(57)【要約】異方性又は繊維状構造（１０２）を含む対象（１６）を画像化する画像化方法が、幾つかの異方性構造（１０２）を伴う領域の三次元見掛け拡散テンソルマップ（４４，１６２）を収集するステップを含んでいる。該見掛け拡散テンソルマップ（４４，１６２）は、順序付けされた固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）及び固有値（λ１，λ２，λ３）を得るように処理される。三次元繊維表現（５４，２０８）が、上記固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）及び固有値（λ１，λ２，λ３）を用いて追跡される（５２，１９０）。該三次元繊維表現（５４，２０８）は、ハイパーストリームライン表現（２１２，２３８）としてレンダリングされる（７０，２２０）。背景画像表現（３２８）も発生される（７２，３２０）。そして、人が看取可能な表示（３４４）が、上記の発生された背景画像表現（３２８）上に重畳された前記レンダリングされたハイパーストリームライン表現（２１２，２３８）を含んで生成される（３４０）。
2005525206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性構造を含む対象を画像化する画像化方法において、
−  前記対象における少なくとも幾つかの異方性構造を含む少なくとも一部の三次元見掛け拡散テンソルマップを収集するステップと、
−  ボクセルにおける前記見掛け拡散テンソルを処理して、固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）及び固有値（λ１，λ２，λ３）を得るステップと、
−  三次元繊維表現を、前記固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）及び固有値（λ１，λ２，λ３）を用いて追跡するステップと、
−  前記三次元繊維表現を、ハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップと、
−  背景画像表現を発生するステップと、
−  前記背景画像表現上に重畳された前記ハイパーストリームライン表現を含む人が看取可能な表示を生成するステップと、
を有することを特徴とする画像化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現を追跡するステップが、
−  前記拡散テンソルマップにおける開始領域の選択を入力するステップと、
−  前記開始領域におけるボクセルを選択するステップと、
−  局部的方向を、前記選択されたボクセルの前記拡散テンソルの固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）及び固有値（λ１，λ２，λ３）に基づいて決定するステップと、
−  前記局部的方向に沿う次のボクセルを識別するステップと、
−  前記局部的方向を決定するステップ及び前記次のボクセルを識別するステップを複数回繰り返して、前記三次元繊維表現を抽出するステップと、
を含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現を追跡するステップが、
−  選択された閾より小さな、次のボクセルの異方性パラメータ、
−  選択された角度より大きな、前記次のボクセルにおける前記局部的方向の変化、及び
−  関心のある選択された終了領域への前記次のボクセルの進入、
のうちの１つに応答して前記繰り返すステップを終了させるステップを更に含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の画像化方法において、前記開始領域の選択を入力するステップが、
−  前記対象の画像表現の人が看取可能な選択表示を示すステップと、
−  前記開始領域を選択するために、関連するユーザにより操作可能なグラフィック選択ツールを前記選択表示上に示すステップと、
を含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、
−  円筒状ハイパーストリームライン、
−  楕円筒状ハイパーストリームライン、
−  螺旋状ハイパーストリームライン、及び
−  二重螺旋状ハイパーストリームライン、
のうちの１つをレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、
−  ボクセルに関する異方性パラメータを計算するステップと、
−  前記ハイパーストリームラインを、対応するボクセルの前記異方性パラメータに比例する直径を持つ円筒としてレンダリングするステップと、
を含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項７】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを、中間の及びマイナな拡散テンソル固有値（λ２，λ３）をコード化する長及び短軸寸法を有すると共に中間の及びマイナな拡散テンソル固有ベクトル（ｅ２，ｅ３）の方向に対応する長及び短軸の向きを有する楕円筒としてレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項８】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを、異方性パラメータをコード化する幅を有すると共に拡散テンソルの向きに対応する向きを有するリボンとしてレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項９】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを二重リボンとしてレンダリングするステップを含み、該二重リボンの第１のリボンは中間の拡散テンソル固有値（λ２）をコード化する幅と中間の拡散テンソル固有ベクトル（ｅ２）方向に対応する向きとを有し、第２のリボンはマイナな拡散テンソル固有値（λ３）をコード化する幅とマイナな拡散テンソル固有ベクトル（ｅ２）方向に対応する向きとを有することを特徴とする画像化方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを前記背景に対して高コントラストを持つ一様なカラーでレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現として一様なカラーでレンダリングするステップが、該表現の３Ｄにおける向きを視覚的に向上させるために前記レンダリングに陰影を付けるステップを含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項１２】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを各々が少なくとも１つのカラー特徴を含むようなボクセルでレンダリングするステップを含み、該少なくとも１つのカラー特徴が、
−  前記拡散テンソルに関連する選択されたパラメータ、及び
−  当該ボクセルを含むハイパーストリームライン部分の方向、
