(57)【要約】  本発明に係る方法は、第１の体積画像データを取得することを含み、その画像データは１回目に収集され、第１の位置に存在する構造特性を有する関心領域を含む。本発明に係る方法はさらに、第２の体積画像データを取得することを含み、その画像データは２回目の異なる時に収集され、第２の異なる位置に存在する前記構造特性を有する前記関心領域を含む。本発明に係る方法はさらに、第１の体積画像データ内の少なくとも１つの構造特性が、第２の体積画像データ内の少なくとも１つの構造特性と合うよう、第１および第２の体積画像データを登録する、レジストレーション変換を決定することを含む。レジストレーション変換は、輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに少なくとも基づく。本発明に係る方法はさらに、レジストレーション変換を示す信号を生成することを含む。
2014500102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回目に収集され、対象者の関心領域を含む、第１の体積画像データを取得するステップであって、前記関心領域内の少なくとも１つの構造特性が、前記第１の体積画像データ内の第１の位置に存在する、ステップと；
２回目に収集され、前記対象者の前記関心領域を含む、第２の体積画像データを取得するステップであって、前記関心領域内の前記少なくとも１つの構造特性が、前記第２の体積画像データ内の第２の位置に存在し、
前記２回目は前記１回目の後であり、前記第１および第２の位置は異なる位置である、ステップと；
前記第１の体積画像データ内の前記少なくとも１つの構造特性が、前記第２の体積画像データ内の前記少なくとも１つの構造特性と合うよう、前記第１および第２の体積画像データを登録する、レジストレーション変換を決定するステップであって、前記レジストレーション変換は輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに少なくとも基づく、ステップと；
前記レジストレーション変換を示す信号を生成するステップと；
を含む方法。
【請求項２】
前記輪郭によりガイドされる変形に少なくとも基づく前記レジストレーション変換の決定が、前記第１の体積画像データに重ね合わせられる方向ガイド線に基づいて前記レジストレーション変換を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線に沿って延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線に対して平行な線に沿って延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記変形ベクトル場が、前記方向ガイド線に引き寄せられている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線から垂直に延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記方向ガイド線が曲線である、請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記方向ガイド線が直線である、請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記方向ガイド線が、前記第１の画像データに重ね合わせられる、ユーザによって描画される線である、請求項３〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記方向ガイド線が、関心のある標的体積および／または解剖学的構造を定義する輪郭の一部である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
関心のある前記標的体積が、放射線治療、化学療法、粒子治療、高密度焦点式超音波、アブレーション、干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、レーザー治療、またはこれらの組み合わせのうちの、少なくとも１つを通じて、治療されるべき腫瘍を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の体積画像データが階調レベル強度値を表すボクセルを含む方法であって、前記レジストレーション変換の決定が：
前記第１および第２の体積画像データ内の対応するボクセル間の強度値の差を決定するステップと；
前記第２の体積画像データの前記ボクセルについて強度勾配ベクトルを決定するステップと；
前記方向ガイド線に垂直である法線ベクトルを決定するステップと；
前記強度勾配ベクトルと前記法線ベクトルとの外積を決定するステップと；
前記強度勾配ベクトルの大きさの二乗を決定するステップと；
前記差の二乗を決定するステップと；
前記差と前記外積と前記法線ベクトルとの積を、前記大きさの二乗と前記差の二乗とで除して、変形ベクトル場を計算するステップであって、前記変形ベクトル場は前記レジストレーション変換を示す、ステップと；
