(57)【要約】  ノイズの多い画像のシーケンス中の動く背景上に表わされた関心対象を強調し、強調された画像のシーケンスを表示するビューイングシステム及び方法は、シーケンスの画像中の関心対象に関連する特徴を抽出する抽出手段と、画像参照に対して関心対象に関連する特徴を位置合わせし位置合わせされた画像を生じさせる位置合わせ手段と、連続する画像中の位置合わせされた関心対象の表現の類似性を判定する類似性検出手段と、シーケンスの画像に亘って関心対象の画素の強度を変調する重み付け手段と、シーケンスの多数の又は少なくとも２つの値合わせされた画像に亘って関心対象と背景を積分する時間積分手段と、フェードされた背景上の強調され位置合わせされた関心対象の処理された画像を表示する表示手段とを有する。用途：医用撮像法。Ｘ線蛍光透視撮像法。
2005510288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノイズの多い画像のシーケンス中の動く背景上に表わされる関心対象を強調し、強調された前記画像のシーケンスを表示するビューイングシステムであって、
前記画像のシーケンスを取得する取得手段と、
画像参照点を有する前記シーケンスの画像中の背景上の関心対象に関連する特徴を抽出する抽出手段含む前記画像を処理する処理手段とを有し、
前記処理手段は更に、
前記背景を位置合わせしない間、前記関心対象に関連する特徴を前記画像参照点に対して位置合わせし、位置合わせされた画像を生成する位置合わせ手段と、
前記シーケンスの少なくとも２つの位置合わせされた画像に亘って前記関心対象及び前記背景の両方を積分する時間積分手段と、
前記強調され位置合わせされた関心対象の前記処理された画像をフェードされた背景上に表示する表示手段とを更に有する、システム。
【請求項２】
前記画像のシーケンス中の選択された段階において前記処理手段をユーザが作動させるため、持続時間を制御するため、又は停止させるための制御手段を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記処理手段は更に、
連続する画像中の位置合わせされた関心対象の表現中の類似性情報を決定する類似性検出手段と、
前記時間積分手段による時間積分中に、前記画像のシーケンスに亘って前記関心対象の画素の強度を変調するために前記類似性情報を用いる重み付け手段とを更に有する、請求項１又は２記載のシステム。
【請求項４】
前記処理手段は、
前記時間積分手段から発せられる画像中の鮮鋭な細部を空間的に強調し、前記関心対象のエッジの画像を生成する強調手段と、
前記位置合わせ手段によって生成された前記位置合わせされた画像と、前記フィルタリング手段によって生成されたエッジの画像とを結合し、強調されたエッジを有する前記位置合わせされた関心対象の画像を前記表示手段へ与える、結合手段とを更に有する、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項５】
前記シーケンスの少なくとも２つの画像に亘り、強調されたエッジ伴う前記位置合わせされた関心対象と前記動く背景とを積分し、強調されたエッジを伴う前記位置合わせされた関心対象及びフェードされた背景の画像を前記表示手段へ与える、第２の位置合わせ手段及び第２の時間積分手段を更に有する、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記関心対象の動きを復元し、前記画像参照に対して動く前記画像対象の画像を前記表示手段へ与える逆位置合わせ手段を更に有する、請求項４又は５記載のシステム。
【請求項７】
前記関心対象の動きを復元する逆位置合わせ手段は、前記第２の時間積分手段によって生成された強調されたエッジ及びフェードされた背景を有する位置合わせされた関心対象の画像に適用され、前記画像参照に対して動く強調されたエッジとフェードされた背景とを有する関心対象の画像を前記表示手段に与える、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記逆位置合わせ手段は、前記強調されたエッジに対して元の動きを復元するよう、前記空間フィルタによって生ずる強調されたエッジの画像に適用され、
前記システムは更に、
前記元の画像と元の動きを有するエッジの前記画像とを結合し、強調されたエッジを伴う元の関心対象の画像を前記表示手段に与える結合手段を更に有する、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記位置合わせ手段は、位置合わせされた関心対象をズームするズーム手段を更に有する、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のシステム。
【請求項１０】
バルーンと称される器具を動脈中で動かすこと及び／又は位置決めすることを含む医療インターベンションの医用画像のシーケンスを動的に表示し、前記バルーン及び動脈は関心対象と考えられ、前記バルーンは、バルーンマーカと称される少なくとも２つの位置決定特徴が取り付けられ前記バルーンの端部に対応して配置されるモノレールと称される支持体によって担持され、
前記抽出手段は、前記関心対象に関連すると考えられ前記バルーンにも前記動脈にも関連しないバルーンマーカを抽出し、
前記位置合わせ手段は、前記画像中で前記バルーンマーカ及び関連するバルーン及び動脈を位置合わせし、
