(57)【要約】【課題】２Ｄ画像表示として伝達された場合にも専門家に構造の簡単な解釈を可能にする管状の構造（１０）の単純化された幾何学的表示を可能にする。【解決手段】医用３Ｄ画像撮影から得られた管状の解剖学的構造の可視化方法において、管状の構造（１０）のセグメント化された３Ｄ画像データを準備するステップと、複数の互いに隣接する円筒状および／または円錐状の要素（１２）によって、セグメント化された３Ｄ画像データにより表わされた管状の構造（１０）を自動的に近似するステップと、管状の構造（１０）のセグメント化された３Ｄ画像データなしに、互いに隣接する要素（１２）を表示するステップとが行なわれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用３Ｄ画像撮影から得られた管状の解剖学的構造の可視化方法において、
管状の構造（１０）のセグメント化された３Ｄ画像データを準備するステップと、
複数の互いに隣接する円筒状および／または円錐状の要素（１２）によって、セグメント化された３Ｄ画像データにより表わされた管状の構造（１０）を自動的に近似するステップと、
管状の構造（１０）のセグメント化された３Ｄ画像データなしに、互いに隣接する要素（１２）を表示するステップと
が行なわれることを特徴とする管状の解剖学的構造の可視化方法。
【請求項２】
互いに隣接する要素（１２）は少なくとも１つの２次元投影（１３，１４）で表示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
異なる階層段の分岐（１６）は異なるリング（１７）上に位置しかつ同じ階層段の分岐（１６）はそれぞれ同じリング（１７）上に位置するように、互いに隣接する要素（１２）が１つの平面に投影され、この投影がリング（１７）と一緒に表示されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
セグメント化された３Ｄ画像データにおける管状の構造（１０）内に始点を設定するステップと、
その始点を中心とする球を形成するステップと、
管状の構造（１０）の側壁との連続的な２つの交線を形成するような最終的大きさまで球を段階的に拡大し、これらの交線がこの個所に形成された要素（１２）の始端および終端並びに少なくとも１つの平均直径を予め与えるステップと、
管状の構造（１０）内において既に形成した要素（１２）に隣接して新たな始点を設定するステップと、
管状の構造（１０）の予め設定した部分が終了するまで先行のステップを続行するステップと
によって、管状の構造（１０）の自動的な近似が行なわれることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
球の段階的拡大はセグメント化された３Ｄ画像データの個々のボクセル（１８）の歩幅で行なわれることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
互いに隣接する要素（１２）の表示において解剖学的に目立つ部分はカラーでマーキングされることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
セグメント化された３Ｄ画像データの準備は、
管状の構造（１０）が形成されている被検体範囲の断層撮影による３Ｄ画像撮影の３Ｄ画像データを準備するステップと、
断層撮影による３Ｄ画像撮影の３Ｄ画像データからなる管状の構造（１０）をセグメント化するステップと
を含むことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最初に管状の構造のセグメント化された３Ｄ画像データが準備される、医用３Ｄ画像撮影から得られた管状の解剖学的構造、特に冠状血管構造の簡単な幾何学的可視化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば狭窄を測定するための、あるいは石灰化したおよび石灰化していないプラーク沈着範囲を判断するための冠状血管系の評価は、現在使用可能な画像化技術ですら、時間のかかる複雑なプロセスである。現代の画像コンピュータの高い計算能力により、記録した血管構造の表示を可能にする種々の可視化法が使用可能である。これに関する例が、ＭＩＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、最大値投影表示法）、ＶＲＴ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、ボリュームレンダリング法）、ＳＳＤ（Ｓｈａｄｏｗ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ、表面表示法）であり、あるいはこれらの可視化法の組み合わせであってもよく、これらは放射線医を診断時に支援する。血管構造の定量的分析のためには、２Ｄまたは３Ｄ画像撮影から得られた構造のセグメント化が必要であり、これらに基づいて、例えば狭窄の長さまたは直径／長さ比のような定量的な大きさを測定することができる。