を含む、請求項３〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、さらに：
前記変形ベクトル場を正規化するステップと；
前期変形ベクトル場を計算することと、前記変形ベクトル場を計算するよう規格化された前記差の二乗を利用することとに先立ち、前記差の二乗を規格化因子で規格化するステップと；
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３に記載のいずれかの方法であって、さらに：
輪郭生成ツールを有する対話式のグラフィカルユーザインタフェースを表すステップであって、前記対話式のグラフィカルユーザインタフェースが、ユーザによって定義された輪郭を示す入力と、前記輪郭を、前記輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに利用するための指示と、を受け取る、ステップ；
を含む方法。
【請求項１５】
２つの画像を登録する、レジストレーション変換を決定するプロセッサであって、前記レジストレーション変換が、前記２つの画像のボクセル強度値と、前記２つの画像のうちの１つについてのボクセル強度勾配値と、前記レジストレーションの方向を示すガイドベクトル値とに、少なくとも基づいて決定される、プロセッサ；
を有するシステム。
【請求項１６】
前記ガイドベクトル値は、輪郭に基づいて、前記輪郭に交差して実行される前記レジストレーションを定義する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ガイドベクトル値は、輪郭に基づいて、前記輪郭に沿って実行される前記レジストレーションを定義する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記レジストレーション変換が、前記画像の一方から前記画像の他方へ、関心のある体積の輪郭を伝播するために利用される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記レジストレーション変換が、前記２つの画像のボクセル強度値間の差と、前記ボクセル強度勾配値と、前記ガイドベクトル値と、の積に基づいて決定される、請求項１５〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
輪郭によりガイドされる変形画像レジストレーションに基づいて２つの画像を登録する、変形ベクトル場を決定するステップ；
を有する方法。
【請求項２１】
前記第１の画像が、１回目に収集され、第１の位置にある関心のある構造と、関心のある前記構造を識別する少なくとも１つの図式的な輪郭と、を含み、前記第２の画像が、２回目の異なる時に収集され、第２の異なる位置にある関心のある前記構造を含む、方法であって、さらに：
前記第１の画像の少なくとも１つの図式的な輪郭を、前記第２の画像に伝播するため、変換ベクトル場を利用するステップであって、少なくとも一つの前記輪郭が前記第２の画像内の関心のある前記構造を識別する、ステップ；
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの前記図式的な輪郭が、ユーザによってグラフィカルユーザインタフェースを通じて生成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の画像が治療計画画像であり、前記第２の画像がフォローアップ画像である、請求項１９〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の画像が治療中に収集される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記治療処置が、放射線治療、化学療法、粒子治療、高密度焦点式超音波、アブレーション、干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、レーザー治療、またはこれらの組みあわせのうちの、少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ベクトルが、前記第１の画像に重ねられた方向ガイド線に基づき、前記ガイド線に沿ってまたは交差して延びる、請求項１９〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記方向ガイド線が、前記第１の画像データに重ねられる、ユーザによって描画される線である、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記事項は、一般に、画像処理に関し、さらに特に、輪郭によりガイドされる変形画像レジストレーションに関する事項であって、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）向けの特定のアプリケーションや放射線療法治療計画とともに、説明される。