(57)【要約】  ３D画像の獲得に用いられる走査システムによってもたらされる３D画像（特に医療３D画像）における局所歪みを補正する方法。実施例によれば、既知参照位置に配置された参照構造を有する３Dファントムが走査される。次いで、ファントム参照構造の結果として生じる位置が検出され、３D画像が、パッチと呼ばれる３D部分体積に分割される。後に、参照構造の検出位置が既知参照位置とパッチ毎に比較され、既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有するパッチ毎に、歪みが本発明によって、局所３D変換によって表される。最後に、後に走査される医療画像が局所３D変換によって補正される。
2008521471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ画像、好ましくは３Ｄ医療画像、における局所歪みの歪み補正の方法であって、前記３Ｄ画像内の少なくとも１つの歪んだ３Ｄ部分体積に対して少なくとも１つの局所３Ｄ変換を、前記少なくとも１つの３Ｄ部分体積における少なくとも１つの局所歪みが前記局所３Ｄ変換によって局所的に補正されるように行う工程を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記３Ｄ画像は後に得られる一連の３Ｄ画像の一部であり、局所的に変換する工程に先行して、
前記一連の３Ｄ画像のうちの第１の３Ｄ画像を、前記３Ｄ画像内の前記少なくとも１つの歪んだ３Ｄ部分体積を備える複数の３Ｄ部分体積に分割する工程と、
少なくとも１つの既知参照位置と対応する検出位置との間に存在している少なくとも１つの歪みを有する３Ｄ部分体積の、少なくとも１つ、好ましくはそれぞれについて、前記歪んだ３Ｄ部分体積の局所３Ｄ変換によって前記歪みの少なくとも１つを表す工程とを更に備えており、
前記局所３Ｄ変換が、前記第１の３Ｄ画像に後続して、前記一連の３Ｄ画像のうちの第２の３Ｄ画像内の少なくとも１つの対応する３Ｄ部分体積に対して行われる方法。
【請求項３】
歪んだ３Ｄ部分体積を識別する、請求項２記載の方法であって、前記歪みを表す工程に先行して、
前記参照位置に対応する、前記３Ｄ画像内の少なくとも１つの参照構造の位置を検出する工程と、
少なくとも１つの既知参照位置と、対応する検出位置との間に存在している前記少なくとも１つの歪みを３Ｄ部分体積が有するかを、前記３Ｄ部分体積毎に前記３Ｄ画像において前記少なくとも１つの参照構造の前記検出位置を前記参照構造の前記既知参照位置と比較することによって判定する工程とを更に備える方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法であって、前記分割する工程は、３Ｄ画像空間において、異なるサイズ、体積及び／又は形状を有する前記３Ｄ部分体積のうちの少なくとも２つをもたらし、前記３Ｄ部分体積のうちの少なくとも１つに最適なサイズ、体積及び／又は形状を、前記３Ｄ部分体積のうちの前記少なくとも１つの局所３Ｄ変換の工程後に残りの歪みが最小量になるように自動的に選ぶ工程を更に備える方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の方法であって、少なくとも２つの３Ｄ部分体積は、隣接３Ｄ部分体積の局所３Ｄ変換間の連続性をもたらすことによって最適な局所３Ｄ変換が特定の歪んだ３Ｄ画像について行われるように少なくとも部分的に互いに重なる方法。
【請求項６】
請求項1乃至５記載の方法であって、前記３Ｄ部分体積のうちの少なくとも１つに最適な局所３Ｄ変換を、前記３Ｄ部分体積のうちの前記少なくとも１つに対する局所３Ｄ変換の工程後に残りの歪みが最小量になるように自動的に選ぶ工程を備える方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記局所３Ｄ変換は多項式変換であり、前記最適な局所３Ｄ変換を自動的に選ぶ工程は、３Ｄ局所歪みの特定の特性を考慮に入れ、別々の３Ｄ部分体積間の前記多項式変換の次数を変える工程を備える方法。
【請求項８】
医療３Ｄ画像内の少なくとも１つの局所歪みの歪み補正に適合させた医療撮像システムであって、前記３Ｄ画像内の歪んだ少なくとも１つの３Ｄ部分体積に対して少なくとも１つの局所３Ｄ変換を、前記少なくとも１つの３Ｄ部分体積内の少なくとも１つの局所歪みが前記局所３Ｄ変換によって局所的に補正されるように行う手段を備えるシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、
既知参照位置に配置された参照構造を有する３Ｄファントムを走査する手段と、
前記走査する手段によって走査された、前記３Ｄ画像内のファントム参照構造の位置を検出する手段と、
前記３Ｄ画像を複数の３Ｄ部分体積に分割する手段と、前記参照構造の前記検出位置を前記既知参照位置に部分体積毎に比較する手段と、