の一方をコード化することを特徴とする画像化方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインを異方性パラメータに比例する輝度でレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１４】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の画像化方法において、前記三次元繊維表現をハイパーストリームライン表現としてレンダリングするステップが、前記ハイパーストリームラインをメジャな固有ベクトル（ｅ１）方向をコード化する色相でレンダリングするステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記背景画像表現を発生するステップが、拡散加重を含まない画像のグレースケール表現を発生するステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載の画像化方法において、前記背景画像表現を発生するステップが、前記背景画像表現を各々が少なくとも１つのカラー特徴を含むようなボクセルで表示するステップを含み、該少なくとも１つのカラー特徴が当該ボクセルの拡散テンソルに関連する選択されたパラメータをコード化することを特徴とする画像化方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１６の何れか一項に記載の画像化方法において、前記背景画像表現を発生するステップが、各ボクセルを該ボクセルの異方性パラメータに比例する輝度で表示するステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れか一項に記載の画像化方法において、前記背景画像表現を発生するステップが、各ボクセルを該ボクセルのメジャな固有ベクトル（ｅ１）方向をコード化する色相で表示するステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１７の何れか一項に記載の画像化方法において、前記人が看取可能な表示を生成するステップが、選択されたユーザ入力に応答して回転可能な対話型三次元モデルを生成するステップを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１８の何れか一項に記載の画像化方法において、前記人が看取可能な表示を生成するステップが、
−  前記レンダリングされた繊維表現及び前記発生された背景画像表現の一方を解剖学的向きに基づいてカラーコード化するステップと、
−  前記表示を入力に応答して回転させるステップであって、該回転の間において前記カラーコード化が解剖学的向きに対応し続けるようなステップと、
を含むことを特徴とする画像化方法。
【請求項２１】
対象内の繊維状構造を追跡する装置において、
−  拡散テンソルマップを収集する手段と、
−  ボクセルに対応する拡散テンソルの固有値（λ１，λ２，λ３）及び固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）を得る固有値／固有ベクトル配列手段と、
−  繊維状構造表現を、前記固有値（λ１，λ２，λ３）及び固有ベクトル（ｅ１，ｅ２，ｅ３）並びに少なくとも１つの開始ボクセル選択に基づいて計算する繊維構造追跡手段と、
−  前記繊維状構造表現のハイパーストリームライン表現を計算するレンダリング手段と、
−  背景画像表現を計算する背景画像発生手段と、
−  前記背景画像表現上に重畳された前記ハイパーストリームライン表現を人が看取可能な媒体で表示する表示手段と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記繊維構造追跡手段が、
−  拡散テンソルマップを収集する手段と、
−  選択されたボクセルの最大の固有値（λ１）に関連する固有ベクトル（ｅ１）に対応する局部的繊維方向を識別する局部的方向識別手段と、
−  前記局部的繊維方向に沿って前記選択されたボクセルの近傍のボクセルを識別する次ボクセル識別手段と、
−  前記局部的方向識別手段及び前記次ボクセル識別手段に、前記繊維状構造表現を繰り返し反復計算させるループ手段と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２１又は請求項２２に記載の装置において、前記拡散テンソルマップを収集する手段が、
−  拡散加重された画像化データを収集する磁気共鳴画像化手段と、
−  前記収集された拡散加重された画像化データを、拡散加重された画像表現に再構築する再構築手段と、
−  選択された拡散加重された画像表現を選択的に組み合わることにより、拡散テンソルマップを構築する拡散テンソルマッピング手段と、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２１ないし２３の何れか一項に記載の装置において、前記背景画像表現が、
−  再構築された磁気共鳴画像、及び
−  異方性パラメータのマップ、
からなる群から選択されることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２１ないし２４の何れか一項に記載の装置において、前記ハイパーストリームライン表現及び前記背景画像表現の少なくとも一方を着色する着色手段を更に含み、該着色手段は前記拡散テンソルに関連するパラメータ又は前記ハイパーストリームラインの方向をコード化するために輝度及び色相の少なくとも一方を使用することを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２１ないし２４の何れか一項に記載の装置において、前記ハイパーストリームライン表現及び前記背景画像表現の少なくとも一方を前記拡散テンソルのメジャな固有ベクトル（ｅ１）の向きに基づいて着色する着色手段を更に含み、該着色手段は、
−  略左右に向いた拡散テンソルのメジャな固有ベクトル（ｅ１）を持つボクセルに対しては第１カラーを、
−  略足頭方向に向いた拡散テンソルのメジャな固有ベクトル（ｅ１）を持つボクセルに対しては第２カラーを、
−  略前後に向いた拡散テンソルのメジャな固有ベクトル（ｅ１）を持つボクセルに対しては第３カラーを、
使用することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２１ないし２６の何れか一項に記載の装置において、拡散加重された画像表現に選択された画像処理を施して、画像収集の間に誘起された画像アーチファクトを補正するデータ変換プロセッサを更に含んでいることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元画像化技術に関する。本発明は、特には、神経繊維又は繊維束の拡散テンソル磁気共鳴画像化法（ＤＴ−ＭＲＩ）による画像化、追跡及び表示に関するもので、これらを特に参照して説明する。しかしながら、本発明は他のタイプの構造の追跡及びグラフィック的レンダリングとの関連、並びに単光子放出コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）、陽電子放出トモグラフィ（ＰＥＴ）等の他の画像化方式との関連でも適用される。
【背景技術】
【０００２】
人類及び他の哺乳類の神経組織は、神経繊維又は繊維束を形成するように配列された長い軸索部分を備える神経細胞を含んでおり、斯かる神経繊維又は繊維束に沿って電気化学的信号が伝達される。例えば、脳においては、非常に高い神経密度により規定される機能領域が、典型的には構造的に複雑な軸索繊維束の神経ネットワークによりリンクされている。軸索繊維束及び他の繊維状材料は、実質的に他の組織により囲まれている。
【０００３】
