(57)【要約】本発明は、種々の形式の診断画像を合成するための技術に関する。本発明の１つの実施形態によれば、ＭＰＲ画像とＭＩＰ画像の融合により１つの合成画像が得られる。ＭＰＲはＣＴスキャンにより得られ、ＭＩＰはＰＥＴスキャンにより得られる。その結果として重畳された画像は、医師がコンテキストに沿って診断情報を見るのに役立つ。本発明の１つの実施形態によれば、ＭＩＰどうしの重ね合わせ、ＶＲとＭＩＰの重ね合わせ、ＶＲとＭＰＲの重ね合わせのための技術が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボリュームどうしの融像を視覚化するシステムにおいて、
第１のボリュームを用いて投影画像を生成するプロジェクタと、
第２のボリュームを用いて平面表示画像を生成するリフォーマッタと、
前記の投影画像と平面表示画像を融像して合成画像を生成する合成器とが設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記合成画像を表示する出力装置が設けられている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のボリュームはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）ボリュームである、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第２のボリュームはポジトロンエミッション断層撮影（ＰＥＴ）ボリュームである、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記投影画像は最大強度投影（ＭＩＰ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記投影画像は最小強度投影（ＭｉｎＩＰ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記投影画像はボリュームレンダリング（ＶＲ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記平面表示画像はマルチプレーナ・リフォーマット（ＭＰＲ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記合成画像はＭＰＲとＭＩＰの重ね合わせである、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記合成画像はＭＰＲとＶＲの重ね合わせである、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記の第１のボリュームと第２のボリュームはレジストレーションされる、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
ボリュームどうしの融像を視覚化するシステムにおいて、
第１のボリュームを用いて第１の投影画像を生成する第１のプロジェクタと、
第２のボリュームを用いて第２の投影画像を生成する第２のプロジェクタと、
前記の第１の投影画像と第２の投影画像を融像して合成画像を生成する合成器とが設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記合成画像を表示する出力装置が設けられている、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１のボリュームはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）ボリュームである、請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２のボリュームはポジトロンエミッション断層撮影（ＰＥＴ）ボリュームである、請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記投影画像は最大強度投影（ＭＩＰ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記投影画像は最小強度投影（ＭｉｎＩＰ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記投影画像はボリュームレンダリング（ＶＲ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記平面画像はマルチプレーナ・リフォーマット（ＭＰＲ）画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記合成画像はＭＰＲとＭＩＰの重ね合わせである、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記合成画像はＭＰＲとＶＲの重ね合わせである、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
前記の第１のボリュームと第２のボリュームはレジストレーションされる、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