少なくとも時間積分手段及び鮮鋭な細部の強調手段を有する処理手段は、強調されたバルーン及び動脈の画像を生じさせ、
前記表示手段は、前記バルーンの画像を動脈中で前記バルーンマーカが抽出された位置に対して前記動脈の一部の適当な位置に位置決めする間に、前記ユーザが前記バルーンの画像を視覚化するよう前記医療インターベンション中に前記画像を動的に表示する、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のビューイングシステム。
【請求項１１】
動脈中のバルーンで包み込まれたステントと称される器具を動かすこと及び／又は位置決めすることを含む、インターベンションの画像のシーケンスを動的に表示し、前記バルーン、ステント、及び動脈は関心対象と考えられ、ステント及びバルーンは、バルーンマーカと称される少なくとも２つの位置決定特徴が取り付けられ前記バルーンの端部に対応して配置されるモノレールと称される支持体によって担持され、
前記抽出手段は、前記関心対象に関連すると考えられ前記バルーンにも前記動脈にも関連しないバルーンマーカを抽出し、
前記位置合わせ手段は、前記画像中で前記バルーンマーカと、関連するバルーン、ステント、及び動脈を位置合わせし、
少なくとも時間積分手段及び鮮鋭な細部の強調手段を有する前記処理手段は、強調されたバルーン、ステント、動脈の画像を生じさせ、
前記表示手段は、前記バルーンの画像を動脈中で前記バルーンマーカが抽出された位置に対して前記動脈の一部の適当な位置に位置決めする間に、前記ユーザが前記バルーンの画像を視覚化するよう前記医療インターベンション中に前記画像を動的に表示し、
前記表示手段は、前記ステントを伴うバルーンの画像を動脈中での前記バルーンマーカで抽出された位置に対して前記動脈の一部の適当な位置に位置決め決めする間に、前記ユーザが前記バルーンの画像を視覚化するよう、また、造影剤なしの又はかなり少ない造影剤を含む膨張製品によるバルーン膨張の段階中にステント配置の画像をユーザが更に視覚化するよう、前記医療インターベンション中に前記画像を動的に表示する、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のビューイングシステム。
【請求項１２】
前記シーケンスから参照画像と称される画像と、関心対象に関連する前記参照画像中の参照マーカと称される少なくとも１つのマーカを選択する選択手段を有し、
前記位置合わせ手段は、前記シーケンスの参照画像中の及び現在画像中のマーカ位置情報を、前記現在画像のマーカを前記参照画像の参照マーカと一致させることにより、前記マーカと前記現在画像の関連する関心対象とを位置合わせする、請求項１０又は１１記載のシステム。
【請求項１３】
背景上で動く対象をリアルタイムで動的に視覚化する、請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載のシステムで使用されるべきコンピュータ実行可能な画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載のシステムにおいて用いられるべき画像処理方法を実行する一組の命令を含む、コンピュータプログラムプロダクト。
【請求項１５】
医用画像のシーケンスを取得する手段と、請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の前記画像のシーケンスを処理し表示するビューイングシステムとを有する、医用検査撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、時間的な強調を含むノイズの多い画像のシーケンス中に表わされる関心対象を強調し、強調された画像のシーケンスを表示するビューイングシステムに関する。本発明はまた、かかるシステムにおいて用いられるべきコンピュータ実行可能な画像処理方法、及び、かかるシステムに結合された医用検査装置に関する。本発明は、ステントや血管造影図中の血管壁といった薄い関心対象を強調するために心臓医療の分野に特に適用される。
【０００２】
医用画像中の低コントラスト構造の視覚化を改善する方法は、ロバート・エイ・クロース（Robert  A.  Close）外、「冠動脈造影図の層分解（Layer  decomposition  of  coronary  angiograms）」、Proceedings  of  the  SPIE  International  Society  for  Optical  Engineering,  Vol.  3979,  P.  1230-1234,２０００年に開示された文献から公知である。この文献は、冠動脈のＸ線画像又は血管造影図中のステントといった低コントラスト特徴の検出を改善する画像処理方法を記載している。冠動脈血管造影図の層分解の基礎となるのは、解剖学的な動きが本質的には３次元であり不均一であっても、小さい領域の動きは通常は単一の剛体運動によって近似されうることに注目したことである。投影画像中、全ての層は各画素の強度に寄与する。従って、血管造影画像シーケンスを動く層へ分解することにより、血管の濃度プロファイルを異なる動きを有する背景構造から分離することが期待される。層分解は、投影を、平行移動、回転、及び拡大縮小を伴って動く一組の重ね合わされた層としてモデル化する。