既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有する部分体積毎に局所３Ｄ変換によって各歪みを表す手段とを更に備えており、
前記少なくとも１つの局所３Ｄ変換を行う手段は、前記局所３Ｄ変換によって後に撮像される少なくとも１つの３Ｄ画像を補正するよう構成され、
手段は、動作するよう互いに接続されるシステム。
【請求項１０】
請求項８又は９記載のシステムであって、請求項1記載の方法を行うよう適合させた3次元磁気共鳴スキャナであるシステム。
【請求項１１】
コンピュータによって処理するためにコンピュータ・プログラムを実施させたコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記コンピュータ・プログラムは、前記３Ｄ画像内の歪んだ少なくとも１つの３Ｄ部分体積に対して少なくとも１つの局所３Ｄ変換を、前記少なくとも１つの３Ｄ部分体積内の少なくとも１つの局所歪みが、前記コンピュータによって実行されると前記局所３Ｄ変換によって局所的に補正されるように行うコード・セグメントを備える、３Ｄ画像内の局所歪みを歪み補正するコード・セグメントを備えるコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１２】
請求項１１記載のコンピュータ読み取り可能媒体であって、
既知参照位置に配置された参照構造を有する３Ｄファントムを走査するコード・セグメントと、
前記３Ｄファントムを走査するコード・セグメントによって走査された前記３Ｄ画像内のファントム参照構造の位置を検出するコード・セグメントと、
前記３Ｄ画像を複数の３Ｄ部分体積に分割するコード・セグメントと、
前記参照構造の前記検出位置を前記既知参照位置と部分体積毎に比較するコード・セグメントと、
既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有する部分体積毎に局所３Ｄ変換によって各歪みを表すコード・セグメントとを更に備えており、
前記少なくとも１つの局所３Ｄ変換を行うコード・セグメントは、局所３Ｄ変換によって歪みを表すコード・セグメントからの局所３Ｄ変換によって後に撮像される少なくとも１つの３Ｄ画像を補正するよう構成されるコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１３】
請求項１乃至７の何れかに記載の方法を実現するよう構成された検診装置であって、好ましくは、医療撮像ワークステーションであって、３Ｄ画像を受信し、処理するよう構成されており、前記３Ｄ画像の測定機能を備える検診装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に3次元（３D）画像の分野に関し、特に３D医療画像の分野に関する。特に、本発明は、前述の３D画像における幾何学的歪みの補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRスキャナによって獲得される3次元磁気共鳴（３D  MR）画像は、診断、（実際の治療中の）治療の計画、及び、治療の効果の監視に、広く用いられている。しかし、前述の画像は、静的磁場における非均一性及び傾斜磁場における不完全性による、スキャナによって引き起こされる幾何学的歪み、並びに、患者によって引き起こされる幾何学的歪み（例えば、化学シフト、磁化率及びフロー・アーチファクトによる）を有し得る。質的診断の場合、数ミリメートル程度の幾何学的誤差は許容されることが多い。しかし、画像誘導による神経外科手術及び放射線治療などの量的アプリケーションでは、１ミリメートル以上の幾何精度を必要とし得る。特に３DのMR画像が、一定な磁場（B0）における非均一性、及び／又は、不完全な傾斜磁場（Gx,Gy,Gz）による、スキャナにより引き起こされるタイプの歪みを有し得ることが知られている。
【０００３】
この歪みを測定するためのファントム、及びこの歪みを大局的に補正するためのアルゴリズムを用いることは、M.  Breeuwerらによる「Detection  and  correction  of  geometric  distortion  in  3D  MR  images,  Proceedings  SPIE  Medical  Imaging  2001,  Vol.  4322,  pages  1110-1120」に開示されている。前述の開示に記載された幾何学的歪み補正手法は、３D画像における位置の関数として緩やかにしか変動しない（すなわち、緩やかに変動する連続歪み場の場合の）限定量の歪み（すなわち、数mm）しか有していない画像に適している。大量のより局所の歪みを備えた３D画像の場合、前述の開示手法は、うまく適していない。前述の局所歪みは例えば、特定のタイプのMR画像において存在している。
