(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理の方法であって、
管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るステップと、
媒体の仮想注入点を選択するステップと、
前記仮想注入点で開始する前記媒体の動的流れをシミュレーションするステップであって、該シミュレーションが流れ特性に基づいて発生され、前記媒体が前記管モデルの前記少なくとも１つの管を介して流れ、前記管ツリー内での前記媒体の動的な状態の変化が物理的数値的にシミュレーションされる、ステップと、
前記シミュレーションを使用して、少なくとも２つの動的画像を発生するステップと、
前記動的画像を表示するステップと、
を有し、
前記流れ特性が、前記管の狭窄部及び／又は隆起部、前記管の管壁特性、流体構造相互作用、前記注入された媒体の物質特性、流体力学、及び熱力学の少なくとも一つを反映する、
方法。
【請求項２】
前記画像処理が仮想血管造影のためのものであり、
前記管データ集合が血管造影データ集合であり、
前記動的画像が人工的動的血管造影画像である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記血管造影データ集合を用いて血管トポロジの自動的セグメント化及びモデル化を行うステップと、
前記仮想注入点に対して方向を定めるステップと、
を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記流れのシミュレーションを改善するための定量的流れ解析を行うステップを更に有する請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の方法であって、
前記管ツリーの複雑さを低減するために部分ツリーを視覚化するステップを更に有し、
該部分ツリーを視覚化するステップが、
ユーザによりユーザ定義関心部分ツリーを選択するステップと、
請求項１ないし４の何れか一項に記載の方法を再始動するステップと、
を有し、実際の仮想注入点が前の仮想注入点とは相違する方法。
【請求項６】
カラーが或る管の追加の特性を表すような異なるカラーマップを使用するステップを更に有する請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項７】
疑似接続血管を自動的に検出するステップを更に有する請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項８】
関心血管の遠方短縮及び重なりの少なくとも一方を最小化することにより前記動的流れのシミュレーションに対する最適な視角を計算するステップを更に有する請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項９】
画像処理のための装置であって、
プロセッサと、
ユーザインターフェースと、
を有し、
前記プロセッサは管データ集合を取り出すように構成され、
前記プロセッサは、更に、管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るように構成され、
前記ユーザインターフェースは媒体の仮想注入点及び該仮想注入点に対する方向のユーザ選択を読み込むように構成され、
前記プロセッサは、更に、前記ユーザにより定められた仮想注入点に従って媒体の動的流れをシミュレーションするように構成され、
シミュレーションは流れ特性に基づいて発生され、
前記媒体は前記管モデルの前記少なくとも１つの管を介して流れ、
前記シミュレーションにおいて、前記管ツリー内での前記媒体の動的な状態の変化が物理的数値的にシミュレーションされ、
前記プロセッサは、更に、前記シミュレーションを使用して、少なくとも２つの動的画像を発生すると共に、これら画像を表示するように構成され、
前記流れ特性が、前記管の狭窄部及び／又は隆起部、前記管の管壁特性、流体構造相互作用、前記注入された媒体の物質特性、流体力学、及び熱力学の少なくとも一つを反映する、
装置。
【請求項１０】
前記装置は画像化システムを更に有し、
前記画像化システムは少なくとも１つの管を持つ管ツリーを備えた管生体構造を評価するように構成され、
前記画像化システムは前記評価された管生体構造の情報を管データ集合に記憶するよう構成され、
前記画像化システムは流れデータ集合を評価及び記憶するように構成されている、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
汎用コンピュータ上で使用された場合に、該コンピュータに請求項１に記載の方法のステップを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ読み出し可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状の系を解析する分野に係り、更に特定すると、本発明は管系の画像処理のための方法、対応する装置及びソフトウェア要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療処置において、カテーテル又は他の異なる種類の装置が患者の動脈系等の管系に挿入され、人体内の目標位置へと案内される。この処置は、通常、例えばＣアーム型蛍光透視装置を用いた画像化案内の下で実施される。定期的に、手術中の医師はカテーテルの先端が何処に位置しているかを見るためにＸ線スナップ写真を撮るか、又は、困難な操作の場合、これら操作は連続的な蛍光透視画像化の下で医師により実行される。
【０００３】
Ｃアーム型Ｘ線画像化は、多くの血管介入治療（vascular intervention）にとっての選択方式である。神経血管又は肝臓血管処置等の応用例では、斯かる処置は、基となる血管構造の複雑さにより、しばしば、複雑なものとなる。時には小さく、曲がりくねり且つ病んだ血管の強い重なりにより、血管造影による解釈は非常に困難な作業であり得、異なる階層レベルから血管ツリー（vessel tree）を視覚化するために複数の造影剤注入を必要とする。この場合、造影剤は、例えばＸ線画像において内部人体構造の視覚化を改善するために使用される要素又は化合物である。
【０００４】
更に、連続的に低放射線量で適用されると共にナビゲーション及び監視のためのものである介入治療画像化と、診断及び治療判断を改善するために高線量を使用する診断的血管造影との間は、区別されねばならない。
【０００５】
