(57)【要約】  本発明は、画像セグメンテーションのための医療画像データ処理システム１０１に関する。医療画像データ処理システム１０１は、医療画像データ処理システム１０１を制御するためのプロセッサ１３０を備え、プロセッサ１３０によるマシン実行可能命令の実行は、プロセッサ１３０に、医療画像データ１４０を受信することと、医療画像データ１４０に含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションを生成することと、セグメンテーションを解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換することと、スペクトルマッチングを使用して表面メッシュ表現を解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較することであって、２つのメッシュの１つ又は複数のスペクトル埋込みがマッチングされる、比較することと、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアを提供することとを行うように医療画像データ処理システム１０１を制御させる。
2021511128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像セグメンテーションのための医療画像データ処理システムであって、前記医療画像データ処理システムが、
マシン実行可能命令と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現とを保存するメモリと、
前記医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサと
を備え、前記プロセッサによる前記マシン実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
医療画像データを受信することと、
前記医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションを生成することと、
前記セグメンテーションを前記解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換することと、
スペクトルマッチングを使用して前記表面メッシュ表現を前記解剖学的基準構造の前記基準表面メッシュ表現と比較することであって、これら２つのメッシュの１つ又は複数のスペクトル埋込みがマッチングされる、比較することと、
前記表面メッシュ表現と前記基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアを提供することと
を行うように前記医療画像データ処理システムを制御させる、
医療画像データ処理システム。
【請求項２】
トポロジーミスマッチの前記エリアが、マッチングされた前記スペクトル埋込みのうちの１つ又は複数に基づいて決定される、請求項１に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項３】
受信された前記医療画像データが３次元医療画像データであり、前記セグメンテーションがボリュメトリックボクセル単位セグメンテーションである、請求項１に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項４】
トポロジーミスマッチの前記エリアを提供することが、前記基準表面メッシュ表現に対する前記表面メッシュ表現の消失した構造セクションを識別することと、前記基準表面メッシュ表現に対する前記表面メッシュ表現の追加の構造セクションを識別することとのうちの少なくとも１つを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項５】
トポロジーミスマッチの前記エリアを提供することが、前記解剖学的関心構造に含まれる切開孔及び組織切除のうちの少なくとも１つを識別することを有する、請求項４に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項６】
前記マシン実行可能命令の前記実行が、更に、前記プロセッサに、前記比較に基づいて前記セグメンテーションの品質メトリックを決定させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項７】
前記医療画像データを受信することが、それぞれの前記医療画像データについての要求を、前記医療画像データを備えるデータベースに送ることを有し、前記要求に応答して、要求された前記医療画像データを前記データベースから受信する、請求項１から６のいずれか一項に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項８】
前記医療画像データが、磁気共鳴画像データと、擬似コンピュータ断層撮影画像データと、コンピュータ断層撮影画像データとのうちの少なくとも１つを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項９】
前記医療画像データ処理システムが磁気共鳴イメージングシステムを更に備え、前記磁気共鳴イメージングシステムが、
イメージングゾーン内でメイン磁場を生成するためのメイン磁石と、
前記イメージングゾーン内で空間依存勾配磁場を生成するための磁場勾配システムと、
前記イメージングゾーンから磁気共鳴データを取得する無線周波数アンテナシステムと
を備え、
前記メモリがパルスシーケンスコマンドを更に保存し、前記パルスシーケンスコマンドが、前記イメージングゾーンから前記磁気共鳴データを取得するように前記磁気共鳴イメージングシステムを制御し、
前記医療画像データを前記受信することが、前記パルスシーケンスコマンドを使用した前記マシン実行可能命令の前記実行と、前記無線周波数アンテナシステムによって前記イメージングゾーンから磁気共鳴画像データの形態の前記医療画像データを取得することとを有する、請求項８に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項１０】
