０が位置するかが判定される。次いで、第二の適合されたモデルの第二のモデルエレメント５４が決定され、第二のモデルエレメント５４が、判定された第一のモデルエレメント４４に対応するように決定される。第一のモデルエレメント４４における第一のローカル座標系及び第二のモデルエレメント５４における第二のローカル座標系は、第一のモデルエレメント４４の頂点４１．．．４３、第二のモデルエレメント５４の頂点５１．．．５３、第一のモデルエレメント４４の２つの頂点４５．．．４７間の中間点、及び第二のモデルエレメント５４の頂点５１．．．５３間の中間点５５．．．５７に基づいて決定される。第一のローカル座標系と第二のローカル座標系との間の変換は、第一の画像と第二の画像におけるこれらの共通の特徴の位置に基づく。次いで、第一のローカル座標系における第一のイメージエレメント４０の位置が決定され、第二のローカル座標系における、第一のイメージエレメント４０に対応する第二の画像の第二のイメージエレメント５０の位置は、第一のローカル座標系における第一のイメージエレメント４０の決定された位置と決定された変換とに依存して決定される。決定された変換は、勿論、他の対応するイメージエレメントを発見するために使用することもできる。例えば、変換は、第二のイメージエレメント５９が第一のイメージエレメント４９に対応すること、第二のイメージエレメント５８が第一のイメージエレメント４８に対応することを判定するために使用される。
【００５１】
共通の特徴は、第一の画像と第二の画像との間の変換を確立するために使用され、頂点のみとすることができ、特に対応する三角形又は四面体である対応するモデルエレメントの頂点又は他の特徴間の中間点のみとすることもできる。第一の画像と第二の画像との間の幾何学的なマッピングを確立するため、両方の画像におけるメッシュの頂点の座標を使用した異なるアプローチが考えられる。１つのアプローチは、内側体積メッシュ２３の四面体セル及び／又は外側表面メッシュ２２の三角形における線形の幾何学的な座標変換を確立することである。好ましくは、三角形又は四面体の頂点は、それぞれの構造内に線形変換を定義するために使用される。
【００５２】
例えば、第一のローカル座標系は、第一のモデルエレメントの頂点を定義するベクトルを定義することで定義することができ、第二のローカル座標系は、第二のモデルエレメントの頂点のベクトルにより定義される。第一のモデルエレメントにおけるそれぞれの第一のイメージエレメントは、第一のモデルエレメントの頂点のベクトルの線形結合として定義される。この線形結合の重みは、第一のモデルエレメントにおける第一のイメージエレメントに対応する、第二のモデルエレメントにおける第二のイメージエレメントを決定するため、第一のモデルエレメントに対応する、第二のモデルエレメントの頂点の対応するベクトルを線形に結合するために使用される。
【００５３】
図５は、ある人物の休息状態に対応する、人物の心臓の第一の画像を概略的且つ例示的に示す。図６は、人物の心臓の第二の画像を概略的且つ例示的に示し、第二の画像は、人物のストレス状態に対応する。第一の画像における対応するイメージエレメントと第二の画像における対応するイメージエレメントは、休息状態を表す第一の適合されたモデル及びストレス状態を表す第二の適合されたモデルが生成されるように、第一及び第二の画像に示される心臓に対して固定されたトポロジーを有する心臓モデル２１を適合させることで、上述されたように決定することができる。対応するイメージエレメント決定ユニットは、第一及び第二の画像における対応するイメージエレメントを決定するため、すなわち第一の画像と第二の画像を位置合わせするため、これらの適合された第一及び第二のモデルを使用する。位置合わせに基づいて、第二のストレス画像のグレイ値は、心筋の領域において第一の休息画像にマッピングされる。結果として得られる結合された画像は、図７に概略的且つ例示的に示される。この例では、心臓のモデル２１は、心筋のモデルであり、結合された画像は、図６に示される第二の画像の心筋の画像の値、及び図５に示される第一の画像からの他の画像値を有する。
【００５４】
イメージレジストレーション装置は、対応するイメージエレメントの画像の値を処理する画像値処理ユニット１６を更に有する。例えば、対応するイメージエレメントの画像の値、特に画像のグレイ値は、例えば、対応するイメージエレメントの画像の値の差又は商を計算することで、容易に比較することができる。好ましくは、画像値処理ユニットは、第一の画像と第二の画像にグローバルなグレイ値の差の補償をはじめに施す。
【００５５】
グローバルなグレイ値の差の補償を行うため、関心のある領域、この実施の形態では心筋における画像の値の平均値、特に平均又は中央値は、第一の画像について計算され、第二の画像について計算することができる。第一の画像について決定された平均と第二の画像について決定された平均との間の差は、平均における差を補償するために、第一の画像の画像の値又は第二の画像の画像の値にそれぞれ加算される。