レイヤの動きは、位相相関技術を用いて解かれる。層の濃度は、動く軌跡に沿って平均をとり、前の層の推定から新しい層の濃度を差し引くことによって解かれる。再構成された血管層は、血管と一緒に動く構造の動き補償された時間な平均を表わす。元の画像から背景の層を差し引くことにより、標準的な背景減算技術とは異なり、血管動きアーティファクトを有さず、殆どノイズが増加しない追跡された背景減算シーケンスが生ずる。この方法は、各層に適用される位置決定されたブロックマッチング（位相相関）技術に大きく依存する。この技術は、元の画像から背景の動きを差し引くために、血管の動きと背景の動きを別々に推定する。層分解及びブロックマッチングにより、この方法は、インターベンション段階中の画像シーケンスのリアルタイム処理に対しては実際にあまりにも重い計算負荷を示す。従って、提案される方法は、インターベンション後の位相に用いられることが望ましい。
【０００３】
その代わりに、本発明は、画像をリアルタイムで処理する手段を有するビューイングシステムを提供することを目的とする。本発明は、特に、インターベンション段階中に動的に表示されるために、画像をリアルタイムで処理する手段を有する医用ビューイングシステムを提案することを目的とする。本発明は、特に、ノイズを最小化し、医用蛍光透視画像のシーケンスといったノイズの多い画像中の背景をフェードさせる、低コントラストの関心対象を強調する手段を提供することを目的とする。本発明は、特に、低コントラストを示し、背景上で動いていてもよいが、必ずしもそうである必要はなく、以前に検出され局部化されている、関心領域としての血管及びステントを表わす血管造影図を処理する手段を提供することを目的とする。
【０００４】
ステントは、狭窄が現れた領域における血液循環を改善させるために動脈中に配置される外科用ステンレス鋼のコイルである。患者の冠動脈中に狭窄と称される狭くなった部位が認められると、閉塞を開くことにより心筋への血流を改善するよう血管形成法と称される処置が命じられることがある。近年では、血管形成法は、ステント挿入（stent  implantation）技術を用いることが多くなっている。このステント挿入技術は、罹病血管を効率的に開いておくために、検出された狭窄の位置でのステント留置のインターベンションを含む。ステントは、カテーテル及びガイドワイヤによって導入されるモノレールに取り付けられたバルーンの周りにきつく巻き付けられる。適当な位置に置かれると、コイルを広げるためにバルーンが膨張される。膨張されると、永久的な埋め込み物と考えられうるステントは、動脈壁を開いたままに保つ足場のように作用する。動脈、バルーン、ステント、モノレール、及び細いガイドワイヤは、ノイズの多い蛍光透視画像中に観察される。これらの対象は、低いＸ線撮影コントラストを示し、正確な位置におけるステントの留置及び拡張の評価を非常に困難とする。また、ステント挿入のインターベンション中、モノレールは、バルーン及びそれに巻き付けられたステントとともに、動脈に対して動き、動脈は心拍の影響下で動いており、動脈は患者の呼吸の影響下で動く背景上で見られる。これらの動きは、蛍光透視撮像の下でのステント挿入の追跡の視覚化を更に困難とする。特に、これらの動きはズーム処理を効率の悪いものとし、なぜならばズームされた画像フレームから関心対象が出てしまうからである。臨床上の問題は、ステントの不適当な膨張、ステントの不適当な配置、並びに幾つかのステントの間の隙間又は重なり合いに関連する。不適切に配置されたステントは、血栓症を生じさせうる。これまでは臨床医の思い通りにできた悪い画像の他の欠点は、ステント留置のインターベンションにおいてバルーンを膨張させるためにバルーンの中に導入される製品の中に造影剤を用いる必要があったことである。造影剤を使用することにより、臨床医は、ステントをバルーンと区別すること及び動脈の壁から区別することが防止される。
【０００５】
本発明によれば、画像のシーケンスを取得し、これらの画像をリアルタイムで処理及び表示する手段を有するビューイングシステム及び画像処理方法が提供される。システムは、画像の参照に対して動きうる関心対象を抽出し位置をつきとめるために元の画像に適用される初期化手段を含み、背景は参照に対して、また対象に対して動いている。初期化手段は、関心対象を画像の参照に対して位置合わせする位置合わせ手段を有する。本発明によれば、システムは更に、関心対象を自動的に強調し、ノイズを最小化し、画像の背景をぼかし又はフェードさせることを自動的に行う処理手段を有する。この処理手段は、少なくとも、関心対象が画像の参照に対して位置合わせされた少なくとも２つの画像上で実行される時間積分技術を実行する手段を含む。対象の位置合わせの後、背景はなお画像の参照に対して動くため、この時間積分技術は、ノイズを最小限とし背景をぼかしフェードさせる一方で、関心対象の強調を与える。
【０００６】
このようなシステムは、請求項１に記載されており、詳細な実施例は従属項に記載されている。システムで使用されるべき画像処理方法、本発明の方法の段階を行うプログラムプロダクト、及びかかるシステムに関連する検査装置もまた特許請求の範囲に含まれる。
【０００７】