ボリュームどうしの融像を視覚化する方法において、
第１のボリュームを用いて第１の画像を生成し、
第２のボリュームを用いて第２の画像を生成し、該第２の画像は投影画像であり、
前記の第１の画像と第２の画像を合成して合成画像を生成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記第２の画像は最大強度投影（ＭＩＰ）画像である、請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２の画像は最小強度投影（ＭｉｎＩＰ）画像である、請求項２３記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２の画像はボリュームレンダリング（ＶＲ）画像である、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のボリュームはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）ボリュームである、請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のボリュームはマルチプレーナ・リフォーマット（ＭＰＲ）画像である、請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
前記合成画像を表示するステップを有する、請求項２３記載の方法。
【請求項３０】
前記の第１のボリュームと第２のボリュームをレジストレーションする、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して医療画像形成に関し、詳しくは様々なタイプのボリュームどうしの融像（volume-volume fusion）を視覚化するための技術に関する。
【０００２】
発明の背景
複数の医療画像を組み合わせるのが望ましいことが多い。一例として考えられるのは、ポジトロンエミッション断層撮影（ＰＥＴ）とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）との融像である。この場合、ＰＥＴボリュームボクセル値によって検査の機能的側面が考量され、典型的には代謝活動度が考量される一方、ＣＴボリュームボクセル値によって下部組織のＸ線吸収状態が表され、つまりは患者の解剖学的構造が表される。一般にＰＥＴボリュームのマルチプレーナ・リフォーマット（multi-planer reformat, ＭＰＲ）断面画像は、ＣＴボリュームにおいて対応するＭＰＲ断面画像のノイズのある低解像度のバージョンのように見えがちである。しかしながらユーザが観察する際に一般に最も関心があるのはＰＥＴボリュームのうち高い強度値であって、ＣＴボリュームにおいてはっきりと見える下部の解剖学的構造内のどこにそのような「ホットスポット」が位置しているのかを観察することである。
【０００３】
慣用のＭＰＲどうしの融像によってもユーザは、２つのボリューム間の関係を同時に１つの断層画像で見ることしかできない。したがってユーザはそのような関係を完全に把握するために、すべての断層画像を観察しなければならない。このことは時間を浪費するとともに間違えを起こしやすい。
【０００４】
有用な視覚化情報を提供するのが重要であるならば、従来技術の欠点を解消するボリュームどうしの融像を視覚化するための新たな技術を提供するのが望ましいし、きわめて有利である。
【０００５】
発明の概要
本発明によれば、様々なタイプの診断画像を組み合わせていっそう有用な情報をユーザが観察できるようにした技術が提供される。本発明の１つの実施形態によれば、ＭＰＲと最大強度投影（ＭＩＰ maximum intensity projection）画像あるいは最小強度投影（ＭｉｎＩＰ minimum intensity projection）画像との融像によって合成画像が得られる。ＭＰＲ画像はＣＴスキャンによって取得され、ＭＩＰ画像はＰＥＴスキャンによって取得される。重ね合わせられた合成画像によって、状況に応じた診断情報を観察できるよう医師が支援される。本発明の別の実施形態によればＭＩＰどうしを重ね合わせる技術、ボリュームレンダリング（ＶＲ volume rendering）とＭＩＰを重ね合わせる技術、さらにＶＲとＭＩＰを重ね合わせる技術が提供される。
【０００６】
ボリュームどうしの融像を視覚化するためのシステムには、第１のボリュームを使用して投影画像を生成するプロジェクタと、第２のボリュームを使用してプレーナ表示画像を生成するリフォーマッタと、投影画像とプレーナ表示画像を融像して１つの合成画像を生成する合成器が設けられている。
【０００７】
これに対する代案としてボリュームどうしの融像を視覚化するためのシステムには、第１のボリュームを使用して第１の投影画像を生成する第１のプロジェクタと、第２のボリュームを使用して第２の投影画像を生成する第２のプロジェクタと、第１の投影画像と第２の投影画像を融像して１つの合成画像を生成する合成器が設けられている。
【０００８】
これに加えてボリュームどうしの融像を視覚化する方法には、第１のボリュームを使用して第１の画像を生成するステップと、第２のボリュームを使用して投影画像である第２の画像を生成するステップと、第１の画像と第２の画像を合成して１つの合成画像を生成するステップが設けられている。