【００５６】
画像値処理ユニット１６は、対応するイメージエレメントの画像の値に依存して処理された値を生成し、対応するイメージエレメント決定ユニット１５は、第一の適合されたモデルに関する第一のイメージエレメント、第二の適合されたモデルに関する第二のイメージエレメントの少なくとも１つの空間的な位置に依存して、対応するイメージエレメントに対応する、適合されないモデルにおける位置を決定する。特に、対応するイメージエレメント決定ユニット１５は、例えばそれぞれのモデルエレメントの頂点といった共通の特徴を使用して、ローカル座標系に基づく変換であって、第一の適合されたモデル又は第二の適合されたモデルにおけるモデルエレメントにおける位置を、上述された適合されないモデルの対応するモデルエレメントにおける位置に変換するための変換を決定する。イメージレジストレーション装置は、処理された値を適合されないモデルの決定された位置に割り当てる割り当てユニット１７を更に備える。また、処理された値は、第一の画像におけるそれぞれの第一のイメージエレメント、第二の画像におけるそれぞれの第二のイメージエレメント及び／又は、第一の画像又は第二の画像に適合されない変形された提供されたモデルに割り当てられる。処理された値をもつか又は処理された複数の値をもつ結果として得られる適合されないモデルは、処理された値がモデル内の幾つかの位置について決定された場合に、ディスプレイ１８に表示することができる。また、他の画像及び／又は適合されたモデルは、ディスプレイ１８に表示することができる。例えば、第一の画像、第一の適合されたモデル、第二の画像及び／又は第二の適合されたモデルは、ディスプレイ１８に表示することができる。
【００５７】
実施の形態では、所定の位置、特に所定の領域は、適合されないモデルにおいて示される。示された位置を有する係る心臓のモデル７０は、図８に概略的且つ例示的に示される。図８において、異なる領域７１は、異なる領域７１に割り当てられた異なる色の値により示される。他の実施の形態では、他の種類の値は、グレイ値又はコントラスト値のような値を示すために領域７１に割り当てることができる。また、他の種類の情報は、血管の方向のようなモデルの領域に割り当てられる。図８では、異なる示される領域は、ＡＨＡ（American  Heart  Association）セグメントである。対応するイメージエレメント決定ユニット１５は、第一の適合されたモデル及び第二の適合されたモデルに基づいて、適合されないモデルにおいて示されるそれぞれの位置に対応する、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントを決定する。特に、上述されたように、適合されないモデル、第一の適合されたモデル及び第二の適合されたモデルにおける対応するモデルエレメントの共通の特徴は、適合されないモデル、第一の適合されたモデル及び第二の適合されたモデルにおける対応するモデルエレメントのローカル座標系間の変換を決定するために使用される。対応するイメージエレメント決定ユニット５０は、好ましくは、例えば図８に示される心臓モデル７０の領域７１に対応する、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントを決定するため、これらの変換を使用する。割り当てユニット１７は、適合されない心臓モデル７０の異なる領域７１の値、この実施の形態では色値を、第一の画像及び第二の画像の決定された対応するイメージエレメントに割り当てる。結果として得られる画像は、第一の画像又は第二の画像である場合があり、図９に概略的且つ例示的に示される。この実施の形態では、第一の画像及び第二の画像は、ＡＨＡセグメントに従って着色され、これらのセグメントは、第一の画像及び第二の画像において容易に比較することができる。
【００５８】
以下、第一の画像と第二の画像を互いに位置合わせするイメージレジストレーション方法の実施の形態は、図１０に示されるフローチャートを参照して例示的に記載される。
【００５９】