しかしながら下記事項は、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）および陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）などのような他の画像診断法、および／または、そのアプリケーションにも適しており、かつ、焦点式超音波、干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、またはレーザー治療などの、他の治療法にも適している。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療計画とは、電離放射線を通じて腫瘍を治療するための、放射線治療の治療計画を作成する手続きである。治療計画のため、対象者はスキャンされ、結果として得られる体積画像データは、画像データの関心領域（ＲＯＩ）に分割または輪郭づけされ、腫瘍または標的体積についての治療計画を作成するための、最初の基準または計画画像データとして利用される。放射線治療においては、規定の放射線量が分割された方法で送られる。その放射線量は複数回の治療を通じて、分割されて与えられ、その治療は数週間に及んでよい。あいにく、日々の生理学的変化（例えば、器官の充填、体重の減少など）は、治療過程において腫瘍体積および周辺の解剖学的構造を、動かしたり変形させたりしうる。そのため、最初の計画に従い続けると、実際に受ける線量分布が、計画された線量分布とは異なるという結果になる可能性がある。同様の変更は、例えば干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、またはレーザー治療などのように、治療の過程において位置が変化しうる特定の組織部位にエネルギーを向ける、いかなる計画においても必要とされる。
【０００３】
結果的に、最初の計画は、治療セッション時（治療中）に収集される画像データなどの、後から収集される画像データに基づいて、標的体積および周辺の解剖学的構造の、新しい位置や形にマッチするように、適応されるべきである。あいにく、そのような適応のための再計画に従事する作業は、患者の最新の画像データから、関心組織部位および解剖学的構造に輪郭をつけたり分割したりすることを伴うため、複雑であり時間を消費する。代替的な方法として、変形レジストレーションが、最初の画像データと最新の画像データとの間の、ボクセルからボクセルへのマッピングまたは変換を推定するために利用される。一般に、こうした画像レジストレーションとは、一方の画像に、他方とマッチするように変換を適用することによって、異なる画像内の特性を合わせる処理である。その変換は、最初の画像データの輪郭を、最新の画像データの輪郭に伝播するために利用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたレジストレーションの1つとして、デーモン変形画像レジストレーション（Ｄｅｍｏｎｓ  ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）があり、Ｔｈｉｒｉｏｎ，Ｊ．Ｐ．の「拡散法的な画像マッチング：マクスウェルのデーモンを用いた類推」に記述されている（“Ｉｍａｇｅ  ｍａｔｃｈｉｎｇ  ａｓ  ａ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ：  ａｎ  Ａｎａｌｏｇｙ  ｗｉｔｈ  Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ  ｄｅｍｏｎｓ”，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，１９８８，ｖｏｌｕｍｅ  ２，ｎｕｍｂｅｒ  ３，ｐｐ．２４３〜２６０）。一般に、デーモン変形画像レジストレーションは、入力として２つの画像をとり、一方の画像のボクセルに、他方の画像と合わせることができるよう、適用されるべき変換を示す、変位または変形ベクトル場（ＤＶＦ）を生成する。デーモン変形画像レジストレーションは、強度（すなわち階調レベル）に基づいたレジストレーションである。このレジストレーションにおいて、ＤＶＦが、オプティカル・フローに基づいて、反復処理を通じて、ローカルの画像情報のみから、画像強度の勾配を上るか下るかのいずれかに上り下りするマッチング処理を利用して、最大傾斜の方向に、可能な限り速く階調レベルにマッチする方法で、計算される。残念ながら、画像勾配だけで変形処理をガイドすると、デーモン変形画像レジストレーションのように、ボクセルの斜め方向の動きが制御されない。最大傾斜の方向は、組織部位が実際に動く方向でない可能性があり、安定せずに変化する可能性がある。（最大傾斜の方向は、計算上で近似された合成の導関数である勾配を推定するという煩雑な処理によって計算されるため）。これは滑らかさの欠如につながる可能性があり、故に、変形した画像の幾何学的な不連続性と伝播された輪郭の凹凸とにつながる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、上述された課題およびその他に対処する。
【０００６】