本発明は、ノイズの多い画像のシーケンス中の関心対象を強調し、強調された画像のシーケンスを表示するビューイングシステム、並びに、ビューイングシステムにおいて用いられるコンピュータ実行可能な画像処理方法に関する。ビューイングシステム及び方法は、リアルタイムで画像を取得し、処理し、表示する手段を有する。本発明のビューイングシステム及び画像処理方法について、以下、心臓医療分野に対する適用における例に関して説明する。この適用では、関心対象は、動脈といった器官、並びに、バルーン又はステントといったツールである。これらの対象は、血管形成法と称される医療インターベンション中、血管造影図と称されるＸ線蛍光透視画像のシーケンス中に観察される。システム及び方法は、血管造影図以外の画像中のステント及び血管以外の関心対象に対して適用されうる。関心対象は、画像参照に対して動いてもよいが、必ずしも動く必要はなく、背景は対象又は画像参照に対して動いてもよい。
【０００８】
以下説明する実施例は、画像処理システム及び画像処理方法にのみ関連し、診断方法に関連するものではない。しかしながら、この例では、画像は、通常は狭窄と称される病変の位置で動脈を拡大させる幾つかの段階を有する蛍光透視法を用いて行われる医療インターベンションであるステント挿入中に画像のシーケンスとして取得される。蛍光透視法は、非常にノイズの多く低いコントラストの画像を生じさせる低線量Ｘ線技術である。これらの条件で患者の動脈にカテーテルを導入するのは、非常に細かい危険な作業である。本発明の実施例は、臨床医に診断を行わせることを許すものではない。本発明の実施例は、臨床医に対して、リアルタイムで、本発明のシステムがない場合に臨床医が取得したであろう同じ対象の蛍光透視画像に対して大きく改善された医療画像を与えることを有する。予備的な段階では、術者は、患者の動脈８１中の狭窄８０ａを出来るだけよく位置をつきとめる。対応する医用画像は、図２Ａに概略的に示されている。次に、処理されるべき画像のシーケンスは、医療インターベンションの段階中に幾つかのサブシーケンスとして取得され、医療インターベンションの段階は、以下の段階を含む。
【０００９】
（ａ）図２Ａに概略的に示す医用画像のサブシーケンスは、カテーテル６９を通って動脈８１中に細いガイドワイヤ８５が導入され、ガイドワイヤ６５がカテーテル６９の端部を超えて延び、狭窄の位置において動脈の小さいルーメン８０ａを通ることを示し、端部に巻き付けられた第１のバルーン６４を有するこのガイドワイヤ６５が、ステントなしに、第１のモノレール６０が導入され、バルーンマーカ６１、６２を用いて狭窄８０ａの位置に第１のバルーン６４が位置決めされる。
【００１０】
（ｂ）図２Ａ及び図２Ｂに概略的に示される医用画像のサブシーケンスは、狭窄の位置において動脈８１の狭いルーメン８０ａを、動脈の拡大された部分８０ｂとなるよう拡張させるためにこの第１のバルーン６３を膨張させることを示し、次に、第１のモノレール６０で第１のバルーン６４が取り除かれる。
【００１１】
（ｃ）図２Ｂに概略的に示される医用画像のサブシーケンスは、やはりカテーテル６９及び細いガイドワイヤ６５を用いて、ステント７５ａが第２のバルーン７４ａの周りに巻き付けられて、端部に第２のバルーン７４ａが巻き付けられた第２のモノレール７０が導入されることを示す。また、バルーンマーカ７１、７２を用いて、動脈８１の以前に拡張されたルーメン８０ｂ中の狭窄の位置においてステントと共に第２のバルーンを位置決めすることが示される。血管形成法を行う第２の方法では、臨床医は、ステップ（ａ）及び（ｂ）を飛ばして、ステントが巻き付けられた単一のモノレール上の単一のバルーンを直接導入してもよい。
【００１２】
（ｄ）図２Ｃに概略的に示される医用画像のサブシーケンスは、第２のバルーン７４ａの膨張の結果、動脈壁に埋め込まれた拡張されたステント７５ｂとなるステント７５ａを形成するコイルを拡張するために膨張されたバルーン７４ａとなることが示されている。第２の例では、単一のバルーンは、動脈を拡張させるため及びステントを留置するためのいずれのためにも直接膨張される。
【００１３】
次に、留置されたステント７５ｂを永久的な埋め込み物であると考えると、医用画像のシーケンスは、第２の（又は唯一の）バルーン７４ａ、第２の（又は唯一の）モノレール７０、ガイドワイヤ６５、並びに、カテーテル６９の除去を表示する。
【００１４】
血管形成法と称される医療インターベンションは、サブシーケンス又は画像シーケンスは、ガイドワイヤ、バルーン、ステント、及び血管壁がノイズの多い背景上で殆ど区別可能でなく、更に動きを受ける、あまりコントラストがよくない医用画像から形成されるため、実行が困難である。本発明によれば、ビューイングシステムは、インターベンション中に画像のシーケンスを取得し表示するだけでなく、画像を処理し表示する手段を有し、これらはインターベンション中にリアルタイムでかなり改善される。
【００１５】