現状技術の血管造影画像化は、二次元（２Ｄ）シーケンス及び／又は静止三次元（３Ｄ）再生に依存している。２Ｄ画像化は動的であり、これは、注入された造影剤ボーラス（塊）の流入及び分散を観察することができることを意味するが、正確な血管トポロジを解像することは時には不可能である。３Ｄ画像化は、血管ツリーを複数の透視画像から調査することができるので、上記制限の多くを克服する。しかしながら、再生像の静止的及び時には非選択的特性のために、血流力学的相互関係の評価は依然として困難な作業である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、管系を解析する高速且つ効率的な方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
この目的は、独立請求項のうちの１つによる主題により実現され得る。本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の実施例によれば、画像処理のための方法が提供され、該方法は、管データ集合（管データセット）から少なくとも１つの管を備える管ツリー（tube tree）の管モデルを得る（gather）ステップと、媒体の仮想注入点（virtual injection point）を選択するステップと、該仮想注入点で開始する上記媒体の動的流れをシミュレーションするステップとを有し、該シミュレーションは上記媒体が上記管モデルの上記少なくとも１つの管を介して流れる場合の流れ特性（flow characteristics）に基づいて発生される。該方法は、更に、上記シミュレーションを少なくとも２つの動的画像を発生するために使用するステップと、これら動的画像を表示するステップとを有する。
【０００９】
以下においては、第１の実施例による本方法の可能性のある更なるフィーチャ及び利点が詳細に説明される。
【００１０】
前記仮想注入点は、ユーザにより定められる仮想注入点とすることができる。従って、上記動的流れのシミュレーションは、斯かるユーザ定義仮想注入点で開始することができる。
【００１１】
管なる用語は、血管（vessel）、チャンネル、導管（duct）、パイプ、動脈、静脈、気管支又はリンパ管等の用語の意味で使用され及び理解されるものとすることができる。また、消化器系も管系及び管なる語句で記載することができる。異なる管の系を有する如何なる実際の系も、組み合わされたシミュレーション及び表示の本方法により調べることができる。更に、得る（gather）なる表現は、発生する、算出する、取り出す（retrieve）、取得する及び計算するなる表現の総合的意味を含む。更に、流れなる語句は、物体の液体的若しくは気体的流れ又は熱の流れも含み得る。更に、"仮想的流れ"は、当該方法を実際の注入状況から区別せんがために、シミュレーションされた媒体の流れを記述するための代替的表現であり得る。
【００１２】
斯様な方法は、特に例えば患者を治療するために使用される場合、例えば血管造影の過程において造影剤及びＸ線暴露の量を低減することができると信じられる。このことは患者にとり全般的な利点となり得る。何故なら、より少ない造影剤は、患者に対するより少ないストレス及びより少ない副作用を意味するからである。臨床実務では、造影剤の使用を最小限にするよう試みられるものである。当該介在治療の成功のために必須であるならば、一層多くの量の造影剤が投与される。後に、毒性の造影剤の副作用を低減するために透析が実施される。
【００１３】
当該管系に実際に媒体を注入する必要性なしに管系を解析することは、本発明の該実施例の他の利点でもあり得る。
【００１４】
本発明の該態様は、診断を提供することに関するものでも、又は患者を治療することに関するものでもなく、複雑な管系を解析する技術的問題の解決に関するものである。
【００１５】
方法に関する本発明の全ての実施例は、前述したステップの順序で実行され得るものであるが、これが本発明のステップの唯一且つ必須の順序でなければならないものではない。方法ステップの全ての異なる順序及び組み合わせが説明される。
【００１６】
開始点として、管モデルを、良く知られたセグメント化（セグメンテーション）及びモデル化技術を用いて任意の次元（一、二、三又は四次元）のデータ集合から抽出することができる。このことは、例えば血管生体構造を算定又は測定することができると共に、測定された情報を後に血管データ集合に記憶することができることを意味する。この手順は、管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るなる語句を説明し得るものである。
【００１７】
更に、流れのシミュレーションは、Java、Ｃ、Ｃ++、Mathlab、Labview、ＰＨＰ又はPerl等の異なるプログラム言語により部分的に又は完全に実現することができる。
【００１８】
媒体の仮想注入点を選択することにより、解析者は実際の注入器を使用することを強いられることがない。このことは、ユーザが例えば視覚化デスクトップ上で、当該シミュレーションを開始したいと欲する領域を、マウスをクリックし、マークし又は任意の方法で座標を定義することにより選択することを意味する。該仮想注入点に対して方向を定義めることにより、ユーザは後の流れのシミュレーションの流れ方向を構成する。このことは、カテーテルを或る点に或る向きで配置する実際の状況に相当する。
【００１９】
仮想注入点の上記選択は、ユーザにより定められるものとすることができるか、又は自動的方法の一部とすることもでき、その場合、実際のカテーテルの位置は例えば介入治療蛍光透視等の何らかの画像化方式から抽出される。この手順は、カテーテル追跡と称される。
【００２０】
前記媒体の動的流れをシミュレーションすることは、該流れのシミュレーションが、当該管ツリー内での媒体の状態の計算され且つシミュレーションされた変化に依存することを意味する。従って、管ツリーの管モデルは自身のチャンネルを持つ所与の且つ一定の体積と見なされ、これらチャンネルを介しての媒体の仮想的流れに関する物理的数値的シミュレーションが実行される。更に、当該方法は、仮想的に注入された媒体のシミュレーションされる流れが、当該管系内で注入された媒体を移送する該媒体のペアレントフローに依存し且つ基づくようなステップを有する。このペアレントフローは、例えば、動脈内の血流又は気管支内の気流とすることができる。流れの該固有のシミュレーションは、異なる画像を一緒に貼り付けるだけの方法とは明らかに相違する。潅流画像がコンピュータトモグラフィの画像上に単に重ね合わされ、追加されているが依然として静的な流れのようなものとなり得る手順とは対照的に、本発明の該実施例は、伝搬する媒体の時間の進展につながる。言い換えると、シミュレーションを開始した場合、媒体の状態は動的に振る舞う。従って、流れは動的となる。
【００２１】