【０００９】
次に、本発明のこれらの着想やその他の着想、特徴ならびに利点について、添付の図面を参照しながら有利な実施例に基づき説明する。
【００１０】
図面の簡単な説明
図１には、本発明を適用可能なコンピュータ処理システムのブロック図が示されている。
図２には、ＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステムが示されている。
図３には、図２に示したＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステムを適用した場合の一例が示されている。
図４には、一例としてＭＰＲとＭＩＰを重ね合わせるシステムが示されている。
図５には、図４に示したＭＲＰとＭＩＰを重ね合わせるシステムを適用した場合の一例が示されている。
【００１１】
有利な実施形態の説明
なお、本発明をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特定用途向けプロセッサあるいはそれらの組み合わせによる様々な形態で実現できることは自明である。有利であるのは、本発明をプログラム記憶装置に実際に組み込まれるプログラムとしてソフトウェアで実装することである。このプログラムを任意の適当なアーキテクチャをもつマシンにロード可能であり、それによって実行可能である。有利であるのはこのマシンを、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）などのようなハードウェアを備えたコンピュータにおいて実現することである。さらにこのコンピュータプラットフォームにはオペレーティングシステムならびにマイクロ命令コードも含まれる。ここで述べる様々な処理や機能をマイクロ命令コードの一部分としてもよいし、オペレーティングシステムによって実行されるプログラムの一部分（またはそれらの組み合わせ）としてもよい。また、補助データ記憶装置や印刷装置などそのほかの様々な周辺機器を、このコンピュータプラットフォームに接続することができる。
【００１２】
添付の図面に描かれているいくつかのシステム構成要素や処理ステップをソフトウェアとして実現するのが有利であるため、各システム構成要素（または処理ステップ）間の実際の接続（または連携）を、本発明をプログラミングするやり方に応じてそれぞれ異ならせることができる。
【００１３】
図１はコンピュータ処理システム１００のブロック図であり、本発明の１つの実施形態によればこのシステムに本発明を適用することができる。システム１００には、システムバス１０４を介して他のコンポーネントと機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサ１０２（以降プロセッサと称す）が設けられている。さらにシステムバス１０４にはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０６、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０８、Ｉ／Ｏインタフェース１１０、ネットワークインタフェース１１２、外部記憶装置１１４が機能的に接続されている。さらにたとえばディスプレイ装置、ディスク記憶装置（たとえば磁気ディスク記憶装置または光ディスク記憶装置）、キーボード、マウスなど様々な周辺機器を、Ｉ／Ｏインタフェース１１０またはネットワークインタフェース１１２を介してシステムバス１０４に機能的に接続することができる。
【００１４】
コンピュータシステム１００はスタンドアローンのワークステーションであってもよいし、ネットワークインタフェース１１２を介してネットワークとつながれていてもよい。ネットワークインタフェース１１２をハードウェアインタフェースとすることができる。しかしながら種々の実施形態においてネットワークインタフェース１１２に、他の装置への情報送信および他の装置からの情報受信に適したどのようなデバイスでも設けることができ、たとえば汎用非同期送受信機（ＵＡＲＴ）、パラレルディジタルインタフェース、ソフトウェアインタフェースを設けることができるし、あるいは周知のまたはあとで開発されたソフトウェアやハードウェアのいかなる組み合わせでも設けることができる。さらにネットワークインタフェースを様々な種類のネットワークに接続することができ、これにはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、イントラネット、バーチャルプライベートネットワーク（ＶＰＮ）、インターネットが含まれる。代案となるその他のコンピューティング環境を使用できることは当業者に自明である。
【００１５】