一態様によると、本発明に係る方法は、第１の体積画像データを取得することを含み、その画像データは１回目に収集され、対象者の関心領域を含むものであって、関心領域内の少なくとも１つの構造特性が、第１の体積画像データ内の第１の位置に存在する。本発明に係る方法はさらに、第２の体積画像データを取得することを含み、その画像データは２回目に収集され、前記対象者の前記関心領域を含むものであって、関心領域内の少なくとも１つの構造特性が、第２の体積画像データ内の第２の位置に存在する。２回目は１回目の後であって、第１の位置と第２の位置は異なる位置である。本発明に係る方法はさらに、第１の体積画像データ内の少なくとも１つの構造特性が、第２の体積画像データ内の少なくとも１つの構造特性と合うよう、第１および第２の体積画像データを登録する、レジストレーション変換を決定することを含む。このレジストレーション変換は、輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに少なくとも基づく。本発明に係る方法はさらに、レジストレーション変換を示す信号を生成することを含む。
【０００７】
また別の態様によると、本発明に係るシステムは、２つの画像を登録する、レジストレーション変換を決定するプロセッサを含むものであって、レジストレーション変換は、２つの画像のボクセル強度値と、２つの画像のうちの１つについてのボクセル強度勾配値と、レジストレーションの方向を示すガイドベクトル値とに、少なくとも基づいて決定される。
【０００８】
また別の態様によると、本発明に係る方法は、輪郭によりガイドされる変形画像レジストレーションに基づいて２つの画像を登録する、変形ベクトル場を決定することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明は、種々のコンポーネントおよびコンポーネントの配置、ならびに種々のステップおよびステップの配置において、具体化されてよい。図面はより好ましい実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものと見なされるべきではない。
【図１】治療計画システムと、治療装置と、画像データレジストレーションコンポーネントとに関連している、撮像システムを概略的に説明する。
【図２】セットになる画像データ間で輪郭を伝播するための、従来技術の方法を説明する。
【図３】画像データレジストレーションコンポーネントの例を概略的に説明する。
【図４】輪郭が、セットになる画像データ間で、レジストレーション方向ガイド線に交差して伝播される方法の例を説明する。
【図５】輪郭が、セットになる画像データ間で、レジストレーション方向ガイド線に沿って伝播される方法の例を説明する。
【図６】変形ベクトル場を決定する方法の例を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ１００などの、撮像システムを概略的に説明する。スキャナすなわち撮像システム１００は、固定ガントリ１０２と、固定ガントリ１０２によって回転自在に支持されている、回転ガントリ１０４とを有する。回転ガントリ１０４は、検査領域１０６の周囲を、長手またはＺ軸１０８を軸として、１回以上のデータ収集サイクル対して１回以上、回転する。例えば診察用寝台などの、患者支持器１１０が、検査領域１０６内の患者を支える。
【００１１】
例えばＸ線管などの、放射線源１１２が、検査領域１０６の周囲の回転ガントリ１０４によって支持され、回転ガントリ１０４とともに回転している。放射線源１１２は、一般に、ファン型、くさび型、またはコーン型の、検査領域１０６を横切る放射線ビームを生成するため、線源コリメータによって集束された放射線を放つ。放射線高精度検出器配列１１４は、検査領域１０６を横切る放射線をそれぞれ検出する、１次元または２次元の画素検出器の配列を有し、検出された放射線を示す電気信号（例えば電流または電圧）を生成する。
【００１２】
再構成部１１８は、投影データを再構成し、検査領域１０６を示す体積画像データを生成する。汎用目的のコンピュータシステムが、オペレータのコンソール１２０の役割を果たし、ディスプレイなどの出力装置と、キーボード、マウス、および／または相当するような入力装置とを有する。コンソール１２０は、コンピュータ読み取り可能ストレージ媒体上にエンコードされた、および／または、信号、搬送波、または同等のものによって配信された、１つ以上のコンピュータ読み取り可能命令を実行する、１つ以上のプロセッサを有する。一例として、前記の実行命令は、ユーザが、システム１００の動作を制御することを可能にする。
【００１３】
図示されている撮像システム１００は、治療計画システム１２２と、治療装置１２４とに接続して示されている。治療計画システム１２２は、治療への治療反応をシミュレートすること、および／または、撮像システム１００からの画像データに基づいて、治療装置１２４での治療計画を生成することに、利用されてよい。追加的にまたは代替的に、治療計画システム１２２は、１つ以上の治療計画を生成するため、他の画像診断法（例えば、ＭＲＩ、ＰＥＴなど）からの情報、および／または、他の画像データからの情報を利用してもよい。
【００１４】