当該管モデルは、収縮された部分（狭窄）及び隆起状区域（動脈瘤）等の病変からなることもあり得る。更に、各モデル区域に対して、弾性係数等の当該管壁の固有の特性を割り当てることもできる。流れのシミュレーションを一層正確にするために、流体が固体構造と作用し合った場合に発生する、流体構造相互作用（ＦＳＩ）を考慮することができる。
【００２２】
言い換えると、各取得の後に人体構造的及び機能的画像データの表示を組み合わせる既知の視覚化とは対照的に、この画像処理方法は、実際の画像処理の前に、且つ、造影剤の使用及びＸ線暴露なしで、動的取得の予測を提供する。
【００２３】
本発明の他の実施例では、診断及び治療のための取得の間における高い造影剤及びＸ線負荷が、下記のようにして回避される。先ず第１に、シミュレーションは現在の画像構造及び設定で実行される。このステップは、医師が当該シミュレーションの結果により満足されるまで繰り返され得る。それまでは、実際の血管造影画像等の実データは取得されない。この結果、最初の試行で取得が成功し、最適でない取得を回避することができるという利点が得られる。
【００２４】
視覚化された流れの変化は、第１バージョンでは、生理学からの知識を用いて当該モデルの幾何学構造のみから抽出される流れ特性に基づくものである。例えば、この状況では、フローフラクションを使用することができる。また、流れのシミュレーションのための基礎として、注入された物質の物質特性及び注入器特性を使用することもできる。更に、当該管系を形成する物質の特性を使用することもできる。拡張例では、流れ推定のための複雑な方法を、関連するデータから流れパラメータを抽出して予測モデルを一層正確にするために使用することができる。また、当該シミュレーションを改善するために、流体力学又は熱力学の法則を使用することもできる。
【００２５】
更に、当該シミュレーションを実行及び改善するために、物質の注入体積又は注入される物質の注入パターン、拍動性及び流れ特性等の注入設定を使用することもできる。
【００２６】
当該伝搬する媒体の該シミュレーションされた時間の進展から例えば２つの画像を取り出し、これらの動的流れにリンクされた２つの動的画像を表示することにより、検査者には人工的画像シーケンスが提供される。この画像シーケンスは、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）装置のスクリーン、ＣＴ血管造影装置（ＣＴＡ）のスクリーン、磁気共鳴血管造影装置（ＭＲＡ）のスクリーン、回転Ｘ線装置のスクリーン、超音波装置（ＵＳ）のスクリーン又は画像化装置の何らかの他のスクリーン等のスクリーン上に表示される。それにも拘わらず、当該スクリーンはワークステーション又はＰＡＣＳシステムにリンクされた表示器とすることもできる。
【００２７】
言い換えると、本発明の該実施例は、管系又は関心構造を解析している人に、例えばカテーテル等の実際の注入装置を使用する必要性なしに、当該系の流れの動的相互関係を評価する可能性を提供する。良く知られた二次元動的シーケンス及び静止三次元再生とは対照的に、この画像処理は、任意の管系を介しての動的三次元流れ情報を提供することができる。この管系は、例えば検査する医師により、正確なトポロジ及び斯かるトポロジの血流力学的相互関係に関して解析することができる。
【００２８】
当該画像処理方法は、例えば、肺の生体構造の一部を経る気流をシミュレーションするために適用することができる。この場合、流れる媒体は空気であろう。消化器系を介してのボーラスの追跡も、他の代替的適用例である。
【００２９】
臨床実務では、注入（infusion）による媒体の投与は、良好に規定されたボーラスでもって実行される。従って、斯かる媒体のシミュレーションは、消化器系等の解析される構造を介してのボーラスの追跡を可能にする。
【００３０】
しかしながら、例えば石油又はガス等の媒体のパイプライン構造若しくは供給チャンネルに対して作業する人、又はエンジンのチャンネル内における燃料及び排気ガスの流れに関心のある機械技術者等の管系及び斯かる管系の流れ力学に関わる他の技術者も、当該画像処理方法の利益を受け得る。更に、別の応用分野における水及び汚水チャンネル系も、この画像処理方法により解析することができる。本発明の斯かる実施例においては、異なるタイプのデータベースが、当該管モデルを得るための管データ集合としてデータを供給するために使用され得る。例えば、建築会社の技術データベース、汚水系の公共管理のデータベース又は石油パイプライン等の管系を稼働させる会社のデータベースを、当該目的に使用することができる。
【００３１】
本発明のこれら実施例は、全て、先ずシミュレーションすると共にシミュレーションの間において画像化目的を最適化し、費用及び努力が嵩み得る実際の取得は、当該シミュレーションにより最適状態に到達するまで実行されないという可能性を有する。
【００３２】
本発明の他の実施例によれば、当該画像処理方法は仮想血管造影のためのものであり、その場合において、前記管データ集合は血管造影データ集合であり、前記動的画像は人工の動的血管造影画像である。
【００３３】
この仮想血管造影の利点は、容易化される血管造影の解釈、従って容易化される診断及び治療計画、一層高いワークフロー効率、並びにより少ない造影剤及びより少ないＸ線情報取得（従ってＸ線暴露）であり得る。
【００３４】
本方法を血管造影の分野に適用する場合、ユーザは、先ず第１に血管造影又は脈管構造のデータ取得を三次元で実行するであろう。これは、例えばＭＲ、ＣＴ、回転Ｘ線又はＵＳ等の画像化システムにより実行することができる。言い換えると、この目的のためには、如何なる患者固有の画像を使用することもできる。後続の処理は、上記三次元血管造影データを用いた血管トポロジのセグメンテーション及びモデル化を含むことができ、他の例として、血管モデルは対応するデータベースから得ることもできる。更に、血管モデルを構築するために、アトラスからデータを抽出することもできる。更に、抽出された血管ツリー幾何学構造に従って及び生理学又は物理学から既知の規則に従って流れ特性を割り当てることも、本発明の可能性のあるステップである。当該流れのシミュレーションをユーザにより指定された仮想注入点に従って開始した後は、ハーゲン・ポアズィユの法則に従うか、又は一層網羅的な計算による流体力学シミュレーションに依存するかの何れかである。次いで、該流れのシミュレーションが、上記仮想注入点から開始して示される。従って、該シミュレーションから発生される少なくとも２つの動的画像は人工的な動的血管造影画像となる。
【００３５】
言い換えると、当該シミュレーションから少なくとも２つの画像を取り出すことにより、試験している医師には、上記血管モデルを介して伝搬する媒体の計算された仮想的な時間の進展を示すような少なくとも２つの人工的血管造影画像が提供される。
