(57)【要約】画像案内方法において、解剖学的器官の円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像のストリームが、CBCT撮像装置（３４）を使って取得される。各CBCT画像（４４）について、CBCT画像における器官の表面がセグメンテーションされて、CBCT画像における解剖学的器官のセグメンテーションされた表面（７０）が生成される。統計的事前形状（６８）を使う隠蔽形状再構成（６６）を使って、欠けているまたは隠蔽されている表面部分が再構成されてもよい。解剖学的器官の術前医療画像（１２）と前記CBCT画像が空間的に位置合わせされる。これは、術前医療画像における器官のセグメンテーションされた表面（３０）とCBCT画像における器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記画像の一方を前記画像の他方に歪めることによる。歪められた画像と他方の画像を組み合わせる融合画像（８２）が表示される。
2019528971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）撮像装置と；
電子的プロセッサと；
ディスプレイと：
命令を記憶している少なくとも一つの非一時的な記憶媒体とを有する画像案内装置であって、前記命令は、空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている肝臓と前記CBCT撮像装置によって取得されたCBCT画像において撮像されている肝臓とを空間的に位置合わせするための、前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令であり、前記空間的位置合わせプロセスは：
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションして前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面を生成し；
前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせし；
前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することを含む、
画像案内装置。
【請求項２】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
統計的肝臓事前形状を使って隠蔽形状再構成を実行して、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面の一部を再構成することを含む、
請求項１記載の画像案内装置。
【請求項３】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
ユーザー・インターフェースを提供し、該ユーザー・インターフェースを介して前記CBCT画像における肝臓の表面を示す肝臓表面目印が受領され；
少なくとも部分的には前記肝臓表面目印に基づいて、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面を生成することを含む、
請求項１または２記載の画像案内装置。
【請求項４】
前記CBCT撮像装置が、ある更新レートでCBCT画像をストリーミングするよう動作させられるCアームを有しており；
前記命令は、前記ストリームの各CBCT画像について前記空間的位置合わせプロセスを反復して前記ディスプレイ上に前記更新レートで更新される前記融合画像を表示するよう前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能である、
請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項５】
前記術前医療画像が磁気共鳴撮像（MRI）画像または複数検出器計算機断層撮影（MDCT）画像である、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項６】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記術前医療画像における肝臓の表面をセグメンテーションして前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面を生成することをさらに含む、
請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項７】
前記空間的位置合わせが：
前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記CBCT画像を前記術前医療画像に歪めることを含む、
請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項８】
前記融合画像を表示することが：
前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたもののオーバーレイを、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に重ねて表示することを含み、前記オーバーレイは透明度因子によって制御される半透明性をもつ、
請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項９】
空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている解剖学的器官と円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像において撮像されている前記解剖学的器官とを空間的に位置合わせすることを電子的プロセッサに実行させるためのコンピュータ・プログラムであって、前記空間的位置合わせプロセスは：
前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションし、前記解剖学的器官についての統計的事前形状を使って隠蔽形状再構成を実行して前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面の一部を再構成することによって、前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成し；
前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって、前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせすることを含む、