ステップ１０１では、固定されたトポロジーを有するオブジェクト２０のモデル２１が提供される。モデル２１は、好ましくは一般的なモデルである。ステップ１０２で、モデル２１は、第一の画像に適合され、第一の適合されたモデルが生成され、モデル２１は、第二の画像に適合され、第二の適合されたモデルが生成される。モデル２１は、好ましくは、外側表面構造２２及び内側構造２３を有し、外側表面構造２２は、好ましくは、それぞれの画像におけるオブジェクトに外側表面構造２２を適合させるために変形され、内側構造２３は、好ましくは、変形された外側表面構造が境界条件として使用される間、内部エネルギーが最小化されるように適合される。ステップ１０３で、第一の画像と第二の画像における対応するイメージエレメントは、第一の適合されたモデルに関して第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、第二の適合されたモデルに関して第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて決定される。特に、第一の適合されたモデルの対応するモデルエレメントのローカル座標系と第二の適合されたモデルの対応するモデルエレメントのローカル座標系との間の変換は、モデルエレメントの頂点のような共通の特徴の位置に基づいて決定され、決定された変換は、第一の画像及び第二の画像における対応するイメージエレメントを決定するために使用される。
【００６０】
イメージレジストレーション装置及び方法は、２以上の画像について、対応する解剖学的な位置での画像のグレイ値を比較するために使用される。係る比較は、例えばかん流分析（perfusion  analysis）のような様々な応用を有する。特に、イメージレジストレーション装置及び方法は、一般にかん流分析及び心かん流コンピュータ断層撮影データの分析向けに使用することができる。イメージレジストレーション装置及び方法は、追跡調査の間に画像におけるグレイ値を比較するか、又は異なる様式からの画像情報を結合するために使用することができる。
【００６１】
イメージレジストレーション装置及び方法は、画像のペア及び／又は画像の系列の位置合わせ、分析及び比較のために使用することができ、基本となる技術は、好ましくはメッシュに基づくセグメンテーションに依存する。イメージレジストレーション装置及び方法は、解剖学的に対応する画像の位置を互いにマッピングし、２以上の画像におけるずれのグレイ値を比較し、それらを分析することを可能にする。さらに、情報は、モデルに統合することができ、例えばＡＨＡセグメントは、モデルに統合することができ、ＡＨＡセグメントではない、例えば、第一の画像又は第二の画像の領域において、ターゲットではない領域における無意味な比較を回避することができる。
【００６２】
特にモデルに基づく位置合わせのアプローチである、イメージレジストレーション装置及び方法により実現することができる様々な機能が存在する。例えば、イメージレジストレーション装置及び方法は、第一の画像において示される位置の、例えば左心室筋の内部であるターゲット領域内の第二の画像へのマッピングを可能にする。さらに、グレイ値は、例えば図７に例示されるように第一の画像から第二の画像にターゲット領域内にマッピングすることができる。例えば臓器における全体のコントラストレベルが異なる取得の間で変更した場合、グローバルなグレイ値の差の補償を適用した後に、心筋のかん流について休息−ストレスの比較について、オリジナル及びマッピングされたグレイ値は比較される。グレイ値の差は、診断の目的で使用することができる。
【００６３】
適合されないモデルは、好ましくは、参照スペースを定義する一般的なモデルである。参照スペースにおいて示される位置、すなわち適合されないモデルにおいて示されるポジション又はロケーションは、両方の画像にマッピングされるか、又は示された位置での両方の画像のグレイ値の情報は、例えば減算、除算等により処理され、参照スペースにマッピングされる。マッピング内で、図８及び図９を参照して上述されたＡＨＡセグメントのような、組織のエレメントが属しているレイヤのような、モデルで埋め込まれた更なる情報を可視化することができる。例えば、組織のエレメントを表すそれぞれのエレメントが心内膜、心筋又は心外膜に属するかをモデルにおいてエンコードすることができる。
【００６４】
イメージレジストレーション装置及び方法は、グレイ値は別として、異なる画像間の特に体積セル又は表面モデルエレメントであるモデルエレメントの他の特性を比較する。例えば、画像のある時間系列における幾何学的な変位を決定して、動きの場を再構成するために使用することができ、これらの動きの場は、例えば心筋における動きのアーチファクトを検出するために可視化又は分析することができる。
【００６５】
例えば、異なる画像における対応するモデルエレメントの位置は、変位ベクトルを決定するために使用され、対応する速度及び従って動きは、変位ベクトルと異なる画像が取得された時間とに基づいて決定することができる。
【００６６】
さらに、異なる画像における対応する画像エレメントの比較は、かん流の分析のために使用することができる。例えば、心臓の梗塞領域がストレス状態下で休息状態以外の画像の値を有すると仮定する。特に、ストレス状態下において、梗塞領域が休息状態よりも暗いグレイ値を有すると想定する。第一の画像が休息状態を表す場合であって、第二の画像がストレス状態を表す場合、これらの２つの画像における対応する画像の値を比較することができ、画像のどの領域が、梗塞領域を示す、対応するイメージエレメントの画像の値における差を有するかを判定することができる。特に、２つの画像のどの領域において、第一の画像の対応する画像の値よりも暗い、第二の画像の画像の値が閾値を超えるかを判定することができる。閾値は、キャリブレーション測定により決定することができる。