図１Ａに示されるように、このシステムは、通常は画像の参照に対して動いているが必ずしも動いていなくともよい関心対象を抽出し、背景は参照に対して、及び、対象に対して動いている、関心対象を抽出し位置をつきとめるために元の画像に適用される初期化手段を含む。抽出及び位置決定は、対象の位置を直接決定しうる。しかしながら、対象はほとんど放射線を通さないため、望ましくは間接的に位置決定される。本発明によれば、対象は、まず関連するマーカを位置決定することによって位置決定される。初期化手段は、動く関心対象を画像参照に対して位置合わせする位置合わせ手段を含む。システムは更に、少なくとも２つの画像に対して行われる時間積分技術を実行する少なくとも１つの手段を含む。この技術は、対象が以前は画像の参照に対して位置合わせされていたため、関心対象を強調するのに有効である。対象の位置合わせの後、背景はなおも画像の参照に対して動くため、時間積分技術は、関心対象の鮮鋭な細部の強調を与え、一方で背景の細部はぼかされる。言い替えると、本発明の技術では、積分段階は、連続する画像中の同じ対象の画素に対応する対象の画素を積分し、それによりそれらの強度が高まり、一方で積分段階は連続する画像中の同じ背景画素に対応しない背景画素を積分し、それによりそれらの強度は減少する。
【００１６】
従って、本発明の重要な手段は実際には、関心対象に対して動き補正が適用され背景には適用されず、時間積分が関心対象及び背景のいずれにも適用される、動き補正された時間積分手段である。１つの例では、時間積分手段は、２つ以上の画像上の参照中の各画素位置において画素強度の平均とる平均化手段を含みうる。他の例では、時間積分手段は、連続する画像に対して画素強度の重み付けされた平均を行うリカーシブフィルタを含みうる。
【００１７】
対象の強調は、一連の画像の形成中にＸ線の線量の増加を対象に適用することによって得られるものと比較されえ、なぜならば対象の画素の強度は幾つかの画像にわたる積分によって高められるからである。しかしながら、本発明によれば、時間積分の効率性のため、この段階は、予備的段階において行われた対象の位置合わせによって取得される対応する画素に対して、即ち静的な対処に対して行われる。ここで、背景については、時間積分によって得られる結果は、Ｘ線の線量の増加によって得られるものとは全く異なる。本発明によれば、位置合わせ段階の後、対象は画像の参照に対しては不動であり、一方、背景はなおも対象に対して動くため、時間積分により、背景はぼかされ、平滑化され、フェードされ、ノイズは最小限とされ、一方で対象の細部は強調されるという結果が得られる。代わりに、Ｘ線の線量を増加させることにより、背景の細部は対象のものと同様に強調され、これは望ましくない。Ｘ線の線量を増加させることはまた、患者及び臨床医にとって危険であるという不利点を与える。
【００１８】
有利な積分手段は、２つの連続する画像中で検出される関心対象と称される対象の類似性の決定を含む。実際に、２つの異なる対象が検出され、積分されれば、それらの画素は対応せず、積分段階の結果はぼけた対象となる。第１の画像中の対象と、連続する画像中の同じ関心対象と称される候補との間の類似性の決定は、類似性基準を用いて行われる。この有利な積分手段は、規準の結果の関数において現在画像中の対象画素強度を変調する手段を有する。本発明のシステムは更に、第１の時間積分後に画像に適用される鮮鋭な細部強調手段を更に有する。次に、システムは更に、対象強調をより詳細とするために画像の参照に対する対象の残る細かい動き及び第２の時間的な積分位相について補償する第２位の位置合わせ手段を有する。位置合わせされた対象に対して適用される時間積分技術は、不都合無しに、Ｘ線線量の増加を用いて幾つかの本質的な利点を与える。
【００１９】
心臓に対する適用の本例では、ビューイングシステムのユーザは、医療インターベンション関係者でありうる。この場合、この関係者は、画像処理中に、例えばインターベンション器具を動かさない間に、介在する可能性を有する。まず、ユーザは、画像中の関心領域を選定しうる。加えて、ユーザは、画像処理手段を作動させ制御するために、図５に示す制御手段５８を思い通りにできる。これらの制御手段は、ユーザが画像処理動作を開始させるため、画像処理の持続時間を制御するため、及び画像処理動作を終わらせるための開始手段及び停止手段を有する。特に、ユーザは、最終的な処理された画像が、対象の動きが診断上重要であるか否かに依存して、位置合わせのために補償されるか否かを選択しうる。
【００２０】
図１Ａを参照するに、初期化手段は、シーケンス中の関心対象を実際に位置決定する問題を解決する抽出手段１１を含む。関心対象は、望ましくはガイドワイヤ先端部６３又はバルーンマーカ６１、６２又は７１、７２といった第１の特定の特徴を位置決定することによって間接的に位置決定されることが望ましい。細いガイドワイヤ６５の端部に配置されたマーカ６３は、動脈８１の狭窄領域８０ａに対するガイドワイヤ６５の位置を決定することを可能とする。モノレール６０上にバルーン６４に対して所定の位置に配置されたバルーンマーカ６１、６２は、動脈のルーメン中でバルーンを拡張させる前に狭窄領域に対する第１のバルーンの位置を決定することを可能とする。モノレール７０上にバルーン７４ａに対して所定の位置で配置されたバルーンマーカ７１、７２は、ステント拡張前に周りに巻き付けられたステント７５ａを有する第２のバルーンの位置を決定し、拡張されたステント７５ｎを最終的に調べることを可能とする。
【００２１】