コンピュータ・プログラム。
【請求項１０】
前記解剖学的器官は肝臓であり、前記統計的事前形状は肝臓についての統計的事前形状である、請求項９記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１１】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
ユーザー・インターフェースを提供し、該ユーザー・インターフェースを介して前記CBCT画像における肝臓の表面を示す肝臓表面目印が受領され；
少なくとも部分的には前記肝臓表面目印に基づいて、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面を生成することを含む、
請求項９または１０記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１２】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記術前医療画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションして前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成することをさらに含む、
請求項９ないし１１のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１３】
前記空間的位置合わせが：
前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記CBCT画像を前記術前医療画像に歪めることを含む、
請求項９ないし１２のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記電子的プロセッサと動作上接続されているディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することをさらに含む、
請求項９ないし１３のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
前記融合画像が、透明度混合率を用いるオーバーレイ画像を含む、請求項１４記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１６】
CBCT画像のストリームの各CBCT画像について前記空間的位置合わせプロセスを反復して、前記ストリームの更新レートで更新される前記融合画像を表示するための前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令をさらに含む、請求項１４または１５記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１７】
解剖学的器官の円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像のストリームを、CBCT撮像装置を使って取得する段階と；
前記ストリームの各CBCT画像について、電子的プロセッサおよびディスプレイを使って空間的位置合わせプロセスを実行する段階とを含む、画像案内方法であって、前記空間的位置合わせプロセスは：
前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションして、前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成し；
前記解剖学的器官の術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせすることを、前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって行ない；
前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することを含む、
画像案内方法。
【請求項１８】
前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションすることが：
統計的肝臓事前形状を使って隠蔽形状再構成を実行して、前記CBCT画像における前記解剖学的器官の前記セグメンテーションされた表面の一部を再構成することを含む、
請求項１７記載の画像案内方法。
【請求項１９】
前記取得する段階が：
360度未満の弧にわたって前記解剖学的器官をスキャンするCアームを有する前記CBCT撮像装置を使って、前記解剖学的器官のCBCT画像のストリームを取得することを含む、
請求項１７または１８記載の画像案内方法。
【請求項２０】
前記解剖学的器官が肝臓である、請求項１７ないし１９のうちいずれか一項記載の画像案内方法。
【請求項２１】
前記融合画像を表示することが、半透明なオーバーレイを使って前記融合画像を生成することを含む、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記は概括的には、画像によって案内される医療手順技術、医療撮像技術、肝癌処置技術および関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
肝癌は最も一般的な癌の一つである。年間80万件を超える新たな肝細胞癌（HCC:  hepatocellular  carcinoma、原発性肝癌）事例および30万件を超える転移性疾患が毎年世界中で診断されている。経カテーテル動脈化学塞栓術（TACE:  transcatheter  arterial  chemoembolization）はこれらの患者の70%以上において処置の中心である。TACEはX線画像によって案内される介入的な腫瘍科手順であり、化学療法薬が、肝動脈におけるカテーテルから腫瘍自身に局所的に送達される。この手順は、普通、腫瘍を栄養する動脈血管を最も効果的に撮像するよう動脈内投与される造影剤を使って、円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT:  cone  beam  computed  tomography）撮像によって案内される。二次元（2D）X線透視法も、リアルタイムの案内撮像を提供するために使用されうる。
【０００３】
