(57)【要約】  肺結節の鑑別診断では、全体の結節ボリュームに対して平均化されるとき、悪性結節の特定の一部が有効な強調を示さない。本発明の例示的な実施形態によれば、単一の平均化されたコントラスト強調数が決定されるだけでなく、結節の境界までの距離の関数として強調を示す、各結節に対する強調曲線も決定される。これは、改善された鑑別診断を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注目対象物の検査のための検査装置であって、
前記注目対象物の強調特性を決定する決定ユニットと、
前記強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせる比較ユニットとを有し、
前記強調特性が、前記注目対象物の境界までの距離の関数である、検査装置。
【請求項２】
前記注目対象物の画像データの２次元又は３次元セグメント化を行うセグメント化ユニットを更に有し、
前記決定ユニットが、前記セグメント化に基づき、前記注目対象物の前記強調特性を決定する、請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記決定ユニットが、距離変換処理に基づき、前記注目対象物の中心を決定するよう更に構成され、
前記対象物の中心は、前記強調特性の決定の開始点として使用される、請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
前記注目対象物が、結節であり、
前記比較結果は、前記結節の悪性度及び炎症のいずれかに対する尺度である、請求項１に記載の検査装置。
【請求項５】
前記画像データをアイソトロピック・レゾリューションに補間する補間ユニットを更に有する、請求項１に記載の検査装置。
【請求項６】
前記セグメント化ユニットが、前記注目対象物の前記画像データから肺壁組織の除去を行うよう更に構成される、請求項２に記載の検査装置。
【請求項７】
前記検査装置が、CTスキャナシステム、MRIスキャナシステム、PETスキャナシステム、SPECTスキャナシステム及び超音波イメージングシステムのいずれかである、請求項１に記載の検査装置。
【請求項８】
前記注目対象物に電磁放射線を放出するよう構成される電磁放射源を有し、前記電磁放射源と検出要素との間に配置されるコリメータを有し、前記コリメータが、前記電磁放射源により放出される電磁放射線ビームを平行化するよう構成される、請求項１に記載の検査装置。
【請求項９】
前記電磁放射源が、多色X線源であり、
前記電磁放射源は、前記注目対象物に沿ったヘリカルパスに沿って移動し、及び
前記ビームが、ファンビームジオメトリを持つ、請求項１に記載の検査装置。
【請求項１０】
注目対象物を検査する画像処理デバイスであって、
注目対象物の画像データを格納するメモリと、
前記注目対象物の強調特性を決定するステップと、
前記強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせるステップとを実行するよう構成される画像プロセッサとを有し、
前記強調特性が、前記注目対象物の境界まで距離の関数である、画像処理デバイス。
【請求項１１】
検査装置で注目対象物を検査する方法において、
前記注目対象物の強調特性を決定するステップと、
前記強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせるステップとを有し、
前記強調特性が、前記注目対象物の境界までの距離の関数である、方法。
【請求項１２】
検査装置で注目対象物を検査するコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムがプロセッサで実行されるとき、
前記注目対象物の強調特性を決定するステップと、
前記強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせるステップとを実行するよう構成され、
前記強調特性が、前記注目対象物の境界までの距離の関数である、コンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
注目対象物を検査するプログラム要素であって、プロセッサで実行されるとき、
前記注目対象物の強調特性を決定するステップと、
前記強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせるステップとを実行するよう構成され、