治療計画システム１２２は、放射線治療（外部ビーム、小線源療法、など）、化学療法、粒子（例えば、陽子線）治療、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）、アブレーション、それらの組み合わせ、および／または、干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、もしくはレーザー治療を実施するように構成されてもよい。説明されている治療計画システム１２２は、強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）および／または他の放射線治療向けに構成された、放射線治療システムを有し、治療セッション中に作られる治療中画像データを生成するために利用可能な、搭載型の体積撮像部を有する。
【００１５】
画像データレジストレーションコンポーネント１２６は、計画画像データおよび後から収集される（例えば治療中の）画像データなどの、画像データを登録する、レジストレーション変換を生成するように構成される（レジストレーション変換は、各ポイントについて対応するポイントを与える変換として直接的に保存されても、または、各ポイントについてそのポイントから対応するポイントへのベクトルを与える、変位もしくは変形ベクトル場（ＤＶＦ）として保存されても、どちらでもよい）。図示された例において、画像データレジストレーションコンポーネント１２６は、計画画像データ内の、関心標的体積（例えば腫瘍）を識別する輪郭などの、輪郭を、後から収集された画像内の関心標的体積についての輪郭に伝播するために、ＤＶＦを利用する。こうした伝播は、形（例えば縮小）および／または位置を徐々に変えていく関心標的体積の、補正を促してもよい。
【００１６】
以下でより詳細に説明されるように、画像データレジストレーションコンポーネント１２６は、階調レベル強度に基づいて、輪郭によりガイドされる変形画像レジストレーションを用いている。この画像レジストレーションでは、計画画像データ内のボクセルのレジストレーションが、後から収集される画像データ内の対応するボクセルを用いて、方向ガイドベクトルに沿ってまたは交差してガイドされて、ボクセルの斜め方向の動きが軽減されるようにする。（斜め方向の動きは滑らかさの欠如につながる可能性があり、故に、変形した画像の幾何学的な不連続性と伝播された輪郭の凹凸とにつながる可能性がある）。
【００１７】
図２は斜め方向の動きの一例を示す。輪郭２０２は、計画画像データ２０４内の輪郭を表し、ポイント２０６およびポイント２０８の、２つのポイントを有する。２つのポイントは、後続の画像データ２１０とともに変形可能に登録される。この例において、２つのポイント２０６および２０８は、輪郭２０２に対して直角に（故に、変化が最大となる方向に）動くが、こうした動きは交差する。そのため変換後、２つのポイントは、後続画像データ２１０内の伝播された輪郭２１２において、輪郭２０２に沿った位置と比較すると、反対側に位置する。結果的に、輪郭２１２上のポイントは、それぞれ、輪郭２０２上の１つより多いポイントによって到達される。これは、幾何学的な不連続性と凹凸とを有する、ねじれた変換につながる可能性がある。輪郭によりガイドされる変形画像レジストレーションは、こうした動きを軽減する。
【００１８】
図１に戻ると、画像データレジストレーションコンポーネント１２６は、コンピュータ、コンソール１２０、治療計画システム１２２、および／または、その他のシステムなどの、コンピュータシステムの一部であってよい。適切なコンピュータシステムは、ローカルおよび／またはリモートの、コンピュータ読み取り可能ストレージ媒体にエンコードされたコンピュータ読み取り可能命令を実行する、１つ以上のプロセッサを有する。こうした命令は、画像データレジストレーションコンポーネント１２６を実装するための、すべての命令、または、一部の命令を含んでよい。追加的にまたは代替的に、命令は、搬送波または同類のものなどの、信号によってもたらされてもよい。
【００１９】
図３は、画像データレジストレーションコンポーネント１２６の例を概略的に説明する。
【００２０】
図示された画像データレジストレーションコンポーネント１２６は、輪郭を含む計画画像データと、後から収集された輪郭を含まない画像データとを受信する、レジストレーション変換決定部３０２を有する。
【００２１】
強度決定部３０４は、基準画像データおよび後続画像データの各々にある各ボクセルの階調レベルの強度を決定する。示されている実施形態において、各ボクセル値は、そこに表された解剖学的組織の放射線濃度を示す、階調レベル強度値に対応する。
【００２２】
勾配決定部３０６は、後続画像データの３次元（ｘ、ｙ、およびｚ）において各ボクセルの階調レベルの強度勾配を決定する。一般に、勾配は、ボクセルの直近における強度の方向の変化を示し、ソーベル・フィルタ（Ｓｏｂｅｌ  ｆｉｌｔｅｒ）もしくは他のフィルタなどのフィルタを用いて、ならびに／または、他の公知の方法および／もしくは他の方法を通じて、画像データを畳み込み積分することにより決定されてよい。勾配ベクトルが画像に対する平均サイズより実質的に大きい場合は、一般に、画像データ内の解剖学的構造の表面などの、境界に相当する。
【００２３】
