(57)【要約】【課題】デジタル化された２つ画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法を提供して、なお一層作業効率および診断精度を高めること。【解決手段】本発明の方法は、第１のデジタル化画像と第２のデジタル化画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、相異なるイメージングモダリティから収集され、かつ３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、上記の第１および第２の画像は記録されている。この方法は、さらに、上記のデジタル化された画像のうちの１つにおいて心臓をセグメンティングするステップと、上記のデジタル化された画像の各々から心臓の表面の２次元最大強度投影を形成するステップと、上記表面の一方の２次元投影を、この表面の他方の２次元投影に重ね合わせることによって上記の画像を融合するステップを有する。【選択図】図２
2006297105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法において、
該方法は、
第１のデジタル化画像と第２のデジタル化画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、相異なるイメージングモダリティから収集され、かつ３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、前記の第１および第２の画像は記憶されており、
前記方法は、さらに
前記のデジタル化された画像のうちの１つにて心臓をセグメンティングするステップと、
前記のデジタル化された画像の各々から心臓の表面の２次元最大強度投影を形成するステップと、
前記表面の一方の２次元投影を当該表面の他方の２次元投影に重ね合わせることによって前記画像を融合するステップとを有することを特徴する、
デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法。
【請求項２】
前記２つの画像のうちの１つをＰＥＴ（Positron emission tomography）スキャンから収集し、前記の画像のうち他の１つはＣＴ（computed tomography）スキャンから収集する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
心臓を前記ＣＴ画像にてセグメンティングする、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記の心臓のセグメンテーションによって前記の心臓の表面を識別する、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、心臓の各点と、当該点から前記の心臓の表面まで間隔とを関係づける間隔マップを形成する、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに前記間隔マップを使用し、３次元楕円体によって前記の心臓の表面をモデリングする、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記の３次元楕円体は２軸の楕円体であり、
中心は間隔マップの間隔０の等値面に位置しているすべての点の重心Ｇとして計算され、
【数１】
2006297105.tif 000008
第３の軸Ｙは前記の軸ＺおよびＸに対して直交している、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記の２次元最大強度投影の形成には、前記の楕円体表面から心臓にビームを放射して、前記の２次元投影を形成することが含まれ、
２Ｄ投影における点Ｉ(Ｘ)＝Ｉ(ｕ，ｖ)の強度は、ビームに沿った各強度Ｉｎの正規化された和
【数２】
2006297105.tif 000009
にしたがって計算され、ここで前記の楕円体の表面における各点Ｐ(φ，θ)に対してφ∈[０，２π]およびθ∈[０，π]はそれぞれ経度および経度である、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
横メルカトール投影を使用して前記の楕円体から心臓表面の２次元最大強度投影を形成する、
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記のＰＥＴ画像を使用した心臓の表面の２次元最大強度投影の形成には、
前記の記録を使用して、ＣＴ画像からＰＥＴ画像における心臓表面の相応する点を計算し、
心臓のわずかに内側および心臓のわずかに外側の点に沿って、前記ＰＥＴ画像にて表面の複数の点を選択し、
当該の選択された複数の点を通って放射されるビームに沿って強度値を合計して平均化することが含まれる、
請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法において、
該方法は、
デジタル化されたＣＴ（computed tomography）画像と、デジタル化されたＰＥＴ（positron emission tomography）画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、
前記方法は、さらに