【０００３】
特別な問題は、とりわけ、検出されたデータもしくは画像撮影から導き出されたデータを他の専門家、例えば心臓専門医へ転送することである。例えば対話式３Ｄ−ＶＲＴのような従来使用されている可視化方法は２Ｄ表示への縮小時に解釈困難な画像を生じる。相応の専門家に診断を下せるように検査結果を伝達するために、このような画像の紙への印刷出力が、ディジタル化技術並びに病院における電子ネットワーク化にもかかわらず、しばしば依然として必要である。従って、この場合に検査結果は一般に報告書に添えられ、この報告書には血管系が簡単な言葉で、例えば分岐点または解剖学的変則性のような固定のランドマークに対する病変の距離の指定によって記載されている。しかしながら、付随する報告書によっても専門家にとって２次元画像から実際の血管構造を正しく再構成することはしばしば困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、２次元画像表示の場合にも管状の構造の簡単な解釈を可能にする、例えば冠状血管構造のような管状の解剖学的構造の可視化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、医用３Ｄ画像撮影から得られた管状の解剖学的構造の可視化方法において、管状の構造のセグメント化された３Ｄ画像データを準備するステップと、複数の互いに隣接する円筒状および／または円錐状の要素によって、セグメント化された３Ｄ画像データにより表わされた管状の構造を自動的に近似するステップと、管状の構造のセグメント化された３Ｄ画像データなしに、互いに隣接する要素を表示するステップとが行われることによって解決される。
本発明の有利な実施態様は次の通り列記される。
互いに隣接する要素は少なくとも１つの２次元投影で表示される（請求項２）。
異なる階層段の分岐は異なるリング上に位置しかつ同じ階層段の分岐はそれぞれ同じリング上に位置するように、互いに隣接する要素が１つの平面に投影され、この投影がリングと一緒に表示される（請求項３）。
セグメント化された３Ｄ画像データにおける管状の構造内に始点を設定するステップと、その始点を中心とする球を形成するステップと、管状の構造の側壁との連続的な２つの交線を形成するような最終的大きさまで球を段階的に拡大し、これらの交線がこの個所に形成された要素の始端および終端並びに少なくとも１つの平均直径を予め与えるステップと、管状の構造内において既に形成した要素に隣接して新たな始点を設定するステップと、管状の構造の予め設定した部分が終了するまで先行のステップを続行するステップとによって、管状の構造の自動的な近似が行なわれる（請求項４）。
球の段階的拡大はセグメント化された３Ｄ画像データの個々のボクセルの歩幅で行なわれる（請求項５）。
互いに隣接する要素の表示において解剖学的に目立つ部分はカラーでマーキングされる（請求項６）。
セグメント化された３Ｄ画像データの準備は、管状の構造が形成されている被検体範囲の断層撮影による３Ｄ画像撮影の３Ｄ画像データを準備するステップと、断層撮影による３Ｄ画像撮影の３Ｄ画像データからなる管状の構造をセグメント化するステップとを含む（請求項７）。
【０００６】
医用３Ｄ画像撮影から得られた管状の解剖学的構造、特に冠状血管構造を可視化するための本発明による方法では、最初に管状の構造のセグメント化された３Ｄ画像データが準備される。これらのセグメント化された３Ｄ画像データは、管状の構造を含んでいる被検体範囲の断層画像撮影の３Ｄ画像データから得られる。例えば、いわゆる「リージョングローイング（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｇｒｏｗｉｎｇ）法」の如き、このために必要なセグメント化方法は従来技術であるので、この点に明示的に立ち入ることはしない。
【０００７】
本発明は、とりわけ、セグメント化された３Ｄ画像データによって表わされた管状の構造が複数の互いに隣接する円筒状および／または円錐状の幾何学的要素によって近似され、そして最終的に、管状の構造のセグメント化された３Ｄ画像データなしに、互いに隣接する要素が表示されることを特徴とする。この表示は２次元または３次元の形で行なわれる。しかしながら、表示の後での転送のために２次元表示が好ましい。
【０００８】
