(57)【要約】  冠状動脈ツリーは、脈管の中心線(38)との最善フィットがみられる基準球体(32)によって近似される。基準表面(32)をグリッド化して画素(52)の範囲を定める。基準球体(32)は、真の形態の表面(56)が判定されるように中心線(38)にフィットさせるようマッピングされる。真の形態の表面(56)までの、壁の厚さは、好ましくは、ユーザによって規定される。各画素の法線が、ボクセルのグレイスケール値についてサーチされる。各画素(52)は、相当する法線が交差する、規定される、壁の厚さ内のボクセルのグレイスケール値の最大値が割り当てられる。結果として生じる、真の形態の表面は、脈管にわたって描かれる真の表面上に延びる動脈ツリーをそのコンテキストにおいて明らかにする、歪みのない視覚化モードである。割り当てグレイスケール値を基準表面(32)上にマッピングすることによって、球体として、回転できるように検査し得る球体表面(84)上に動脈ツリーが視覚化される。割り当てグレイスケール値を平坦な表面にマッピングすることによって、2次元マップ上に動脈ツリーが視覚化される。
2007501045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈管のツリーを表示する、画像診断のシステムであって、
基準表面を規定する手段と、
前記基準表面をグリッド化して画素の範囲を規定する手段と、
各画素の法線に沿って投影する手段と、
相当する法線が交差するボクセルのグレイスケール値に基づいてグレイスケール値を各画素に割り当てる手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項1記載のシステムであって、
前記基準表面を規定する手段が、脈管の中心線を判定する手段を備え、
更に、
前記基準表面を前記中心線にマッピングして、真の形態の表面を規定する手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項2記載のシステムであって、
更に、
前記真の形態の表面までの、壁の厚さを規定する手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項3記載のシステムであって、
前記グレイスケール割り当て手段は、前記相当する法線が交差する、前記規定された壁の厚さ内のボクセルのグレイスケール値の最大値を各画素に割り当てることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項2記載のシステムであって、
更に、
前記割り当てグレイスケール値を球状表面にマッピングする手段を備える、球体表面を判定する手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、
更に、
前記球体表面を2次元表面に投影する手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムであって、
前記投影手段は、
前記球状表面の座標を前記2次元表面の座標と照合する照合手段と、
前記球体表面上の少なくとも1つの相当する画素に割り当てられるグレイスケール値を前記2次元表面上の各画素に割り当てる2次元グレイスケール・プロセッサとを備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、
更に、
モニタ上で表示するよう、前記真の形態の表面と、前記球体表面と、前記2次元表面とのうちの少なくとも１つを選択する手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムであって、
前記基準表面が、球体又は楕円体であることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
画像診断システムであって、
冠状動脈を有する患者の領域を検査し、3次元データを獲得するスキャナと、
該３次元画像データを体積3次元画像表現に再構成する再構成プロセッサと、
前記3次元画像表現の一部分を冠状動脈ツリー表示に変換する、請求項１記載の、画像診断のシステムと、
請求項１記載の、画像診断のシステムに接続されて、前記冠状動脈ツリーを関心の前記領域のコンテキストにおいて表示するディスプレイとを備えることを特徴とする画像診断システム。
【請求項１１】
冠状動脈ツリーを表示する方法であって、
基準表面を規定する工程と、
前記基準表面をグリッド化して画素の範囲を規定する工程と、
各画素の法線に沿って投影する工程と、
関連した法線が交差したボクセルのグレイスケール値に基づいてグレイスケール値を各画素に割り当てる工程と、
真の表面を判定する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項11記載の方法であって、
前記基準表面を規定する工程が、
実質的に球状の体積のデータを得る工程と、
前記体積データにおける脈管の中心線の位置を、所定のグレイスケール値に基づいて判定する工程と、
前記中心線を通る最善フィット表面を生成する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項12記載の方法であって、
更に、
前記基準表面を前記法線に沿って平行移動させて、前記法線が関連中心線に交差した点の上に重ねる工程と、
前記平行移動表面の境界の両方向に延びる球状の厚さを規定する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項13記載の方法であって、