前記ＣＴ画像にて心臓の表面をセグメンティングするステップと、
前記のデジタル化された画像の各々から３次元楕円体によって心臓の表面をモデリングして当該の心臓の表面の２次元投影を形成するステップと、
前記ＣＴ画像から得られる２次元投影を、前記ＰＥＴ画像から得られる２次元投影に重ね合わせるステップとを有することを特徴する、
デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法。
【請求項１２】
さらに、前記のＣＴ画像から得られセグメント化された心臓の表面をＰＥＴ画像に記録し、ここでＣＴ画像からＰＥＴ画像への対応付けの式を得る、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記のＣＴ画像から心臓の表面の２次元投影の形成するステップには、前記の楕円体から心臓にビームを放射して当該の心臓の表面の最大強度投影を形成するステップが含まれており、ここでビームの座標が保存される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記のＰＥＴ画像から心臓の表面の２次元投影を形成するステップには、前記のＣＴ画像からＰＥＴ画像への対応付けの式を前記の保存したビーム座標に適用するステップが含まれる、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法ステップを実施するために、コンピュータによって実行可能な命令のプログラムを実現する、コンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置において、
前記方法ステップは、
第１のデジタル化画像と第２のデジタル化画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、相異なるイメージングモダリティから収集され、かつ３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、前記の第１および第２の画像は記録されており、
前記方法ステップは、さらに
前記のデジタル化された画像のうちの１つにて心臓をセグメンティングするステップと、
前記のデジタル化された画像の各々から心臓の表面の２次元最大強度投影を形成するステップと、
前記表面の一方の２次元投影を当該表面の他方の２次元投影に重ね合わせることによって前記の画像を融合するステップとを有することを特徴する、
コンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項１６】
前記２つの画像のうちの１つはＰＥＴ（Positron emission tomography）スキャンから収集され、前記の画像のうち他の１つはＣＴ（computed tomography）スキャンから収集される、
請求項１５に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項１７】
心臓は前記ＣＴ画像にてセグメンティングされる、
請求項１６に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項１８】
前記の心臓のセグメンテーションによって前記の心臓の表面が識別される、
請求項１５に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項１９】
前記の方法ステップにはさらに、心臓の各点と、当該点から前記の心臓の表面まで間隔とを関係づける間隔マップを形成するステップが含まれる、
請求項１８に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項２０】
前記の方法ステップにはさらに前記間隔マップを使用し、３次元楕円体によって前記の心臓の表面をモデリングするステップが含まれる、
請求項１９に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項２１】
前記の３次元楕円体は２軸の楕円体であり、
中心は間隔０の間隔マップの等値面に位置しているすべての点の重心Ｇとして計算され、
【数３】
2006297105.tif 000010
第３の軸Ｙは前記の軸ＺおよびＸに対して直交している、
請求項２０に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項２２】
前記の２次元最大強度投影の形成には、前記の楕円体表面から心臓にビームを放射して、前記の２次元投影を形成することが含まれ、
２Ｄ投影における点Ｉ(Ｘ)＝Ｉ(ｕ，ｖ)の強度は、ビームに沿った各強度Ｉｎの正規化された和
【数４】
2006297105.tif 000011
にしたがって計算され、ここで前記の楕円体の表面における各点Ｐ(φ，θ)に対してφ∈[０，２π]およびθ∈[０，π]はそれぞれ経度および経度である、
請求項２０に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項２３】
前記の方法ステップにはさらに、横メルカトール投影を使用して前記の楕円体から心臓表面の２次元最大強度投影を形成する、
請求項２０に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【請求項２４】