前記解剖学的基準構造が例示的な解剖学的構造であり、前記マシン実行可能命令の前記実行が、更に、前記プロセッサに、前記基準表面メッシュ表現を生成することを行わせ、前記生成することが、
前記例示的な解剖学的構造の基準医療画像データを受信することと、
前記例示的な解剖学的構造のセグメンテーションを生成することと、
前記セグメンテーションを前記例示的な解剖学的構造の前記基準表面メッシュ表現に変換することと
を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項１１】
受信された前記基準医療画像データが、受信された複数の例示的な解剖学的構造の医療基準画像データの複数のセットに含まれ、セグメンテーションが、医療基準画像データの前記セットの各々について生成され、得られた前記セグメンテーションが、前記例示的な解剖学的構造の例示的な表面メッシュ表現に変換され、前記基準表面メッシュ表現が、前記例示的な表面メッシュ表現を平均化して生成される、請求項１０に記載の医療画像データ処理システム。
【請求項１２】
医療画像データ処理システムを使用する画像セグメンテーションのための方法であって、前記医療画像データ処理システムが、
マシン実行可能命令と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現とを保存するメモリと、
前記医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサと
を備え、前記プロセッサによる前記マシン実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記方法を実行するように前記医療画像データ処理システムを制御させ、前記方法は、
医療画像データを受信するステップと、
前記医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションを生成するステップと、
前記セグメンテーションを前記解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換するステップと、
スペクトルマッチングを使用して前記表面メッシュ表現を前記解剖学的基準構造の前記基準表面メッシュ表現と比較するステップであって、これら２つのメッシュの１つ又は複数のスペクトル埋込みがマッチングされる、比較するステップと、
前記表面メッシュ表現と前記基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアを提供するステップと
を有する、方法。
【請求項１３】
前記医療画像データ処理システムが磁気共鳴イメージングシステムを更に備え、前記磁気共鳴イメージングシステムが、
イメージングゾーン内でメイン磁場を生成するためのメイン磁石と、
前記イメージングゾーン内で空間依存勾配磁場を生成するための磁場勾配システムと、
前記イメージングゾーンから磁気共鳴データを取得する無線周波数アンテナシステムと
を備え、
前記メモリがパルスシーケンスコマンドを更に保存し、前記パルスシーケンスコマンドが、前記イメージングゾーンから前記磁気共鳴データを取得するように前記磁気共鳴イメージングシステムを制御し、
前記医療画像データを受信するステップが、前記パルスシーケンスコマンドを使用した前記マシン実行可能命令の前記実行と、前記無線周波数アンテナシステムによって前記イメージングゾーンから磁気共鳴画像データの形態の前記医療画像データを取得するステップとを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
医療画像データ処理システムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を備える、画像セグメンテーションのためのコンピュータプログラムであって、前記医療画像データ処理システムが、前記医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサを備え、前記プロセッサによる前記マシン実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
医療画像データを受信することと、
前記医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションを生成することと、
前記セグメンテーションを前記解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換することと、
スペクトルマッチングを使用して前記表面メッシュ表現を前記解剖学的基準構造の前記基準表面メッシュ表現と比較することであって、これら２つのメッシュの１つ又は複数のスペクトル埋込みがマッチングされる、比較することと、
前記表面メッシュ表現と前記基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアを提供することと
を行うように前記医療画像データ処理システムを制御させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療画像データを処理することに関し、特に、本発明は、医療画像データをセグメント化するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像セグメンテーションは、分析するのがより有意味であり容易である１つ又は複数のセグメントを識別するために、デジタル画像を複数のセグメント、例えば、ピクセル又はボクセルのセットに区分するプロセスを指す。画像セグメンテーションは、一般に、画像中の物体と、ライン、曲線等のような境界との位置を特定するために使用される。例えば、磁気共鳴画像等の医療画像は、分析されるべきである解剖学的関心構造を識別するためにセグメント化される。
【０００３】