前記脈管内の最高強度値を発生させる既知の造影剤を患者に注入する工程を更に備え、
投影する工程において、判定される厚さ内で前記関連法線が交差した、前記最高強度値を備える点をサーチする工程を更に備え、
更に、
前記判定される厚さ内で前記関連法線が交差したボクセルの、複数のグレイスケール値から選ばれる最大強度値を各画素に割り当てる工程を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項14記載の方法であって、
更に、
前記判定最大強度値を前記平行移動表面にマッピングする工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項14記載の方法であって、
更に、
前記割り当て最大強度値を前記基準表面にドレーピングして球体画像を作成する工程と、
回転できるように視覚化される前記球体画像において前記冠状動脈ツリーを表示する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項11記載の方法であって、
前記基準表面が球体であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項11記載の方法であって、
前記基準表面が楕円体であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
画像診断用スキャナであって、
患者を受ける開口部の範囲を定める固定ガントリと、
回転できるように前記ガントリ上に搭載されるX線放射源とを備え、
該X線放射源は、患者を受ける開口部に配置される患者を透過し、
更に、
前記X線放射源が透過する放射線を、前記患者を受ける開口部において前記患者を前記放射線が通過した後に検出する2次元放射線検出器と、
該2次元放射線検出器が受けるX線放射を体積画像表現に再構成する再構成プロセッサと、
請求項11記載の方法を行う画像プロセッサと、
冠状動脈ツリーを関心の領域のコンテキストにおいて表示するディスプレイとを備えることを特徴とする、画像診断用スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解剖学的撮像の技術分野に関する。本発明には、心臓のコンテキストにおけるコロナリーツリー全体の表示に関する応用がみられ、それを特に参照しながら説明することとする。当然、この手法は、大脳皮質などの他の解剖学的領域のマッピングにも適用可能である。CT断層撮像法を特に参照しながら説明しているが、本発明は、解析を行うよう、冠状動脈を備える2次元及び３次元のディジタル診断画像を生成する他の診断撮像手法にも同等に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
種々の撮像モダリティを用いて、心臓及び冠状動脈の構造的特性、機能的特性及び灌流特性を判定することができる。かなりの研究及び開発が、冠状動脈の診断及び解析を促進し、適切な治療の計画を促進することができる新たな技術及び手法に集中している。この努力の多くが、冠状動脈の視覚化の改良と、生成画像のコンピュータ支援解析の開発とに傾けられている。
【０００３】
冠状動脈の撮像及び解析は、いくつかの目的、すなわち、コロナリーツリーの視覚化、狭窄症の検出及び数量化、コロナリーツリー予備能の数量化や、脈管壁の解析の目的にかなう。伝統的には、X線アンギオグラフィを用いて冠状動脈における狭窄症を検出し、数量化してきた。特に断面方向において分解能を徐々に向上させたマルチスライスＣＴスキャナ技術の開発によって、脈管系のＣＴ撮像が臨床応用に特に魅力的なものになった。マルチスライス検出器によって、いくつかの断面を同時に獲得し、処理することが可能になり、狭窄症の数量化の精度向上が可能になる。
【０００４】
多くの視覚化手法及び数量化手法が現在用いられている。１つの手法として、コロナリーツリーの主要セグメントが視覚化されるように最適に選択される平面における多断面再構成画像(MPR)及び/又はスラブ最大強度投影（スラブMIP）の構成がある。更に、CTによって３次元体積画像を獲得することができることを用いて、孤立した冠状動脈ツリーを視覚化するよう、ボリューム・レンダリングされた画像を獲得することができる。しかし、冠状動脈を検査する現行の手法、例えば、単一の脈管のカーブドMPR視覚化、孤立したツリーの平面スラブMIP視覚化やボリューム・レンダリング視覚化は、コロナリーツリーの完全性又はコンテキストを欠くものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンテキスト、すなわち、位置、接続性、周囲、において冠状動脈ツリー全体のボリューム表示を可能にする視覚化手法に対する必要性が存在する。本発明は、上記に参照した課題や他の課題を解決する新たな撮像装置及び撮像方法を備える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一特徴によれば、脈管のツリーを表示する画像診断システムを開示する。一手段は基準表面を規定する。一手段は基準表面をグリッド化して画素の範囲を定める。一手段は、各画素の法線に沿って投影する。一手段は、相当する法線と交差するボクセルのグレイスケール値に基づいたグレイスケール値を各画素に割り当てる。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、冠状動脈ツリーを表示する方法を開示する。基準表面が規定される。基準表面をグリッド化して画素の範囲を定める。各画素の法線に沿って投影される。各画素は、関連した法線が交差するボクセルのグレイスケール値に基づいたグレイスケール値が割り当てられる。真の表面が判定される。
