(57)【要約】  オブジェクト指向の３次元イメージング方法及びシステムであって、被走査対象物上において３次元走査を要する走査対象を含む部位を決定し、決定した被走査対象物の部位に基づいて、走査対象に対応する既存の初期３次元構造（３００）を取得し、走査対象を含む部位を走査して、空間位置及び角度情報を有する一連の２次元画像を形成し、画像内の走査対象又は走査対象の一部に関する画像情報に基づいて、走査対象又はその一部の初期３次元構造（３００）を調整し、走査対象の初期３次元構造（３００）全体が網羅されるまで、取得した画像に基づく相応の調整を実施し、ディスプレイに表示する。当該方法及びシステムでは、イメージング対象について幾つかの初歩的な３次元情報さえあれば、２次元イメージングにより持続的に対象の位置を走査し、且つ、対象の初期形状を調整することで、対象の具体的なサイズ、位置及び詳細を取得して、対象全体の３次元画像を形成可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ１）被走査対象物上において３次元走査を要する走査対象を含む部位を決定するステップと、
Ｓ２）決定した被走査対象物上の前記部位に基づいて、走査対象に対応する既存の初期３次元構造を取得するステップと、
Ｓ３）走査対象を含む前記部位を走査して、空間位置及び角度情報を有する一連の２次元画像を形成するステップと、
Ｓ４）画像内の走査対象又は走査対象の一部に関する画像情報に基づいて、走査対象又はその一部の初期３次元構造を調整するステップと、
Ｓ５）走査対象の初期３次元構造全体について、取得した画像に基づく相応の調整が実施されるまで、ステップＳ３）とＳ４）を繰り返すステップと、
Ｓ６）調整済みの走査画像の最終３次元構造図をディスプレイに表示するステップ、を含むことを特徴とする３次元イメージング方法。
【請求項２】
更に、２次元走査イメージングの過程で常に走査対象の初期３次元構造と調整済みの３次元構造を表示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項３】
前記走査対象の初期３次元構造は、人体の某部位についての既知の代表的な３次元解剖構造であり、前記代表的な３次元解剖構造は予めデータベースに保存されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項４】
前記走査対象の初期３次元構造は、人体の各年齢及び性別に対応する代表的な３次元解剖構造であり、各年齢及び性別の代表性的な３次元解剖構造は予めデータベースに保存されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項５】
前記走査対象の初期３次元構造とは、被走査対象についてその他の手段により取得されたものであり、前記その他の手段には、人体の走査対象について予めＣＴ又はＭＲＩを実施して取得し、データベースに保存することが含まれることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項６】
前記走査対象又はその一部の初期３次元構造の調整には、空間位置、角度、寸法サイズ、相対比率の調整が含まれることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項７】
前記走査対象又はその一部の初期３次元構造の調整は、変形可能な又は変形不可能な調整であることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項８】
前記ステップＳ４）に記載の調整制御のための画像情報には、走査対象又はその一部の特徴を持つ点、線、面、ボディ或いはこれらの組み合わせが含まれることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項９】
前記ステップＳ６）に記載の走査対象の最終３次元構造図には、更に、前記調整のための特徴の標記が含まれることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項１０】
決定した部位から走査対象の２次元画像を取得するイメージング装置と、
イメージング装置による各２次元画像の空間位置及び角度を取得する空間位置決め装置と、
走査対象に関する初期３次元構造を提供するデータベースと、
２次元画像内の、或いは、２次元画像により形成される３次元画像内の特徴情報を取得する特徴抽出ユニットと、
前記特徴情報を用いて走査対象の初期３次元構造を調整する調整ユニットと、