【０００４】
Soimuらは、「A  novel  approach  for  distortion  correction  for  X-ray  image  intensifiers」において、３D画像スライスにおいて後続局所２D変換と組み合わせられる大局変換手法を開示している。局所２D変換は固定である（すなわち、同じ変換を別々の場所において用いる）。更に、局所２D変換は、同じ画像の先行大局３D変換後に行われる。これは、いくつかの欠点を有する。第１に、まず大局変換を施し、次いで局所変換を施すことは、より複雑である。第２に、大局3D変換を施すことによって、局所歪みが大きくなり得る。これは、適切な局所変換を求めることがより難しいか、又は、この局所変換を求めることがより複雑になることを意味し得る。更に、開示された局所２D変換は、「パッチ」とも呼ばれる、画像における参照点の矩形部分集合を用いる。しかし、Soimuらに開示されているパッチは、所定の固定パッチ・サイズのものである。よって、前述の開示手法は、画像内に生起している別々の局所歪みに対して柔軟でなく、更に、３D画像内の局所歪みの補正に適していない。よって、３D医療画像内の局所幾何学的歪みを補正する新たな方法に対する必要性が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明によって解決しようとする課題は、３D画像内に局所歪みを有する３D画像の効果的で、かつより柔軟な歪み補正を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
よって、本発明は好ましくは、当該技術分野における前述の欠点の１つ又は複数を軽減しようとするか、緩和しようとするか、又はなくそうとするものであり、特許請求の範囲記載の方法、医療撮像システム、コンピュータ読み取り可能媒体、及び検診装置を提供することによって少なくとも前述の問題を解決する。
【０００７】
本発明による汎用的な解決策は、好ましくは局所歪みのみを有しており、大局歪みを有していない、３Ｄ画像（医療３Ｄ画像など）における幾何学的歪みの歪み補正のためにのみ３Ｄ局所変換を、正しい測定が前述３D画像内で可能にされるように用いることである。局所３Ｄ変換は好ましくは、３D画像を生成する前述の種類の３D走査システムによる明確な３Dファントムから得られる。歪み補正はよって、スキャナにより引き起こされる歪みを最小にする。
【０００８】
本発明の一局面によれば、３D画像内の局所歪みの歪み補正の方法を提供する。方法は、３D画像内の少なくとも１つの歪んだ３D部分体積を少なくとも１つの対応する局所３D変換によって、前述の少なくとも１つの３D部分体積内の少なくとも１つの局所歪みが局所３D変換によって局所的に補正されるように補正する工程を備える。
【０００９】
本発明の実施例によれば、方法は、更に、
a)３D画像に対する３Dファントムの走査を行う工程であって、上記ファントムが、既知参照位置に配置された参照構造を有する工程と、
b)工程a)から生じる、３D画像内のファントム参照構造の位置を検出する工程と、
c)３D画像を複数の３Dパッチに分割する工程と、
d)参照構造の検出位置を既知参照位置とパッチ毎に比較する工程と、
e)既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有するパッチ毎に、各歪みを局所３D変換によって表す工程と、
f)工程a)と同じ走査プロトコルによって後に走査される画像を、工程e)からの局所３D変換によって補正する工程とを更に備える。
【００１０】
好ましくは、３D画像は、医療３D画像、特に３DのMR画像である。
【００１１】
本発明の別の局面によれば、医療撮像システムを提供する。医療撮像システムは、医療３D画像内の局所歪みの歪み補正に適合させており、３D部分体積内の歪みが局所３D変換によって局所的に補正されるように、３D画像内の歪んだ部分体積を少なくとも１つの対応する局所３D変換によって補正する手段ｆ）を備える。
【００１２】
実施例によれば、医療撮像システムは更に、
a)既知参照位置に配置された参照構造を有する３Dファントムを走査する手段と、
b)走査する手段a)によって走査される３D画像内のファントム参照構造の位置を検出する手段と、
c)３D画像を複数の３D部分体積に分割する手段と、
d)参照構造の検出位置を既知参照位置と部分体積毎に比較する手段と、
e)既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有する部分体積毎に各歪みを局所３D変換によって表す手段とを備えており、前述の手段f)は、工程e)からの局所３D変換によって、後に撮像される少なくとも１つの３D画像を補正するよう構成され、手段a)乃至ｆ）は、動作するよう互いに接続される。
【００１３】