前記の前記のＰＥＴ画像を使用した心臓の表面の２次元最大強度投影の形成には、
前記の記録を使用して、ＣＴ画像からＰＥＴ画像における心臓表面の相応する点を計算し、
心臓のわずかに内側および心臓のわずかに外側の点に沿って、前記ＰＥＴ画像にて表面の複数の点を選択し、
当該の選択された複数の点を通って放射されるビームに沿って強度値を合計して平均化することが含まれている、
請求項１７に記載のコンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用イメージングおよびコンピュータ視覚化アプリケーションにおいて画像データボリュームを視覚化することに関し、殊にデジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法と、この方法を実施するプログラム命令を実現する、コンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置に関する。
【０００２】
本発明は２００５年４月１９日に提出されたMoreau-Gobard等による"Fused PET-CT Visualization for Heart Unfolding"なる名称の米国暫定特許第60／672,679号に優先権を主張するものであり、その内容をここに参考として組み込むものである。
【背景技術】
【０００３】
ＰＥＴ（positron emission tomography）とＣＴ（computed tomograpy）とを組み合わせたマルチモダリティイメージングスキャナの出現により、画像表示およびプレゼンテーションにおける新たなパラダイムが生じており、このパラダイムにより、ワークステーションインタプリテーションソフトウェア、画像ナビゲーションおよび通信において新たな難題が発生している。マルチモダリティイメージングの実質は、相異なるモダリティから得られたイメージング情報を視覚的に無理矢理重ね合わせる能力のことである。これは、画像データの空間分布についての視覚的な手掛かり与えるカラーエンコーディング法を使用して、機能的および解剖学的データを多次元像に組み合わせることによって達成される。マルチモダリティ視覚化によって、構造的および機能的なデータの両方を必要とする診断に付加的な曲面がもたらされる。
【０００４】
空間解像度の異なる生の画像をサイズ変更して直交または斜めに再フォーマットされた平面にするためには、専用の再構成ソフトウェアおよび画像表示プログラムが必要である。上記の平面においてＰＥＴ画像から得られるデータはカラー符号化され、また相応する解剖学的ＣＴ画像に重畳される。カラーオーバレイ法により、ユーザは、トレーサの活動が活発なエリアを視覚的に識別して、背後にある解剖学的構造を決定することができる。データの多次元的な性質に起因して、視覚化には対話的な多次元ナビゲーション法が必要であり、この手法によってビューワは、３つの空間方向中で視覚化平面を動かすことできる。ＣＴにより、冠状動脈の位置などの解剖学的な情報が得られるのに対して、心臓のＰＥＴスキャンは、心筋への血流を決定して、冠状動脈疾患の兆候の評価を補助するために使用可能である。現在の難題は、融合されたＣＴおよびＰＥＴボリュームを使用して、「融合された」curved−ＭＰＲ画像および２００４年８月３日に提出されたRomain Moreau-Gobardによる"Heart unfolding for coronary visualization"なる名称の米国特許明細書第2005／0058328号に記載されている手法などのようなさらに先進の２Ｄ投影を形成することである。ここでは上記の明細書の内容を参考として取り込むものである。
【０００５】
心臓画像の３Ｄ視覚化にはデータを準備し、また肺、肝臓、肋骨などの心臓に属しない構造を取り除くために人間が介入しなければならないことが多い。心臓病専門医の作業効率を高め、診断精度を改善するため、上記の特許明細書には、殊にＣＴモダリティに対して視覚化を改善するための表面展開（surface unfolding）が記載されている。
【特許文献１】米国暫定特許第60／672,679号
【特許文献２】米国特許明細書第2005／0058328号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化するために方法を提供して、この方法によってなお一層作業効率および診断精度を高めることである。
【０００７】
また本発明の別の課題は、この方法を実行するプログラム命令を実現するプログラム記憶装置を提供することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の方法についての課題は、本発明の請求項１により、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法において、この方法は、第１のデジタル化画像と第２のデジタル化画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、相異なるイメージングモダリティから収集され、かつ３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、前記の第１および第２の画像は記録されている。この方法は、さらに、前記のデジタル化された画像のうちの１つにおいて心臓をセグメンティングするステップと、上記のデジタル化された画像の各々から心臓の表面の２次元最大強度投影を形成するステップと、上記表面の一方の２次元投影を、この表面の他方の２次元投影に重ね合わせることによって上記画像を融合するステップを有することを特徴する、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法によって解決される。