２次元画像及び走査対象の３次元構造を表示する表示装置、を含むことを特徴とする３次元イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生物対象物の３次元イメージング技術に関し、具体的には、オブジェクト指向の３次元イメージング方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物対象物の３次元イメージングにはＣＴ、ＭＲＩ等が含まれ、医療に幅広く応用されている。最近では、超音波イメージングによる３次元イメージングの実現もますます増加傾向にある。例えば、胎児や心臓の３次元イメージングについてはすでに実用化されている。しかし、超音波による骨格構造のイメージングについては発展途上である。心臓や胎児に比べて、ヒトの骨格表面は超音波を強く反射するため、骨の表面以下の構造についてはイメージングが難しい。これに対し、胎児の場合には骨化が進んでいないため、超音波を通すことが可能である。そのため、骨格構造を有する対象物について超音波や光干渉断層イメージング、光音響イメージング、及びその他類似の方法によるイメージングを実施するにあたっては、いずれもこのような課題に直面してしまう。例えば、人体の脊柱骨を走査する場合、背側から３次元超音波走査を実行すると、椎体が反対側に位置することから、棘突起と横突起の表面に関する画像のみが得られ、脊柱骨全体については得ることができない。結果、３次元イメージングの効果が大幅に制限されてしまう。一方で、我々は脊柱の各節について大体の形状を知っている。且つ、例えばＣＴ、ＭＲＩといったその他の方式でも脊柱の基本的な３次元構造は取得可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来技術の超音波３次元イメージングに存在する課題に対し、生物対象物の３次元イメージングを提供する。生物対象物について取得可能な基本３次元構造を利用しつつ、超音波技術等を用いて生物対象物を２次元走査イメージング可能とすることで、イメージングに要する走査手順を減少させられる生物対象物の３次元イメージング方法及びシステムを提供するとともに、生物体へのダメージが軽減されるよう、生物体に対する放射線の使用を減少させたイメージング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一の局面における３次元イメージング方法は、Ｓ１）被走査対象物上において３次元走査を要する走査対象を含む部位を決定するステップと、Ｓ２）決定した被走査対象物上の部位に基づいて既存の走査対象の初期３次元構造を取得するステップと、Ｓ３）走査対象を含む部位を走査して、空間位置及び角度情報を有する一連の２次元画像を形成するステップと、Ｓ４）画像内の走査対象又は走査対象の一部に関する画像情報に基づいて、走査対象又はその一部の初期３次元構造を調整するステップと、Ｓ５）走査対象の初期３次元構造全体について、取得した画像に基づく相応の調整が実施されるまで、ステップＳ３）とＳ４）を繰り返すステップと、Ｓ６）調整済みの走査画像の最終３次元構造図をディスプレイに表示するステップ、を含む。
【０００５】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、更に、２次元走査イメージングの過程で常に走査対象の初期３次元構造と調整済みの３次元構造を表示するステップを含む。
【０００６】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記走査対象の初期３次元構造は人体の某部位についての既知の代表的な３次元解剖構造である。
【０００７】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記走査対象の初期３次元構造は人体の各年齢及び性別に対応する代表的な３次元解剖構造である。
【０００８】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記走査対象の初期３次元構造とは、被走査対象についてその他の手段により取得されたものであり、前記その他の手段には、人体の走査対象について予めＣＴ又はＭＲＩを実施して取得することが含まれる。
【０００９】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記走査対象又はその一部の初期３次元構造の調整には、空間位置、角度、寸法サイズ、相対比率の調整が含まれる。
【００１０】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記走査対象又はその一部の初期３次元構造の調整は、変形可能な又は変形不可能な調整である。
【００１１】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記ステップＳ４）に記載の調整制御のための画像情報には、走査対象又はその一部の特徴を持つ点、線、面、ボディ或いはこれらの組み合わせが含まれる。