規格化因子３０８は、オーバーシュートの防止を促す。示されている実施形態において、規格化因子３０８はデフォルト値であり、この値は経験的に、理論的に、または他の方法で規定されるものであって、変更されてもよい。
【００２４】
レジストレーション方向ガイドベクトル３１０は、線（直線または曲線）を定義するものであり、その線に交差してまたは沿って、レジストレーションが実行される。適切なレジストレーション方向ガイドベクトル３１０は、計画画像データ内の関心標的体積の輪郭、および／または、臨床医にもたらされるガイド線を含む。どちらの場合においても、臨床医は、その線を識別および／または描画するため、また、その線の変更、削除、等を行うため、対話式のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を用いて作業してよい。適切なガイド線の例が、図４および図５に、より詳細に説明されている。
【００２５】
例として、プロセッサは、１つ以上の画像、および、種々の輪郭生成ツールを有する、ＧＵＩを表してよい。ユーザは、その線を識別および／または描画するため、また、その線の変更、削除、等を行うために、ツールを利用してよい。それに応じて、ＧＵＩは、ユーザに定義された輪郭、変更、削除、等を示す入力を受け取る。結果として生じる輪郭はその後、輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに利用されてよい。ＧＵＩは、ユーザが輪郭を生成、変更、および／または削除できるようにすることに加えて、ユーザが輪郭の利用をアクティブにすることを可能にする。
【００２６】
図４Ａおよび４Ｂにおいて、レジストレーション方向ガイドベクトル３１０は、基準ガイド線４０２および４０４をそれぞれ含む。レジストレーションが、線４０２および４０４と交差して、線４０２および４０４に対して垂直な線４０６および４０８に沿って、それぞれ実行される。図５において、レジストレーション方向ガイドベクトル３１０は基準線５０２をもたらし、レジストレーションが、線５０２に沿って実行される。このレジストレーションは、基準線５０２と重なる線５０４、基準線５０２に対して平行に走っている線５０６、基準線５０２に引き寄せられているが決して到達しない線５０８、および／または、基準線５０２から遠ざかっているが隣接する基準線に決して到達しない線５１０に沿うことも含む。ポイントは、（推定された）階調レベルの最大傾斜の方向に沿って単に動くかわりに、その方向と基準線５０２の方向との間の、折衷方向となる方向に動く。ポイントが基準線５０２に近ければ近いほど、折衷方向は基準線５０２の方向の近づき、勾配の方向に反して偏る。
【００２７】
こうした方法で、計画画像データ内のポイントが、後から収集される画像データ内の、種々の非斜め方向の重なり合うポイントにマップされ、互いについて方向性を維持することに留意する。これは、図２に示されている方法のような、輪郭ではないものに方向がガイドされる方法と、対照をなす。図２では、計画画像データ２０２内のポイント２０６および２０８が、後続画像データ２１０内の輪郭２１２において同一ポイントについて斜め方向にマップされている。こうして、レジストレーション方向ガイドベクトル３１０は、計画画像データから、後から収集された画像データへ輪郭を伝播する場合に、輪郭のねじれの防止を促す。
【００２８】
図３に戻ると、ＤＶＦ決定部３１２は、強度決定部３０４によって決定される、少なくとも１つ以上の強度と、勾配決定部３０６によって決定される勾配と、規格化因子３０８と、方向ガイドベクトル３１０とに基づいて、ＤＶＦを決定する。限定されない例として、ＤＶＦ決定部３１２は、以下の
【数１】
2014500102.tif 000003
で表されるＤＶＦを、式（１）に基づいて決定する。
【数２】
2014500102.tif 000004
ここで、
【数３】
2014500102.tif 000005
は計画画像データのボクセル強度値を表し、
【数４】
2014500102.tif 000006
は後から収集された画像データのボクセル強度値を表し、
【数５】
2014500102.tif 000007
は強度値の差を表し、
【数６】
2014500102.tif 000008
は強度の勾配を表し、
【数７】
2014500102.tif 000009
は勾配の大きさを表し、
【数８】
2014500102.tif 000010
は規格化因子を表し、
【数９】
2014500102.tif 000011
は方向ガイドベクトル３１０を表す。
【００２９】
式（１）において、以下の第１項
【数１０】
2014500102.tif 000012
は、特定の方向を考慮せず、上りか下りかのいずれかに画像強度の勾配を上り下りする。しかしながら、式（１）において、以下の第２項
【数１１】
2014500102.tif 000013
は、勾配を上り下りするが、方向ガイドベクトル３１０によって示される、以下の方向
【数１２】
2014500102.tif 000014
に沿ってのみ動くように制約される。
【００３０】