前記強調特性が、前記注目対象物の境界までの距離の関数である、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注目対象物の検査の分野に関する。特に、本発明は、注目対象物の検査のための検査装置、画像処理デバイス、注目対象物を検査装置で検査する方法、コンピュータ可読媒体及びプログラム要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
孤立性肺結節の評価は、近代医療においても未だに重要かつ費用の掛かるチャレンジである。診断のために手術が行われる不確定な肺結節のうちのおよそ50%が、良性である。結節の外科的除去のための入院は、かなりの費用を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
悪性対両性への肺結節の鑑別診断のため、造影剤の投与後の胸のCTスキャンでのコントラスト強調の評価が使用される。しかしながら、全体の結節ボリュームに対して平均化されるとき、悪性の結節のあるごく一部分は、明らかな強調を示さない。
【０００４】
手術が実施される良性結節の割合を実質的に削減するのに、診断放射線科医が使用することができる手段で、結果として結節の改善された検査を生じさせる手段を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態によれば、上述の希望は、注目対象物の検査のための検査装置により叶えられることができる。その検査装置は、注目対象物の強調特性を決定する決定ユニットと、その強調特性を基準と比較し、結果として比較結果を生じさせる比較ユニットとを有し、その強調特性は、注目対象物の境界までの距離の関数である。
【０００６】
こうして、単一の平均化されたコントラスト強調数を提供するだけでなく、その注目対象物の境界までの距離の関数としてその対象物の強調を表す、各単一の注目対象物に対する強調曲線も提供することができる検査装置が提供される。
【０００７】
有利なことに、これは、注目対象物の改善された検査をもたらし、従って改善された鑑別診断をもたらすことができる。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、その検査装置は、更に注目対象物の画像データの２次元又は３次元セグメント化を行うセグメント化ユニットを有し、決定ユニットは、そのセグメント化に基づきその注目対象物の強調特性を決定するよう構成される。
【０００９】
有利なことに、本発明のこの例示的な実施形態によれば、例えば、自動化された教師なしコンピュータ処理を用いて、画像データの多次元セグメント化が実行されることができる。こうして、注目対象物が周囲の物質から孤立化されることができ、更に検査されることができる。
【００１０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、決定ユニットは更に、距離変換手段に基づき注目対象物の中心を決定するよう構成される。その注目対象物の中心(７)は、強調特性決定のための開始点として使用される。
【００１１】
本発明のこの例示的な実施形態によれば、距離変換手段を適用すれば、例え、画像データが異なる時間点で取得されたものと比較されたとしても、正確でうまく定義された(well-defined)中心特定(centre identification)をもたらすことができる。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、注目対象物は結節であり、比較結果は、結節の悪性度及び炎症のいずれかに対する指標である。
【００１３】
有利なことに、所定の閾値が使用されることができ、その所定の閾値が超えられた場合、アラームがトリガーされることができるか、又はユーザが他の方法でその結節の悪性度又は炎症を知らされることができる。これは、完全に自動化された診断を可能にすることができる。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、その検査装置は、画像データをアイソトロピック・レゾリューション(isotropic resolution)に補間する補間ユニットを更に有する。
【００１５】
有利なことに、これは、アイソトロピック・ラティス又はグリッド上への画像データの投影を生み出すことができる。それは、画像データの改善された標準化を生み出すことができる。
【００１６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、セグメント化ユニットは、注目対象物の画像データから肺壁組織の除去を実行するよう更に構成される。有利なことに、これは、改善されたセグメント化を生み出すことができる。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、その検査装置は、CT(コンピュータ断層撮影)スキャナシステム、MRI(磁気共鳴イメージング)スキャナシステム、PET(陽電子放出断層撮影)スキャナシステム、SPECT(単光子放出コンピュータ断層撮影)スキャナシステム及び超音波イメージングシステムのいずれかである。