【００１２】
本発明の上記３次元イメージング方法によれば、前記ステップＳ６）に記載の走査対象の最終３次元構造図には、更に、前記調整のための特徴の標記が含まれる。
【００１３】
本発明の他の局面における３次元イメージングシステムは、決定した部位から走査対象の２次元画像を取得するイメージング装置と、イメージング装置による各２次元画像の空間位置及び角度を取得する空間位置決め装置と、走査対象に関する初期３次元構造を提供するデータベースと、２次元画像内の、或いは、２次元画像により形成される３次元画像内の特徴情報を取得する特徴抽出ユニットと、前記特徴情報を用いて走査対象の初期３次元構造を調整する調整ユニットと、２次元画像及び走査対象の３次元構造を表示する表示装置、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明で提供するオブジェクト指向の３次元イメージング方法及びシステムを実施すれば、走査対象に関する既知の大まかな３次元構造及び２次元画像を用いた調整によって、３次元イメージングを補助可能となる。本発明の方法は、例えば、光干渉断層イメージング、光音響イメージング、テラヘルツイメージング等のその他類似のイメージング方法にも応用可能である。本発明の３次元イメージングではオブジェクト指向を利用するため、例えば、対象が人体の何らかの骨であるというように、イメージング対象については幾つかの初歩的な情報のみが存在する。よって、大体の初期形状は存在するものの、具体的なサイズや位置及び詳細については不明である。しかし、本発明の方法によれば、２次元イメージングにより持続的に対象の位置を走査し、且つ、対象の初期形状を調整することで、対象の具体的なサイズ、位置及び詳細を取得して、対象全体の３次元画像を形成可能である。また、走査過程において、操作者はディスプレイを通じて走査済みの部位と未走査の部位及び画質を含む走査の進展状況を常に確認可能となるため、有用なフィードバック情報を取得して更なる走査を指示可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明における３次元イメージング方法の実施例１のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の方法の実施例における走査対象と走査範囲の関係を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の方法の実施例における走査対象位置への走査対象の配置を説明する３次元構造図である。
【図４ａ】図４ａは、本実施例における３次元構造図の断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａと同一位置において２次元超音波法で取得した画像である。
【図５】図５は、本発明の方法の実施例における走査対象上の点を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の方法の実施例における走査対象上の線を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の方法の実施例における走査対象上の面を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の方法の実施例における走査対象上のボディを説明する図である。
【図９】図９は、本発明における３次元イメージングシステムの一実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面と実施例を組み合わせて本発明の方法及びシステムの特性について更に説明する。なお、実施例は説明のためのものにすぎず、限定の意図はない。
【実施例１】
【００１７】
本発明の方法の実施例１では、図１に示すように、本発明で提供するオブジェクト指向の３次元イメージング方法を実施する。当該方法は、以下のステップ含む。
【００１８】
ステップ１０１）被走査対象物上において、３次元走査を要する走査対象を含む部位を決定する。
【００１９】
具体的な患者の特定の走査対象について３次元イメージングを実施する場合には、まず推測される走査対象位置２０１に基づいて走査範囲２０２を設定する。図２に示すように、２０１は推測される走査対象位置、２０２は設定される走査範囲、２０３は走査対象を含む領域である。換言すれば、図２に示すように、３次元イメージングを要する対象について、まず経験に基づき走査を実行すべき位置２０１を推測する。そして、これに対し、人体又はその他の生物体上に、推測される走査対象位置２０１をカバー可能な走査範囲２０２を設定すればよい。また、領域２０３は走査対象を含む領域である。