複数の円筒状および／または円錐状の要素を用いる管状の構造の近似は、セグメント化された３Ｄ画像データの自動的な画像処理によって行なわれる。この場合に、管状の構造に合わせられた種々の直径および種々の長さを持つ複数の円筒の繋ぎ合わせによって管状の構造を模擬することができる。従って、冠状血管構造の場合、このはめ込まれた円筒の直径は血管構造の分岐深さの増加にともなって小さくなる。それぞれ円筒の始端から終端まで同じままの直径を有する円筒の代わりに、始端から終端に向けて直線的に低減または増大する直径を有する円錐状の要素も冠状構造の近似のために使用することができる。もちろん、管状の構造へのできるだけ正確なマッチングを達成するために、両タイプの要素の組み合わせも可能である。
【０００９】
従って、本方法によれば、管状の構造が簡単な幾何学的要素によって表示される。これらの繋ぎ合わせられた要素の２次元投影、例えば中心投影または平行投影は、情報損失なしに、ファクシミリにても、基礎をなす管状の構造の経過をこの表示から問題なく読み取ることのできる専門家に伝達することができる。血管構造の場合、分岐も局所的な狭まりも、とりわけ狭窄を、この個所に表示された隣接要素よりも減少した直径を有する要素に基づいて、容易に識別することができる。本方法の有利な実施態様では、この種の解剖学的に目立つ部分が表示において付加的にカラーでマーキングされる。これは、画像処理アルゴリズムにより局部的な狭まりまたは分岐を識別することによって、同様に自動的に行なうことができる。
【００１０】
本方法により準備された管状の構造の表示は、構造の３Ｄ画像データの対話式３次元画像表示へのアクセスを持たない専門家に対して、構造内の評価および方位決定を著しく容易にする。本方法は、とりわけ、情報損失のない２次元の構造表示の簡単な伝達と、非常に僅かな所要メモリによる保存とを可能にする。それにもかかわらず、表示においては管状の構造の診断上重要なあらゆる特性を認識することができる。
【００１１】
本方法の有利な実施態様では、繋ぎ合わせられた要素は１つの平面に、同じ階層段に相当する分岐がそれぞれ１つの共通なリング上に位置し、異なる階層段に相当する分岐がその平面内の互いに異なるリング上に位置するように投影される。この投影の表示はそれぞれのリングと一緒に行なわれる。観察者は、この表示において即座に、あり得る狭窄が位置するそれぞれの階層もしくは分岐深さを認識する。この表示方法は、観察者に、あたかも構造が球の最も高い点から出て表面上を延びているように構造が球表面上に位置するかのような印象を与える。
【００１２】
セグメント化された３Ｄ画像データにおける管状の構造の近似のために種々の画像処理アルゴリズムを使用できることは言うまでもない。この主のアルゴリズムの例が後述の実施例から読み取ることができる。基本的には、この種の画像処理アルゴリズムは管状の構造を走破して、多数の位置で、これらの個所に相応の要素を構造の経過に近似してはめ込むことができるようにするために、管状の構造の重心および直径を求めるだけでよい。
【００１３】
本方法は、血管構造の可視化に限らず、一般的に患者体内における管状の構造の模擬および可視化に使用することができる。基礎をなすセグメント化された３Ｄ画像データは、例えばＸ線ＣＴ、Ｘ線血管撮影法、磁気共鳴断層撮影法、３Ｄ超音波、ＰＥＴ（陽電子放射断層撮影法）またはＳＰＥＣＴ（単一光子放射型コンピュータ断層撮影法）の如き種々の画像化モダリティにより記録されたそれぞれ該当する被検体範囲の３Ｄ画像撮影に由来する。本方法を実施するための条件は、これらの３Ｄ画像撮影から得られた管状の構造が適切にセグメント化可能であることだけである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下において本発明を図面を参照しながら実施例に基づいてもう一度手短に説明する。
図１は血管系の画像の例と繋ぎ合わせられた要素のその血管系から導き出された２つの２次元表示とを示し、
図２は血管構造の近似のための第１ステップの例を示し、
図３は図２に従って円筒状要素により近似された図２の構造の例を示し、
図４は図２および図３のステップに従って得られ繋ぎ合わせられた円筒の階層的表示の例を示す。
【００１５】
図１は、部分図１Ａにおいて、例えばＭＩＰとしてモニタに表示することができるような概略的に示された冠状血管構造１０を示す。この表示の基礎は血管構造１０の既にセグメント化された３Ｄ画像データである。本発明による方法により、これらのセグメント化された３Ｄ画像データは、血管構造１０を多数の繋ぎ合わせられた円筒状の要素１２により近似するために大動脈１１から出発している。これに続いて、これらの繋ぎ合わせられた円筒１２が血管構造１０の基礎をなす３Ｄ画像データなしに表示される。これは、部分図１Ｂに、これら繋ぎ合わせられた円筒１２の平行投影１３で示されており、これにおいては付加的に大動脈１１がセグメント化された対象として表示されている。例えばプラーク沈着または狭窄によってひき起こされるような解剖学的に目立つ部分は、この表示ではマーキングされた要素１５によって示されている。同じようにして分岐点１６がこの例では円としてマーキングされている。