【００１８】
有利なことに、異なるイメージングシステムを用いることにより、対象物の異なる強調特性が決定されることができ、こうして、改善された鑑別診断をもたらすことができる。
【００１９】
更に、その検査装置は、本発明の別の例示的な実施形態によれば、注目対象物に電磁放射線を放出する電磁放射線源と、電磁放射線源と検出要素との間に配置されるコリメータとを有し、そのコリメータが、電磁放射線源により放出される電磁放射線ビームを平行化するよう構成される。
【００２０】
更に、本発明の別の例示的な実施形態によれば、電磁放射線源は、多色X線源であり、その電磁放射線源は、注目対象物のヘリカルパスに沿って移動し、そのビームはファンビームジオメトリを持つ。
【００２１】
多色X線は、高い光子束(high photon flux)を生成及び提供しやすいため、多色X線源の適用は、有利である。
【００２２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、注目対象物を検査する画像処理デバイスが与えられ、その画像処理デバイスは、注目対象物の画像データを格納するメモリと、注目対象物の強調特性の決定及びその強調特性の基準との比較を行い、結果として比較結果を生じさせる画像プロセッサとを有し、その強調特性は、注目対象物の境界までの距離の関数である。
【００２３】
有利なことに、これは、注目対象物の境界(又は中心)までの距離の関数としてその強調を示し、各注目対象物に対する強調曲線を決定する画像処理デバイスを提供することができ、結果として改善された鑑別診断を生じさせる。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、検査装置で注目対象物を検査する方法が開示され、その方法は、注目対象物の強調特性を決定するステップと、その強調特性を基準と比較し、結果として比較結果を生じさせるステップとを有し、その強調特性は、注目対象物の境界までの距離の関数である。
【００２５】
本発明は、注目対象物の検査に関するコンピュータ可読媒体及び、そのコンピュータ可読媒体に格納されたプログラム要素にも関する。そのプログラム要素は、プロセッサにより実行されるとき、注目対象物の強調特性を決定するステップと、その強調特性を基準と比較し、結果として比較結果を生じさせるステップとを実行するよう構成される。そのプログラム要素は、例えば、CSCTスキャナシステムの一部とすることができる。本発明の例示的な実施形態によるプログラム要素は、好ましくは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされることができる。従って、そのデータプロセッサは、本発明の方法の例示的な実施形態を実行するよう構成されることができる。そのコンピュータプログラムは、例えばC++といったいずれかの適切なプログラム言語で書かれ、例えばCD-ROMといったコンピュータ可読媒体に格納されることができる。また、そのコンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワークから利用可能であってもよく、そこから画像処理ユニット若しくはプロセッサ、又は適切なコンピュータにダウンロードされることができる。
【００２６】
本発明の側面は、結節の中心(単一のボクセル)を開始点として用いて、結節の境界までの(結節の)ボクセルのグループの距離の関数として、肺結節の強調特性が決定される点にある。これは、改善された鑑別診断を提供することができる。なぜなら、本発明の側面によれば、結節の中心が、高い精度で決定されることができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のこれら及び他の側面が、以下の実施形態より明らかとなり、及びその実施形態を参照して詳細に説明されることになる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態が、以下、図面を参照して説明されることになる。
【００２９】
図面における説明は概略的なものである。異なる図面において、類似又は同一の要素が、同じ参照番号を用いて与えられる。
【００３０】