典型的なTACE処置作業フローは次のようなものである。静脈内造影剤注入を使ってベースラインの多相の造影MRI（CE-MRI:  contrast  enhanced  MRI）が肝癌を診断するために実行される。その後、TACE手順は、手順内カテーテル案内のための案内撮像を提供するためにCアームCBCT撮像装置を使って実行される（たとえばいくつかの典型的なタイムラインでは診断後4〜6週間）。TACE手順の間、術前CE-MRI画像が参照として表示され、一方、CBCT画像がほぼリアルタイムの案内撮像を提供するために表示される。CBCT画像更新は、すばやく、たとえばいくつかの商業的CBCT装置では5秒毎に一回の240°画像掃引で実行できる。術内CBCT撮像は、TACE手順の間の造影剤（および拡張により化学療法薬）堆積の位置および密度についてのリアルタイムのフィードバックを提供する。任意的に、X線透視法は、2Dでしかないものの、より最新に追随する画像案内を提供できる。TACE手順に続いて、通例、TACE療法に対する患者応答を評価するために、フォローアップCE-MRIが実行され、進行評価によって妥当とされれば追加的なTACE手順が実行されてもよい。
【０００４】
TACE手順は、複雑な外科手順であり、その成功裏の実行は、外科医が並列な多数の情報源（たとえば参照CE-MRI、CBCT画像パス（passes）、2D  X線透視撮像、カテーテルからの触覚フィードバック）を統合することを要求する。典型的には、複数の撮像モダリティーからの情報は独立して提供される。特に、外科医は、介入前CE-MRIによって提供される複雑な三次元（3D）情報を術内CBCTによって提供される対応する3D情報と併合することにおいて何の支援も与えられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下記は、上記で参照した問題その他に対処する新たな改善されたシステムおよび方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある開示される側面では、画像案内装置であって、円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）撮像装置、電子的プロセッサ、ディスプレイおよび命令を記憶している少なくとも一つの非一時的な記憶媒体を含むものが開示される。前記命令は、空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている肝臓とCBCT撮像装置によって取得されたCBCT画像において撮像されている肝臓とを空間的に位置合わせするための、前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令である。そのプロセスは：前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションして前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面を生成し；前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせ（point  set  registration）を使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせし；前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することを含む。
【０００７】
もう一つの開示される側面では、非一時的な記憶媒体が、空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている解剖学的器官と円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像において撮像されている前記解剖学的器官とを空間的に位置合わせするための、電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令を記憶している。前記空間的位置合わせプロセスは：前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションし、前記解剖学的器官についての統計的事前形状を使って隠蔽形状再構成（occluded  shape  reconstruction）を実行して前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面の一部を再構成することによって、前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成し；前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせ（point  set  registration）を使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって、前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせすることを含む。
【０００８】
もう一つの開示される側面では、画像案内方法が開示される。解剖学的器官の円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像のストリームが、CBCT撮像装置を使って取得される。該ストリームの各CBCT画像について、電子的プロセッサおよびディスプレイを使って空間的位置合わせプロセスが実行される。前記空間的位置合わせプロセスは：前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションして、前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成し；前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせ（point  set  registration）を使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって前記解剖学的器官の術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせし；前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することを含む。
【０００９】
一つの利点は、円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）案内画像を術前医療画像と組み合わせる融合画像を提供することにある。
【００１０】