例えば器官のような関心構造の正確な自動セグメンテーションは、画像分析では重要なタスクである。特に、医療イメージングでは、外科手術又は放射線治療のためのターゲットエリアを定義するためにセグメンテーションが使用され得るので、正確で信頼できるセグメンテーションは極めて重要であり得る。関心構造の自動セグメンテーションのための異なる手法があり、すなわち、セグメンテーションは、ボクセルベース、すなわちボクセル単位の、隣接する解剖学的構造にリークする傾向を有する手法で実行されるか、又は、例えば切除のような、異常解剖学的構造の場合に失敗するリスクを有するモデルベースで実行されるかのいずれかである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、独立請求項において、画像セグメンテーションのための医療画像データ処理システムと、医療画像データ処理システムを動作させる方法と、コンピュータプログラムプロダクトとを提供する。実施形態が従属請求項において与えられる。
【０００５】
当業者には理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラムプロダクトとして具体化され得る。従って、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）又は本明細書において全て一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとり得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具体化されたコンピュータプログラムプロダクトの形態をとり得る。
【０００６】
１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体でもよい。本明細書で使用される「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行可能な命令を保存することができる任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と称される場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と称される場合もある。一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、コンピューティングデバイスのプロセッサによってアクセスされることが可能なデータを保存可能であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、半導体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光学ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒディスクといったコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードは、限定されることはないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等を含む任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組み合わせを用いて送信されてもよい。
【０００７】
コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部として内部で具体化されたコンピュータ実行可能コードを備えた伝搬データ信号を含んでもよい。このような伝搬信号は、限定されることはないが電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む様々な形態のいずれかをとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではない及び命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、若しくは輸送できる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。
【０００８】
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。幾つかの実施形態では、コンピュータストレージは、コンピュータメモリでもあり、又はその逆も同様である。
【０００９】
本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム、マシン実行可能命令、又はコンピュータ実行可能コードを実行可能な電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの言及は、場合により、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサである。プロセッサは、また、単一のコンピュータシステム内の、又は複数のコンピュータシステムの中へ分配されたプロセッサの集合体も指す。コンピュータデバイスとの用語は、各々が一つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータデバイスの集合体又はネットワークを指してもよいと理解されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同一のコンピュータデバイス内の、又は複数のコンピュータデバイス間に分配された複数のプロセッサによって実行される。
【００１０】
コンピュータ実行可能コードは、本発明の態様をプロセッサに行わせるマシン実行可能命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に関する動作を実施するためのコンピュータ実行可能コードは、Java(登録商標)、Smalltalk（登録商標）、又はC++等のオブジェクト指向プログラミング言語及びＣプログラミング言語又は類似のプログラミング言語等の従来の手続きプログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよい及びマシン実行可能命令にコンパイルされてもよい。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形態又は事前コンパイル形態でもよい及び臨機応変にマシン実行可能命令を生成するインタプリタと共に使用されてもよい。
【００１１】
コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上で及び部分的にリモートコンピュータ上で、又は完全にリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを通してユーザのコンピュータに接続されてもよい、又はこの接続は外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通して）行われてもよい。
【００１２】
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、図及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート、図、及び／又はブロック図の各ブロック又は複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、図、及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わせられてもよいことが更に理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するための手段を生じさせるようにマシンを作るために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと提供されてもよい。
【００１３】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に保存された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施する命令を含む製品を作るように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイスにある特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読媒体に保存されてもよい。
【００１４】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で行われるようにすることにより、コンピュータ実施プロセスを生じさせるために、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイス上にロードされてもよい。
【００１５】
本明細書で使用される「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と称される場合もある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができる及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にしてもよい及びコンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。つまり、ユーザインタフェースはオペレータがコンピュータを制御する又は操作することを可能にしてもよく、インタフェースはコンピュータがオペレータの制御又は操作の結果を示すことを可能にしてもよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブコム、ヘッドセット、ペダル、有線グローブ、リモコン、及び加速度計を介したデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素の全例である。
【００１６】
本明細書で使用される「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とインタラクトする及び／又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ＬＡＮ接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。
【００１７】
本明細書で使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイデバイス」は、画像又はデータを表示するために構成された出力デバイス又はユーザインタフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声、及び／又は触覚データを出力してもよい。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、テレビスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクターディスプレイ、平面パネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されない。
【００１８】
磁気共鳴（ＭＲ）データ又は磁気共鳴画像データとも称される、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）データは、本明細書においては、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナを使用して核スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴画像データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像又はＭＲ画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータに含まれる解剖学的データの再構成された２次元又は３次元視覚化として定義され、すなわち、ＭＲＩ画像は、代表的選択ＭＲＩデータを備えるＭＲＩデータセットによって提供される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。磁気共鳴イメージングデータは、ｋ空間又は画像空間におけるそれぞれのデータの表現を使用して提供される。フーリエ変換を使用して、磁気共鳴イメージングデータは、ｋ空間から画像空間に変換され、又はその逆も同様である。以下では、磁気共鳴画像データは、２次元又は３次元解剖学的構造、すなわちＭＲＩ画像を表す画像空間におけるＭＲＩデータの選択を備える。