先端部又はマーカと称されるこれらの特定の特徴は、ステント又は血管壁よりもはるかによいコントラストを示す。抽出手段１１は、先端部又はマーカを元の画像１０から正確に抽出するのに適している。しかしながら、臨床医は、先端部又はマーカを手動で選択すること、又はそれらの座標の検出を手動で改善させることを選択しうる。これらの先端部及びマーカは特定の容易に認識可能な形状を有し、画像中で高いコントラストを有する材料から形成される。従って、これらは抽出が容易である。尚、これらの特定の特徴は、術者にとって実際に最終的に関心となる対象であるコントラストの悪いステント又は血管壁に関するものではない。ガイドワイヤ先端部６３は、ガイドワイヤ６５に関するものであるため、動脈壁１８又はステント７５ａのいずれにも関するものではない。また、バルーンマーカ６１、６２、又は７１、７２は、モノレール６０又は７０に関するものであるため、血管壁８１又はステント７５ａのいずれにも関するものではない。バルーンマーカは、バルーンに対して特定の位置を有するため、システム処理手段１１はバルーン６４，７４ａ，７４ｂの位置を正確に導出することを可能とする。また、ステント７５ａ、７５ｂは、バルーンマーカに取り付けられてはいないがバルーンマーカに対して特定の位置を有するため、正確に位置決定されうる。関心対象のマーカが抽出されると、位置合わせ手段１２は、関心対象を、望ましくはマーカ位置に基づいて画像１０の参照に対して位置合わせする。
【００２２】
図３を参照するに、シーケンスのうちの開始時間における画像でありうる参照画像と称される１つの画像中で例えば２つのマーカＡref，Ｂrefが検出される。マーカＡref，Ｂrefは、自動的な手段によって選択されうる。次に、システムの位置合わせ手段１２は、参照画像中のマーカ位置情報Ａref，Ｂref、及び、シーケンス１０の現在画像中の対応する抽出されたマーカＡ't，Ｂ'tを用いて、現在画像を参照画像上に自動的に位置合わせするよう動作する。この動作は、現在画像のマーカを参照画像の対応するマーカに対して位置合わせすることによって行われ、考えられうる幾何学的な操作は、現在画像のセグメントＡ't，Ｂ'tの重心Ｃtを参照画像のセグメントＡref，Ｂrefの重心と一致させる平行移動Ｔと、現在画像のセグメントＡ't，Ｂ'tの方向を参照画像のセグメントＡref，Ｂrefの方向と一致させ、セグメントＡ"t，Ｂ"tを生じさせる回転Ｒと、結果として得られたセグメントＡ"t，Ｂ"tの長さを参照画像のセグメントＡref，Ｂrefの長さと一致させ、セグメントＡt，Ｂtを生じさせる膨張（dilation）Δとを含む。このような並行移動Ｔ、回転Ｒ、及び膨張Δの操作は、シーケンスの現在時点ｔにおける現在画像と参照画像との間で定義され、結果としてシーケンス全体の位置合わせが行われる。この位置合わせ操作は、画像の全ての点に対して行われる必要はない。マーカを含む関心領域は範囲が定められうる。
【００２３】
この位置合わせの操作は、所定の画像参照（image  referential）に対する例えば血管、ガイドワイヤ、バルーン、及びステントといった関心対象のそれぞれの動きの影響を最小化する。望ましくは、２つ又はそれ以上のマーカが、より良い位置合わせのために使用される。位置合わせ操作は、対象が画像のフレームから出ることがなく、関心対象に対するズームＺをユーザが容易に行うことを可能とする。
【００２４】
位置合わせされたシーケンス１３中、関心対象の画素は、連続する画像中で略静的である。従って、本発明によれば、位置合わせされた関心対象は、第１の多数の画像、即ち少なくとも２つの画像又は２つ以上の画像に亘って、第１の時間積分手段１４へ与えられる。この第１の積分段階は、ＴＩ1で示される。第１の時間積分のための第１の多数の画像は、残留する動きを有する対象のぼけを防止することと背景のぼけを生じさせることの間の妥協策に従って選択される。背景は、画像の参照に対して位置合わせされていないため、背景の細部はなお対象に対して動いている。第１の時間積分手段を用いて略静的な画素を積分することにより、各画素の強度が高められ、一方で背景の細部はぼかされる。１つの例では、位置合わせされた画像１３は、第１の多数の画像上の画素の強度に対して適用される平均化手段によって積分される。この操作により、略時間的に一致する血管といった対象の細部は強調され、ノイズは最小化され、一方で時間的に一致しない背景の細部はぼかされる。他の例では、強度がＸ（ｔ）で表わされる時間積分手段は、時点ｔにおける現在の画像を強度がＹ（ｔ−１）で表わされる前の時点（ｔ−１）で処理された画像と、積分された現在画像の強度を与える式に従って重み係数βを用いて結合するリカーシブフィルタである。
【００２５】
Ｙ（ｔ）＝Ｙ（ｔ−１）＋β［Ｘ（ｔ）−Ｙ（ｔ−１）］                ［１］
この最後の技術を用いて、画像は、シーケンスが進むにつれてますます改善される。この操作は、鮮鋭な細部の強調に更に用いられるぼけた背景を有する位置合わせされ強調された画像の中間シーケンス１５を生じさせる。
【００２６】
関心対象が位置合わせされ時間的に統合されるビューを作成することは、可視性を改善しノイズを減少させる方法である。しかしながら、誤った検出によりフレームのうちの１つにおいて位置合わせが失敗すれば、時間積分されたビューの中の関心対象の可視性は大きく減少しうる。この問題は、時間積分が用いられる場合は常に生じうる。図１Ｂを参照するに、本発明によれば、解決策は、類似性情報を決定するために、先行する積分されたビューＹ（ｔ−１）に対する現在のまだ積分されていない（できれば位置合わせされている）フレームＸ（ｔ）の類似性を調べることによって行われ、この類似性情報は変調係数αを決定するのに用いられる。この変調係数αは、更に、時間積分中に、位置合わせされたビューＹ（ｔ）中の現在フレームの重要性を変調するために使用されうる。Ｘ（ｔ）とＹ（ｔ−１）の間の類似性情報は、Ｒで示される類似性規準１６によって測定される。この類似性規準Ｒは、相関又は正規化された相関であり得る。規準Ｒが低い結果を与える場合、Ｙ（ｔ）中の現在画像Ｘ（ｔ）の重みは低くなる。