もう一つの利点は、CBCT案内画像のストリームの更新レートで更新される融合画像を生成するために、CBCT案内画像のストリームの各CBCT画像についてそのような画像融合を実行することにある。
【００１１】
もう一つの利点は、CBCT案内画像および術前医療画像において肝臓または他の解剖学的器官の空間的位置合わせを提供が、前記CBCT案内画像において隠蔽されているまたは画像化されていない前記解剖学的器官の表面の部分を空間的に位置合わせすることを含むことにある。
【００１２】
もう一つの利点は、CBCT案内画像のストリームの、術前磁気共鳴画像（MRI）または複数検出器計算機断層撮影（MDCT:  multiple-detector  computed  tomography）術前医療画像との視覚的な統合を提供することにある。
【００１３】
所与の実施形態は、上記の利点の一つも提供しないこともあれば、一つ、二つ、三つ以上または全部を提供することもあり、および／または他の利点を提供することもある。これは本開示を読み、理解すれば当業者には明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、さまざまなコンポーネントおよびコンポーネントの配置ならびにさまざまなステップおよびステップの配置の形を取りうる。図面は単に好ましい実施形態を例解する目的のためであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】肝癌の撮像ベースの診断のためおよびこれを処置するための経カテーテル動脈化学塞栓術（TACE）手順を実行するための例示的なシステムを図的に示す図である。
【図２】図１に示されるさまざまな画像およびセグメンテーションの拡大図および図的な作業フロー接続を示す図である。
【図３】本稿に記載されるいくつかの実験結果を図的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）案内画像および基準となる術前医療画像（典型的にはMRI画像またはMDCT画像）によって具現される情報の直観的な併合を提供する一つの方法は、CBCT画像および術前医療画像を空間的に位置合わせし、次いで、たとえば一方の画像を他方の画像の上に半透明なオーバーレイ画像として表示して、両者を融合画像として表示することであろう。
【００１６】
しかしながら、術内CBCT画像をベースラインMRIまたはMDCT術前画像に位置合わせすることは、いくつかの理由により困難な問題である。一つの困難は、CBCT視野（FOV:  field  of  view）は典型的には円筒形状であり、それに対してベースラインMRIまたはMDCT術前医療画像については典型的には長方形のFOVであるということである。もう一つの困難は、多くの場合、肝臓はCBCT  FOVにおいてその全体が見えるのではないということである。さらに、CBCT案内画像はしばしば低品質であり、アーチファクトを受ける。これは、不完全な撮像弧（たとえばCアーム構成において、アームは完全な撮像データセットを提供するはずの360°フルではなく約240°を横断する）およびほぼリアルタイムのCBCT撮像を達成するための短いスキャン時間（たとえば約5秒で単一弧のパス（pass）が実行されることがある）といった要因の結果である。MRI術前医療画像の場合、撮像モダリティーにおける差は異なるコントラスト特性につながる。たとえば、MRI撮像とは異なり、CBCT撮像は軟組織コントラストを提供しない。これは、肝臓内の解剖学的構造を整列させようとする強度ベースの位置合わせの効果を減じる。
【００１７】
さらに、造影剤送達経路がしばしば異なる。術前医療撮像は典型的には、静脈内に送達される造影剤を用い、その場合、摂取は少なくとも初期には静脈系にである。対照的に、経カテーテル動脈化学塞栓術（TACE）手順は化学療法薬をカテーテルから、腫瘍自身に局所的な肝動脈に送達する。よって、TACEのための撮像を最大化するために、CBCT造影剤を、動脈内に送達することが一般的な慣行である。場合によってはTACE手順を実行することにおいて用いられる同じ動脈カテーテルを使う。このため、CBCT案内画像のための摂取は少なくとも初期には動脈系にである。この違い（術前医療画像のための静脈内造影剤送達とCBCT案内画像のための動脈内造影剤送達）は、造影される脈管が同じではないので、画像位置合わせをさらに複雑にする。
【００１８】
本稿に開示される手法では、術内CBCT画像がベースラインMRIまたはMDCT術前医療画像と位置合わせされる（典型的には。ただし、術前画像のほうをCBCT画像に位置合わせすることも考えられる）。これは、再構成された肝臓表面の点集合位置合わせによってなされる。換言すれば、肝臓表面がそれぞれのCBCTおよび術前画像のそれぞれにおいてセグメンテーションされ、それぞれの肝臓表面が点集合によって表現される。点集合はたとえば、それぞれのセグメンテーションされた肝臓表面にわたって広がった等間隔の点の非平面状格子として構成されてもよい。一方の画像における肝臓表面の点集合が、他方の画像における肝臓表面の点集合にマッチするよう歪められ、それにより該一方の画像が他方の画像と位置合わせされるよう歪められる。この点位置合わせは、目標病変（単数または複数）における十分な薬物堆積を評価するための動的フィードバックに基づく処置戦略の術内調整を容易にする。かかる調整は術内CBCT撮像の妥当性および有用性を高める。
【００１９】
肝臓に対して実行されるTACE手順を参照して記述されるが、より一般には、術内CBCT案内画像を術前医療画像と空間的に位置合わせするための開示される手法は、実質的にいかなる解剖学的器官（たとえば肝臓、前立腺、心臓など）のために用いられてもよく、TACEまたは他の画像案内される介入手順のための画像案内を提供することにおいて有用な用途を見出すであろう。
【００２０】
開示される手法は、部分的には本願でなされる観察に基づく。それは、肝臓の形状およびその内部構造の対応する空間的編成は、ベースラインMRI、MDCTまたは他の術前医療撮像と、その後の術内CBCT撮像との間で実質的には不変のままであるということである。肝臓撮像の場合には特に、肝臓の大きな体積がその形状、サイズおよび配向が、腫瘍生長、実質組織の変化および炎症過程の影響のもとであってもほぼ不変のままであることを保証する。よって、ベースライン術前医療画像と手順内CBCT画像との両方でのセグメンテーションされた肝臓表面の点位置合わせは、撮像モダリティー間で空間位置および配向が一貫したままであるHCC病変のような内部肝臓構造を堅牢に整列させる効果をもつ。さらに、空間的位置合わせを肝臓表面の整列に基づかせることによって、胃腸（GI）管、肺および他の周囲の解剖学的構造のサイズ、位置および配向のような、無関係で、逆効果になる可能性もあるミスリーディングな情報が位置合わせプロセスから除外される。