【００６７】
上述された実施の形態では、オブジェクトは心臓、特に左心室筋であるが、イメージレジストレーション装置及び方法は、別の臓器又はテクニカルオブジェクトのような別のオブジェクトの画像を位置合わせすることもできる。
【００６８】
上述された記載された実施の形態では、第一の画像及び第二の画像は、互いに関して位置合わせされるが、イメージレジストレーション装置及び方法は、２を超える画像、特に画像の系列を互いに関して位置合わせすることもできる。
【００６９】
上述された実施の形態では、第一の構造は、外側表面構造であり、第二の構造は、外側表面構造により囲まれる内側構造であるが、第二の構造は、第一の構造と第二の構造との間の既知の空間的な関係により第一の構造に結合される構造とすることができる。空間的な関係は、例えば第一の構造の頂点と第二の構造の頂点との間の距離により定義されるか、又は第一の構造の頂点を第二の構造の頂点と接続するベクトルにより定義される。実施の形態では、第二の構造は、第一の構造内に位置される必要がない。
【００７０】
上述された実施の形態では、モデルは好ましくは３次元モデルであるが、モデルは、二次元モデルとすることもでき、この場合、モデルは、１次元の輪郭である外側メッシュ及び２次元のモデルエレメントから構成される、特に三角形から構成される内側メッシュを有することが好ましい。
【００７１】
開示される実施の形態に対する他の変形例は、図面、開示及び特許請求の範囲を精査することから理解され、請求項に係る発明の実施において当業者により実施することができる。
【００７２】
請求項において、単語「備える“comprising”」は、他のエレメント又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“a”又は“an”は、複数であることを解除するものではない。
【００７３】
単数のユニット又は装置は、請求項で引用された幾つかのアイテムの機能を実行する場合がある。所定の手段が相互に異なる従属の請求項で引用される事実は、これらの手段が利用するために使用することができないことを示すものではない。
【００７４】
１以上のユニット又は装置により実行される決定、計算、適合等は、他の数のユニット又は装置により実行することができる。例えば、ステップ１０１〜１０３は、単一ユニットにより実行されるか、又は他の数の異なるユニットにより実行することができる。イメージレジストレーション方法に従ってイメージレジストレーション装置の計算、決定、適合等及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード及び／又は専用のハードウェアとして実現される。
【００７５】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に供給されるか、又は他のハードウェアの一部として供給される、光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体で記憶／配信される場合があるか、或いはインターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介して、他の形式で配信される場合もある。
【００７６】
請求項における参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
【００７７】
本発明は、第一の画像と第二の画像を互いに関して位置合わせするイメージレジストレーション装置に関する。固定されたトポロジーを有するモデルは、第一の画像に適合されて第一の適合されたモデルが生成され、第二の画像に適合されて第二の適合されたモデルが生成され、対応するイメージエレメントは、第一の適合されたモデルに関する第一の画像における第一のイメージエレメントの空間的な位置と、第二の適合されたモデルに関して第二の画像における第二のイメージエレメントの空間的な位置とに基づいて、第一の画像と第二の画像とにおいて決定される。モデルは固定されたトポロジーを有するので、対応するイメージエレメントは、たとえ第一及び第二の画像が心臓のような複雑な特性を有するオブジェクトを示す場合でさえ、適合されたモデルに基づいて比較的高い信頼性で発見され、これにより位置合わせの品質を改善することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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