正規化コンポーネント３１４はＤＶＦを正規化する。ここに示されている実施形態において、正規化コンポーネント３１４は、ガウシアン・フィルタ（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を適用することによって、ＤＶＦを正規化する。しかしながら、他の公知の正規化方法および他の正規化方法がここに適用されてもよい。
【００３１】
図示されている画像データレジストレーションコンポーネント１２６はさらに、輪郭が関心標的体積を継続して識別するよう、計画画像内の輪郭を後から収集された画像データに伝播する、輪郭伝播部３１６を有する。
【００３２】
上記の限定されない例において、レジストレーション変換決定部３０２は、放射線治療に関連して、計画画像データから、後から収集される画像データへ、関心のある標的体積または／および解剖学的構造の輪郭を伝播するために利用される、ＤＶＦを決定する。しかしながら、レジストレーション変換決定部３０２は、追加的にまたは代替的に、非放射線治療アプリケーションを含む他のアプリケーションと、とりわけ特定の組織部位に物質またはエネルギーを向ける計画に従う治療とについて、ＤＶＦを決定するために利用されてもよいことが理解されるべきである。一般に、レジストレーション変換決定部３０２は、画像が登録されるアプリケーションに関連して利用されてよい。
【００３３】
図６は、ＤＶＦを決定する方法の例を示すものであり、放射線治療の計画画像データ内の関心標的体積の輪郭が、後から収集される画像データに伝播される、限定されない例に関連して説明される。
【００３４】
ここに説明される方法において、その動作の順序付けは限定されないことが十分理解されるべきである。そのようなものとして、他の順序付けがここに検討される。さらに、1つ以上の動作が省略されてもよく、かつ／または、1つ以上の追加の動作が含まれてもよい。
【００３５】
動作６０２において、患者の、第1の画像データが取得される。これは、患者をスキャンすること、および／または、患者の以前のスキャンから画像データを取得することを含んでよい。
【００３６】
動作６０４において、画像データ内の少なくとも1つの関心標的体積について、少なくとも1つの輪郭を生成する。
【００３７】
動作６０６において、患者の第２の画像データが、第1の画像データの後に収集され、取得される。後から収集された画像データは、治療セッション中に収集された画像データ、治療セッションを一定時間経過後に収集された画像データ、計画画像データ生成の一定時間経過後に収集された画像データ、などに相当してよい。
【００３８】
動作６０８において、第１および第２の画像データのボクセルの、ボクセル強度（階調レベル）値が決定される。
【００３９】
動作６１０において、ボクセル強度の勾配が第２の画像データ内のボクセルについて決定される。
【００４０】
動作６１２において、レジストレーション方向ガイドベクトル（例えば、ガイドベクトル３１０）が識別される。ここで説明されるように、ガイドは、計画画像データ内の関心標的体積の輪郭、および／または、臨床医に描画されるガイド線であってよく、ガイド線に対して垂直またはガイド線に対して平行のいずれかに、レジストレーションをガイドする。
【００４１】
動作６１４において、第１および第２の画像データを登録する変形ベクトル場（ＤＶＦ）が、ボクセル強度と、画像勾配と、レジストレーション方向ガイドベクトルとに、少なくとも基づいて決定される。
【００４２】
動作６１６において、ＤＶＦは、第１の画像データ内の関心のある標的体積および／または解剖学的構造の輪郭を、第２の画像データ内の関心標的体積の輪郭に伝播するために利用される。ここで説明されるように、こうした輪郭は治療される腫瘍を識別してよい。
【００４３】
動作６１８において、治療セッションは第２の画像データに基づいて行われ、ここで伝播された輪郭を利用する。
【００４４】
上記はコンピュータ読み取り可能命令という方法で実装されてよく、その命令がコンピュータプロセッサによって実行される場合、プロセッサが上述された動作を実行することになる。そうした場合、命令は、関係するコンピュータに関連付けられている、またあるいは、関係するコンピュータにアクセス可能な、コンピュータ読み取り可能ストレージ媒体に保存される。
【００４５】
本発明は種々の実施形態に関するものとしてここに説明されている。改良および変更が、この説明を理解した上で他に生じてもよい。そうした改良および変更が別記の請求項またはそれに相当する範囲内にある限りにおいて、本発明はすべてのそうした改良および変更を含むとみなされることを、意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月15日(2013.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回目に収集され、対象者の関心領域を含む、第１の体積画像データを取得するステップであって、前記関心領域内の少なくとも１つの構造特性が、前記第１の体積画像データ内の第１の位置に存在する、ステップと；
２回目に収集され、前記対象者の前記関心領域を含む、第２の体積画像データを取得するステップであって、前記関心領域内の前記少なくとも１つの構造特性が、前記第２の体積画像データ内の第２の位置に存在し、