【００２１】
もう一つの困難は、肝臓全体がしばしばCBCT画像において完全に撮像されないということである。これは典型的には、術前医療撮像に比して典型的にはより小さい、CBCT撮像の円筒状のFOVおよび不完全なスキャン弧（たとえばCアーム構成を用いるいくつかのCBCT撮像装置では約240°）に起因する。肝臓がCBCTのFOVから部分的に除外される状況に対処するために、統計的肝臓事前形状を利用する隠蔽表面再構成を用いて、CBCT画像において肝臓表面の欠けているまたは隠蔽されている部分を再構成することが開示される。次いで、再構成された部分を含むこのセグメンテーションされた肝臓表面全体が、術前医療画像における対応する肝臓表面との点位置合わせにおいて使われる。ある代替的な実施形態では、前記再構成は実行されず、代わりに点集合位置合わせは、CBCT画像において実際に撮像された肝臓の表面の部分を、術前医療画像における肝臓の表面の対応する部分にマッチさせることに制限される。
【００２２】
こうして、本稿では、手順内CBCTの（たとえばMRIまたはMDCT撮像によって得られる）術前医療画像へのマルチモーダル位置合わせの困難な問題に対して、両画像におけるセグメンテーションされた肝臓表面の点集合位置合わせにより対処することが開示される。CBCT  FOVにおいて肝臓全体が見えない場合には、任意的に、そのグローバルな形状が、肝臓についての統計的事前形状を使う隠蔽形状再構成を統合することによって再構成される。いくつかの例解用の例では、次の作業フローが用いられる。MRIまたはMDCT術前医療画像において肝臓表面が（手動でまたは自動的に）セグメンテーションされる。各CBCT画像においても肝臓表面が（手動でまたは自動的に）セグメンテーションされる。CBCT  FOVにおいて肝臓全体が見えない場合には、任意的に統計的肝臓事前形状を使う隠蔽形状再構成が用いられて、肝臓のグローバル形状を再構成する。次いで、CBCTからセグメンテーション／再構成された肝臓表面の、MRからセグメンテーションされた肝臓表面への点位置合わせ（たとえば堅牢点マッチング）が適用されて、CBCT画像を術前医療画像に非剛体的に位置合わせ〔レジストレーション〕する。あるいはまた、同様にして術前医療画像のほうをCBCT画像に位置合わせすることも考えられる。次いで、空間的に位置合わせされた両画像から融合画像が生成される。このようにしてほぼリアルタイムのCBCT案内撮像を提供するために、上記の手順は好ましくは、CBCT撮像装置によって取得されるCBCT画像のストリームの各CBCT画像について繰り返される。
【００２３】
ここで図１を参照するに、肝癌の撮像ベースの診断のためおよびこれを処置するための経カテーテル動脈化学塞栓術（TACE）手順を実行するための例示的なシステムが示されている。初期肝癌診断は、医療撮像装置１４を使って医療画像１２を取得する医療撮像１０を援用してなされる。肝癌診断については、診断医療撮像装置１４は典型的には磁気共鳴撮像（MRI）撮像装置である。ただし、複数検出器計算機断層撮影（MDCT）撮像装置も使用されうる。TACE療法が後に行なわれると想定して、これら初期の診断画像は術前医療画像１２であるとも考えられ、この用語は下記で全般的に用いられる。術前医療撮像１０は一般に、造影剤を使って実行される。より詳細には、典型的には静脈内造影剤１６が用いられる。一般に、造影剤１６は、静脈内投与できてX線コントラストを高めるいかなる薬剤であってもよい。
【００２４】
術前医療画像１２は、例示的なコンピュータ２２のような電子的プロセッサ２０によって処理される。この処理は、画像再構成ステップを含んでいてもよい。たとえば、MRI装置を有する撮像装置１４によって取得された生のk空間データを再構成してMRI画像を生成する；あるいはMDCT撮像装置を有する撮像装置１４によって取得された生のX線吸収データを再構成してMDCT画像を生成する。あるいはまた、この画像再構成は、撮像装置１４と一体の電子的プロセッサによって実行されてもよい。いずれの場合にも、結果として得られる術前医療画像１２は肝臓セグメンテーション動作２４においてセグメンテーションされる。この動作は自動的な画像セグメンテーション・プロセス（たとえば肝臓表面を高い画像勾配面として検出する）、手動のセグメンテーション・プロセスまたは半自動のセグメンテーション・プロセスであってもよい。手動または半自動のセグメンテーション・プロセスでは、ユーザー（たとえば放射線医または腫瘍専門医）が、術前医療画像１２の選択されたスライス（たとえばユーザーによって選ばれる体軸断面スライス、矢状面スライスおよび／または冠状面スライスおよび／または斜めのスライス）を表示する表面マーキング・ユーザー・インターフェース（UI）２６を操作する。UI  ２６はユーザーがたとえばマウス２８または他のポインティングデバイスを使って肝臓表面に沿う点をクリックすることで肝臓表面目印を提供できるようにし、それらの点をその後、UI  ２６がスプライン曲線または他の補間法を使ってつないで、肝臓表面を描く。肝臓セグメンテーション動作２４の結果は、術前医療画像１２において肝臓のセグメンテーションされた表面３０である。
【００２５】
術前医療撮像１０は、TACE手順に先立って実行される。いくつかの一般的な臨床作業フローでは、術前医療撮像１０は、TACE手順の数日前または数週間前に実行される。ただし、他の時間間隔も考えられる。典型的には、肝臓セグメンテーション２４もTACE手順の開始前に実行される。
【００２６】
引き続き図１を参照するに、TACE手順の日、患者は手術のために準備され、円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）撮像装置３４内にロードされる。例示的なCBCT撮像装置３４は、Cアーム３６をもつフィリップスXperCT（商標）CBCT撮像装置である。Cアーム３６は一端にX線源を、Cアーム３６の反対端にX線検出器アレイを、X線源によって発されたX線円錐ビームがX線検出器アレイに入射するような配向で担持する。例示的なCアーム３６は、手術台（図示せず）の上に載せられた患者の上方にCアーム３６を位置決めすることにおける柔軟性を提供するための頭上レール３８に取り付けられる。しかしながら、他のおよび／または追加的な支持構造／構成も考えられる。TACE手順の間、CBCT撮像４０が実行される。摂取コントラストを与えるために、CBCT撮像に先立って患者はX線造影剤４２を投与される。造影剤４２は典型的には、悪性組織に栄養を送る動脈脈管構造への摂取を最大にするよう、動脈内に投与される。任意的に、造影剤４２は、TACE手順を実行するために外科医が使うのと同じ動脈カテーテル（図示せず）を使って送達される。手順内CBCT撮像４０は、CBCT画像のストリームを取得する。例示的な一枚のCBCT画像４４が示されている。