図２には、ＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステム２００が示されている。この慣用のシステム２００によれば、ＣＴボリューム２０１とＰＥＴボリューム２０３のような１つまたは複数のデータセットが入力されて、これらのボリュームから断層画像を得るようにしている。リフォーマットの結果は記憶媒体（ＣＴ ＭＰＲ ２１２およびＰＥＴ ＭＰＲ ２１４）に格納することができる。ついで合成器２２０はリフォーマットされたボリュームを融合し、それによって合成イメージ２３０が得られる。このようなアプローチが前提とするのは、ＣＴボリューム２０１とＰＥＴボリューム２０３がたとえばSiemens Corporationから市販されているBiograph（登録商標）を使用することによって、患者から同時に取得されていることである。ボリュームがいっしょに取得されていない場合（たとえばそれらが別個のスキャニング装置によって取得されている場合）、それらのボリュームを適切に整列できるようレジストレーションパラメータ（registration parameter）すなわち位置合わせパラメータを決定する必要がある。
【００１６】
ここでレジストレーション（registration）ないしは位置合わせとは、物体のあらゆるポイントについてそれぞれ異なるデータセット各々ごとに対応する値が得られるようにするプロセスである。データセットの融合には、データセットをいっしょに整列させるレジストレーション（剛体 rigid または非剛体 non-rigid）の決定が含まれる。その後、合成されたデータセットを視覚化することができる。
【００１７】
データセットが２次元（２Ｄ）画像の場合、典型的なアプローチによれば合成２次元画像の融合は以下のようにして行われる。
１）チェッカーボードパターン（Checker Board Pattern）：この場合、合成イメージは部分領域に分割され、これは一般に矩形である。ある部分領域が一方のデータセットから取り出されるならば、次の部分領域は他方のデータセットから取り出される、という具合に行われる。各部分領域間の境界を見ることで、ユーザは整合の精度を評価することができる。
２）画像混合（Image Blending）：この場合、合成イメージにおける各ピクセルは個々の画像からの画素の重み付けられた和として生成される。ユーザは重み付けを変化させ、第１の画像だけから出発して混合された画像が見えるようにし、さらに第２の画像だけが見えるようにしたときに、フィーチャがどの程度シフトするのかを調べることによってレジストレーションを評価する。
３）ピクセル置換（Pixel Replacement）：この場合、合成画像は最初は入力画像のうち一方の画像のコピーである。場合によっては非連続的であるかもしれないピクセルのセットが他方の画像から選択され、合成画像に挿入される。典型的には置換ピクセルのセットの選択は強度閾値を用いることによって行われる。ユーザは閾値を変化させることによりレジストレーションを評価する。
【００１８】
データセットが３次元（３Ｄ）ボリュームである場合、視覚化のための典型的なアプローチはＭＰＲ−ＭＰＲであり、これによれば一方のボリューム全体にわたるＭＰＲプレーンとそれに対応する他方のボリューム全体にわたるプレーンとが取得され、上述の２Ｄ−２Ｄ方式のうちの一方が用いられる。別のアプローチによればボクセルの置換が行われる。
【００１９】
ＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステムの場合、合成にあたりチェッカーボードパターン、ピクセルの置換ならびに混合を行うことができる。これらの方法のいずれも（あるいは他の適切な方法も）合成画像２３０の生成に利用することができる。
【００２０】
図３には、ＣＴボリュームのＭＰＲとＰＥＴボリュームのＭＰＲの合成に対し慣用のシステム２００を適用した結果が例示されている。この例ではユーザは、ＣＴスキャンから得られた患者の解剖学的構造に関してＰＥＴスキャンにより情報を見ることができる。
【００２１】
図４には、ＭＰＲとＭＩＰの重ね合わせを行うシステムが例示されている。図示されているように、ＭＰＲとＭＩＰを重ね合わせるシステム４００はＣＴボリューム４０１とＰＥＴボリューム４０３のような１つまたは複数のデータセットを有している。これらのボリュームは、ＣＴスキャニング装置とＰＥＴスキャニング装置それぞれにおいて患者のスキャニングにより得られたものである。このアプローチにおいて前提とするのは、ＣＴボリューム４０１とＰＥＴボリューム４０３がたとえばBiograph（登録商標）を利用して患者から同時に得られていることである。上述のようにボリュームがいっしょに得られないのであれば、各ボリュームを適切に整列できるようレジストレーションパラメータを決定する必要がある。
【００２２】
プロジェクタ４０５は、ＣＴボリューム４０１の選択部分からＣＴ ＭＩＰ４１０を生成する。たとえばユーザは、患者の骨格部分のみが投影されるよう要求することができる。一般に、あらゆる適切なＭＩＰアルゴリズムを利用することができる。たとえばM. Sanka & J.M. Fitzpatrick, Handbook of Medical Imaging, Volume 2, Medical Image Processing and Analysis, p. 880-886を参照。これを本明細書の参考文献とする。
【００２３】