【０００８】
本発明の一効果は、冠状動脈ツリー全体をそのコンテキストにおいて表示することにある。
【０００９】
別の効果は、関心のデータを表示する基準として閉じた非プレーナ面を用いることにある。
【００１０】
別の効果は、視覚化モードにおける歪みを最小にすることにある。
【００１１】
別の効果は、心血管系の構造全体を一度にユーザが探査することを可能にすることにある。
【００１２】
別の効果は、提示される画像内に備えるデータを増減させるようスラブMIPの厚さをユーザが調節することを可能にすることにある。
【００１３】
本発明の更なる効果及び便益は、以下の、好ましい実施例の詳細説明の検討及び理解によって当業者に明らかになるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、種々の、構成部分と、構成部分の配置との形態をとり、種々の、工程と、工程の配置との形態をとり得る。添付図面は、好ましい実施例を示す目的のためのものに過ぎず、本発明を限定するものとして解されないこととする。
【実施例】
【００１５】
図１を参照すれば、画像診断装置10は、電子的な診断画像表現を生成する。好ましい実施例では、画像診断装置10は、直交軸に沿って位置が定められるボクセルを有する3次元体積画像表現を生成するCTスキャナを備える。磁気共鳴撮像、PET撮像、SPECT撮像や、類似した3次元診断画像を生成する他の診断手法も想定される。
【００１６】
好ましい実施例では、CTスキャナは、回転ガントリ14が搭載される固定ガントリ12を備える。回転ガントリは、スキャン円又は検査領域20の両側でお互いに対蹠する、X線管16と2次元検出器アレイ18とを収容する。患者支持部22は、検査領域20における患者の関心の領域を支持する。撮像する前に、患者には、好ましくは、組織のものよりの高い強度で、脈管における既知の強度のボクセルを生成する既知の造影剤が注入される。体の長軸方向のドライブ・モータ24は、検査領域20にわたって体の長軸方向に患者支持部22を移動させる。好ましくは、患者支持部22は、スパイラル走査を行うよう連続して回転ガントリ14が回転するにつれ、体の長軸方向に患者を往復移動させる。撮像装置は、患者の心臓や他の関心領域を備える、患者の横断体積の体積画像表現を生成する。あるいは、患者支持部２２を進めることができ、一連の、平行した横断面に沿ってデータを収集することができる。検出器アレイ18は、回転ガントリ14とともに回転するものとして示しているが、検出器アレイ18は任意的には、連続したリングとして固定ガントリ12上に搭載してもよい。
【００１７】
3次元再構成プロセッサ26は、各検出器エレメントの角度位置と、X線管16の角度位置と、1つ又は複数の3次元画像表現をサンプリングする時点での、患者支持部22の、体の長軸方向の位置とによって検出器アレイ18からの出力信号を再構成する。再構成画像表現は、体積画像メモリ28に記憶される。
【００１８】
引き続き図１を参照し、更に図２及び図３を参照すれば、基準表面手段又は基準表面プロセッサ30は、好ましくは球体である基準表面32を近似する。当然、楕円体、解剖学的な心臓の近似等などの他の表面も想定される。近似は、冠状動脈が、実質的に平滑な、閉じた表面上にあるという前提に基づいている。特に、体積選択手段34は、関心領域、例えば、心臓、大脳や他の器官に相当する体積メモリ28からデータ体積を選択する。中心線判定手段36は、公知の方法のうちの1つによって、選択される体積内の脈管の中心線38を探索する。最善フィット表面手段又は最善フィット表面処理40は、判定される中心線に対する最善フィット表面、好ましくは球体又は楕円体を描く。一部の脈管は基準表面32の表面よりも上に位置することになり、一部の脈管はそれよりも下に位置することになり、一部の脈管は、一部分が上記表面よりも上になり、一部分が上記表面よりも下になる。
左心室の長軸に回転軸が実質的に平行になるように球体又は楕円体を回転させる。最善フィット処理40を行ううえで、中心線座標変換手段42は、中心線座標を球座標に式1、
φ=a  tan〔Z/√（X2+Y2）〕                      式１
λ=a  tan〔Y/X〕
h=〔√（X2+Y2）/cosφ〕−R
によって変換し、そのとき、φは緯度であり、hは球体からの距離であり、X、Y、Zは中心線の点のデカルト座標であり、Rは球体の半径である。
【００１９】
引き続き図１、図２及び図３を参照すれば、グリッド化手段50は、基準表面32上にグリッドをひろげて球体や他の判定表面を画素52にグリッド化する。基準表面32を球体の法線に沿って伸縮させて、中心線上に伸張表面があるように中心線がある場合にはいつでも、脈管の真の形態にフィットさせる。更に図４を参照すれば、球体を伸縮させて中心線にフィットさせることは、冠状動脈ツリーがそのコンテキストにおいて、その脈管にわたって延びる真の形態の表面上で明らかにされる、「真の形態」の、歪みのないモードの視覚化を表す真の表面56を構築する、真の表面を判定する手段54によって行われる。特に、表面調節手段58は、中心線手段36から中心線情報を受信し、脈管の関連中心線に法線が交差した点まで、表面に垂直である法線に沿って球状基準表面32の位置を移動させる。球状基準表面の残りの部分は、平滑に変動する、真の形態の表面を規定するようマップインされ、マップアウトされる。結果として生じる真の表面は、図4において分かるように任意のアモルファス表面である。