神経の疾患の診断、脳外科手術の計画及びその他の神経学関係の診療行為並びに脳の機能に関する研究行為は、軸索繊維及び繊維束の非侵襲的画像化及び追跡から利益を受けることができる。特に、拡散テンソル磁気共鳴画像化（ＤＴ−ＭＲＩ）は、軸索繊維束と相関するような画像コントラストを提供することを示している。ＤＴ−ＭＲＩ技術においては、磁気共鳴画像が水又は他の流体の分子の拡散に関係するコントラストを含むように、拡散高感度化磁界勾配が励起／画像化シーケンスにおいて印加される。励起／画像化シーケンスの間において拡散勾配を選択された方向で印加することにより、拡散加重された画像が得られ、該画像から、画像空間における各ボクセル位置に関して見かけ拡散テンソル係数が得られる。
【０００４】
流体の分子は、当該繊維に対して部分的に又は完全に直交する方向と比較して、軸索繊維束の方向に沿って、より容易に拡散する。従って、見かけ拡散係数の指向性及び異方性は、軸索繊維及び繊維束の方向に相関する傾向がある。反復的追跡方法を用いれば、軸索繊維又は繊維束をＤＴ−ＭＲＩデータを用いて追跡又はセグメント化することができる。
【０００５】
しかしながら、繊維の追跡結果は医師、臨床医及びその他の医療関係者にとり解釈するのが困難である。関心の軸索繊維束は、しばしば、脳又はその他の非常に高い神経組織密度の領域に位置している。追跡された繊維は、典型的には、他の繊維／繊維束又は他の小さな解剖組織的構造と重なり、絡み合い、交差し、又はさもなければ混ざり合う。追跡された繊維と他の神経組織を含む周囲の解剖組織との関係は、臨床的解析の重要な側面であり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、追跡された繊維を周囲の解剖組織と辻褄を合わせながら、該追跡された繊維の選択された特徴を強調するような改善された画像提示方法及び装置に対する要求が存在する。
【０００７】
本発明は、上述した限界及びその他の事項を克服するような改善された装置及び方法を目論むものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、解剖組織的構造を含む対象を画像化する画像化方法が提供される。少なくとも幾つかの解剖組織的構造を含む上記対象の少なくとも一部の三次元見掛け拡散テンソルマップが取得される。ボクセルにおける該見掛け拡散テンソルが、固有ベクトル及び固有値を得るために処理される。三次元繊維表現が、上記固有ベクトル及び固有値を用いて追跡される。該三次元繊維表現は、ハイパーストリームライン表現としてレンダリングされる。背景画像表現が発生される。該背景画像表現上に重畳された上記ハイパーストリームライン表現を含むような、人が看取可能な表示が生成される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、対象内の繊維状構造を追跡する装置が開示される。拡散テンソルマップを取得する手段が設けられる。ボクセルに対応する拡散テンソルの固有値及び固有ベクトルを得るために、固有値／固有ベクトル順序付け手段が設けられる。繊維状構造表現を上記固有値及び固有ベクトル並びに少なくとも１つの開始ボクセル選択に基づいて計算する繊維状構造追跡手段が設けられる。該繊維状構造表現のハイパーストリームライン表現を計算するレンダリング手段が設けられる。背景画像表現を計算するために、背景画像発生手段が設けられる。表示手段が設けられ、上記背景画像表現上に重畳された上記ハイパーストリームライン表現を人が看取可能な媒体に表示する。
【００１０】
本発明の一つの利点は、繊維軌道を決定する速度に存在する。
【００１１】
本発明の他の利点は、追跡された繊維画像のパラメータの直感的グラフィック表現を提供し、該表現が臨床的解釈を容易にすると共に、繊維の向き、拡散テンソル方向、異方性及び解剖学的向きを視覚化する点に存在する。
本発明の更に他の利点は、追跡された繊維方向を解剖学的向きと関連させるような改善された直感的なカラー符号化に存在する。本発明の数々の付加的利点及び利益は、当業者にとり、以下の好ましい実施例の詳細な説明を熟読すれば明らかとなるであろう。
【００１２】
本発明は、種々の構成要素及び斯かる構成要素の配置の形をとると共に、種々のステップ及び斯かるステップの配置の形をとる。また、図面は好まし実施例を解説する目的のためのものであり、本発明を限定するものとみなしてはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ図）スキャナ１０は、典型的には超伝導又は抵抗性磁石１２を含み、該磁石１２は検査領域１４を経るｚ軸に沿って略一様な、時間的に一定した主磁界Ｂ０を生成する。図１にはボア型の磁石が図示されているが、本発明は開放型磁石系及び他の型式のＭＲＩスキャナにも等しく適用可能である。画像化は、画像化される対象（例えば、患者１６）が検査領域１４内に部分的に配置された状態で、典型的には関心の領域を磁石のアイソセンタに位置させて、磁気共鳴励起及び読出シーケンスを実行することによりなされる。脳領域の拡散テンソルＭＲＩ画像化の場合、患者の頭部は好ましくは図示のように上記アイソセンタに位置される。
【００１４】
上記磁気共鳴シーケンスは一連のＲＦ及び磁界勾配パルスを含み、これらパルスは対象１６に対して、磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴を再収束させ、磁気共鳴を操作し、空間的にコード化し、磁気共鳴をフロー若しくは拡散コード化し、スピンを飽和させ、等を行うために、印加される。更に詳細には、勾配パルス増幅器２０は、電流パルスを全身勾配コイルアセンブリ２２に供給して、試験領域１４のｘ−，ｙ−及びｘ−軸に沿う磁界勾配を生成する。拡散加重ＭＲＩにおいては、選択された磁界勾配が印加されて、選択された方向における流体分子の運動に敏感な動きに関係するコントラストを形成する。
【００１５】
ＲＦ送信機２４は、好ましくはデジタルのもので、ＲＦパルス又はパルスパケットを全身ＲＦコイル２６に供給して、ＲＦパルスを試験領域１４に送信する。典型的なＲＦパルスは短い持続時間の直ぐに連続するパルスセグメントのパケットからなり、これは、互いの及び何らかの印加された勾配と一緒にされて、選択された磁気共鳴操作を達成する。上記ＲＦパルスは、上記試験領域の選択された領域において、飽和させ、共鳴を励起し、磁化を反転させ、共鳴を再収束させ、又は共鳴を操作するために使用される。
【００１６】
全身への適用の場合、選択された操作の結果として発生される結果としての共振信号も、全身ＲＦコイル２６によりピックアップされる。他の例として、対象の限られた領域におけるＲＦパルスを発生させるためには、該選択された領域に連続して局部ＲＦコイルが配置される。例えば、脳の画像化においては、挿入可能な頭部コイル２８がオプションとして使用される。
【００１７】
ＲＦコイルの構造及び該ＲＦコイルの用途とは無関係に、ＲＦコイルの１つ又は他のものによりピックアップされた結果としてのＲＦ磁気共鳴信号は、ＲＦ受信機（好ましくは、デジタル受信機）により受信され復調される。シーケンス制御プロセッサ３２は、勾配パルス増幅器２０、ＲＦ送信機２４及びＲＦ受信機３０を制御して、磁気共鳴信号及びオプションとしてのエコーを発生する統合されたＭＲＩパルスシーケンス及び読出波形を生成し、結果としてのＭＲ応答を空間及び拡散コード化するために適切なコード化勾配を供給し、ＭＲピックアップ及び受信動作を調整する。
【００１８】