例示的な実施形態を参照して、本発明は、悪性又は炎症を起こした結節を発見する医療イメージングにおける用途に関して説明が行われることになる。しかしながら、本発明は、医療イメージングの分野への適用に限定されず、荷物検査、物質検査及び物質科学といった用途においても使用されることができることに留意されたい。
【００３１】
図１に表されるスキャナは、ファンビームCSCTスキャナである。図１に表されるCSCTスキャナは、回転軸２の周りで回転可能なガントリ１を有する。ガントリ１は、モータ３を用いて駆動される。参照番号４は、X線源といった放射線源を表す。それは、本発明の側面によれば、多色放射線ビームを放出する。
【００３２】
参照番号５は、放射線源４から放出される放射線ビームを放射線ビーム６へと変形させるアパーチャシステムを表す。放射線ビーム６を放出した後、そのビームは、対象物領域に配置されることになる対象物７に衝突するプライマリ・ファンビーム４１を形成するよう、スリットコリメータ３１を通ってガイドされることができる。
【００３３】
ファンビーム４１は、ここでは、そのビームがガントリ１の中心、つまりCSCTスキャナの検査領域に配置される対象物７を貫通し、かつ検出器８に衝突するよう方向付けされる。図１から分かる通り、検出器８は、放射線源４の反対側のガントリ１に配置される。その結果、検出器８の表面は、ファンビーム４１で覆われる。図１に表される検出器８は、複数の検出器要素を有する。
【００３４】
注目対象物７のスキャンの間、放射線源４、アパーチャシステム５及び検出器８は、ガントリ１に沿って矢印２６で示される方向に回転される。放射線源４、アパーチャシステム及び検出器８を伴うガントリ１の回転のため、決定ユニット１８に接続されるモータ制御ユニット１７にモータ３が接続される。
【００３５】
スキャンの間、放射線検出器８は、所定の時間間隔でサンプリングされる。放射線検出器８から読み出されるサンプリング結果は、電気信号、つまり、放射線強度を表すよう処理されたものであり、以下投影と呼ばれることができる。従って、注目対象物の全体スキャンの全体のデータセットは、複数の投影からなり、そこでは、投影の数が放射線検出器８がサンプリングされる時間間隔に対応するようになっている。複数の投影はまとめて、ボリュメトリックデータとも呼ばれることができる。更に、そのボリュメトリックデータは、心電図データを有することもできる。
【００３６】
図１において、注目対象物はコンベヤベルト１９上に配置される。注目対象物７のスキャンの間、ガントリ１が患者７の周りを回転し、コンベヤベルト１９は、ガントリ１の回転軸２に平行な方向に沿って注目対象物７を表示する。これにより、注目対象物７はヘリカルスキャン・パスに沿ってスキャンされる。コンベヤベルト１９は、スキャンの間停止することもできる。コンベヤベルト１９を与える代わりに、例えば、注目対象物７が患者であるような医療用途においては、移動式テーブルが使用されることができる。しかしながら、上述されたすべての場合において、サーキュラスキャン(circular scan)を行うことも可能であることに留意されたい。サーキュラスキャンでは、回転軸２に平行な方向での変位はなく、回転軸２の周りでのガントリ１の回転のみが存在する。
【００３７】
検出器８は、決定ユニット１８に接続される。決定ユニット１８は、検出結果、即ち検出器８の検出器要素からの読み出し結果を受信し、その読み出し結果に基づき、スキャニング結果を決定する。検出器８の検出器要素は、注目対象物７によりファンビーム６にもたらされる減衰、又は、エネルギーを内部に持った状態で若しくは特定のエネルギー間隔で注目対象物７の対象物ポイントからコヒーレントに散乱されるX線のエネルギー及び強度を測定するよう構成されることもできる。更に、決定ユニット１８は、ガントリ１の動きをモータ３及び２０又はコンベヤベルト(図１にて図示省略)と調整するためモータ制御ユニット１７と通信する。
【００３８】
決定ユニット１８は、検出器８の読み出し結果から画像を再構成するよう構成されることができる。決定ユニット１８により生成された画像は、ディスプレイ１１に出力されることができる。
【００３９】
画像処理デバイスにより実現されることができる決定ユニット１８は、注目対象物７の強調特性を決定すること、及びその強調特性を基準と比較し、比較結果を生じさせることを実行するよう構成されることもできる。その強調特性は、注目対象物７の中心までの距離の関数となる。更に、画像処理デバイスは、注目対象物の画像データの多次元セグメント化を行うよう更に構成されることができる。注目対象物の強調特性は、そのセグメント化に基づき決定される。
【００４０】
更に、図１から分かるように、決定ユニット１８は、例えばアラームを自動的に出力するためにラウドスピーカに接続されることができる。