【００２０】
厚さ判定手段60は、真の表面56の壁の厚さを判定する。好ましくは、ユーザは、所定の厚さ値、例えば、中空の真の形態の体積の厚さを、厚さ判定手段60に供給する。あるいは、厚さは、患者の、脈管の直径や他の特性などの特定の基準に基づいて厚さ判定手段60によって判定される。法線投影手段すなわち法線追跡手段62は、厚さ判定手段60によって判定される、壁の厚さの限度まで、両方の方向に、例えば、真の表面56からの外方向と内方向に真の表面56に対して直交して各画素52から法線を投影する。グレイスケール割り当て手段70は、各ボクセルの強度を法線に沿って検査し、結果として生じる画像内に表示される対象の、真の表面56の相当する画素にグレイスケール値すなわち強度値を割り当てる。スクリーニング手段72は、相当する画素について表示されることになるグレイスケール強度値を選択するうえで予め定められる基準に基づいて、各法線が交差するボクセルのグレイスケール値をスクリーニングする。好ましい実施例では、スクリーニング手段72は、各法線に沿った最大強度値を選択し、最大強度画像画素メモリ74にそれを記憶する。法線全てがスクリーニングされ、各画素のグレイスケール値が判定されるまでこのサイクルを繰り返す。
【００２１】
引き続き図１を参照し、更に図５を参照すれば、球体手段80は、判定されるアモルファス・ツリーへの最善フィットがみられる球体上に冠状動脈ツリーが示される、「球体」視覚化モードを提示する。特に、ドレーピング手段82は、各球状表面画素すなわち各球体表面画素に相当する球体まで法線に沿ってボクセルを投影することによって球状基準表面上に、真の形態の表面にグレイスケール割り当て手段70によって割り当てられたグレイスケール値をドレーピングすなわち投影する。結果として生じる表面は、球体に似た構造84であり、球体として、回転できるように検査し得る。
【００２２】
2次元ディスプレイを有する通常のモニタ90上に「真の形態」すなわち「球体」を表示するよう、ビデオ・プロセッサ92は、ディスプレイの各画素からの法線を投影する。各ディスプレイ画素は、それが交差する真の表面すなわち球体表面のグレイスケール値が割り当てられる。なお、表示画面に最も近い表面画素は、実質的に歪みがないかたちで表示される一方、表面画素は、極及び周囲に近くなるにつれ徐々に圧縮されて、2次元表示画面上で3次元オブジェクトを視ているという印象を観察者に与える。任意的には、3次元の作用は、照射方向を割り当て、シェージングを加えることによって強調することができる。
【００２３】
引き続き図１を参照し、更に図６を参照すれば、2次元手段100は、地球の丸い表面が平坦な地図上に投影されるかたちと同様に、球体84又はその特定部分を平坦な表面上にマッピングする。特に、2次元グリッド化手段102は、基準表面32の元のグリッドを2次元x-y表面上にひろげる。通常、赤道付近の表面画素は実質的に歪みがない一方、極に近い表面画素は、空間関係を維持するよう伸張されている。照合手段104は、基準表面32の各座標を、x-y表示平面上の相当する座標と照合する。2次元グレイスケール・プロセッサ又は2次元グレイスケール手段106は、球体表面84からの相当する画素のグレイスケール値を、x-y表示表面上の各画素に割り当てる。
【００２４】
モード選択手段108は、ユーザから入力を受信し、処理するよう視覚化モードを選択する。選択視覚化データは、ビデオ・プロセッサ92によって処理され、更に、モニタ90上に表示される。キーボードなどのユーザ入力装置110によって、ユーザがビデオ・プロセッサ92を制御して、選択された投影を表示し、球体表面すなわち、真の表面を回転させ、上記必要情報を入力することが可能になる。
【００２５】
１つの別の実施例では、真の形態の表面と、その壁の厚さが規定されるが、その場合、データは、球体（又は楕円体）の基準表面上に直接投影される。もう1つの別の実施例では、2次元画像が、真の形態の画像から導き出された球体画像ではなく真の形態の画像から直接マッピングされる。
【００２６】
本発明は、好ましい実施例を参照しながら説明している。上記詳細説明の検討及び理解によって修正及び改変が他者に分かるものである。本特許請求の範囲記載の範囲内又はその均等物の範囲内に収まる限りそうした修正及び改変全てを備えるものとして本発明を解することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による画像診断システムを示す模式図である。
【図２】本発明による画像診断システムの一部分を示す模式図である。
【図３】本発明によってグリッド化される基準球体と、その球体付近にある動脈とを示す図である。
【図４】真のアモルファス表面の形態での冠状動脈ツリーを示す図である。
【図５】球体表面形態での冠状動脈ツリーを示す図である。
【図６】冠状動脈ツリーの２次元マップを示す図である。
【図１】
2007501045.tif 000003
【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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【国際調査報告】
2007501045.tif 000009
2007501045.tif 000010
2007501045.tif 000011
2007501045.tif 000012