【００１９】
「解剖学的構造」は、例えば、人又は動物のような対象の解剖学的組織の構造である。構造は、肝臓又は脳のようなある器官又はそれの一部を備えるか、或いは構造は、脊椎エリア、膝、肩等のような、ある解剖学的エリアを備える。
【００２０】
「セグメンテーション」は、更に分析される関心構造を表す１つ又は複数のセグメントを識別するために、デジタル画像データを複数のセグメント、例えばピクセル又はボクセルのセットに区分することを指す。セグメンテーションは、画像データ中の構造、特に構造の境界を識別し、その位置を特定するために使用される。例えば、ライン、曲線、平面、表面等が識別される。ラベルが画像中の各ピクセル又はボクセルに割り当てられ、従って、同じラベルをもつピクセル／ボクセルが、幾つかの特性を共有し、関心構造の輪郭、エリア又はボリュームを示すために、ハイライトされる。３次元画像データ、例えば、２次元画像のスタックに適用されたときに、画像セグメンテーションの後の得られた輪郭は、マーチングキューブ等の補間アルゴリズムの助けをかりて、例えば解剖学的構造のような、関心構造の形状の３次元再構成を作成するために使用される。３次元輪郭は、例えば表面メッシュによって提供される。メッシュは、例えば三角形のような、複数の平坦な２次元多角形を備える。
【００２１】
画像セグメンテーションは、例えば、画像セグメンテーションを決定するためにボクセルの強度値の急激な変化を見るために、画像処理を使用するボクセル単位セグメンテーション等の標準的な技法を使用して実行される。
【００２２】
「スペクトルマッチング」は、異なる形状間のトポロジー形状差分を調査するために異なる形状をレジストレーション／マッチングする方法を指し、それは、スペクトルグラフ理論に基づく。スペクトルグラフ理論は、スペクトル領域において、形状又は画像をマッチングすることによる表面及び画像レジストレーションのための高速手法を提供し、ここで、ポイント間の類似の測地距離をもつ２つのほぼ等長の形状は類似のスペクトル表現を有する。スペクトルグラフ理論は、例えば、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、（９９）：１〜１８，２０１２年における、Ｈｅｒｖｅ  Ｌｏｍｂａｅｒｔらの、「ＦＯＣＵＳＲ：Ｆｅａｔｕｒｅ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  −  Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ」、又はＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ、３３（７）：１４４７〜１４６３、２０１４年における、Ｙｏｎｇｇａｎｇ  Ｓｈｉらの、「Ｍｅｔｒｉｃ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｌａｐｌａｃｅ−Ｂｅｌｔｒａｍｉ  ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ  ｓｐａｃｅ」に記載されている。スペクトルグラフ理論は、表面／画像のあらかじめ定義されたグラフに対応するグラフラプラシアン行列の分解の後に得られた固有値及び固有ベクトルを使用し、すなわち、ここで、グラフのノードは、画像中のボクセル又は表面メッシュ中の頂点のいずれかであり得る。これらの固有値は、物理的形状の自然発振周波数として解釈され得る。固有ベクトルは、各々が１つの固有値に関連し、形状の正常モード、又は固有モードを表す。次いで、表面がスペクトル領域において、そのスペクトル座標又は固有モードをマッチングすることによって、マッチングされ得る。
【００２３】
グラフは、エッジによって連結された頂点又はノードからなる物体間の関係をモデル化するために使用される数学的構造であり、行列によって表される。スペクトルグラフ理論は、グラフのプロパティをそれらの関連する行列のプロパティに関して考慮する。グラフ理論は、それぞれのグラフのスペクトル分解を利用してグラフの主要なプロパティ及び構造をそのスペクトルから算出しようとする。スペクトルと称される、分解の後に得られた固有値は、ある極値グラフプロパティを別の極値グラフプロパティにリンクし、グラフの主要な不変量の大部分に密接に関係する。従って、固有値は、グラフを理解するための重要な洞察を提供する。
【００２４】
連結グラフＧ＝｛Ｖ，Ｅ｝は、ノードＶ＝（ｘ１，．．．，ｘＮ）と、それぞれのノード間のエッジ／連結Ｅとによって定義される。隣接行列Ｗは、重み付けされたグラフのＮ×Ｎ行列表現であり、ここで、Ｎはグラフ中のノードの数である。重み付けされたグラフは、ノードの局所類似度Ｓｉｍ（ｘｉ，ｘｊ）を表す。ノードｘｉ及びｘｊ、ｉ≠ｊの各ペアについて、隣接行列Ｗのエントリｗｉｊは、２つのノードの類似度メトリクスＳｉｍ（ｘｉ，ｘｊ）によって定義されるノード親和性に基づいて推定され、ノードｉとノードｊとが連結された場合、ｗｉｊ＝１／Ｓｉｍ（ｘｉ，ｘｊ）であり、連結されない場合、０である。次数行列Ｄは対角行列であり、そのエントリＤｉｉは、ボクセルｘｉに関連するグラフエッジの重みの和であり、Ｄｉｉ＝ΣｊＷｉｊである。Ｇは、対角ノード重み行列であり、たいていの場合、Ｇ＝Ｄに設定される。連結グラフＧ＝｛Ｖ，Ｅ｝に関連するグラフラプラシアン行列Ｌが構成される。例えば、一般的又はランダムウォークグラフラプラシアンは、Ｌ＝Ｇ−１（Ｄ−Ｗ）として算出される。より一般的及び共通形式は、Ｌ＝Ｄ−１／２（Ｄ−Ｗ）Ｄ−１／２によって与えられる対称正規化ラプラシアンである。グラフラプラシアン及びそのプロパティに関する更なる詳細は、例えば、Ｆａｎ  Ｒ  Ｋ  Ｃｈｕｎｇ、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｇｒａｐｈ  Ｔｈｅｏｒｙ」、ＡＭＳ＆ＣＢＭＳ、１９９７年において提供される。
【００２５】