本発明の更なる局面によれば、コンピュータによって処理するためにコンピュータ・プログラムを上に実施させたコンピュータ読み取り可能媒体が提供される。コンピュータ・プログラムは、３D画像内の少なくとも１つの歪んだ３D部分体積を少なくとも１つの対応する局所３D変換によって、３D部分体積内の歪みが局所３Ｄ変換によって局所的に補正されるように補正するコード・セグメントを備える、３D画像内の局所歪みの歪み補正のコード・セグメントを有する。
【００１４】
本発明によれば、コンピュータ読み取り可能な媒体は、
a)既知参照位置に配置された参照構造を有する３Dファントムを走査するコード・セグメントと、
b)コード・セグメントa)によって走査される３D画像内のファントム参照構造の位置を検出するコード・セグメントと、
c)３D画像を複数の３D部分体積に分割するコード・セグメントと、
d)参照構造の検出位置を既知参照位置と部分体積毎に比較するコード・セグメントと、
e)既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有する部分体積毎に各歪みを局所３D変換によって表すコード・セグメントとを備えており、前述のコード・セグメントf)は、工程e)からの局所３D変換によって、後に撮像される少なくとも１つの３D画像を補正するよう構成される。
【００１５】
本発明の更に別の局面によれば、前述の歪み補正方法を実現するよう構成された検診装置を提供する。好ましくは、検診装置は、測定機能を有する医療撮像ワークステーションである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、非常に局所的な歪みをより正確に補正することを可能にする（これは、大局補正手法では最適に行うことが可能でない）点で、従来技術に対する利点を有している。本発明によって、ＭＲ画像などの医療３Ｄ画像における非常に局所的な歪みの補正が可能になる。更に、本発明は大局的な手法よりも高い柔軟性を提供する。画像／体積内の別々の領域を違ったふうに処理することができるからである。
【００１７】
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明の実施例の以下の説明によって明らかになるであろう。
【実施例】
【００１８】
前述のM.  Breeuwerらの大局歪み補正の従来技術の手法は、以下の工程を有する。
a)厳密に分かっている位置に配置された参照構造（例えば、球）を有する３Dファントムを走査する工程（この工程は、「ファントム走査」とも呼ばれている）と、
b)ファントム走査から生じる、３D画像内のファントム参照構造の位置を検出する工程（この工程は、「ファントム検出」とも呼ばれている）と、
c)参照構造の検出位置をその理想的な（すなわち、歪んでいない）位置と比較し、理想位置と検出位置との間の歪みを高次３D多項式変換によって表す工程（この工程は、「変換推定」とも呼ばれている）と、
d)後に走査される患者画像を算出高次多項式変換によって、補正する（より厳密には、ファントム走査中に用いるプロトコルとちょうど同じプロトコルによって補正する）工程とを有する（この工程は、「画像補正」又は「歪み補正」とも呼ばれている）。
【００１９】
図１は、前述の大局歪み補正手法の構成図を表す。より詳細については、内容を本明細書及び特許請求の範囲に援用するBreeuwerらの前述の開示を参照されたい。
【００２０】
本発明の実施例による局所歪み補正の方法では、理想的な参照位置と検出参照位置との間の歪みは、局所３D変換組を用いた前述の先行技術の手法とは対照的である。変換の数、その次数（多項式変換の場合）、及び３Dにおけるその範囲は、３D画像内に存在している歪みの量及びタイプに自動的に適合させることができる。当然、上記組は、３D画像空間を完全にカバーするように選ばれなければならない。図２は、この概念を示し、以下に更に詳細に説明する。
【００２１】
局所補正変換の推定
より厳密には、この実施例による局所歪み補正の方法は、以降パッチと呼ぶ、例示的な矩形参照点部分集合によって実現される。
【００２２】
パッチpi（ここで、iは、パッチ全てのリスト内のパッチの数を示す）はNi個の参照点を有しており、前述の参照点それぞれは、ファントム内の既知の位置xj=（xj,yj,zj）（j=1,…,Ni）を有する。ファントムは、理想的な、歪みのない３D空間を規定する。
【００２３】
位置xjに対応する位置uj=（uj,vj,wj）が画像において（すなわち、スキャナの撮像特性によって歪められる実３D空間において）求められる。
【００２４】
更に、パッチpiは、ファントム空間において範囲ei=（exi,eyi,ezi）を有し（すなわち、eiは、パッチpiが３D空間においてカバーする体積を規定し）、作動領域oi=（oxi,oyi,ozi）を有する（すなわち、oiは、歪み補正に用いる、３D空間内の体積を規定する）。作動領域ojは常に範囲ei以下になる。