【００１６】
これらの隣接する要素の他の表示例が部分図１Ｃにて認識可能であり、この部分図には、種々の分岐段、すなわち大動脈１１から出発して第１分岐、第２分岐などを表わす多数の同心リング１７が表示されている。繋ぎ合わせられた円筒状の要素１２はこれらのリングの平面上に、分岐が相応のリング１７上に位置するように投影される。
【００１７】
本方法による２つの表示において、血管構造１０の経過および漸次の先細りが、投影された円筒状の要素１２の異なる直径により認識可能である。まさに部分図１Ｃの階層的表示１４が観察者に解剖学的な特殊性の存在する分岐深さを即座に認識させることを可能にする。
【００１８】
図２は、２次元表示に基づいて単純化するための本発明の方法を実施する際の第１ステップの例を示す。この表示において、セグメント化された血管系の画像部分が血管構造１０として認識され、個々の矩形は基礎をなす画像のボクセル１８である。この血管系の走破時にまず始点が設定される。この始点は図２では数字１を有するボクセル１８によって表わされている。この始点にまず小さな球が置かれ、引続いてこの球が段階的に拡大される。この過程が図２に数字２〜５で具体的に示されている。これらの数字は、それぞれ、始点からの球周囲の距離を個々のボクセルの単位で示す。広がる球の実現は例えばいわゆる距離変換法によって行なうことができる。球が、血管構造１０の外壁が少なくともほぼ環状の閉じられた２つの交線の形成下で交差するような大きさに達した後、球は本例ではなおも１個又は２個のステップだけさらに拡大される。その際に得られた交線は、この個所にはめ込まれた円筒の始端面および終端面を決定し、この円筒は両交線のうちの少なくとも一方によって囲まれた面(断面)の直径に相当する直径を有する。本例では両断面は同一の直径を有する。両断面の直径が異なる場合、円筒の形成のための平均化された直径を使用することもできる。更に、この場合に、断面の直径に相当する始端直径および終端直径を有する円錐状の要素がはめ込まれてもよい。
【００１９】
この第１の円筒の形成後に、終端面からほぼ円筒直径の距離のところに新たな始点が設定され、次の円筒または次の円錐状の要素をはめ込むために、新たに球が拡張される。交線決定の際に、それぞれの断面の重心も、次に続く始点をこの重心に依存して設定するために求められる。２つよりも多い断面の検出は分岐の兆候である。その際に、この位置は分岐点１６としてマーキングされる。これも図２の表示に示されている。
【００２０】
両交線の形成後に球を更に拡張する付加的なステップの個数の増大によって、個々の円筒状および／または円錐状の要素の長さが影響を受ける。好ましくは、球は両交線の検出後になおも１〜３個のステップだけ更に拡大される。この範囲では断面直径の変化は殆ど生じないので、球の最終大きさ時に到達されたこれらの断面が要素形成に利用される。変化が検出されると、球は再び１個又は２個のステップだけ小さくされ、その後相応の要素が形成される。
【００２１】
図３は図２のステップによる円筒状の要素１２のはめ込み結果を示す。繋ぎ合わせられた個々の円筒は、構造の分岐が増える際には常により小さな直径を有する。分岐点１６はこの表示では円によってマーキングされる。
【００２２】
血管構造１０は１つの平面に、異なる分岐段の分岐点１６がそれぞれ異なるリング１７上に位置しかつ同じ分岐段の分岐点１６がそれぞれこの平面の同じリング１７上に位置するように、投影して表示することもできる。これは図４に示されている。この階層的な図式においては、構造の始点が中心に位置し、後続する分岐段がそれぞれ同心のリング１７上に位置し、リング１７間には繋ぎ合わせられた円筒状の要素１２がこの平面上に投影された経過に対応して表示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】血管系の画像の例（１Ａ）と血管系から導き出され繋ぎ合わせられた要素の２つの２次元表示（１Ｂ，１Ｃ）とを示す図
【図２】血管構造の近似のための第１ステップの例を示す図
【図３】図２に従って円筒状要素により近似された図２からの構造の例を示す図
【図４】図２および図３のステップに従って得られ繋ぎ合わせられた円筒の階層的表示の例を示す図
【符号の説明】
【００２４】
１０        血管構造
１１        大動脈
１２        円筒
１３        平行投影
１４        階層的表示
１５        マーキングされた要素
１６        分岐点
１７        同心のリング
１８        ボクセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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