【００２０】
ステップ１０２）決定した被走査対象物の部位に基づいて、データベースから既存の走査対象の初期３次元構造を取得する。
【００２１】
ステップ１０１で設定した走査範囲に基づいて、走査対象の３次元構造が予め保存されたデータベースから、図３に示すような３次元構造を走査対象の初期３次元構造３００として抽出する。走査対象の初期３次元構造図３００は、設定された走査範囲２０２内に配置される。３次元構造図３００に対応する走査対象の初期３次元構造は、予め取得されてデータベースに保存された人体の某部位についての既知の代表的な３次元解剖構造であってもよいし、予め取得されてデータベースに保存された人体の各年齢及び性別に対応する代表的な３次元解剖構造であってもよいし、予めその他の手段で取得されてデータベースに保存された３次元解剖構造であってもよい。その他の手段には、人体の走査対象について予めＣＴスキャン又はＭＲＩを実施することが含まれる。また、ソースの異なる３次元構造は、統一基準を満たすデータ構造を有していなければならない。
【００２２】
図４（ａ）は、本実施例においてデータベースから読み出された走査対象に関する初期３次元構造図の断面図である。
【００２３】
ステップ１０３）超音波イメージング技術により走査対象を含む部位を走査して、各種空間位置及び／又は角度情報を有する一連の２次元画像を形成する。
【００２４】
２次元イメージングは、走査対象に関する特徴情報を最大限に取得できるよう、設定した走査範囲において各角度から実施すればよい。これは、特徴情報によっては一方向からのイメージングでは十分に鮮明とはならないが、別の方向からのイメージングでは大変明確となり得るためである。ステップ１０３では、各種の方向及び位置を設定することで可能な限り多くの情報を持つ２次元画像を取得する。
【００２５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）と同一位置において２次元超音波イメージングにより取得した当該位置の画像である。高周波の超音波は骨を透過し得ないため、骨の下部構造については画像が形成されていない。しかし、２つの図を比較することで、双方の対応位置で取得される曲線の比率から、走査対象の構造を全体的又は部分的に調整可能となる。
【００２６】
ステップ１０４）画像内の走査対象又は走査対象の一部に関する画像情報に基づいて、走査対象又はその一部の初期３次元構造を調整する。調整制御のための画像情報には、走査対象又はその一部の特徴を持つ点、線、面、ボディ或いはこれらの組み合わせが含まれる。
【００２７】
図５に示す走査対象上の点は、例えば人体の骨が画像上に形成する特徴点といった走査対象上の幾つかの特徴点であればよい。図５は、脊柱骨（走査対象）の棘突起の頂点５０を脊柱骨の特徴点として示している。
【００２８】
図６に示す走査対象上の線は、例えば人体の骨が画像上に形成する特徴線６０といった走査対象上の幾つかの特徴線であればよい。図６に示すように、特徴線は直線であってもよいし、曲線であってもよい。
【００２９】
図７に示す走査対象上の面は走査対象上の幾つかの特徴面７０であればよい。また、特徴面は平面であってもよいし曲面であってもよい。図７に示す特徴面７０は曲面の特徴面である。
【００３０】
図８に示す走査対象上のボディは、幾つかの部分を有する特徴ボディ８０であればよい。
【００３１】
取得した走査対象に関する特徴点、線、面、ボディに基づき、走査対象について全部又は一部の平行移動、回転、拡大・縮小及びこれらの組み合わせからなる調整を実施すればよい。例えば、平行移動と拡大・縮小が同時に実施される。
【００３２】
ステップ１０５）走査対象の初期３次元構造全体について、取得した画像に基づく相応の調整が実施されるまで、ステップ１０３）と１０４）を繰り返す。ここで、画像の調整は、全ての画像を収集してから一括でオフラインにより実施及び完了させてもよい。これにより、走査プロセスが走査対象に対して占める時間が短縮される。
【００３３】
ステップ１０６）調整済みの走査画像の最終３次元構造図をディスプレイに表示する。前記走査対象の最終３次元構造図には、前記調整のための特徴の標記も含まれる。
【実施例２】
【００３４】
ステップ２０１）走査対象に基づいて被走査対象物の走査部位を決定する。
【００３５】
ステップ２０２）データベースから走査対象の初期３次元構造を取得する。
【００３６】
ステップ２０３）初期３次元構造と、調整に用いる特徴点、線、面、ボディを含む構造情報をディスプレイに表示する。
【００３７】