【０００９】
また上記の方法についての課題は、本発明の請求項１１により、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法において、この方法は、デジタル化されたＣＴ（computed tomography）画像と、デジタル化されたＰＥＴ（positron emission tomography）画像とを準備するステップを有しており、ここで各画像は、３次元グリッド上の点領域に相当する複数の強度を有し、上記方法は、さらにＣＴ画像にて心臓の表面をセグメンティングするステップと、上記のデジタル化された画像の各々から３次元楕円体によって心臓の表面をモデリングしてこの心臓の表面の２次元投影を形成するステップと、上記ＣＴ画像から得られる２次元投影を、上記ＰＥＴ画像から得られる２次元投影に重ね合わせるステップとを有することを特徴する、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法によって解決される。
【００１０】
上記のプログラム記憶装置についての課題は、本発明の請求項１５によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ここで説明する本発明の例示的な実施形態には一般にＰＥＴおよびＣＴ画像を再フォーマットされる単一の画像に融合して心臓展開（heart unfolding）を行う方法およびシステムが含まれている。このテクニックは、心臓の表面を視覚化するために複数のボリュームレイヤを利用しており、またこのテクニックにより、マルチモダリティ３Ｄボリュームに介入する新たな手法が得られる。本発明の１実施形態によれば、表面をセグメント化し「展開」した後、心臓の表面の合成された平坦な（２Ｄ）画像が、ＣＴボリュームから得られる。同じ処理がＰＥＴボリュームに対して繰り返され、ＣＴおよびＰＥＴ情報を再フォーマットされる単一のカラーＭＰＲ画像に融合することによって最終的な画像が得られる。結果的に得られ重畳された画像は、この医師が、ＣＴスキャンから得られた解剖学的情報に関連してＰＥＴスキャンから得られた診断情報を心臓展開表示と一緒に見られるようにする。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、上記の２つの画像のうちの１つをＰＥＴ（Positron emission tomography）スキャンから収集し、前記の画像のうちの他の１つをＣＴ（computed tomography）スキャンから収集する。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態によれば、心臓はＣＴ画像においてセグメンティングされる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によれば、上記の心臓のセグメンテーションによって心臓の表面を識別する。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、上記の方法において心臓の各点と、当該点から前記の心臓の表面まで間隔とを関係づける間隔マップが形成される。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、上記の方法において上記の間隔マップが使用され、３次元楕円体によって前記の心臓の表面がモデリングされる。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、上記の３次元楕円体は２軸の楕円体であり、中心は間隔マップの間隔０の等値面に位置しているすべての点の重心Ｇとして計算され、
【００１８】
【数１】
2006297105.tif 000003
第３の軸Ｙは前記の軸ＺおよびＸに対して直交している。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、上記の２次元最大強度投影の形成には、上記の楕円体表面から心臓にビームを放射して、前記の２次元投影を形成することが含まれ、２Ｄ投影における点Ｉ(Ｘ)＝Ｉ(ｕ，ｖ)の強度は、ビームに沿った各強度Ｉｎの正規化された和
【００２０】
【数２】
2006297105.tif 000004
にしたがって計算され、ここで前記の楕円体の表面における各点Ｐ(φ，θ)に対してφ∈[０，２π]およびθ∈[０，π]はそれぞれ経度および経度である。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態では、上記の方法において横メルカトール投影を使用して上記の楕円体からの心臓表面の２次元最大強度投影を形成する。
【００２２】
本発明のさらに別の実施形態では、上記のＰＥＴ画像を使用した心臓の表面の２次元最大強度投影の形成には、上記の記録を使用して、ＣＴ画像からＰＥＴ画像における心臓表面の相応する点を計算し、心臓のわずかに内側および心臓のわずかに外側の点に沿い、前記ＰＥＴ画像にて表面の複数の点を選択し、これらの選択された点を通って放射されるビームに沿って強度値を合計して平均化することが含まれる。