上記ＭＲＩシーケンスは、典型的には、勾配増幅器２０により発生される複雑な系列の磁界勾配パルス及び／又は掃引を含み、これらは、ＲＦコイル２６、２８により発生される選択されたＲＦパルスと共に、ｋ空間にマッピングする磁気共鳴エコーとなる。結果としての磁気共鳴データはソータ３４により並び替えられ、ｋ空間メモリ３６に記憶される。拡散テンソル磁気共鳴画像化（ＤＴ−ＭＲＩ）の場合、データは拡散加重なしで（０で索引付けされる）、Ｎ個の方向における拡散加重で（１〜Ｎで索引付けされる）、収集される。好ましくは、Ｎ＞＝６とする。静的及び拡散加重されたデータが収集され、対応するｋ空間メモリ３６０、３６１、…、３６Ｎに記憶される。上記静的及び各拡散加重された画像に関するｋ空間データは、再構築プロセッサ３８により処理されるが、該プロセッサは、典型的には、再構築された画像表現Ｓ０、Ｓ１、…、ＳＮ４００、４０１、…、４０Ｎを生成する逆フーリエ変換プロセッサ又は従来既知の他の再構築プロセッサである。典型的には、画像Ｓ０４００は拡散加重無しで得られる。
【００１９】
ＤＴ−ＭＲＩの場合、選択された方向における見掛け拡散係数（ＡＤＣ）は、異なる拡散加重による線形回帰（linear regression）により得られる。選択された各方向(i,j)のＡＤＣは、(i,j)方向において拡散加重された拡散加重画像Ｓi,jを取得することにより決定される。拡散加重画像Ｓi,jは、
【数１】
2005525206.tif 000003
により無加重画像Ｓ０４００に関係し、ここで、Ｂは磁界パラメータであり、ＡＤＣi,jは(i,j)方向に対する見掛け拡散係数である。ＡＤＣは式（１）から、
【数２】
2005525206.tif 000004
のように計算される。
【００２０】
有益にも、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ2*のような拡散加重及び同様の画像コントラストメカニズム以外のメカニズムの結果としての画像コントラストは、上記線形回帰により略除去される。
【００２１】
データ変換プロセッサ４１は、好ましくは、例えばカラー構成及び３Ｄモデルが選択された走査技術により影響されないことを保証するために、選択された再構築後画像処理を実行する。拡散テンソルプロセッサ４２は式（２）により複数のＡＤＣ値をボクセル毎に計算して、拡散テンソルマップ４４を構築する。６つの拡散方向は、典型的には、各ボクセルにおける拡散テンソルを構築するために充分な情報を提供する。
【００２２】
図１を続けて参照すると共に、更に図２を参照すると、固有ベクトル／固有値配列プロセッサ４６は、ボクセルに関する拡散テンソル固有ベクトル及び固有値を順序付けて、順序付けられた固有ベクトル及び固有値４８を得る。図２に見られるように、拡散テンソルの順序付けられた固有値λ１、λ２、λ３（最大固有値から最小固有値へ順序付けされている）及び対応する固有ベクトルｅ１、ｅ２、ｅ３は、有用な物理的意味を有している。図２において、最大の固有値はλ１として示されている。対応する固有ベクトルｅ１はメジャ固有ベクトルと呼ばれ、最大の拡散係数を持つ空間方向に整列する。残りの固有値λ２、λ３は、図２において中間及びマイナ固有ベクトルと呼ばれる対応する固有ベクトルｅ２、ｅ３を有している。これらの固有ベクトルｅ２、ｅ３はｅ１と直交し、小さな拡散係数を持つ空間方向に整列する。固有値λ１、λ２、λ３の相対値は、拡散テンソル異方性の空間的向き及び大きさを示す。
【００２３】
図２を続けて参照すると、上記固有ベクトル及び固有値は、長軸が固有ベクトルｅ１に、即ち最大の見掛け拡散係数の方向に整列するような楕円１００により幾何学的に表すことができる。該楕円１００の完全な球からのズレは、当該拡散テンソルの異方性を表す。異方性拡散係数テンソルは、繊維１０２に対して部分的に又は完全に直交する方向（例えば、固有ベクトルｅ２、ｅ３の方向）の拡散を禁止する傾向にある神経繊維束１０２の影響を反映し得る。対照的に、繊維１０２に平行な、即ちメジャ固有ベクトルｅ１の方向に沿って向けられた拡散は強調され、ｅ２、ｅ３方向に沿うよりも大きくなる。
【００２４】
図１に戻ると、従来既知の異方性比率（fractional anisotropy）マップ又は異方性の大きさを強調する他の異方性画像マップのような異方性マップ５０が、オプションとして上記固有ベクトル及び固有値４８から計算される。好適な実施例においては、異方性パラメータが、
【数３】
2005525206.tif 000005
によりボクセル毎に計算され、ここで、
【数４】
2005525206.tif 000006
である。
【００２５】
式（３）及び（４）により記述される異方性パラメータを用いた異方性マップは、拡散繊維追跡に関連して使用するのに特に適していることが分かった。当業者にとり既知のように、異方性マップ５０は異方性の大きさの便利な画像表現を提供する。しかしながら、斯かるマップは方向的な情報を含まず、これが、該マップを、脳のような神経学的に複雑な領域における多数の交差し、分岐し、撚り合わされ又は重なり合う繊維及び繊維束から選択された軸索繊維束を追跡又はセグメント化するのには不適にさせる。
【００２６】
続けて図１を参照すると、繊維追跡プロセッサ５２は拡散テンソルマップ４４における軸索繊維又は繊維束をセグメント化又は追跡して繊維の表現を生成し、該表現は繊維表現メモリ５４に記憶される。繊維追跡プロセッサ５２は、ユーザにより選択された１以上のシード（種）ボクセルにおいて追跡を開始する。
【００２７】
好適な選択処理において、ユーザは、グラフィック表示器６０、キーボード６２、マウス又は他のポインティング装置６４及び／又は同様の入力若しくは出力要素を含むパーソナルコンピュータ又はワークステーションのようなユーザインターフェース装置５６を操作する。表示器６０は、例えば３Ｄレンダリングされた画像６０3D等の当該対象１６及びポインティング装置６４により調整可能な交差点において交差する３つの直交スライス６０ａ、６０ｔ、６０ｌの画像表現を提示する。該画像は、拡散加重画像、Ｓ０画像４００又は異方性マップ５０等のうちの１つであり得る。３Ｄレンダリング６０3Dは、１以上のシードボクセルを選択するためにユーザによりポインティング装置６４、キーボード６２又は他の入力装置を介して操作される交差点に対応する重畳対話ポインタアイコン６６又は他のグラフィック選択ツールも示す。
【００２８】
図１を続けて参照し、図２の参照に戻り、且つ、異方性が楕円１００により幾何学的に表された例示的な二次元拡散係数固有ベクトル／固有値マップを示す図３を参照すると、繊維追跡プロセッサ５２は、シードボクセル及び後続の各ボクセルの拡散テンソルのメジャ固有ベクトルｅ１により与えられる追跡方向を用いて繊維を反復的に追跡する。図３は、シードボクセル１００１で開始する第１繊維表現経路１１２、及びシードボクセル１００２で開始する第２繊維表現経路１１４を示している。
【００２９】
図３には単一方向追跡が示されているが、追跡は一層完全な繊維追跡を提供するためにオプション的に双方向で、即ちｅ１及び−ｅ１の両方向に延びるように行うことができることが分かる。更に、図３にはボクセルの例示的な二次元アレイが示されているが、追跡は一般的には三次元拡散テンソルマップ４４を用いて三次元的に生じることも理解されるであろう。
【００３０】