ステップ２０４）走査プローブの空間位置を変位により変更するか、或いは（及び）、走査プローブの角度情報を回転により変更することで、決定された走査部位を走査して走査対象における各種空間位置及び角度情報を有する複数の２次元画像を取得する。そして、走査イメージングにより取得した２次元画像をディスプレイに表示する。
【００３８】
ステップ２０５）画像内の走査対象又は走査対象の一部に関する画像情報に基づいて、初期３次元構造を調整する。前記調整には、空間位置、角度、寸法サイズ、相対比率のうちの１又は複数の調整が含まれる。
【００３９】
ステップ２０６）ステップ２０４）で取得した複数の２次元画像が走査対象の初期３次元構造をカバーしており、且つ、対象の３次元構造について相応の調整を実施済みでない場合には、ステップ２０４とステップ２０５を繰り返し実行する。
【００４０】
ステップ２０７）調整済みの走査画像の最終３次元構造図をディスプレイに表示する。
【００４１】
ステップ２０５〜２０７）における画像の調整は、全ての画像を収集してから一括でオフラインにより実施してもよい。これにより、走査時間を短縮できる。
【００４２】
また、他の実施例では、上記実施例２との違いとして、ステップ２０５の調整を変形可能な調整とする。即ち、調整した走査対象の各部位が単純に比率に基づき拡大・縮小されることのないよう、走査対象につき初期３次元結果を起点として、各部位を画像走査で取得した情報に基づき個別に調整可能とする。変形可能な拡大・縮小は、特に脊柱骨が奇形している場合に有用である。
【００４３】
他の実施例では、上記実施例２との違いとして、ステップ２０５で３次元構造を調整した後に、調整した走査対象の３次元構造をディスプレイに毎回表示するステップを追加してもよい。これにより、操作者は走査済みの部位と未走査の部位及び画質を含む走査の進展状況を常に確認可能となるため、有用なフィードバック情報を取得して更なる走査を指示可能となる。
【００４４】
他の実施例では、上記実施例２との違いとして、ステップ２０７）で記載した走査対象の最終３次元構造図に、調整操作が容易となるよう、更に前記調整のための特徴の標記を含んでもよい。
【００４５】
図９に示す本発明の３次元イメージングシステムの実施例は、以下の構成部分を含む。
【００４６】
１）決定した部位から走査対象の２次元画像を取得するイメージング装置９１。本実施例において、当該イメージング装置は超音波走査イメージング装置としてもよい。
【００４７】
２）イメージング装置による各２次元画像の空間位置及び角度を取得する空間位置決め装置９２。イメージング装置が決定部位を連続的に複数回走査イメージングする際に、空間位置決め装置９２は初期３次元構造の調整の根拠とすべく、走査イメージングにより形成された対応する２次元画像を記録する。
【００４８】
３）走査対象に関する初期３次元構造を提供するデータベース９３。ここで、各種走査対象の初期３次元構造は予めデータベースに保存されている。
【００４９】
４）２次元画像内の、或いは、２次元画像により形成される３次元画像内の特徴情報を取得する特徴抽出ユニット９４。ここでいう特徴情報とは、点、線、面又はボディとすればよい。
【００５０】
５）特徴情報を用いて走査対象の初期３次元構造を調整する調整ユニット９５。ここでいう調整には、空間位置、角度、寸法サイズ、相対比率のうちの１又は複数の調整が含まれる。
【００５１】
６）２次元画像及び走査対象の３次元構造を表示する表示装置９６。データベースから初期３次元構造を取得する際には３次元構造図を表示し、画像形成装置９１から２次元画像を取得する際には２次元画像を表示し、調整ユニット９５による調整後の３次元構造については特徴情報を用いて調整した３次元構造図を表示する。
【００５２】
本発明におけるオブジェクト指向の３次元イメージング方法及びシステムでは、既存の初期３次元構造及び容易に取得される各種空間位置及び角度を有する２次元画像を利用して、初期３次元構造を調整することで走査対象の３次元画像を取得する。この種の３次元イメージングによれば、実施過程で人体にダメージを与えることなく、迅速に２次元画像のイメージングを完了し、３次元構造の調整をバックグラウンドで処理可能となる。よって、検出走査の時間が短縮されるとともに、十分詳細な３次元画像を再現できる。
【００５３】
以上は本発明における方法及びシステムについて理解すべき内容にすぎない。当業者であれば、上記の説明に基づいて改良又は変形が可能であり、こうした全ての改良及び変形はいずれも本発明に添付の特許請求の範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
2019517879.tif 000013
2019517879.tif 000014
2019517879.tif 000015
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