【００３６】
一実施例による新たな仮想血管造影のフィーチャは、現在の観察ステーション（viewing station）に組み込むことができると共に、多くの血管応用分野に関して複雑な血管ツリーの画像解釈を容易化することができる。
【００３７】
上記実施例によるシステム及び方法は、"仮想血管造影"又は"血管プレビュー"と称される概念により血管造影解析に適用することができる。仮想血管造影は、血管ツリーは３Ｄで示され得る一方、視覚化は静的でないので、現在の二次元（２Ｄ）及び三次元（３Ｄ）画像化の利点を組み合わせることができる。事実、仮想の造影剤ボーラスは、３Ｄ血管ツリーの事前に発生されたモデルを介して伝搬されるであろう。前提条件として、例えば血管モデルは３Ｄ血管造影データ集合（例えば、ＭＲＡ、ＣＴＡ、ＣＴ、ＵＳ等による）から抽出することができる。ユーザにより定義された関心血管から開始して、例えば造影剤分散の専用モデルが当該血管幾何学構造を介して伝搬される。その結果は、医師に対して表示することが可能な人工の血管造影画像シーケンスを発生するために使用することができる。かくして、局部的及び全体的な血流力学に容易にアクセス可能となる。この流れのシミュレーション及び視覚化は、如何なる（仮想の）カテーテル位置からも再始動することができ、かくして、対応する部分ツリー（サブツリー）に更なる造影剤注入なしで容易にアクセスすることができるようになる。
【００３８】
他のオプションとしてのステップは、例えば当該血管モデルと事前に取得され且つラベル付けされた体積との間の位置合わせを用いて、該血管モデルをラベル付けするステップを有することができる。他の例として、当該体積は、定義により関心部分ツリーのルートである基準血管上でのマウスのクリックを介して対話的にラベル付けすることができる。標的薬剤供給にとり、上記関心部分ツリーは、目標治療領域に供給を行う血管ツリーである。当該血管ツリーの残りの部分には、"非標的"なる属性が割り当てられる。請求項にも記載されたように、如何なる他の属性を割り当てることもできる。
【００３９】
他の実施例によれば、上記"仮想血管造影"の概念に下記のようなステップ又は手順を追加することができる。即ち、３Ｄ血管モデルを血管造影流れシーケンス（例えば、三次元デジタル回転血管造影（３ＤＲＡ）及び二次元デジタル減算血管造影（２Ｄ ＤＳＡ））にマッピングする、上記血管造影２Ｄ流れシーケンスから流れ情報を抽出する、この抽出された流れ情報により３Ｄ流れシミュレーションを調整して、一層個性化された流れシミュレーションがなされるようにする等のステップである。
【００４０】
更に、前記媒体は、異なる流れ特性及び物質特性を持つ放射性物質、微小球体（microspheres）、薬剤、油、血液、造影剤等の液体及び／又は固体の種々の若しくは異なる混合物であり得る。
【００４１】
管モデルを得るステップは別として、本発明の上記及び他の実施例のステップは、潜在的な患者との相互作用を必ずしも必要としないことに注意すべきである。
【００４２】
本発明の他の態様によれば、当該画像処理の方法は、血管造影データ集合を使用して血管トポロジを自動的に分割（セグメント化）及びモデル化するステップと、仮想注入点に対して方向を定めるステップとを更に有する。
【００４３】
本発明の他の態様によれば、流れのシミュレーションを改善するために定量的流れ解析を実行するステップが更に含まれる。
【００４４】
後の流れを伴う実際の注入の場合、この実際の流れは定量的に解析することができ、これは、時間単位当たりに流れる媒体を決定することができることを意味する。流速、圧力又は流れの密度等の更なるパラメータを取得することができる。これらの取得されたデータは、ユーザが後続のシミュレーションを改善するのを可能にし得る。
【００４５】
本発明の他の態様によれば、当該方法は管ツリーの複雑さを低減するために部分ツリーの視覚化を更に有することができ、その場合において、該部分ツリーの視覚化は、ユーザにより定義された関心部分ツリーを該ユーザにより選択するステップと、本発明の先の実施例のうちの１つの方法を再始動するステップとを有し、実際の仮想注入点は前の仮想注入点とは異なるものとすることができる。
【００４６】
このような部分ツリーの視覚化を設けることにより、本発明の該実施例は、調べている医師が当該構造のうちの興味のある特別な部分に焦点を合わせるのを可能にする。この場合、上記及び下記における部分ツリーは、常に、管の部分ツリーである。これは、特定の領域に焦点を合わせることにより当該流れのシミュレーションの分解能の増加を可能にする。従って、医師は関心の部分ツリーの指示を与え、媒体に対して第２の又は新たな仮想注入点を定めることができる。次いで、当該流れのシミュレーションが該仮想注入点に対して開始され、視覚化される。
【００４７】
第１バージョンにおいては、仮想血管造影は、生理学からの知識を用いて当該モデルの幾何学構造のみから抽出された流れ特性に基づくものである。拡張例では、流れ推定のための複雑な方法を、予測モデルを一層正確にさせるためにデータから流れパラメータを抽出するために使用することができる。該データは、例えば、リアルタイムデータ、アトラスからのデータ又は計算された流体力学に基づくデータとすることができる。新たな仮想注入点を定めることにより、ユーザは関心領域におけるシミュレーションを改良することができる。
【００４８】
本発明の該実施例において反対の方向のズーム動作、言い換えると表示ウインドウのズームアウト、を実現することもできることに注意すべきである。関心の画像区域又は部分ツリーが小さすぎるかもしれない場合、又は表示されたツリーモデルが過度に選択的な場合、ユーザは新たな仮想注入点を定め、当該管モデルの前になされたよりも広い区域を経て当該シミュレーションを再始動することができる。これは、ズームイン及びズームアウトの交互のシーケンスも有する。
【００４９】
更に、媒体の仮想注入点の選択及びユーザにより定義された関心部分ツリーの選択は、本発明の上記実施例によれば、常に実際の注入装置を使用せずに又は実際の注入装置を使用する必要性なしで実施することができることに注意することが重要である。
【００５０】
更に、ユーザにより定義された関心部分ツリーをユーザにより選択する前記ステップは、視覚化する表示器上の選択手段により、又は任意のワークステーションを使用することにより実行される。言い換えると、ＣＴの、ＣＴＡの、ＲＭＡの、回転若しくは介入治療Ｘ線装置の又はＵＳ装置のスクリーン、又は画像化システム若しくは計算機システムの何らかの他のスクリーン等のスクリーンの表面上でマウスをクリックし、マーキングし又は座標を定めることにより、ユーザは新たな仮想注入点を選択する。