図１を続けて参照すると、上記繊維表現５４は、グラフィック表示装置６０又は他の出力装置上でのユーザが看取可能な表示のために、ハイパーストリームラインレンダリンスプロセッサ７０によりグラフィック的にフォーマットされる。繊維表現５４は好ましくはハイパーストリームラインを使用してレンダリングされ、該ハイパーストリームラインは、メジャ固有ベクトルｅ１方向に対応する繊維方向を追跡すると共に、円形若しくは楕円形筒状断面、一重リボン若しくは螺旋の断面、二重リボン若しくは螺旋の断面、又は拡散異方性を表す他の直交的な広がりを含む。好ましくは、上記ハイパーストリームラインは、背景画像プロセッサ７２により描かれた背景画像上に重畳されてレンダリングされる。斯かる背景画像は、異方性マップ５０（又は該マップの一部）、静止画像４００、拡散加重画像４０１〜４０Ｎのうちの１つ、又は一様な白又は黒のスクリーン等から構築することができる。好ましくは、ハイパーストリームラインレンダリングプロセッサ７０は、ユーザによりマウス６４、キーボード６２又は他の入力装置を介して回転し、サイズ変更し又はそれ以外の操作をすることができるような３Ｄレンダリングを生成する。
【００３１】
ハイパーストリームライン・レンダリング・プロセッサ７０は、好ましくは、レンダリングされた繊維表現５４を着色する。例えば、レンダリングされたハイパーストリームラインは、ハイパーストリームライン方向の解剖学的向き、若しくは繊維軸索の拡散異方性等に基づくカラーコード化を含むことができるか、又は明るい黄色若しくは他の高度に区別可能なカラーを用いて着色することができる。背景画像プロセッサ７２により生成された背景画像も、オプションとして、着色することができる。当該レンダリングの効率を改善するために、専用の着色プロセッサ７４をオプションとして設けることができ、該プロセッサはハイパーストリームライン・レンダリング・プロセッサ７０及び背景画像プロセッサ７２と通信する。
【００３２】
繊維追跡プロセッサ５２及びハイパーストリームライン・レンダリング・プロセッサ７０は図１においては別個に示されているが、繊維追跡５２及びハイパーストリームライン・レンダリング７０は、略同時的に生じることもできる。両ステップは固有ベクトル及び固有値４８の計算及び操作を含むので、オプションとして、上記繊維追跡処理及びハイパーストリームライン・レンダリング処理５２、７０を少なくとも部分的に統合することにより、計算効率が改善される。
【００３３】
図４を参照して、拡散テンソル磁気共鳴画像化（ＤＴ−ＭＲＩ）データを収集すると共に関係する空間マッピング及び画像表現を発生する好適な方法１５０を説明する。ステップ１５２において、対象が、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）スキャナ内に配置及び固定される。ＤＴ−ＭＲＩ画像化は、かなりの期間にわたる多数の画像の収集を含んでいるので、対象は、動きによるぼけ及び画像収集の間の動きにより生じる画像のズレを最小化するために好ましくは固定される。
【００３４】
ステップ１５４においては、ＤＴ−ＭＲＩ画像化データがスピンエコーシーケンス等の画像化シーケンスを使用して収集されるが、斯かるシーケンスは選択された拡散加重を生成する追加の磁界勾配パルスを含んでいる。好ましくは、マルチエコーシーケンスが使用され、該シーケンスにおいて画像は拡散係数テンソルの選択された見掛け拡散係数（ＡＤＣ）成分に対応する幾つかの拡散加重１５６を用いて収集される。テンソルを記述するためには、通常は６つの見掛け拡散係数で充分である。図示した実施例においては、６つの拡散加重１５６が集められ、磁界勾配パルスが、無加重画像（0,0,0）と共に、(x,0,0),(0,y,0),(0,0,z),(x,-y,0),(x,0,-z)及び(0,y,-z)方向に印加される。しかしながら、拡散加重の他の組み合わせも代わりに使用することができる。マルチエコーシーケンスの使用は、有利にも、データ収集時間を減少させると共に、動きで誘起されるぼけ又は画像間のズレを最小化させる。信号対雑音比を改善するために、好ましくは、各拡散加重に対して複数の冗長な画像に関するデータが集められる。当該画像化シーケンスは、オプションとして、磁界勾配に誘起される渦電流及び他の画像化アーチファクトを補償するために、追加のＲＦパルス又は磁界勾配パルス若しくは掃引を含む。
【００３５】
ステップ１５４で集められた画像データは、ステップ１５８において再構築されて、拡散加重画像再生Ｓ０及びＳijkを形成し、ここで、ijkは種々の加重１５６を示す。他の再構築方法も使用することができるが、好適には従来既知の逆フーリエ転換再構築法が使用される。
【００３６】
収集及び再構築された拡散加重画像を用いて、ステップ１６２において、見掛け拡散係数（ＡＤＣ）が式（２）により計算され、見掛け拡散係数テンソルマップが構築される。ステップ１６４において固有値及び固有ベクトルが抽出され、固有値及び固有ベクトル１６６を得る。
【００３７】
オプションとして、ステップ１６８において式（３）及び（４）により異方性（ＦＡ）マップが計算される。該異方性マップは、好ましくは、ステップ１７０において着色され、関連するユーザに対して表示するための着色異方性画像１７２を得る。該異方性画像１７２はユーザが繊維追跡用の興味ある領域を選択するための便利な媒体を提供する。
【００３８】
図５を参照して、ＤＴ−ＭＲＩ画像において繊維を追跡するための好適な方法１９０を説明する。ステップ１９２において、ユーザは関心の開始領域を選択する。好適な実施例においては、該選択１９２は、図４のＤＴ−ＭＲＩ画像化方法においてオプション的に得られた異方性マップ１７２を参照してなされる。該選択は、好ましくは、ユーザによりマウスポインタ又は他のグラフィック選択装置をグラフィック的に使用して示される。関心のある選択領域は、単一のボクセル、ボクセルの平らな領域又はボクセルの三次元領域であり得る。オプションとして、ユーザは関心のある終了領域を選択することもできる。関心のある終了領域の選択は、典型的には、深部白質（deep white matter）の２つの機能的脳領域間に延びる繊維を追跡するのに有効である。
【００３９】
ステップ１９６において、選択された関心のある開始領域内の開始ボクセルが選択される。このボクセルから開始して、ステップ１９８において、メジャ固有ベクトルｅ１の方向（図２参照）に対応する局部的方向を識別する。ステップ２００において、上記局部的方向に沿って現ボクセルの近くの次のボクセルが識別される。好ましい実施例においては、正及び負の両方の局部的方向において次のボクセルを識別することにより、正及び負の両方の（双方向）追跡が実行される。該追跡が双方向に進行するにつれて、正の局部的方向においてボクセルを順次識別することにより正の繊維端が成長される一方、負の局部的方向においてボクセルを順次識別することにより負の繊維端が成長される。深部白質の大きな密領域から離れるように延びる繊維を追跡する場合のような特定の状況に対しては、単方向繊維追跡も考えられる。
【００４０】
該方法１９０は、ステップ１９８、２００を反復的に繰り返して、追跡された繊維を単方向又は双方向の何れかに成長させる。好ましくは、当該反復ループ内の判断ステップ２０４が進行する繊維端の終了をチェックする。１つの好適な繊維終端評価規準は、選択された値より低い、例えば式（３）に使用されたＦＡ＝0.10なる閾以下の、異方性比率又は他の異方性パラメータを含む。低い異方性は高度に等方性の拡散テンソルに対応するから、選択されたしきいより低下する異方性の値を、追跡された繊維の終点に関連させることは合理的である。
【００４１】
他の好適な繊維終端評価規準は、選択された角度よりも大きな連続するボクセル間の局部的方向の変化である。局部的方向の大きな変化は、繊維分岐点に対応する傾向がある。オプションとして、斯様な見掛けの分岐点において終了させる代わりに、関心のある新たな領域を分岐点において又は斯かる分岐点の周辺で規定し、当該追跡処理１９０が関心のある新たな領域に対して繰り返されるようにして、分岐する繊維又は繊維束を追跡する。