次にリフォーマッタ４０７は、ＰＥＴ ＭＰＲ４１２をＰＥＴボリューム４０３の選択部分から生成する。一般に、リフォーマッタ４０７はどのような適切なＭＰＲアルゴリズムでも利用できる。最後に合成器４２０によってＣＴ ＭＩＰ４１０とＰＥＴ ＭＰＲ４１２とが融合されて合成イメージ４３０が形成される。上述のように慣用の合成手法にはチェッカーボードパターン、画素の置換ならびに混合が含まれる。これらのいずれの方法であっても、あるいは他の方法であっても採用できる。これについてはたとえばT. Porter & T. Duff, Compositing Digital Images, Computer Graphics, Volume 18, Number 3, July 1984, p. 253-259 を参照されたい。これを本発明の参考文献とする。
【００２４】
図５には、ＣＴボリュームのＭＩＰとＰＥＴボリュームのＭＰＲを重ね合わせるシステム４００の適用結果の一例が示されている。この例によればユーザは、ＣＴスキャンのＭＩＰにより得られた患者の骨格というコンテキストにおいてＰＥＴスキャンからの情報を見ることができる。有利なことにユーザは、ユーザが望む患者のアスペクトだけに明確にフォーカスを合わせることができる。
【００２５】
これまでＭＰＲとＭＩＰの重ね合わせを実現するためのシステムの例について論じてきたが、本発明の別の実施形態にはさらにＭＩＰどうしの重ね合わせ、ボリュームレンダリング（ＶＲ volume rendering）とＭＩＰの重ね合わせ、ならびにＶＲとＭＰＲの重ね合わせのための技術も含まれる。
【００２６】
ＭＩＰどうしの重ね合わせであれば、第１のボリュームのＭＩＰイメージが生成されることになる。次に、第１のボリュームと同じ投影軸をもつ第２のボリュームが生成される。生成されたイメージは上述の２Ｄ−２Ｄ手法のうちの１つを用いて融像され、たとえばチェッカーボード、画素の置換あるいは混合のうちの１つが用いられる。
【００２７】
ＶＲとＭＩＰの重ね合わせであれば、第１のボリュームから（たとえばオーバーブレンドオペレーション over-blend operationを用いた）ボリュームレンダリング画像が生成される。次に、第１のボリュームと同じ視点からの第２のボリュームのＭＩＰイメージが生成される。ここでもやはり２Ｄ−２Ｄ手法のうちの１つが用いられることになる。
【００２８】
ＶＲとＭＰＲの重ね合わせであれば、第１のボリュームのボリュームレンダリング画像が生成される。次に、同じ視点からの第２の画像のＭＰＲ断面画像が生成される。ここでもやはり２Ｄ−２Ｄ合成技術が用いられることになる。
【００２９】
なお、低い強度値がいっそう重要な情報を表すいくつかの適用事例では反転強度パターンを用いることもできるのは自明である。本発明の種々の実施形態において、ＭｉｎＩＰ画像と上述の同じ合成パターンとを利用することができる。
【００３０】
さらにいくつかの適用事例においては、固有の値からの偏差が重要である（たとえばｆＭＲＩの場合、低強度値により試験の１つの重要な結果が表され、高い強度値によって他の結果が表される）。この事例では、両方の投影技術（ＭＩＰおよびＭｉｎＩＰ）が適用され、いっそう重要な寄与量が合成器に挿入される。
【００３１】
本発明と関連して説明してきたこれらの実施例では３Ｄボリュームの合成が行われることになるが、本発明の着想ならびに範囲から逸脱することなく４次元（４Ｄ）あるいはそれよりも高次のデータを使用することもできる。
【００３２】
上述のように、汎用コンピュータシステムを用いて本発明を実現するのが有利である。とはいえ本発明によるシステムならびに方法を、１つまたは複数のプログラミングされた汎用コンピュータ、プログラミングされたマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、周辺集積回路素子、ＡＳＩＣあるいは他の集積回路、ディジタルシグナルプロセッサ、個別素子回路のようなハードワイヤード電子回路または論理回路、ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＦＰＧＡまたはＰＡＬのようなプログラマブルロジックデバイス等のうちのいかなる組み合わせを利用しても実現することもできる。
【００３３】
本発明の実施形態について添付の図面を参照しながらこれまで説明してきたが、本発明はこれらの厳密な実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の範囲または着想から逸脱することなく様々な変形を行えることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用可能なコンピュータ処理システムのブロック図を示す図である。
【図２】ＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステムを示す図である。
【図３】図２に示したＭＰＲどうしを重ね合わせる慣用のシステムを適用した場合の一例を示す図である。
【図４】一例としてＭＰＲとＭＩＰを重ね合わせるシステムを示す図である。
【図５】図４に示したＭＲＰとＭＩＰを重ね合わせるシステムを適用した場合の一例を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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