【００５１】
本発明の他の実施例によれば、部分ツリーの視覚化は、関連する血管構造における遠方短縮（foreshortening）及び重なりに関して視角を最適化するような追加のフィーチャと組み合わせることができる。
【００５２】
本発明の他の実施例によれば、異なるカラーマップを使用するステップを含むことができ、その場合において、カラーは管の付加的な特性を表す。
【００５３】
異なるカラーは、例えば治療薬の標的供給のために、標的管ツリー及び非標的管ツリーにおける動的流れの間を区別する場合に有用であり得る。診断、治療判断又はサポートされる臓器領域に関して、検査する医師は、異なる特性の領域に割り当てることができるような、領域のカラーコード化された視覚化が提供されることを望むであろう。これは、本発明のユーザ利便性を増加させ得る。
【００５４】
更に、画像のオーバーレイの形での視覚化のオプションも可能である。
【００５５】
本発明の他の実施例によれば、疑似接続血管（kissing vessels）を自動的に検出するステップが含まれ得る。
【００５６】
言い換えると、疑似接続血管等の、画像データから抽出された血管ツリーの幾何学構造の曖昧さを自動的に検出することができる。
【００５７】
この場合、疑似接続血管は接合をなす少なくとも２つの血管の組み合わせであって、特定の視角からは明確に分離することができず、これら血管は実際には互いに接触しているか、又は如何なる接触もなしに互いに異なる高さで交差しているかである。
【００５８】
従って、疑似接続血管構造は、例えばZahlten他による"European Journal of Radiology 1995,19,96-100"から既知の方法を用いて、例えば半自動的方法で検出し、視覚化し、且つ、解像（分離）することができる。この方法によれば、領域成長の間において中心線ボクセルが訪れられる回数がカウントされて、抽出された血管ツリートポロジにおけるサイクルを検出する。他の例として、例えばボーラスの到達時間等の流れ情報を使用することもできる。疑似接続血管を解像するために、例えば前述した動的な流れ指向の視覚化等の異なる種類の視覚化を利用することができる。しかしながら、疑似接続血管を解像することが可能な異なる構造を単にカラーコード化された形態で示す静的視覚化も、本発明の該実施例に含まれる。
【００５９】
次いで、検出された曖昧な構造に対して可能性のあるような、異なる流れ構造の図が視覚化される。最もありそうな構造を選択するためのユーザインターフェースを設けることにより、半自動的方法を提供することができる。その後、目標血管ツリーにおける流れ、非目標血管ツリーにおける流れ、及び疑似接続血管等の曖昧さにより特定されないで残存した血管部分における流れの間を区別するために、好ましくは異なるカラーマップが使用される。一般的に言って、流れ情報の視覚化は、血管画像データ集合の不完全さを訂正し且つ向上させるために使用される。
【００６０】
本発明の他の実施例によれば、関心血管の重なり及び遠方短縮のうちの少なくとも一方を最小化することにより当該動的流れシミュレーションに対する最適視角を計算するステップが含まれ得る。
【００６１】
この点で、上記視角は、ユーザに対してシミュレーションが見せられる角度である。
【００６２】
時には複雑な内在する血管構造を解像するために、当該仮想血管造影又は血管造影プレビューは、当該動的流れシミュレーションの表示に対して、血管の可能性のある重なり又は遠方短縮が最小化されるような角度を計算する。
【００６３】
もし、２以上の血管が互いの一部を隠蔽すると思われるなら、ユーザは当該モデルの生体構造が実際にはどの様であるかを明確に識別することができないであろう。他の欠点は、不適切な視角が選択され、当該管モデルの多くの部分が該選択された透視により歪まされた場合に生じ得る。
【００６４】
後の実際の取得に対して、上記のような視角を選択することができる。
【００６５】
更に、画像処理のための装置が、本発明の他の実施例であり得、その場合、該装置は本発明の上述した実施例のうちの１つによる方法を実行するよう構成される。
【００６６】
本発明の他の実施例によれば、装置が提供され、該装置はプロセッサとユーザインターフェースとを有し、上記プロセッサは管データ集合を取り出すように構成されると共に、少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを管データ集合から得るように構成される。上記ユーザインターフェースは、媒体の仮想注入点及び該仮想注入点に対する方向のユーザによる選択を読み込むように構成される。上記プロセッサは、更に、媒体の動的流れを上記のユーザにより定義された仮想注入点に従ってシミュレーションするように構成され、シミュレーションは流れ特性に従って発生される。この場合、上記媒体は前記管モデルの前記少なくとも１つの管を介して流れる。上記プロセッサは、更に、該シミュレーションを使用して、少なくとも２つの動的画像を発生し、これら画像を表示するように構成される。
【００６７】
上記媒体の流れがシミュレーションされる（計算されることを意味する）ので、これは、この力学を上記管を介しての仮想的流れとして説明する代わりとなる。
【００６８】
この装置の実施例（中心的装置システムを表す）においては、前記仮想注入点を定めるために１つのみのユーザ対話が必要とされる。もっと多くのユーザ対話が、例えば関心部分ツリーを定め、注入されるべき材料を選択し又は例えば疑似接続血管等の幾何学構造の曖昧さを解像すべく当該システムを調整するために必要とされ得る。この場合、特定の場合に必要とされるユーザ対話の殆どは、当該装置のこの実施例に含まれる。更に、ユーザによる関心血管の選択は、前述したように該関心血管を視覚化表示器又は任意のスクリーン上で選択することにより実行される。
【００６９】
他の追加のステップは、前記仮想注入の方向の決定であり得る。
【００７０】
言い換えると、この装置は、例えば媒体の事前に定められた仮想注入点に対して管モデルを介して伝搬する該媒体の時間的進展を示す三次元データを提供するために、前述した実施例の画像処理の方法を実施するための全ての構成要素を設けることを可能とされる。
【００７１】
この装置を血管造影に適用する場合、検査する医師は、当該装置により、造影剤注入器と組み合わされたカテーテル等の実際の注入装置を使用する必要性なしに、血管構造を経る造影剤の流れモデルの予測を得ることが可能となる。これは、医療的又は血管造影試験により与えられる患者への身体的影響を低減することができる。更に、当該装置により可能性のある流れをシミュレーションすることにより、将来の造影剤注入が回避され得るので、潜在的費用が低減され得る。