【００２５】
更に、パッチは重なり得る（すなわち、参照点を2つ以上のパッチにおいて用いることができる。図３参照）。これは、隣接パッチの局所変換間の連続性をもたらすことを支援する。
【００２６】
実施例によれば、局所歪み補正変換Tiをパッチpi毎に推定する。
【００２７】
局所歪み補正変換Tiの推定は、Breeuwerらの前述の大局変換の開示に記載されたものと同じ推定手法に基づき得る。この場合、多項式変換の次数Diをパッチ間で変えてパッチ局所歪みの特定の特性を考慮に入れることができる。実際には、次数は、パッチに備えられた参照点の数によって制限される。変換推定は、基本的にはパラメータ推定の問題であるため、参照点の数の3倍を超える変換パラメータを求めることが可能でないからである。
【００２８】
図３は、２D空間のパッチ及び局所変換の概念を示す。しかし、同じ原理を３Dに施すことができる。図２の下の部分は既に、パッチが重ならない場合の３Dパッチ及び局所変換の概念を説明している。例証の目的の、重なる３Dパッチの図面は作成することが難しく、したがって、重なるパッチの概念は、図３に表す２D空間シナリオにおいて示す。しかし、３Dパッチは、２D画像の領域内に参照点を備える２Dパッチと対照的に３D画像の体積内に参照点を有する。よって、重なる３Dパッチは、いくつかの３Dパッチ間で参照点を共有する部分的に重なる体積の特性を有する。
【００２９】
パラメータNi,Di,ei及びojを求めなければならない。基本的には、このことは、歪みが最適に補正される（すなわち、補正後の残りの歪みの量が最小になる）ように完全に自動的に行うことができる。種々の尺度（補正位置と理想位置との間の平均２乗平方根誤差（ユークリッド距離）、補正位置と理想位置との間の最大誤差、平均誤差等）を用いて残りの歪みを特徴付けることが可能である。
【００３０】
一例によれば、コンピュータ・プログラムが、前述のパラメータの考えられる値全ての関数として全体の残りの歪みを算出するので、算出全てが最終化されると、最良のパラメータ値が選ばれる。より少ない計算能力を必要とする別の例によれば、パラメータNi,ei及びoiには固定値が与えられるので、歪みは、多項式の次数diについてのみ最小にされる。
【００３１】
変換の関心領域に関する柔軟性は、前述のようにパッチを柔軟に用いること（すなわち、パッチの重なり、パッチ形状及びパッチ・サイズを変えること等）によって与えられる。
【００３２】
上記方法を図４に示す。図４は、工程４０における、３D画像に対する３Dファントムの走査から始まる。工程４１では、工程４０によってもたらされる３D画像内のファントム参照構造の位置が検出される。後に、３D画像は、工程４２において、複数の３Dパッチに分割される。次いで、工程４３では、参照構造の検出位置を、既知参照位置とパッチ毎に比較する。更に、既知参照位置と検出位置との間に存在している歪みを有するパッチ毎に、各歪みが工程４４において、局所３D変換によって表され、最後に、工程４５において、工程４０と同じ走査プロトコルによって後に走査される画像は、工程４４において得られた局所３D変換によって歪み補正される。
【００３３】
本発明による、３D医療画像における歪みを補正する前述の方法及び装置の適用分野及び用途はさまざまであり、画像誘導手術、画像誘導生検、画像誘導放射線治療などの例示的な分野を含む。
【００３４】
本発明は特に、かなりの量の局所幾何学的歪みをもたらす、走査プロトコルによって生じる３DのMR画像に適用可能である。
【００３５】
しかし、方法は一般に、明確な参照点／参照構造を備えたファントムを撮像することによって測定することが可能な、歪みを有する何れかの３D画像に適用可能である（すなわち、非医療画像にも適用可能である）。
【００３６】
本発明は、特定の実施例を参照して前述した。しかし、上記好ましい実施例以外の実施例（例えば、ハードウェア又はソフトウェア等によって上記方法を行う、前述以外の種々の局所３D変換（例えば、３Dスプライン））が、特許請求の範囲記載の範囲内で同様に可能である。
【００３７】
更に、本明細書及び特許請求の範囲使用の「comprises/comprising」の語は他の構成要素又は工程を排除するものでなく、「a」及び「an」の語は複数形を排除するものでなく、単一のプロセッサ又は他の装置が、特許請求の範囲記載の装置又は回路のうちのいくつかの機能を満たし得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】医療３Ｄ画像の従来技術の大局変換の概略図である。
【図２】大局３Ｄ変換及び局所３Ｄ変換の概略図である。
【図３】２Ｄパッチ及び局所変換の概略図である。
【図４】本発明による方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2008521471.tif 000008