【００２７】
図１にさらに示されるように、各CBCT画像４４は、ディスプレイ５４（たとえばLCDディスプレイ、プラズマ・ディスプレイなど）を有する例示的なコンピュータ５２のような電子的プロセッサ５０によって処理される。より一般には、ディスプレイ５４は動作上、電子的プロセッサ５０に接続され、それにより電子的プロセッサは、画像または他の情報５６を表示するようディスプレイ５４を動作させることができる。任意的に、電子的プロセッサ５０はCBCT画像再構成ステップを実行してもよい。たとえば、Cアーム３６上のX線検出器を使って取得された生のX線吸収データを再構成して、CBCT画像を生成する。あるいはまた、この画像再構成は、CBCT撮像装置３４と一体の電子的プロセッサによって実行されてもよい。いずれの場合にも、結果として得られるCBCT画像４４は肝臓セグメンテーション動作５８においてセグメンテーションされる。この動作は自動的な画像セグメンテーション・プロセス（たとえば肝臓表面を高い画像勾配面として検出する）、手動のセグメンテーション・プロセスまたは半自動のセグメンテーション・プロセスであってもよい。手動または半自動のセグメンテーション・プロセスでは、ユーザー（たとえばTACE外科医または手術助手）が、CBCT画像４４の選択されたスライス（たとえばユーザーによって選ばれる体軸断面スライス、矢状面スライスおよび／または冠状面スライスおよび／または斜めのスライス）を表示する表面マーキング・ユーザー・インターフェース（UI）６０を操作する。UI  ６０はユーザーがたとえばマウス６２または他のポインティングデバイスを使って肝臓表面に沿う点をクリックすることで肝臓表面目印を提供できるようにし、それらの点をその後、UI  ６０がスプライン曲線または他の補間法を使ってつないで、肝臓表面を描く。CBCT撮像４０は一般に高速更新レート、たとえばいくつかの実装では5秒毎でのCBCT画像４４のストリームを生成するので、ストリームの各CBCT画像４４の完全に手作業のセグメンテーションは一般には実際的でない。しかしながら、TACE手順の間患者は静的に保持されているとの想定のもとに、ストリームの最初のCBCT画像４４について手作業で肝臓表面目印を割り当て、その後は、ストリームのその後のCBCT画像の自動化されたセグメンテーションのために、その目印を近似的な初期出発点として使うことは実際的でありうる。あるいはまた、すでに述べたように、肝臓セグメンテーション５８は、完全に自動化されてもよく、その場合、表面マーキングUI  ６０は省略されてもよい。肝臓セグメンテーション動作５８の結果は、CBCT画像４４における肝臓のセグメンテーションされた表面６４である。
【００２８】
たとえば肝臓の一部がCBCT  FOVの外側にあるために肝臓全体がCBCT画像４４において撮像されない場合、任意的に、肝臓表面の欠けている部分は、統計的肝臓事前形状６８を使う隠蔽形状再構成動作６６によって再構成されることができる。統計的肝臓事前形状６８は、たとえば、ある数の異なる人について取得されたCBCT画像にわたって平均された肝臓の形状として生成される。隠蔽形状再構成６６はたとえば、変形された統計的肝臓事前形状６８が肝臓セグメンテーション５８によって生成されたセグメンテーションされた肝臓表面にマッチするよう、統計的肝臓事前形状６８を変形することに関わる。ここで、セグメンテーションされた表面にマッチするための変形は、統計的肝臓事前形状６８の一様な拡大／縮小、統計的肝臓事前形状６８の剛体的な回転および／または並進などといったある種の変換を用いることに制約される。このようにして、変形された統計的肝臓事前形状６８のうち、CBCT画像４４において欠けているまたは隠蔽されている肝臓表面の部分に対応する部分が、この欠けているまたは隠蔽されている表面部分の合理的な程度に正確な近似のはたらきをする。肝臓セグメンテーション５８およびそれに続く隠蔽形状再構成６６の結果は、CBCT画像４４における肝臓のセグメンテーションされた表面７０である。
【００２９】
引き続き図１を参照するに、動作８０は、術前医療画像１２およびCBCT画像４４の一方を術前医療画像１２およびCBCT画像４４の他方に合うよう歪めることによって、術前医療画像１２およびCBCT画像４４を空間的に位置合わせする。典型的には、CBCT画像４４のほうが術前医療画像１２と空間的に位置合わせされるよう歪められる――これは、CBCT画像のストリームが処理される際に静的な術前医療画像１２にマッチするよう歪められるという利点がある。空間的位置合わせ８０は、術前医療画像１２における肝臓のセグメンテーションされた表面３０およびCBCT画像４４における肝臓のセグメンテーションされた表面７０の点集合位置合わせを使う。これは、セグメンテーションされた表面３０にわたって広がる点の集合、セグメンテーションされた表面７０にわたって広がる対応する点の集合を定義し、CBCT画像４４における肝臓のセグメンテーションされた表面７０上の点を術前医療画像１２のセグメンテーションされた表面３０上の点にマッチさせる空間変換（必須ではないが典型的には非剛体または非線形変換）を決定することに関わる。（これは、CBCT画像４４が術前医療画像１２にマッチするよう歪められることを前提にしている。）該変換を決定するためには、（限定しない例解用の例として）堅牢点マッチング（robust  point  matching）のような、数多くの点集合位置合わせ手法が知られている。次いで、決定された空間変換は、所望される歪めを生成するよう、歪められる画像のボクセルに適用される。
【００３０】
隠蔽形状再構成動作６６は、術前医療画像１２によって与えられる完全な肝臓表面３０にマッチさせるための、より完全なセグメンテーションされた肝臓表面７０を提供することを含むある種の利点を提供する。しかしながら、代替的に、隠蔽形状再構成動作６６を省くことも考えられる。このことは、図１において点位置合わせ動作８０にセグメンテーションされた表面６４を入力する点線矢印によって図的に示されている。この場合、点集合位置合わせは好適には、肝臓表面の欠けている部分があればその部分は省くセグメンテーションされた表面６４上でのみ点集合を用いる。術前医療画像１２からのセグメンテーションされた表面３０上の点集合は、CBCT画像４４においても捕捉されている肝臓表面の部分上にのみ延在する。
【００３１】