【００７２】
ワークステーションは、前記画像データを、画像化システム又は如何なる種類の画像アーカイブ媒体からも入力することができる。前述した方法の態様は、斯かるデータを読み出し、血管造影情報を抽出し、３Ｄ血管モデルを生成し、及び血流をシミュレーションするためのソフトウェアとして実現することができる。斯かるソフトウェアの出力は、例えば、ユーザにより定められた仮想造影剤注入点に対する３Ｄ血管モデルを介しての血流を擬し且つ予測する仮想血管造影となり得る。該ワークステーションは、ユーザにより操作された視覚化及び血管造影解析を可能にするような対話装置に結合することができる。例えば、ユーザは前記ＶＩＰの決定を入力し、疑似接続血管構造等の曖昧な幾何学構造を解像及び／又は再追跡し、血管ツリーの視覚化のカメラ点を変更することができる。
【００７３】
本発明の他の実施例によれば、当該装置は更に画像化システムを有し、該画像化装置は少なくとも１つの管を持つ管ツリーを備える管生体構造を評価するように構成される。更に、該画像化システムは、斯かる評価された管生体構造の情報を管データ集合に記憶するように構成され、その場合において、該画像化システムは流れデータ集合を評価及び記憶するように構成される。
【００７４】
従って、該画像化システムは、例えば実際の潅流データ、即ち人の組織内の局部的血流を特徴付けるような動的二次元医療画像データを評価することができる。しかしながら、該画像化システムにより血管造影を実施することもできる。
【００７５】
更に、画像化システムを使用する代わりに、本発明の当該及び全ての他の実施例に遠隔ワークステーションを含めることもできることに注意されたい。更に、所要のデータは、異なる画像化システムから発生し得る。
【００７６】
該画像化システムは、例えば、ＣＴ、ＣＴＡ、ＭＲ、ＭＲＡ、回転若しくは介入治療Ｘ線装置、超音波装置、ＤＳＡ又は三次元回転血管造影装置（３ＤＲＡ）であり得る。
【００７７】
典型的には、造影剤の注入が必要とされるので、画像化システムは造影剤注入システムに結合することができる。
【００７８】
更に、動的流れ及び動的画像なる表現は、この流れと、新たな"疑似"動的画像を生成するために既に取得されている異なる画像が組み合わされ、一緒に貼り付けられ又は互いに単に重ねられる手順からの画像とを区別する意味で使用される。この手順とは対照的に、本発明の実施例の動的流れシミュレーション及び動的画像は、得られた管モデルを表し、該管モデルを介して媒体の流れが各固有の状況の特有の流れパラメータを計算することにより数値的にシミュレーションされる。これらの動的画像及びその動的流れシミュレーションは流れ特性に基づくもので、これら流れ特性は異なる手段により供給することができる。
【００７９】
本発明の更なる実施例によれば、コンピュータプログラム要素が提供され、該コンピュータプログラム要素は、汎用コンピュータ上で使用される場合、該コンピュータに上述した及び後述する実施例のうちの１つによる方法のステップを実行させるように構成される。
【００８０】
従って、このコンピュータプログラム要素は、本発明の一実施例の一部でもあり得る計算ユニットに記憶することができる。この計算ユニットは、上述した方法のステップを実行し又は斯かるステップの実行を誘導するように構成することができる。更に、上記計算ユニットは、前述した装置の構成部品を動作させるように構成することもできる。該計算ユニットは、自動的に動作し及び／又はユーザの指示を実行するように構成することができる。更に、該計算ユニットは、ユーザからの選択を要求して、該ユーザからの入力を処理することができる。
【００８１】
本発明の該実施例は、正に最初から本発明を使用するコンピュータプログラム及び更新により既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムの両方をカバーする。
【００８２】
更に、前記コンピュータプログラム要素は、前記方法及び装置で説明した仮想血管造影の手順を満足させるために必要な全てのステップを提供することができる。
【００８３】
本発明の更なる実施例によれば、コンピュータ読み取り可能な媒体が提供され、該コンピュータ読み取り可能な媒体は前述した又は後述するコンピュータプログラム要素を記憶している。
【００８４】
更に、本発明の他の実施例は、前述した実施例のうちの１つによる方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム要素をダウンロードするのを可能にする媒体であり得る。
【００８５】
流れのシミュレーションが管系に対して実行され、該シミュレーションが、例えば血管造影に適用された場合に、患者への造影剤の注入なしで仮想的血管造影を実行するのを可能にすることが、本発明の要旨であると見ることができる。
【００８６】
本発明の実施例の幾つかは異なる主題に関連して説明されることに注意すべきである。特に、幾つかの実施例は方法のタイプの請求項に関連して説明される一方、他の実施例は装置のタイプの請求項に関連して説明される。しかしながら、当業者であれば、前記及び後述の説明から、特に言及しない限り、或るタイプの主題に属するフィーチャの如何なる組み合わせに加えて、異なる主題に関連するフィーチャ間の如何なる組み合わせも本出願により開示されたと見なされることが分かるであろう。
【００８７】
本発明の上述した態様及び他の態様、フィーチャ及び利点も、以下に記載され、実施例を参照して説明される実施例から導出され得る。以下、本発明を、実施例を参照して更に詳細に説明するが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明の一実施例による画像処理の方法を概略表すフローチャートを示す。
【図１ａ】図１ａは、本発明の他の実施例による画像処理の方法を概略表すフローチャートを示す。
【図２】図２は、本発明の他の実施例による異なるシミュレーション画像を伴う管モデルの概要図を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施例により解像され得る疑似接続血管の状況を概略示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例による装置の概要図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施例による装置の例示的画像化システムの概要図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の他の実施例による装置の例示的画像化システムの他の概要図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の他の実施例による装置の他の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