【００２７】
時間積分１４はリカーシブであってもよく、従って、重みは時間に依存するα（ｔ）である。その場合、
Ｙ（ｔ）＝α（ｔ）．Ｙ（ｔ−１）＋（１−α（ｔ））．Ｘ（ｔ）            ［２］
であり、ここで
α（ｔ）＝ｆ（Ｒ（ｔ））
である。
【００２８】
ぼけた背景１５を有する画像の以前に時間的に処理されたシーケンスは、エッジフィルタといった空間フィルタでありうる強調手段２１へ与えられる。このエッジフィルタは、関心対象の鮮鋭な細部を抽出し、エッジ２２の画像を生じさせる。ユーザは、画像のシーケンスを表示する前に対象の動きを復元することを選択しうる。この場合、鮮鋭な細部強調手段２１は、動き復原を生じさせる位置合わせ手段のマイナス１乗３１ａで示される逆位置合わせ手段へエッジ２２の画像を与える。復元された動きを有する画像は、結合手段３２ａによって入力画像１０と結合され、図５に示すビューイングシステムの表示手段５４上でユーザに表示されるべき、強調されたエッジを有し、元の動き及び元の背景を有する元の対象の第１の関心画像シーケンス４１を生じさせる。或いは、鮮鋭細部強調手段２１によって生じたエッジ２２の画像は、位置合わせされた画像１３中の対象のエッジを強調するために、位置合わせ手段１２によって生じた位置合わせされた画像１３と一緒に結合手段３２ｂ中に入力されてもよい。この結合手段３２ｂは、元の背景上に強調されたエッジを有する位置合わせされた対象の第２の関心画像シーケンス４２が表示手段５４上に表示させる。
【００２９】
結合手段３２ｂによって生じた強調された鮮鋭な細部を有する位置合わせされた画像４２は、対象の残留する動きを除去するために第２の位置合わせ手段へ与えられ、なぜならば、手段１２によって第１の位置合わせが行われた後、マーカは実際に位置合わせされた特徴でありマーカは関心対象に取り付けられていないため、関心対象はなお画像参照に対して小さい残留の動きへ与えられうるからである。次に、画像は、背景フェードを生じさせるために第２の時間積分手段３３ａへ与えられる。第２の時間積分技術は、第１の技術と同じでありうる。第２の積分段階は、望ましくは第１の積分手段１４において用いられる第１の数以上であり、ＴＩ2で示される第２の多数の画像に対して行われる。第２の時間積分段階ＴＩ2は、動き位置合わせ、関心対象の鮮鋭な特徴の強調、及び背景フェードを伴う第３の関心画像シーケンス４３を表示手段５４上に表示させるという利点を有する。以前に強調された対象は、再び強調され、一方、背景の動く細部はフェードされる。
【００３０】
ここで、対象は画像中で位置合わせされており、細部は強調されているため、ユーザは対象の細部を容易にズームすることができ、このとき対象は画像のフレームから出ないという利点がある。このズームの可能性は、バルーン及びステントの位置決めの動作のときに特に重要である。
【００３１】
上述したように、本発明の画像処理手段により、術者はバルーンを膨張させるためにバルーンに造影剤を入れる必要はなく、なぜならばバルーンは造影剤なしにステントとともにより良く視覚化されるからである。この性質はまた、同じ動脈内に２つのステントを横に並べて導入及び位置決めするインターベンションの画像シーケンスを視覚化することが必要である場合に特に有用である。第１のステントは、それが留置された後にはっきりと視覚化される。次に、第２のステントが視覚化され、そのマーカの検出によって位置決定される。これらの対象は、更に位置合わせ及び強調され、このことにより術者は、バルーンを位置決定するために造影剤が必要であった場合に静的であったのとは異なり動的に、膨張中の第２のバルーン及び留置中のステントを視覚化することを可能とする。通常は、２つのステントは非常によく視覚化されるため、術者は、２つのステントを互いに非常に近くに配置することができる。
【００３２】
ユーザは、画像のシーケンスを対象の元の動きで調べることを選択しうる。この場合、第２の時間積分手段３３ａは、動き復原を生じさせる逆位置合わせ手段３１ｂへ画像を与え、図５に示すビューイングシステムの表示手段５４上に表示させるべき強調されたエッジを有する対象の第４の関心画像シーケンス４４を生じさせる。ここで、ユーザは、位置合わせされた対象をフェードされた背景上で単純に観察することを選択しうる。その場合、位置合わせ手段１２によって生じたおそらくはズームされた画像は、ＴＩ2と示される第２の時間積分手段３３ｂへ与えられ、表示手段５４へ更に与えられる。なお、少ない数の画像に亘る積分の後は、関心対象の残留する動きは非常に小さく、背景は一般的には速くフェードするため、単純な操作は十分に効率的である。これは、図５に示すビューイングシステムの表示手段５４上に表示させるべきフェードされた背景を有する位置合わせされた対象の第５の関心画像シーケンス４５を生じさせる。
【００３３】