【００２３】
本発明の別の様相では、デジタル化された２つの画像データセットを融合して心臓を２次元で視覚化する方法ステップを実施するために、コンピュータによって実行可能な命令のプログラムを実現する、コンピュータによって読み取り可能なプログラム記憶装置が設けられている。
【実施例】
【００２４】
ここで説明する本発明の実施形態に一般的に含まれるのは、心臓展開に対するＰＥＴ−ＣＴ融合視覚化のためのシステムおよび方法である。しかしながら本発明は、多くの択一的な形態で実施することができ、ここに記載した実施形態に制限されると解釈すべきではない。
【００２５】
本発明にはさまざまな変更および択一的な形態が可能であるが、その特定の実施形態を図面において例として示し、ここに詳しく説明する。しかしながら本発明をここに記載した特定の形態に制限するという意図はなく、逆に本発明は、本発明の精神および範囲内にあるすべての変形形態、等価の形態および択一的な形態をカバーするものであることを理解されたい。図の説明を通して同じ参照符号は同じ要素を示す。
【００２６】
ここでは第１，第２などの語はさまざまな要素を説明するために使用され得るが、これらの要素はこれらの語によって制限されるべきでないことを理解されたい。これらの語は１つの要素と、他の要素とを区別するためだけに使用されている。例えば、本発明の範囲を逸脱することなしに第１の要素は第２の要素と称することもでき、また同様に第２の要素を第１の要素と称することもできるのである。ここで使用される語「および／または」は、関連して挙げられた１つまたはそれ以上の項目の任意の組み合わせおよびすべての組み合わせを含む。
【００２７】
１つの要素が別の要素に「接続されている」ないしは「結合されている」と称される場合、この要素が別の要素に直接に接続または結合できるか、または介入する要素が存在し得ると理解されたい。これに反して、要素が別の要素に「直接に接続」または「直接に結合」されていると称される場合、介入する要素は存在しない。要素間の関係を示すために使用される他の語も同様に解釈すべきである（すなわち「〜の間に」と「〜の間に直接」、「隣り合う」と「直接隣り合う」など）。
【００２８】
ここで使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を制限しようとするものではない。さらに、「〜から構成される」、「〜から構成されている」、「含む」および／または「含んでいる」はここで使用される場合、記載された機能、整数、ステップ、操作、要素および／またはコンポーネントが存在することを示すが、１つまたは複数の別の機能、整数、ステップ、操作、要素、および／またはそれらのグループが存在することまたは付加されることを排除するものではないことを理解されたい。
【００２９】
ここで使用される「画像」という語は、離散的な画像要素（例えば、２Ｄ画像に対するピクセルおよび３Ｄ画像に対するボクセル）からなる多次元データのことを示す。画像は、例えば、コンピュータトモグラフィ、磁気共鳴イメージング、超音波または当業者には公知の他の任意の医用イメージングシステムによって収集された対象体の医用画像とすることが可能である。また画像は、例えば、リモートセンシングシステム、電子顕微鏡検査などの医用ではないコンテキストから供給することも可能である。画像は、Ｒ３からＲへの関数とみなすことができるが、本発明の方法は、このような画像には制限されず、また任意の次元の画像、例えば２Ｄのピクチャまたは３Ｄのボリュームに適用可能である。２次元または３次元画像に対して、画像の領域は通例、２または３次元の矩形のアレイであり、各ピクセルまたはボクセルは、互いに垂直な２または３つの軸の集合を参照することによってアドレシング可能である。ここで使用される「デジタル」および「デジタル化された」という語は適宜、デジタルの収集システムを介して、またはアナログ画像からの変換を介して得られたデジタルまたはデジタル化された形式を示す。
【００３０】
日常の臨床業務においてマルチモーダルＰＥＴ／ＣＴイメージング法を使用することが多くなるのに伴い、心臓展開表面に対する融合形の新たな視覚化により、心血管疾患の精確な診断に対して違いが生じ得る。心臓の２Ｄ展開像は、すべての冠状動脈および心抹消血管を一目でわかるように良好に表示する。この像は、臨床医には殊に興味深いものである。それは臨床医は、３Ｄのボリューム、伝達関数、トリミング面（cropping plane）などに介入することなく構造も、血管な内部的な解剖学的構造も共に検討できるからである。この像を使用すれば、臨床医は、迅速かつ精確に位置を特定して血管の病状を定量化することができる。
【００３１】
冠状動脈の役割は、酸素を含んだ血液を心筋に供給することである。疾患によって冠状動脈の正常な機能に変化が発生すると、所定の組織が壊死して致命的になり得る。その一方で血管疾患によっては、心機能に何ら影響を及ぼすことなく冠状動脈をブロックすることがある。直ちに考慮しなければならない病状を認識するため、臨床医はＰＥＴイメージングを使用して、ＰＥＴの結果をＣＴイメージングとリンクさせなければならない。ＰＥＴによって示されるのは、化学に機能しているか否かまたは器官または組織の壊死である。心臓展開像にＰＥＴおよびＣＴを重ね合わせることによって、臨床医は直ちに冠状動脈病状の重度を推し量ることができ、ＣＴ画像から得られた特定の病状と、この病状が心臓の機能に与え、ＰＥＴ画像から決定される影響とをリンクさせることができる。