結果として得られる空間的に位置合わせされた画像は好ましくは、術前医療画像およびCBCT画像の前記一方を歪めたものと、術前医療画像およびCBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像８２として、ディスプレイ５４に表示される。例解用の例では、融合画像８２は、歪められたCBCT画像を、基準となる術前医療画像の上に表示されるオーバーレイとして示すことによって、歪められたCBCT画像および術前医療画像を組み合わせる。オーバーレイの半透明性は透明度因子αによって制御される。
【００３２】
電子的プロセッサ２０、５０はたとえば、命令を記憶する一つまたは複数の非一時的な電子記憶媒体（たとえば一つまたは複数のハードドライブ、光ディスク、半導体ドライブまたは他の電子的なデジタル記憶デバイス、それらのさまざまな組み合わせなど）から読まれた命令を実行するそれぞれのコンピュータ２２、５２（たとえばデスクトップ・コンピュータ、ネットワーク・ベースのサーバー・コンピュータ、専用の撮像装置制御コンピュータ、それらのさまざまな組み合わせなど）として具現されてもよい。TACE手順の間に使われるコンピュータ５２は、少なくとも一つのディスプレイ５４（たとえばLCDディスプレイ、プラズマ・ディスプレイなど）への動作上のアクセスを含むまたは有する。例解用の例は、術前医療画像セグメンテーションおよびTACE手順画像案内サポートそれぞれのための別個のコンピュータ２２、５２を含む。これは、病院または他の医療施設における典型的な実装を反映している。その場合、術前医療撮像１０は放射線科設備において（たとえばMRI室内で）実行され、一方、TACE手順は異なる施設、たとえば手術室、画像案内される医療手順施設などで実行される。施設間の通信は、ピクチャー・アーカイブおよび通信システム（PACS:  Picture  Archiving  and  Communication  System）、放射線科情報システム（RIS:  radiology  information  system）など（図示せず）によってであってもよい。さらに、二つの別個のコンピュータ２２、５２が、術前撮像およびTACE手順画像案内動作の両方を実行する単一のコンピュータまたは他の単一の電子的プロセッサによって置換されることが考えられる。
【００３３】
図２を参照するに、図１に示されるさまざまな画像１２、４４、８２およびセグメンテーションされた表面３０、６４、７０が拡大された形で再掲されている。図２における記法「＃１：セグメンテーション」は図１の動作２４、５８に対応する。図２における記法「＃２：CBCT再構成」は図１の動作６６に対応する。図２における記法「＃３：点位置合わせ」は図１の動作８０に対応する。
【００３４】
図３を参照するに、開示される画像位置合わせ手法のある実施形態の良好な性能が、他の型の画像位置合わせとの比較で示されている。図３における左側の画像は、強度ベースの剛体的な位置合わせを使って得られた融合画像を示している。図３の中心の画像は、強度ベースのアフィン位置合わせを使って得られる融合画像を示している。図３の右端の画像は、本願で開示される肝臓表面の点位置合わせを使って得られる融合画像を示している。図３に見られるように、強度ベースの位置合わせ方法（左および中央の融合画像）は完全に失敗している。一方、開示される肝臓表面の点位置合わせ（右の画像）は、内部的にセグメンテーションされたHCC病変を高い忠実度をもって整列させている。
【００３５】
TACE画像案内を提供するために特に有用であるとして肝臓の術前画像およびCBCT画像を融合することに例示的に言及して開示されているが、代替的に、前立腺のような他の解剖学的器官の術前画像およびCBCT画像を融合するために開示される手法を用いることも考えられる。
【００３６】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記述されてきた。上記の詳細な記述を読み、理解すれば、他の者にも修正および変更が思いつくであろう。本発明は、付属の請求項またはその等価物の範囲内にはいる限り、そのようなすべての修正および変更を含むものとして解釈されることが意図されている。
【図１】
2019528971.tif 000003
【図２】
2019528971.tif 000004
【図３】
2019528971.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月2日(2019.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）撮像装置と；
電子的プロセッサと；
ディスプレイと：
命令を記憶している少なくとも一つの非一時的な記憶媒体とを有する画像案内装置であって、前記命令は、空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている肝臓と前記CBCT撮像装置によって取得されたCBCT画像において撮像されている肝臓とを空間的に位置合わせするための、前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令であり、前記空間的位置合わせプロセスは：
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションして前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面を生成し；
前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせし；
前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することを含む、
画像案内装置。
【請求項２】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
統計的肝臓事前形状を使って隠蔽形状再構成を実行して、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面の欠けているまたは隠蔽されている一部を再構成することを含む、
請求項１記載の画像案内装置。
【請求項３】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
ユーザー・インターフェースを提供し、該ユーザー・インターフェースを介して前記CBCT画像における肝臓の表面を示す肝臓表面目印が受領され；
少なくとも部分的には前記肝臓表面目印に基づいて、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面を生成することを含む、