前記２回目は前記１回目の後であり、前記第１および第２の位置は異なる位置である、ステップと；
前記第１の体積画像データ内の前記少なくとも１つの構造特性が、前記第２の体積画像データ内の前記少なくとも１つの構造特性と合うよう、前記第１および第２の体積画像データを登録する、レジストレーション変換を決定するステップであって、前記レジストレーション変換は輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに少なくとも基づく、ステップと；
前記レジストレーション変換を示す信号を生成するステップと；
を含む方法。
【請求項２】
前記輪郭によりガイドされる変形に少なくとも基づく前記レジストレーション変換の決定が、前記第１の体積画像データに重ね合わせられる方向ガイド線に基づいて前記レジストレーション変換を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線に沿って延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線に対して平行な線に沿って延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記変形ベクトル場が、前記方向ガイド線に引き寄せられている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レジストレーション変換の決定が、前記方向ガイド線から垂直に延びる変形ベクトル場を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記方向ガイド線が曲線である、請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記方向ガイド線が直線である、請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記方向ガイド線が、前記第１の画像データに重ね合わせられる、ユーザによって描画される線である、請求項３〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記方向ガイド線が、関心のある標的体積および／または解剖学的構造を定義する輪郭の一部である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
関心のある前記標的体積が、放射線治療、化学療法、粒子治療、高密度焦点式超音波、アブレーション、干渉治療、経皮電気的神経刺激、パルス状短波治療、レーザー治療、またはこれらの組み合わせのうちの、少なくとも１つを通じて、治療されるべき腫瘍を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の体積画像データが階調レベル強度値を表すボクセルを含む方法であって、前記レジストレーション変換の決定が：
前記第１および第２の体積画像データ内の対応するボクセル間の強度値の差を決定するステップと；
前記第２の体積画像データの前記ボクセルについて強度勾配ベクトルを決定するステップと；
前記方向ガイド線に垂直である法線ベクトルを決定するステップと；
前記強度勾配ベクトルと前記法線ベクトルとの外積を決定するステップと；
前記強度勾配ベクトルの大きさの二乗を決定するステップと；
前記差の二乗を決定するステップと；
前記差と前記外積と前記法線ベクトルとの積を、前記大きさの二乗と前記差の二乗とで除して、変形ベクトル場を計算するステップであって、前記変形ベクトル場は前記レジストレーション変換を示す、ステップと；
を含む、請求項３〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、さらに：
前記変形ベクトル場を正規化するステップと；
前期変形ベクトル場を計算することと、前記変形ベクトル場を計算するよう規格化された前記差の二乗を利用することとに先立ち、前記差の二乗を規格化因子で規格化するステップと；
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３に記載のいずれかの方法であって、さらに：
輪郭生成ツールを有する対話式のグラフィカルユーザインタフェースを表すステップであって、前記対話式のグラフィカルユーザインタフェースが、ユーザによって定義された輪郭を示す入力と、前記輪郭を、前記輪郭によりガイドされる変形レジストレーションに利用するための指示と、を受け取る、ステップ；
を含む方法。
【請求項１５】
２つの画像を登録する、レジストレーション変換を決定するプロセッサであって、前記レジストレーション変換が、前記２つの画像のボクセル強度値と、前記２つの画像のうちの１つについてのボクセル強度勾配値と、前記レジストレーションの方向を示すガイドベクトル値とに、少なくとも基づいて決定される、プロセッサ；
を有するシステム。
【国際調査報告】
2014500102.tif 000022
2014500102.tif 000023
2014500102.tif 000024