【００４１】
図２は、有効直径の関数として結節の例示的な強調スキャンを示す。図２に表される曲線は、時間における異なる点で取られたものである。ネイティブ曲線(native curve)である第１の曲線２０３は、造影剤の適用前の未強調スキャンを反映したものである。第２の曲線２０４は、造影剤の適用後の60秒で取得されたデータを表し、第３の曲線２０５は、適用後の120秒で取得されたデータを表す。第４の曲線２０６は、造影剤の適用後の180秒で取得されたデータを表し、第５の曲線２０７は、造影剤の適用後の240秒で取得されたデータを表す。
【００４２】
水平軸２０１は、結節の有効直径を表す。有効直径により、ボリューム均等直径、つまり理想的な球面の直径が同じボリュームを持つことを意味する。垂直軸２０２は、結節の境界までの距離の関数として平均ハウンスフィールド(Hounsfield)値を表す。各結節及び時間点に対して、平均ハウンスフィールド値は最初に、結節境界に対して最も遠いボクセル(結節に対する中心)に対して計算され、次に、連続的にその境界までの距離が短くされ、より多くのボクセルが考慮されることになる。こうして、累積的な中心周縁(core-to-rim)ボクセルの関数、つまり累積ボリュームの関数として平均ハウンスフィールド曲線が生み出される。
【００４３】
若干異なる結節外形を生み出す場合があり、異なるボクセルスペーシングを持つことができる、ネイティブと造影剤使用スキャン(contrasted scan)との間の比較を可能にするために、平均ハウンスフィールド曲線が、(最内側から最外側ボクセルまでの)累積ボリュームの関数として、又は有効直径の関数として与えられる。
【００４４】
個別の平均ハウンスフィールド値が決定されるボクセルは、それらがすべて結節境界から同じ距離を持つため、結節の中心の周りの同心円(又は３次元の場合球面)に配置されることができないことに留意されたい。代わりに、これらのボクセルは、境界表面に平行な層に存在する。従って、個別の平均ハウンスフィールド値が決定される結節は、結節の外側形状を映す表面上に存在することができる。特定の平均ハウンスフィールド値を計算した後、次の層のボクセル(つまり、結節境界に向かって中心から更にワンステップのところにあるボクセルのグループ)が特定され、その個別の平均ハウンスフィールド値が決定される。この処理を繰り返すことにより、図２に表される平均ハウンスフィールド曲線が生み出される。
【００４５】
図３の曲線３０３〜３０７は、図２のスキャン２０３〜２０７と、ネイティブ曲線２０３との違いを示す。図３から分かるように、図３に表される差分曲線は、結節の外側部分での強調を示す。(図２の)未強調スキャン２０３の結節画像データにより減算される造影剤の適用後240秒で取得された結節画像データを表す曲線３０７は、(15ハウンスフィールド単位より大きい)明らかな強調を示し、従って悪性結節を表すものと考えられる。
【００４６】
その方法は、患者に対する造影剤の投与を伴うステップＳ１で開始する。ステップＳ２では、CTスキャンが始まり、画像データが取得される。注目対象物の画像データの取得後、結節の３次元セグメント化がステップＳ３で行われる。異なる時間点でのCTスキャンのそれぞれに対して、教師なしのコンピュータ手段により結節は３次元的にセグメント化される。その後、ステップＳ４で、データボリューム又はボリュメトリックデータが、アイソトロピック・レゾリューションに補間される。これは、画像データの標準化をもたらすことができる。本発明の側面によれば、セグメント化は、-400ハウンスフィールド単位を超える結節組織を含むことができる。
【００４７】
そして、ステップＳ５において、必要なら肺壁組織が形態学的に除去される。ステップＳ６において、付着する血管が、最も薄い接続で形態学的に切り離される。従って、結節が周りの組織から完全に孤立され、これ以降解析されることができる。
【００４８】
次のステップ(Ｓ７)において、結節の中心が、距離変換手順に基づき決定される。結節の中心は、強調特性決定の開始点として使用される。各結節及び時間点に対して、平均ハウンスフィールド値が最初に結節境界から最も遠いボクセル(結節に対する中心)に対して計算され、次に、境界までの距離が連続的に短くされ、より多くのボクセルが考慮されることになる。こうして、累積的な中心周縁ボクセルの関数として平均ハウンスフィールド曲線が生み出される(ステップＳ８)。
【００４９】