図面において、幾つかの図の同様の又は関係のある構成要素には同様の符号が付されている。また、図は概要的なもので、完全に寸法通りではない。
【００９０】
図１は、本発明の一実施例による画像処理の可能性のある中心的方法を示し、この方法は下記のステップを有する。管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るステップＳ１。媒体の仮想注入点を選択するステップＳ２。該仮想注入点に対して方向を定めるステップＳ３。上記のユーザにより定められた仮想注入点で開始する上記媒体の動的流れをシミュレーションするステップＳ４。この場合、上記シミュレーションは流れ特性に基づいて行われ、上記媒体は該シミュレーションを使用して前記管モデルの前記少なくとも１つの管を介して流れ、少なくとも２つの動的画像を発生する（Ｓ５）と共に、これら動的画像を表示する（Ｓ６）。これにより、上記流れのシミュレーションは三次元視覚化となり得る。
【００９１】
図１ａは、本発明の一実施例による、フローチャートで表された画像処理方法のステップを示す。図１ａに示した実施例において、管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るステップＳ１により、続く流れシミュレーションのための基礎が生成される。この場合、上記得るなる用語は、管ツリーの管モデルの算出、計算、取り出し、取得及び発生を含み得る。更に、"管"なる用語は、血管、導管、パイプ、動脈又は静脈なる表現を含み得、このことは、血管データ集合から少なくとも１つの血管を持つ血管ツリーの血管モデルを得ることが可能であることを意味する。第２のステップとして、セグメンテーション及びモデル化技術を組み込むこともできる。従って、本方法により、血管造影データ集合を用いて血管トポロジの自動的セグメンテーション及びモデル化のステップＳ1aを実行することができる。
【００９２】
血管モデルが既に利用可能な場合、これは、典型的には、中心線、局部半径推定値及びツリートポロジを含み、該ツリートポロジは当該ツリーのグラフ、分岐における血管中心ボクセルのトポロジ的分類、血管ボクセル及び端点である。
【００９３】
従って、血管モデルが利用可能な場合、更なるセグメンテーション及び／又はモデル化は必要でない。
【００９４】
当該画像処理方法のユーザに便利な性能を増加させるために、関心血管の遠方短縮及び／又は重なりを最小化することにより当該動的流れシミュレーションに対する最適視角を計算する更なるステップＳ1bを実行することができる。媒体の仮想注入点を選択する第２のステップＳ２により、ユーザは観察中の血管構造の関心部分に焦点を合わせることが可能となる。該仮想注入点に対して方向を定めるステップＳ３により、ユーザは、後続のシミュレーションの方向を定め且つ宣言する。上記のユーザにより定められた仮想注入点で開始する当該媒体の動的流れをシミュレーションする（Ｓ４）ことにより、該画像処理方法は、追加の注入の供給及び可能性のあるＸ線暴露による患者の負担を回避する。この場合、動的流れのシミュレーションなる表現は、例えば既に取得された血管の画像及び伝搬する媒体の画像が単に互いに重ね合わされるか又は一緒に貼り合わせるだけの可能性のある別の技術に対する本方法のステップの相違を表すために使用されている。従って、動的流れをシミュレーションすることは、与えられた一定の管構造を介して数値的シミュレーションが計算されることを意味する。このことは、上記管モデルのデータは自身の管を持つ一定の体積と解釈することができ、伝搬する媒体のパラメータが時間の進展を生じさせているということを意味する。従って、当該シミュレーションは流れ特性に基づいて発生され、当該媒体は管モデルの少なくとも１つの管を介して仮想的に流れる。更に、当該シミュレーションは、少なくとも２つの動的画像を発生する（Ｓ５）ために使用され、該動的画像を表示するステップＳ６により後続される。従って、検査する医師には人工的な画像シーケンスを提供することができ、該画像シーケンスは上記媒体の仮想的流れの数値的シミュレーションの結果である。
【００９５】
更に、当該管ツリーの複雑さを低減させるための部分ツリー視覚化Ｓ７が、ここに記載する方法の更なるステップであり得る。この場合、該部分ツリー視覚化は、ユーザにより関心のあるユーザ定義部分ツリーを選択するステップＳ８を有し、該ステップにより当該ユーザは関心のある特別な領域に焦点を合わせることができる。このようにすることにより、ユーザは関心領域を改善された態様で解像する可能性を得ることができる。この選択は、ユーザにより、医師に対し管ツリーモデル及びシミュレーションが表示される表示器上でクリックする等のユーザ対話により実行することができる。この場合、ユーザは関心領域を選択するための快適な方法を得ることができる。
【００９６】
上記のことは、新たな関心領域を介しての可能性のある媒体の流れを動的にシミュレーションするための可能性を可能にし得る。前述した実施例のうちの１つの方法を、実際の仮想注入点が前の注入点とは相違し得る状態で再始動するという後続の方法ステップＳ９を、適用することもできる。これは、正に、ユーザが第１の画像処理方法を開始し、特別な関心領域に焦点を合わせた後に該領域において新たな仮想血管造影を開始するという収束的処理の説明である。しかしながら、例えば視角等の画像幾何学構造、造影剤の量及び他の収集パラメータも、この収束的処理の間に最適化又は決定することができる。
【００９７】
診断治療の判断及びサポートされる臓器領域に関して管の間を区別するために、ユーザは異なるカラーマップを使用することができる。従って、カラーが管の追加の特性を表すような異なるカラーマップを用いる（Ｓ１０）ことが、本発明の他の実施例の可能性のあるステップである。これが、図２にも示されている。
【００９８】
更なるステップは、疑似接続血管又は幾何学構造の曖昧さを自動的に検出するステップＳ１１であり得る。これらの構造は、当該血管モデルの不完全さであるので、このステップは、新たなモデルにおける斯様な不完全さを防止するために、管モデルを新たに得るステップ（Ｓ１）を開始させ得る。これは、幾つかの管の交差又は分岐を明確に解像することができず、確定されない血管トポロジの領域が検出される様な状況を示す。例えば、流れの情報を使用することにより、疑似接続血管を解像することができる。別々の可能性のある流れ構造をユーザに対して示すことが更なるステップで有り、その場合において、ユーザは、ユーザインターフェースを用いて、可能性のある疑似接続血管又は曖昧な構造から最もありそうな構造を選択する。