請求項１または２記載の画像案内装置。
【請求項４】
前記CBCT撮像装置が、ある更新レートでCBCT画像をストリーミングするよう動作させられるCアームを有しており；
前記命令は、前記ストリームの各CBCT画像について前記空間的位置合わせプロセスを反復して前記ディスプレイ上に前記更新レートで更新される前記融合画像を表示するよう前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能である、
請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項５】
前記術前医療画像が磁気共鳴撮像（MRI）画像または複数検出器計算機断層撮影（MDCT）画像である、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項６】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記術前医療画像における肝臓の表面をセグメンテーションして前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面を生成することをさらに含む、
請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項７】
前記空間的位置合わせが：
前記術前医療画像における肝臓のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における肝臓のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記CBCT画像を前記術前医療画像に歪めることを含む、
請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項８】
前記融合画像を表示することが：
前記ディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたもののオーバーレイを、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に重ねて表示することを含み、前記オーバーレイは透明度因子によって制御される半透明性をもつ、
請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の画像案内装置。
【請求項９】
空間的位置合わせプロセスを実行することによって、術前医療画像において撮像されている解剖学的器官と円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）画像において撮像されている前記解剖学的器官とを空間的に位置合わせすることを電子的プロセッサに実行させるためのコンピュータ・プログラムであって、前記空間的位置合わせプロセスは：
前記CBCT画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションし、前記解剖学的器官についての統計的事前形状を使って隠蔽形状再構成を実行して前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面の欠けているまたは隠蔽されている一部を再構成することによって、前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成し；
前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記術前医療画像および前記CBCT画像の一方を、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方に歪めることによって、前記術前医療画像および前記CBCT画像を空間的に位置合わせすることを含む、
コンピュータ・プログラム。
【請求項１０】
前記解剖学的器官は肝臓であり、前記統計的事前形状は肝臓についての統計的事前形状である、請求項９記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１１】
前記CBCT画像における肝臓の表面をセグメンテーションすることが：
ユーザー・インターフェースを提供し、該ユーザー・インターフェースを介して前記CBCT画像における肝臓の表面を示す肝臓表面目印が受領され；
少なくとも部分的には前記肝臓表面目印に基づいて、前記CBCT画像における肝臓の前記セグメンテーションされた表面を生成することを含む、
請求項９または１０記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１２】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記術前医療画像における前記解剖学的器官の表面をセグメンテーションして前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面を生成することをさらに含む、
請求項９ないし１１のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１３】
前記空間的位置合わせが：
前記術前医療画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面と前記CBCT画像における前記解剖学的器官のセグメンテーションされた表面との点集合位置合わせを使って、前記CBCT画像を前記術前医療画像に歪めることを含む、
請求項９ないし１２のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
前記空間的位置合わせプロセスがさらに：
前記電子的プロセッサと動作上接続されているディスプレイ上に、前記術前医療画像および前記CBCT画像の前記一方を歪めたものと、前記術前医療画像および前記CBCT画像の他方とを組み合わせる融合画像を表示することをさらに含む、
請求項９ないし１３のうちいずれか一項記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
CBCT画像のストリームの各CBCT画像について前記空間的位置合わせプロセスを反復して、前記ストリームの更新レートで更新される前記融合画像を表示するための前記電子的プロセッサによって読み取り可能かつ実行可能な命令をさらに含む、請求項１３または１４記載のコンピュータ・プログラム。
【国際調査報告】
2019528971.tif 000006
2019528971.tif 000007