【００４２】
更に他の好適な繊維終端評価規準は、ステップ１９２においてユーザにより選択された関心のある終了領域への当該進行する繊維の進入である。ここで述べた例示的な終端評価規準の種々の組み合わせ及び／又は他の好適な終端評価規準の追加若しくは置換も考えられる。
【００４３】
判断ステップ２０４が当該繊維は終了したことを示す場合は、本発明は好ましくは判断ステップ２０６において当該関心のある領域の全てのボクセルが訪問されたかをチェックする。当該関心のある領域に未だ訪問されていないボクセルが存在する場合は、ステップ１９６において他の開始ボクセルが選択され、追跡ステップ１９８、２００、２０４が反復的に繰り返される。開始関心領域の各ボクセルで開始する繰り返しの反復追跡は、１以上の追跡された繊維又は繊維束を表す三次元の追跡された繊維の表現２０８を集合的に生成する。
【００４４】
好ましい実施例においては、ステップ２１０において、ハイパーストリームライン要素が追跡処理１９０の間に反復的に計算される。繊維追跡をハイパーストリームライン要素の決定と組み合わせることは、当該追跡方法１９０を使用する場合に有益である。何故なら、追跡される繊維の各ボクセルの固有値及び固有ベクトルが得られるからである。斯かる固有ベクトル及び固有値は当該ハイパーストリームラインを構築する場合にも使用されるので、改善された計算効率が得られる。追跡される繊維の各ボクセルが処理される際に、ステップ２１０において対応するハイパーストリームライン要素が計算される。この実施例においては、追跡処理１９０はハイパーストリームライン幾何学構造２１２も出力する。
【００４５】
典型的には、上記ハイパーストリームラインは、メジャ固有ベクトルｅ１の方向に対応する方向、当該中間及びマイナ固有ベクトルｅ２、ｅ３に基づいて配向された断面幾何学形状、固有値λ１、λ２、λ３又はこれらの関数（異方性比率等）により決定される断面寸法、及びオプションとしてメジャ固有ベクトル方向ｅ１又は異方性比率等に基づくカラー符号化を含むであろう。
【００４６】
ハイパーストリームライン要素を計算するステップ２１０は図５においては繊維追跡処理１９０に統合されるものとして示されているが、ハイパーストリームラインのレンダリングは繊維追跡の後に実行することもできることが理解されるであろう。例えば、ユーザが当該ハイパーストリームラインのカラー又は断面幾何学形状のようなレンダリングパラメータを変更すると決定した場合、ハイパーストリームライン要素は再計算される。また、当該画像の各ボクセルにおいて開始する追跡を実行し、選択基準に基づいてレンダリングするために特定の追跡された繊維を選択するというような、繊維追跡の他の方法を使用することも考えられる。この場合、追跡の間における各繊維のハイパーストリームライン表現のレンダリングは不利である。何故なら、選択された繊維のみが表示されることになるからである。
【００４７】
図６を参照して、メモリ５４（図１）から三次元の追跡された繊維の表現２０８のハイパーストリームライン表現をレンダリングする好適な方法２２０を説明する。該ハイパーストリームライン・レンダリングのために、好ましくは、ユーザは円筒ハイパーストリームライン様式、楕円筒ハイパーストリームライン様式、並びに一重及び二重リボンハイパーストリームライン様式を含む複数のハイパーストリームライン様式２２４の中から選択する。上記リボンハイパーストリームライン様式は、螺旋ハイパーストリームラインとしても知られている。また、ユーザは、好ましくは、明るい黄色のハイパーストリームライン着色のような一様な高コントラストカラー、ハイパーストリームライン方向性カラーコード化、及び組み合わされた異方性／方向性カラーコード化を含む複数のハイパーストリームライン着色オプション２２６からの選択を行う。好ましくは、デフォルトの様式及び着色オプション（図示略）が定義され、ユーザが斯かるオプションを明示的に選択しない場合に使用されるようにする。
【００４８】
ステップ２３０において、当該繊維表現２０８の第１ボクセルが選択される。ステップ２３２において、ハイパーストリームライン要素が計算される。典型的には、斯かるハイパーストリームライン要素は当該繊維の方向（典型的には、メジャ固有ベクトルｅ１の方向に対応する）に対応するハイパーストリームライン方向を含む。また、該ハイパーストリームラインは、円形、楕円形、平面（例えば、リボン若しくは螺旋断面）、多面（例えば、二重リボン若しくは螺旋断面）又は他の形状のものであって、１以上の固有値又は固有値の関数的関係に対応する大きさの次元又は複数の次元を備える断面、並びに前記中間及び／又はマイナ固有ベクトル方向の向きに対応する向きを含む。また、該ハイパーストリームラインは、好ましくは、明るい黄色のような一様な単一色を用いて、又は選択された異方性パラメータ若しくは解剖学的方向等を表す複数のカラー、色相、陰影及び輝度を用いるかの何れかで着色される。
【００４９】
ステップ２３４、２３６においては、次のボクセルが識別され、ハイパーストリームライン要素計算ステップ２３２が、３Ｄの追跡された繊維がハイパーストリームライン表示２３８として完全にレンダリングされるまで繰り返される。ユーザが、後に、例えばパラメータオプション２２４、２２６から選択される異なるパラメータを使用して異なるハイパーストリームライン・レンダリングを選択すると、当該処理２２０が繰り返される。
【００５０】
図６を続けて参照すると共に、図７を更に参照して、三次元の追跡された繊維表現２０８の適切な円筒ハイパーストリームライン表現レンダリングを説明する。図７は例示的な円筒ハイパーストリームライン表現のレンダリング２５０を示し、該レンダリングにおいて、筒断面は円形であって、当該繊維表現に沿う各点における直径は式（３）及び（４）で与えられるように、対応するボクセルの異方性比率（ＦＡ）又は他の異方性パラメータに対応する。円筒状ハイパーストリームライン表現２５０の太い部分は大きな異方性領域を表し、これらは大きな軸索繊維密度又は繊維束太さの領域に対応し得る。
【００５１】
図６及び７を続けて参照すると共に、図８を参照すると、ユーザは、好ましくは、筒の直径を異方性比率又は他の異方性パラメータに対して拡大／縮尺（スケーリング）するスケーリング係数を選択する。図７は筒状ハイパーストリームライン表現２５０を相対的に大きなスケーリング係数で示す一方、図８は同様の筒状ハイパーストリームライン表現２６０を相対的に小さなスケーリング係数で示している。ユーザは、典型的には、近接して離隔された繊維又は繊維束の分析を容易にするために小さなスケーリング係数を選択する一方、大きなスケーリング係数は追跡された繊維２０８に沿う異方性比率の変化を解析するのを容易化する。当該繊維に沿う異方性比率の変化は、変化する繊維束密度、繊維束太さ、又は臨床的関心の他の軸索繊維束の特徴に対応し得る。
【００５２】
図６を続けて参照すると共に、図９を更に参照して、三次元の追跡された繊維表現２０８の好適な一重リボン又は一重螺旋ハイパーストリームライン表現のレンダリングを説明する。図９は、例示的な一重リボン又は螺旋ハイパーストリームライン表現のレンダリング２７０を示し、該レンダリングにおいて当該繊維表現に沿う各点におけるリボン幅は、式（３）又は（４）で与えられるような、対応するボクセルの異方性比率（ＦＡ）又は他の異方性パラメータに対応する一方、三次元空間におけるリボンの向きは、対応するボクセルにおける拡散テンソルの前記中間ベクトルｅ２の方向に対応する（図２参照）。上記リボン幅は、円筒状ハイパーストリームライン表現２５０、２６０の筒の直径と略同様の物理的意味を有している。