【００９９】
図２は、管ツリー８の管モデルの概要図であり、異なる仮想注入点９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄが示されている。これら注入点は、丸で表されている。各仮想注入点に対して、流れシミュレーションが計算される。ここで、各流れシミュレーションは、代表的画像又は画像シーケンス１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄにより視覚化される。
【０１００】
図３は、疑似接続血管構造と呼ばれる典型的な血管の曖昧さの概要図であり、第１の管１１及び第２の管１２は、この透視図では交差している。図３の右側の部分は、確定されない又は解像されない区域１３を示しており、この区域は本発明の実施例により検出及び解像されなければならない。このような画像におけるカラーにより、例えば、非目標血管、目標血管、当該疑似接続血管位置から遠くの不明確な姉妹血管（affiliations）を視覚化することができる。
【０１０１】
図３に示される３つの画像のうちの真ん中の部分は、左の画像で示される疑似接続血管の間違った解釈１７を示している。従って、上記右側の部分は、明るいグレイで示された当該管の２つの上部は識別され得ないか、又は黒及び暗いグレイで示された当該管の他の部分と関連付けることができないことを示している。
【０１０２】
図４は、本発明の一実施例による装置１の概略図を示す。該装置は、プロセッサ２、ユーザインターフェース３、画像化ユニット４及び計算ユニット５を有している。異なる構成要素は、異なる線により示される異なる接続部を介して一緒に結合されている。従って、本発明の一実施例としての該装置は、本発明の前記実施例による方法の各ステップを実行するために上記プロセッサ又は画像化ユニット等の幾つかの構成要素を制御することができる。従って、この装置１は、検査する医師に対し、血管造影解析の間において、患者に対し媒体を実際に注入することなしに三次元の動的画像を提供することができる。従って、仮想血管造影の既述した概念及び原理を、この装置により完全に処理することができる。
【０１０３】
図５及び５ａの両者は、上述し及び後述する仮想血管造影の状況において使用することができる画像化システムの一実施例を示している。
【０１０４】
図５ｂは、本発明の他の実施例を示す。計算ユニット５には、例えばソフトウェアをインストールすることができ、該ソフトウェアはコンピュータプログラム要素１５を含むことができ、該コンピュータプログラム要素は、汎用コンピュータ上で使用された場合に、該コンピュータに先に述べた画像処理の方法のステップを実行させるように構成されることを特徴とする。スクリーン６又はビデオシステム７は、前記管モデル又は動的流れシミュレーション等の本発明の実施例の表示要素をユーザに対して表示することができる。コンピュータ読み取り可能な媒体１６が、斯様なコンピュータプログラム要素１５を含むことができる。更に、画像化システム４の一実施例が示されている。
【０１０５】
開示された実施例の他の変形例は、請求項に記載された発明を実施する場合、当業者により添付図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し及び実施化することができる。請求項において、"有する"なる文言は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載される幾つかの品目又はステップの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアの一部として又は斯かる一部と共に提供される固体媒体等の適切な媒体により記憶し／分配することができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システム等の他の形態で分配することもできる。尚、請求項における如何なる符号も、請求の範囲を限定するものと見なしてはならない。
【符号の説明】
【０１０６】
１：装置
２：プロセッサ
３：ユーザインターフェース
４：画像化システム
５：計算ユニット
６：スクリーン
７：ビデオシステム
８：管モデル
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ：仮想注入点
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：各仮想注入点に対して計算された流れシミュレーション
１１：第１の管
１２：第２の管
１３：確定されない又は解像されない区域
１４：カラーマップ
１５：コンピュータプログラム要素
１６：コンピュータ読み取り可能な媒体
１７：疑似接続血管の間違った解釈
Ｓ１：管データ集合から少なくとも１つの管を持つ管ツリーの管モデルを得るステップ
Ｓ１ａ：血管造影データ集合を用いて血管トポロジを自動的にセグメント化及びモデル化するステップ
Ｓ１ｂ：関心血管の遠方短縮及び重なりの少なくとも一方を最小化することにより動的流れシミュレーションに対する最適視角を計算するステップ
Ｓ２：媒体の仮想注入点を選択するステップ
Ｓ３：仮想注入点に対して方向を定めるステップ
Ｓ４：ユーザ定義仮想注入点で開始する媒体の動的流れをシミュレーションするステップ
Ｓ５：シミュレーションを使用して、少なくとも２つの動的画像を発生させるステップ
Ｓ６：動的画像を表示するステップ
Ｓ７：管ツリーの複雑さを低減するために部分ツリーを視覚化するステップ
Ｓ８：ユーザにより、ユーザにより定められた部分ツリーを選択するステップ
Ｓ９：先の請求項の１つの方法を再始動するステップ
Ｓ１０：カラーが管の追加の特性を表すような異なるカラーマップを使用するステップ
Ｓ１１：疑似接続血管を自動的に検出するステップ
Ｓ１２：流れシミュレーションを改善するために定量的な流れ解析を実行するステップ
【図１】
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【図１ａ】
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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５ａ】
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【図５ｂ】
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