上述のシステムで使用されるべきコンピュータ実行可能な画像処理方法は、器具にも器官にも関係しない少なくとも１つのマーカを抽出し、シーケンスの画像中のマーカ位置情報を決定し、マーカ位置情報から対象位置情報を導出し、器具及び／又は器官の可視性を改善させるよう画像を処理する、医療インターベンション中にディジタル画像のシーケンスを処理する段階を有する。方法は、ユーザがこれらの強調された画像を用いて器官の中の適当な位置に器具を位置決めするために、医療インターベンション中に画像を表示することを可能とする。血管形成法に対する適用では、これらの画像処理操作の結果は、例えば、動脈のルーメンの正しい拡張を調べること、及び、ステントの正しい膨張を調べることを可能とする。
【００３４】
図４Ａは、他の器官の背景上にカテーテル、ガイドワイヤ、バルーンマーカ（２つの小さい暗い点）を伴うバルーン、及び動脈を表わす医療シーケンスの元の画像を示す。関心対象（バルーン及び動脈）の視覚化は、非常に困難である。バルーンマーカでさえも殆ど可視でない。破線は、図４Ｂのズームされた画像のフレームを表わす。図４Ｂ中、画像は本発明によって処理されている。従って、関心対象は強調され、背景は完全にフェードされている。
【００３５】
本発明の撮像システム手段及び撮像方法は、図２Ｃに示すような上述のステップ（ｃ）に記載されるように取得されるサブシーケンスの画像を、医療インターベンション段階が単純化されるような方法で改善することを可能とする。実際、ステップ（ｃ）においてバルーンを配置するには、形状７４ａから形状７４ｂを生じさせるために、術者はバルーンの中に膨張製品を導入せねばならない。本発明のビューイングシステムを用いない場合、術者は一般的にはバルーンを視覚化するのを可能とするために多量の造影剤を含む膨張製品を用いる。この造影剤は、バルーン及びステントをサブシーケンスの画像中の単一の暗い対象とする効果を有する。このような造影剤を用いるとき、バルーン及びステントはバルーンの膨張及びステントの配置は互いに区別可能でない。術者は、最終的には留置されたステントのみのビューを得るために暗くされたバルーンを除去するまで待たねばならず、これは静的なビューにすぎない。代わりに、本発明の撮像システム手段及び撮像方法は、膨張製品の中の造影剤を用いることを防止し、又は、バルーン膨張及びステント配置の操作中に製品にかなり少量のかかる造影剤を用いる。ここでバルーンは透明なままであるため、本発明の撮像システム及び撮像方法は、シーケンスの全ての画像中でバルーンの膨張及びステントの配置を動的に追跡することを可能とする。本発明の撮像システム手段及び撮像方法は、バルーンの膨張及びステントの配置の操作中はバルーンとステントを別々に動的に視覚化することを可能とする。この結果は、術者がこれらを位置決定し視覚化することを可能とするためにもはや造影剤を使用することを必要としないような改善された方法で、関心対象が画像中で位置合わせ、ズームされ、強調されることによる。もちろん、これらの結果は、本発明の高度な手段によってのみ得られるものである。
【００３６】
図５は、医用検査装置５０を示す図である。装置は、画像のシーケンスのディジタル画像データを取得する手段５１を有し、上述の処理方法によりこれらのデータを処理するため、上述のように医用ビューイングシステム５３に結合される。医用ビューイングシステムは、一般的には、リアルタイム画像を処理するために手術室の中又は手術室の近くで用いられる。本発明の方法の段階が、例えば医用パラメータを推定するために、格納された画像に適用されるときは、格納された画像のデータを処理するシステムは、医用ビューイングステーションと称される。医用推定装置は、システム５３への接続５７によって画像データを与える。システムは、処理された画像データをディスプレイ及び／又は記憶手段へ与える。表示手段５４は、画面でありうる。記憶手段は、システム５３のメモリＭＥＭでありうる。或いは、記憶手段は、外部記憶手段であってもよい。この画像ビューイングシステム５３は、適当にプログラムされたコンピュータ、又は、本発明による方法段階の機能を実行するようにされたＬＵＴ、メモリ、フィルタ、論理演算部といった回路手段を有する専用プロセッサであってもよい。システム５３はまた、キーボード５５及びマウス５６を含みうる。アイコンは、マウスをクリックすることによって作動されるよう画面上に与えられてもよく、又は、ユーザがシステムの処理手段を選択される段階で開始させ、持続時間を制御し、又は停止させるための制御手段５８を構成するように専用のプッシュボタンがシステムに設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明のシステムの機能ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明のシステムの機能ブロック図である。
【図２Ａ】血管形成法のインターベンション段階を示す図である。
【図２Ｂ】血管形成法のインターベンション段階を示す図である。
【図２Ｃ】血管形成法のインターベンション段階を示す図である。
【図３】マーカ位置合わせの段階を示す図である。
【図４Ａ】元の血管造影図を示す図である。
【図４Ｂ】強調された関心対象に対してズームを行い、背景をフェードさせた処理された画像を示す図である。
【図５】医用検査装置の機能ブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図５】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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