異なる結節外形を生み出す場合があり、異なるボクセルスペーシングを持つことができる、ネイティブと造影剤使用スキャンとの間の比較を可能にするために、平均ハウンスフィールド曲線が、(最内側から最外側ボクセルまでの)累積ボリュームの関数として決定される。その後、造影剤使用スキャンに対するこれらの曲線が、未強調スキャンの個別の曲線と比較される。つまり、ステップＳ９では、未強調スキャンの曲線が、造影剤使用曲線から引かれる。これは、ステップＳ１０で所定の閾値基準と比較される比較結果を生み出す。曲線全体又は曲線の一部で強調曲線がかなりの強調を示す場合、例えば、15ハウンスフィールド単位を超える場合、その結節は、可能性として悪性又は炎症を起こしていると考えられる。その方法は、ステップＳ１１へと続き、例えば、ユーザに通知するか、アラームがトリガーされる。他方、(15ハウンスフィールド単位の)閾値基準が満たされない場合には、その結節は良性と考えられ、その場合、その方法はステップＳ１２で終了する。
【００５０】
閾値基準はユーザによりプリセットされても、感度の所望レベルに基づき自動的にセットされてもよいことに留意されたい。
【００５１】
図５は、本発明による方法の例示的な実施形態を実行する、本発明による画像処理デバイスの例示的な実施形態を示す。図５に表される画像処理デバイスは、注目対象物を表す画像を格納するメモリ１５２に接続される中央処理ユニット(CPU)画像プロセッサ１５１を有する。そのデータプロセッサ１５１は、複数の入力／出力ネットワーク又はCSCT装置といった診断デバイスに接続されることができる。そのデータプロセッサは更に、例えばコンピュータモニタといった、画像プロセッサ１５１で計算又は適合される情報又は画像を表示する表示デバイス１５４に接続されることができる。操作者又はユーザは、図５において図示省略されたキーボード１５５及び／又は他の出力デバイスを介して、画像プロセッサ１５１と対話することが出来る。
【００５２】
更に、バスシステム１５３を介して、画像処理及び制御プロセッサ１５１を、例えば、注目対象物の動きを監視するモーションモニタへ接続することも可能である。例えば、患者の肺が画像化される場合、モーションセンサは、呼気センサとすることができる。心臓が画像化される場合、モーションセンサは、心電図とすることができる。
【００５３】
本発明による注目対象物の検査は、結果として、動的CTスキャナシステム、又はMRI(磁気共鳴イメージング)スキャナシステム、PET(陽電子放出断層撮影)スキャナシステム、SPECT(単光子放出コンピュータ断層撮影)スキャナシステム又は超音波イメージングシステムといった他のスキャナシステムによる肺結節のスキャン結果が偽の負(false negative)となることを削減させるコントラスト強調の視覚化を可能にすることができる。従って、悪性及び良性病巣間での異なる診断に対する診断ツールが提供されることができる。
【００５４】
本発明の例示的な実施形態は、CTスキャナ端末、イメージングワークステーション(拡張されたbrilliance workspace、view forum)及びPACSワークステーションへのソフトウェアオプションとして販売されることができる。
【００５５】
単語「comprising(有する)」は、他の構成要素又はステップを排除するものではないこと、単語「a」又は「an」は、複数性を排除するものではないこと、及び単一のプロセッサ又はシステムが請求項に記載される幾つかの手段又はユニットの機能を実現することができることに留意されたい。また、異なる実施形態に関連付けられて説明される要素が結合されることもできる。
【００５６】
請求項におけるいずれかの参照記号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきものではないことにも留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明によるCSCTスキャナの実施形態の簡略化された概略表現を示す図である。
【図２】有効直径の関数として結節の例示的な強調スキャンを示す図である。
【図３】図２の例示的な強調スキャンと未強調スキャンとの違いを示す図である。
【図４】本発明による検査装置で注目対象物を検査する方法の例示的な実施形態のフローチャートを示すである。
【図５】本発明による方法の例示的な実施形態を実行するための、本発明による画像処理デバイスの例示的な実施形態を示す図である。
【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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2008529639.tif 000009
2008529639.tif 000010
2008529639.tif 000011