【００３２】
ＰＥＴおよびＣＴデータセットを融合して心臓の表面を展開する例示的な方法のフローチャートが図２に示されている。これにはつぎのステップが含まれている。ステップ２１ではＰＥＴおよびＣＴの心画像データボリュームが収集される。本発明の１実施形態ではこれらの画像は、ＰＥＴ−ＣＴスキャナを使用して収集され、また記録情報（registration information）を画像データに含めることができる。画像ボリュームの１つがステップ２２でセグメント化され、心臓表面が識別される。この１画像のセグメンテーションは、上記の記録変換（registration transformation）を使用して、他方の画像にマッピングすることができる。本発明の別の実施形態によれば、画像に記録情報が供給されない場合、上記の心臓表面は別の画像ボリュームによって記録される。
【００３３】
ステップ２３では心臓表面が３Ｄ楕円体によってモデリングされる。ステップ２４ではこの３Ｄ楕円体からビームが放射されて、心臓表面の２Ｄ像が計算される。これらのビームはステップ２５において２Ｄ最大強度放射（ＭＩＰ  maximum-intensity projection）にマッピングされて展開像が形成される。ステップ２３，２４，２５はＰＥＴまたはＣＴのいずれかに対して実行できることに注意されたい。ビーム毎の３Ｄ座標は保存することができ、また２つの集合の間の記録変換を使用して他方の画像に適用することができる。最後のステップ２６において２ＤのＰＥＴおよび２ＤのＣＴ展開像が重畳されて融合された２Ｄ像が形成される。択一的な３Ｄモデルおよび展開法を使用することが可能であるが、結果の品質に不利な影響を与えるものもある。
【００３４】
データセットの融合をＰＥＴおよびＣＴデータセットについて説明したが、ここで説明した方法は、本発明の別の実施形態において、ＳＰＥＣ−ＣＴまたはＭＲ−ＣＴのようなイメージングモダリティの任意の組み合わせから収集される画像データセットの組み合わせに使用可能である。
【００３５】
つぎのステップは心臓ボリュームのセグメンティングである。本発明の１実施形態によれば、実用上の理由から、ＣＴボリュームに対して作業して、ＣＴボリュームおよびＰＥＴボリュームにおけるボクセル間の記録の対応関係を使用して、ＰＥＴデータセットの相応するセグメンテーションを行うと有利である。その主な理由は、ＰＥＴデータの空間解像度が低く、セグメンテーションの精度が低下するからである。それはＰＥＴボリュームは、複数の心周期にわたって収集されて、ぼやけた「小球体」ボリュームになってしまうからである。例えば、当該技術分野では公知のグラフカットアルゴリズムを使用して、ＣＴの心臓の外側表面をセグメント化することができる。このセグメンテーションによって３Ｄマスクが形成され、ここではピクセルが対象体および背景としてラベル付けされる。
【００３６】
ＰＥＴデータセットとＣＴデータセットとを融合するため、これらの座標系は一致していなければならない。それはこれらの２つのデータセットが、つねに共通の座標系を使用して収集されるとは限らないからである。そのために３Ｄ変換を行って２つのデータ集合を記録しなければならない。２つの画像を記録する３Ｄ変換を指定するため、当該技術分野では数多くの手法があり、任意の有利な変換アルゴリズムを使用してＰＥＴおよびＣＴデータセットを記録することができる。臨床の世界でＰＥＴ−ＣＴボリューム記録アルゴリズムがより一層効率的また広まるに連れ、ＣＴに対する心臓展開法は今や、ＰＥＴと並行して使用することができる。ＣＴボリュームと共に記録されるＰＥＴボリュームの例示的な像は図３に示されている。ＰＥＴボリュームは記録データを含むことが多い。それは同じ装置が、ＣＴおよびＰＥＴボリュームの両方を形成するために使用されることが多いからである。この場合には付加的な記録ステップは不要である。しかしながら心臓の冠状動脈診断イメージングに使用されるより優れたＣＴスキャナは、通例、ＰＥＴ機能を有していないため、記録は必要である。２つの３Ｄの「小球体」を位置合わせするためには多くの記録法が考えられる。本発明の１実施形態によれば、心臓表面の記録は、ＰＥＴボリュームに閾値を設定して（thresholding）、このボリュームと、前もってセグメント化されたＣＴ心臓表面とを位置合わせすることによって行われる。
【００３７】
このセグメンテーションの結果から間隔マップが形成されてボリュームの各点と、心臓のセグメント化された表面との間隔が評価される。３Ｄマスクの表面からの間隔マップにより、末梢血管の復元中に有益な制約を得ることができる。例えば、末梢血管が心臓の表面に平行に位置すれば、間隔マップにおけるそれらの間隔（すなわち、これらの血管と心臓表面との間隔）は滑らかに変化する。間隔マップは基本的に各点に、この点と基準（この場合には心臓表面）との間の間隔を関連づけるボリュームである。セグメント化されたボクセルは、楕円体のような比較的単純な幾何学的対象体によって心臓をモデリングするために使用される。これにより、地図作成法が使用されてその表面が簡単に平坦化される。このことについては以下に極めて詳しく説明する。