【００５３】
中間固有ベクトルｅ２に対応する上記リボンの向きは、該リボンがｅ２方向に沿って延在するというようなものである。中間固有ベクトルｅ２は典型的にはマイナ固有ベクトルｅ３よりも大きいので、リボンハイパーストリームライン表現２７０は、当該繊維に対し垂直に最大の見掛け拡散係数を有する方向に向かって横方向に延びる。この方向は、小さな分岐繊維の方向を示す、又は当該繊維束の幅若しくは密度の“平らさ”を示す等の種々の物理的意味を有し得る。
【００５４】
図６を続けて参照すると共に、図１０を更に参照して、三次元の追跡された繊維表現２０８の好適な楕円状ハイパーストリームライン表現のレンダリングを説明する。図１０は例示的な楕円状ハイパーストリームライン表現のレンダリング２８０を示し、該レンダリングにおいて、長及び短断面楕円軸は対応するボクセルにおける中間及びマイナ拡散テンソル固有値λ２及びλ３（図２参照）に各々対応する一方、三次元空間における長及び短軸の向きは、対応するボクセルにおける中間及びマイナ拡散テンソル固有ベクトルｅ２及びｅ３（図２参照）の方向に各々対応する。
【００５５】
楕円状ハイパーストリームライン２８０の形状及び向きは、中間及びマイナ拡散テンソル固有値λ２及びλ３並びに対応する固有ベクトルｅ２及びｅ３の向きの独立した視覚的指示を提供する。このような楕円状ハイパーストリームライン視覚化は、当該繊維束の幅又は密度の円形さ又は平らさと相関し得、繊維分岐点の存在及び向きを指示し得る、等々である。楕円状ハイパーストリームライン２８０は、ｅ２及び／又はｅ３方向のノイズ伝搬の影響を受ける可能性がある。
【００５６】
図６を続けて参照すると共に、更に図１１を参照して、三次元の追跡された繊維表現２０８の好適な二重リボン又は二重螺旋ハイパーストリームライン表現のレンダリングを説明する。図１１は例示的な二重リボン又は二重螺旋ハイパーストリームライン表現のレンダリング２９０を示し、該レンダリングにおいて、２つのリボンの幅は、対応するボクセルにおける中間及びマイナ拡散テンソル固有値λ２及びλ３（図２参照）に各々対応する。三次元空間における斯かるリボンの向きは、対応するボクセルにおける中間及びマイナ拡散テンソル固有ベクトルｅ２及びｅ３の方向に各々対応する。
【００５７】
二重リボンハイパーストリームライン２９０の形状及び向きは、中間及びマイナ拡散テンソル固有値λ２及びλ３並びに対応する固有ベクトルｅ２及びｅ３の向きの独立した視覚的指示を提供する。これらの形状及び向きは、当該繊維束の太さ又は密度の円形さ又は平らさと相関し得、繊維分岐点の存在及び向きを指示し得る、等々である。二重リボンハイパーストリームライン２９０は、ｅ２及び／又はｅ３方向のノイズ伝搬の影響を受ける可能性がある。
【００５８】
図６を続けて参照すると共に、図１２Ａ及び１２Ｂを参照すると、ハイパーストリームラインは、図１２Ａの例示的な円筒ハイパーストリームライン３００に示すように、オプションとしてボクセルサイズを参照せずに構築される。他の例として、ハイパーストリームラインはオプションとして、図１２Ｂの例示的な円筒ハイパーストリームライン３１０に示すように、ボクセルサイズに対してスケーリングされた筒又はリボンを用いて構築される。ボクセルサイズに基づくスケーリングは、ユーザが、レンダリングされたハイパーストリームラインの特徴が解像度に関係するアーチファクトを含むかを判定するのを助ける。しかしながら、ボクセルサイズに基づくスケーリングは、異なる解像度で収集されたハイパーストリームラインの部分の比較を複雑化させ得る。
【００５９】
図６ないし１２Ｂを参照して説明した種々のハイパーストリームライン幾何学構造は例示のみのものである。他の型式のハイパーストリームライン形状及び断面寸法も、他の拡散テンソルパラメータ及び関数的パラメータ関係に基づいて考えることもできる。
【００６０】
図６を続けて参照すると、ユーザによる選択のために、複数のハイパーストリームライン着色オプション２２６が利用可能であることが好ましい。或る好適な着色オプションにおいては、繊維ハイパーストリームライン表現２３８のために一様な高コントラストのカラーが使用される。実際には、明るい黄色の一様なカラーが、種々の背景上に高コントラストのハイパーストリームライン表現を生成するのに特に適していることが分かった。好ましくは、３Ｄレンダリング技術において既知の陰影技術が、上記の一様な高コントラスト・カラー・ハイパーストリームライン・レンダリングに使用されて、ユーザに対して該レンダリングの３Ｄの向きを強調する。勿論、明るい黄色以外の、特定の背景に適し得る他のカラーを選択することもできる。
【００６１】
他の好適な着色オプションにおいては、ハイパーストリームラインの方向性カラーコード化が使用され、そこでは、ハイパーストリームラインの部分が、レンダリングされる繊維部分の解剖学的方向に基づいて着色される。或る好適なコード化方法においては、概ね左右に走るハイパーストリームライン部分は赤で着色され、概ね前後に走るハイパーストリームライン部分は緑に着色され、概ね足〜頭方向に走るハイパーストリームライン部分は青で着色される。勿論、他のハイパーストリームライン方向性カラーコード化方法も使用することができる。しかしながら、好ましくは、ハイパーストリームライン方向性カラーコード化方法は、回転可能な３Ｄレンダリングにおいて当該ハイパーストリームラインの着色がユーザに、該３Ｄレンダリングの回転とは無関係に当該画像の解剖学的方向に対する信頼性のある基準を提供するように、選択され且つ一様に適用されるようにする。
【００６２】
更に他の好適な着色オプションにおいては、組み合わされた異方性／方向コード化が使用される。この方法においては、カラー又は色相がメジャ固有ベクトル方向ｅ１（図２参照）に基づいて選択される。好ましい繊維追跡は、繊維がメジャ固有ベクトル方向ｅ１に沿って走るものとするから、このカラーコード化は、繊維又はハイパーストリームライン方向に基づくカラーコード化と略等価である。しかしながら、他の繊維追跡方法に対しては、繊維及びメジャ固有ベクトルの方向は相違し得る。
【００６３】
上記の組み合わされた異方性／方向コード化方法においては、各ボクセルの強度又は輝度が異方性比率又は他の拡散テンソル関連パラメータをコード化する。このようにして、ユーザは、着色色相を介しての解剖学的方向基準、及び輝度を介しての異方性比率又は他の拡散テンソル関連パラメータの指示の両者を受ける。
【００６４】
上述した着色オプションは例示のみのものである。追跡された繊維のハイパーストリームライン表現２３８の選択された特徴を強調及び／又はカラーコード化するために、追加の及び／又は異なる着色オプションも考えられる。
【００６５】
図１３を参照して、背景画像を選択及び着色する好適な方法３２０を説明する。解剖学的画像、Ｂ＝０画像Ｓ０４００（図１参照）、異方性マップ５０（図１参照）、又はＤＴ−ＭＲＩ画像化に対応する他の画像及び追跡された３Ｄ繊維２０８のような複数の背景画像オプション３２２から選択するために、好ましくは、ユーザ入力装置６２、６４が使用される。好ましくは、複数の背景画像着色オプション３２４のうちの１つも選択される。背景画像のタイプ及び着色オプション３２２、３２４が一旦選択されると、ステップ３２６において該背景画像はフォーマットされ及びオプション的に着色されて、背景画像表現３２８を発生する。
【００６６】