【００３８】
上記の間隔マップは、楕円体または２軸の回転楕円体によって心臓壁をモデリングするために使用される。３軸の楕円体のようなさらに精確なモデルを考えることも可能であるが、大きな欠点は３Ｄ−２Ｄ投影に対して単純な数学的な解決手段がないことである。
【００３９】
２軸の楕円体による投影は地図作成法においてよく知られた手法であり、心臓の医用イメージングに適用されたのは最近になってのことである。２軸の回転楕円体によって低減されるのは、球を使用した場合に発生し得る変形である。長さａおよびｂの半軸の２軸の楕円体に対して、表面の式は、
ｘ２／a２＋ｙ２／a２＋ｚ２／ｂ２ ＝ １
またはパラメタ形式では、ｘ ＝ ａ∃cos(φ)sin(θ)，ｙ ＝ ａ∃sin(φ)cos(θ)，ｚ ＝ ｂ∃cos(θ)であり、ここでφ∈[０，２π]，θ∈[０，π]である。地図作成法でよく使われるのと同様にφおよびθはそれぞれ経度および緯度と称される。楕円体の中心は、間隔マップの等値面０（心臓の外皮）に位置するすべての点の重心Ｇとして計算される。
【００４０】
【数３】
2006297105.tif 000005
軸Ｙは、直接直交基底（direct orthogonal base）Ｂ＝(Ｇ，Ｘ，Ｙ，Ｚ)を有するように導き出される。
【００４１】
モデリングの品質は、セグメンテーションの品質に依存していないことに注意されたい。これにより、ここで記載した手法は、上述のセグメンテーション法の選択には依存せず、またノイズに対してロバストである。さらに他の器官とは異なり、心臓はそのままで楕円体の形状を有するのである。
【００４２】
つぎに楕円体表面からビームが放射されて心臓表面の２次元（"２Ｄ"）像が計算され、ビームが横断するボクセルの強度が集められる。楕円体表面における各ビームは、２Ｄ像のピクセルに相応する。したがって２Ｄ像は、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）を使用して各ビームを描くことによって描画されるのである。ボクセル強度は、あらかじめ定めた方向に集められ、また心臓壁の内側および外側に広がる。ビームを放射するために使用される楕円体のノードの分布は、つぎの単純な変換を介して計算される。図１を参照すると、３Ｄ空間（楕円体上の）点Ｐ(φ，θ)１０５毎に（平面上の）２Ｄ点Ｘ(ｕ，ｖ)１１０が
【００４３】
【数４】
2006297105.tif 000006
にしたがって計算される。
【００４４】
２Ｄ像の各ピクセルＩ(Ｘ)＝Ｉ(ｕ，ｖ)は、ビームの各強度Ｉｎの正規化された和である。すなわち、
【００４５】
【数５】
2006297105.tif 000007
である。
【００４６】
ビームが間隔マップそのものから直接放射される場合、ビームは十分に均一ではなく、活用できないことに注意されたい。実際に心臓表面は不規則であるため、このようなビームにより、多くの血管が失われることになる。別の解決手段は、２軸の楕円体に対する横メルカトール投影に基づくものとすることができる。このような手法の欠点は、ボリュームが回転楕円体なることであり、このことは短軸が極の面にあり、長軸が赤道面にあることを意味する。
【００４７】
楕円体によって心臓表面をモデリングし、表面からビームを放射し、２ＤのＭＩＰにビームをマッピングするこれらのステップは、ＰＥＴデータセットについては行う必要がない。ＣＴボリュームにおいて放射されるすべてのビームの３Ｄ座標は記憶される。ＣＴ(Ｘ，Ｙ，Ｚ)とＰＥＴ(Ｘ，Ｙ，Ｚ)との間の記録対応式を使用すると、複雑な一連の同じ処理（セグメンテーション、展開、ビーム放射）を行わなくても、ＣＴビーム座標を使用することによってＰＥＴボリュームの強度を得ることができる。
【００４８】
ＰＥＴボリュームは通常、極めて低い強度値によって形成される「ホール」を有しており、ここには病変した組織が位置する。病変した心臓のＰＥＴスキャンの概略図は図４に示されており、ここでは心臓４０の低強度値４１は、健康な心臓組織の高強度値４２によって包囲されている。本発明の１実施形態によれば、心臓のわずかに内側および心臓のわずかに外側の値と共に、ＣＴ表面に相応する３ＤのＰＥＴ小球体の表面における強度値が考慮される。
【００４９】
ＣＴボリュームにおけるビーム放射についての情報｛Ｘｃｔ，Ｙｃｔ，Ｚｃｔ，強度ｃｔ｝は保持されるため、記録{Ｘｐｅｔ，Ｙｐｅｔ，Ｚｐｅｔ}を計算してＰＥＴボリュームにおける強度を得ることができる。これらの強度はつぎに平均化されて単一の値が形成される。ＰＥＴはあまり精確でないイメージングモダリティであるため、表面に対して大まかな強度値および大まかな記録を有することが許容される。通常、ＰＥＴ画像ボリュームにおいて、病変した組織の位置はかなり明瞭である。
【００５０】
最終的にはこの段階において、２つの３Ｄ画像ボリュームの記録によって示された対応関係を使用することによって、ＰＥＴデータセットおよびＣＴデータセットから得られた２Ｄの展開像を重ね合わせることができる。
【００５１】
ＰＥＴおよびＣＴ像を融合することによって得られる、展開された心臓のｎＭＩＰ（すなわちnormal maximum intensity projection）像の例は、図５に示されている。新たに生成された心臓のこの２Ｄ平坦表面において、酸素を含んだ血液を心筋に供給する部分（５１）および健康でない部分（５２，５３）をはっきりと見分けることができる。
【００５２】
本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセッサまたはこれらの組み合わせからなるさまざまな形態でインプリメントできることを理解されたい。１実施形態において本発明は、コンピュータ読出可能なプログラム記憶装置において実現されるアプリケーションプログラムとして、ソフトウェア的にインプリメントすることができる。このアプリケーションプログラムは、任意の有利なアーキテクチャを含むマシンにアップロードして実行可能である。
【００５３】
図６は、本発明の１実施形態にしたがって、ＰＥＴおよびＣＴ画像を再フォーマットされる単一画像に融合して心臓を展開する方法をインプリメントする例示的なコンピュータシステムのブロック図である。図６を参照すると、本発明をインプリメントするコンピュータシステム６１は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ  central processing unit）６２と、記憶装置６３と、入出力インフェース（Ｉ／Ｏ）６４とを含むことができる。コンピュータシステム６１は一般的にはＩ／Ｏインタフェース６４を介してディスプレイ６５およびマウスおよびキーボードのようなさまざまな入力装置６６に結合される。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、通信バスなどの回路を含むことができる。記憶装置６３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ディスクドライブ、テープドライブなどまたはこれらの組み合わせを含むことができる。本発明は、記憶装置３３に記憶されかつＣＰＵ６２によって実行されて信号源６８からの信号を処理するルーチン６７としてインプリメントすることが可能である。このようにコンピュータシステム６１は、本発明のルーチン６７を実行する場合に特定用途向けコンピュータシステムになる汎用コンピュータシステムなのである。
【００５４】
またコンピュータシステム６１はオペレーティングシステムおよびマイクロ命令コードを含む。ここで説明したさまざまな処理および機能は、マイクロ命令コードの一部か、またはオペレーティングシステム介して実行されるアプリケーションプログラムの一部（またはそれらの組み合わせ）とすることが可能である。これに加えてさまざまな別の周辺装置、例えば付加的なデータ記憶装置または印刷装置をこのコンピュータプラットホームに接続可能である。
【００５５】
さらに、添付の図面に記載した構成システムのコンポーネントおよび方法ステップのうちのいくつかはソフトウェアでインプリメントすることができるため、システムコンポーネント間（または処理ステップ）の実際の接続は、本発明がプログラムされる仕方に依存して変わり得ることを理解されたい。ここで示した本発明の教示があれば、当該技術分野における通常の知識を有する者は、上に示したおよび類似の本発明のインプリメンテーションまたはコンフィギュレーションを考察することができるはずである。
【００５６】
本発明を有利な実施形態に基づいて詳しく説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の精神および範囲を逸脱することなく、さまざまな変更および置き換えをこれらに行うことができることが当業者にはわかるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の１実施形態にしたがって３Ｄ空間の点を２Ｄ空間の点にマッピングする例を示す図である。
【図２】ＰＥＴおよびＣＴ画像を再フォーマットされる単一の画像に融合して心臓を展開する、本発明の１実施形態による方法のフローチャートである。
【図３】本発明の１実施形態にしたがい、ＣＴボリュームと共に記録されるＰＥＴボリュームの例示的な像である。
【図４】本発明の１実施形態による、疾患のある心臓のＰＥＴスキャンの概略図である。
【図５】本発明の１実施形態による、展開された心臓表面のｎＭＩＰ像の例である。
【図６】本発明の１実施形態による、ＰＥＴおよびＣＴ画像を再フォーマットされる単一の画像に融合して心臓を展開する方法をインプリメントする例示的なコンピュータシステムのブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０５  楕円体上の点、  １１０  １０５に対する２Ｄの点、  ４０  心臓、  ４１  低強度値、  ４２  高強度値、  ５１  酸素を含んだ血液が供給されている心筋の部分、  ５２，５３  健康でない部分、  ６１  コンピュータシステム、  ６２  中央演算処理装置、  ６３  記憶装置、  ６４  入出力インタフェース、  ６５  ディスプレイ、  ６６  入力装置、  ６７  ルーチン、  ６８  信号源
【図１】
2006297105.tif 000012
【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図３】
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【図５】
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