一つの好適な背景画像着色オプションは、通常のグレースケールを使用する。グレースケール着色は、解剖学的ＭＲＩ背景画像にとり特に適している。何故なら、グレースケール着色は斯様な画像を表示するための馴染みのフォーマットであるからである。グレースケール着色は有利にも相対的に一様なカラー中間的な背景を提供し、斯かる背景上においては明るい黄色の又はその他の着色の繊維ハイパーストリームライン表現が明確に見える。グレースケール着色は計算的に素直なものであり、これは、繊維ハイパーストリームライン表現２３８及び背景画像３２８が３Ｄで回転された場合に処理速度を改善する。グレースケールの代わりに、カラーＬＵＴ画像強度コード化のようなカラー強度表現も考えられる。
【００６７】
他の好適な背景画像着色オプションにおいては、方向性カラーコード化が使用される。ボクセルは、拡散テンソル方向に基づいて着色される。或る好適なコード化方法においては、概ね左右に走るメジャ固有ベクトルｅ１を持つようなボクセルは緑に着色され、概ね前後に走るメジャ固有ベクトルｅ１を持つようなボクセルは緑で着色され、概ね足頭方向に走るメジャ固有ベクトルｅ１を持つようなボクセルは青に着色される。勿論、他のカラーコード化も使用することができる。しかしながら、好ましくは、回転可能な３Ｄハイパーストリームライン・レンダリング２３８及び背景画像３２８において、当該カラーコード化が回転に無関係に解剖学的向きに対する信頼性のある基準を提供するように、方向性カラーコード化方法が選択され、且つ、一様に適用される。特に、背景画像方向性カラーコード化オプションに対して選択されるカラーは、ハイパーストリームライン表現繊維方向性カラーコード化及び異方性／方向着色オプションに対して選択されるカラーと整合するようにし、かくして、ユーザが単一の一様に適用された着色方法に馴染むようになると共に、例えば赤を、回転の向きに拘わらず左右の解剖学的方向に走る繊維に即座に関連させることができるようにする。
【００６８】
更に他の好適な着色オプションにおいては、組み合わされた異方性／方向コード化方法が使用される。この方法においては、カラー又は色相がメジャ固有ベクトル方向ｅ１（図２参照）に基づいて選択される。該組み合わされた異方性／方向コード化オプションにおいては、各背景画像ボクセルの強度又は輝度が、異方性比率又は他の拡散テンソル関連パラメータをコード化する。このようにして、ユーザは、着色色相を介しての解剖学的方向基準、及び輝度を介しての異方性比率又は他の拡散テンソル関連パラメータの指示の両者を受ける。
【００６９】
画像背景３２８用の及び繊維ハイパーストリームライン表現２３８用の方向性及び組み合わされた異方性／方向カラーコード化方法は、略同様のもので、好ましくは、単一の一様な方向性コード化着色方法を使用する。一つの好ましい実施例においては、図１に示す単一の着色プロセッサ７４が、ハイパーストリームライン２３８及び画像背景３２８の両者を着色するために使用される。
【００７０】
如何なる特定の画像においてもハイパーストリームライン２３８及び画像背景３２８に対して好ましくは異なる及び相補的な着色オプションが使用されるようにし、かくして、ハイパーストリームライン２３８と画像背景３２８との間に合理的なコントラストが存在するようにする。特に有効なハイパーストリームライン／背景画像の着色の組み合わせは、グレースケール画像背景上のカラーコード化されたハイパーストリームライン（方向性又は異方性／方向の）及びカラーコード化された画像背景（拡散テンソル方向性又は異方性／方向の）上の明るい黄色のハイパーストリームラインを含む。
【００７１】
図６及び１３を続いて参照すると共に、更に図１４を参照して、対話型の人が看取可能な繊維追跡結果表示を生成する好適な方法３４０を説明する。ステップ３４２において、ハイパーストリームラインの領域において背景画像表現３２８のボクセルをレンダリングされたハイパーストリームライン表現２３８の対応するボクセルにより置換することにより、該レンダリングされたハイパーストリームライン表現２３８が背景画像表現３２８上に重畳される。重畳３４２は、人が看取可能な表示３４４を生成する。
【００７２】
好ましくは、表示３４４は対話型の繊維状構造モデルを含む。例えば、ポインティング装置６４を使用した動き又は選択のようなユーザ入力に応答して、表示３４４は有利にはステップ３４６において回転されて、更新され回転された表示３４４を生成する。オプションとして、レンダリングされたハイパーストリームライン表現２３８及び画像背景表現３２８の一方が方向性カラーコード化を含んで、回転の間において解剖学的向きに対するカラー調整（color-coordinated）された基準を提供する。オプションとして、背景画像表現３２８が異方性／方向カラーコード化を含み、該コード化は、追跡情報無しではあるが、追跡された繊維以外の繊維を暗示し得る。これは、ユーザが、ハイパーストリームライン・レンダリング２３８を、ユーザが後に追跡し又は調査することができるような潜在的に連結する繊維を含む他の見掛けの繊維状構造に関連させるのを可能にする。好ましくは、ユーザは、観察３４０の間において方法２２０、３２０に従って、ハイパーストリームライン表現２３８及び／又は画像背景３２８に対する着色オプションを変更する任意選択権を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明の一実施例による例示的な磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）技術を概念的に示す。
【図２】図２は、拡散係数テンソルの固有ベクトル及び固有値、並びにこれら固有ベクトル及び固有値の軸索繊維又は繊維束との関係を概念的に示す。
【図３】図３は、繊維追跡の二次元の概念的表現である。
【図４】図４は、拡散テンソル磁気共鳴画像化データを取得すると共に、見掛けの拡散係数テンソルマップ、固有値及び固有ベクトル、並びに部分的異方性マップを計算するための例示的処理を示す。
【図５】図５は、例示的な繊維追跡処理を示す。
【図６】図６は、ハイパーストリームライン表現をレンダリングする例示的方法を示す。
【図７】図７は、例示的な円筒状ハイパーストリームライン表現を示す。
【図８】図８は、図７のハイパーストリームラインと比較して小さなストリーミング係数を用いた例示的円筒状ハイパーストリームライン表現を示す。
【図９】図９は、例示的な一重リボン状の又は螺旋状のハイパーストリームライン表現を示す。
【図１０】図１０は、例示的な楕円筒状ハイパーストリームライン表現を示す。
【図１１】図１１は、例示的な二重リボン状又は二重螺旋状のハイパーストリームライン表現を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、例示的な円筒状ハイパーストリームライン表現を示し、筒状の寸法はボクセルサイズに基づいて縮尺されてはいない。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、例示的な円筒状ハイパーストリームライン表現を示し、筒状の寸法はボクセルサイズに基づいて縮尺されている。
【図１３】図１３は、画像背景表現を生成する例示的方法を示す。
【図１４】図１４は、追跡された繊維ハイパーストリームライン表現の人が看取可能な対話的表示を生成する例示的な方法を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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