一般的なグラフラプラシアンは、対称及び正定値行列である。従って、そのプロパティは、グラフスペクトルＬ＝ＵΛＵ−１を生じる固有分解の後に分析され得る。それは、固有値Λ＝（λ０，λ１，．．．，λＮ）によって、及びそれらの関連するスペクトル成分Ｕ＝（Ｕ０，Ｕ１，．．．，Ｕｋ）によって識別される。スペクトル成分とも称される固有ベクトルは、振動の周波数を表し、グラフプロパティ全体に関する情報を提供する。スペクトル成分（Ｕ０，Ｕ１，．．．，Ｕｋ）は、振動の基本モードを表し、粗いスケールから細かいスケールまでグラフの幾何学的特徴の複雑さの増加を表す。従って、より高い固有値、より高いモードに対応する固有ベクトルは、より細かいスケールにおいてより多くの情報を提供する。各固有ベクトルＵｉは、Ｎ個の値をもつ列行列であり、ここで、Ｎはノードの数である。各固有ベクトルは、グラフに関する異なる重み付けされた高調波を表し、それは、グラフのジオメトリの固有のプロパティに対応する。従って、固有値は、グラフの全体的形状プロパティを提供する。
【００２６】
スペクトル分解の一例は、重み付けされた隣接行列を定義することと、列方向に全ての値を加算することによって対角次数行列を算出することと、グラフラプラシアンを算出することと、グラフラプラシアンを分解してグラフラプラシアンの固有ベクトル及び固有値を得ることとを含む。
【００２７】
医療イメージングでは、画像又は形状は、画像の各ボクセル又はメッシュの各頂点における測度の離散セットとして参照される。画像又は形状に関連し、画像中のボクセル又は表面メッシュ中の頂点を表すグラフＶ＝（ｘ１，．．．，ｘＮ）のノードを備える連結グラフＧ＝｛Ｖ，Ｅ｝が構成され得る。ノードＥ間のエッジ／連結は、局所類似度によって表されるボクセル又は頂点間の関係を表す。
【００２８】
ノードの類似度又は親和性Ｓｉｍ（ｘｉ，ｘｊ）は、通常、スペクトル埋込みの適用及び目的に供され、例えば、ノードが三角メッシュの頂点である形状の場合に、例えば、連結されたノード間のユークリッド距離によって与えられる。ノードが画像ボクセルを表す画像の場合に、類似度は、例えば、ユークリッド距離と画像強度の差分との両方に基づく。従って、スペクトル成分は、形状変動、又は画像からの異なる表面及び構造を表すために医療イメージングの分野において使用される。
【００２９】
一態様では、本発明は、画像セグメンテーションのための医療画像データ処理システムに関する。医療画像データ処理システムは、マシン実行可能命令と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現とを保存するメモリと、医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサとを備える。プロセッサによるマシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、医療画像データを受信するように医療画像データ処理システムを制御させる。医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションが生成される。セグメンテーションは、解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換される。得られた表面メッシュ表現は、得られた表面メッシュ表現と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現との１つ又は複数のスペクトル埋込みをマッチングして、すなわち、２つのメッシュのスペクトルマッチングから生じるメッシュ対応を使用して、解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較され、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリア（すなわちトポロジー差分のエリア）が提供される。
【００３０】
セグメンテーションは、医療画像データ中の、例えば解剖学的構造のような関心構造を識別することにおいて主要な役割を果たす。実施形態は、セグメンテーションの品質を改善及び／又は保証するという利益を有する。医療画像データの高品質セグメンテーションは、例えば、診断分析、放射線療法計画及び外科手術計画にとって有益である。スペクトルグラフ理論は、スペクトル領域において表面メッシュを異なるトポロジーとマッチングするための高速ソリューションを提供する。
【００３１】
例えば、領域拡張、フロントプロパゲーション、レベルセット等のような、ボクセルの局所近傍を検査することによってボクセル単位（ＶＢＳ）で動作する多くの器官セグメンテーション手法だけでなく、デシジョンフォレスト又はニューラルネットワークのような分類法もある。しかしながら、これらのボクセルベース手法は、イメージングアーティファクトにより、しばしばセグメンテーションエラーを受けやすい。
【００３２】
通常使用される別の普及しているセグメンテーション技法は、モデルベースセグメンテーション（ＭＢＳ）である。この技法の場合、器官境界を表す三角行列化された表面メッシュが、器官のような解剖学的関心構造の一般的な形状が保持されるような制御されたやり方で医療画像に適応される。従って、セグメンテーションは、前の解剖学的知識を使用して正規化され、これは、本技法を、様々なタイプのイメージングアーティファクトに対してロバストにする。
【００３３】
しかしながら、ＭＢＳの場合、例えば、構造の一部が前の外科手術により消失している場合のように、異常形状をもつ器官を正確にセグメント化することが困難である。この場合、ボクセル単位セグメンテーションが、構造のより適切なセグメンテーションを生じる。
【００３４】
実施形態は、両方の方法、すなわち、ＶＢＳとＭＢＳとの利点を組み合わせること、並びに所与の解剖学的関心構造が解剖学的異常を示すかどうかの自動検出を可能にすることの有益な効果を有する。
【００３５】
実施形態は、例えば、器官のような関心構造の正確な自動セグメンテーションを可能にする。解剖学的関心構造の正確な自動セグメンテーションは、イメージング結果の処理及び評価という目的を加速するために医療イメージングにおいて重要なタスクである。更に、精度は高められる。
【００３６】
実施形態は、従って、適用されるセグメンテーションアルゴリズムが予想されるように機能しなかった潜在的領域を識別するのを助ける。実施形態は、更に、例えば患者の解剖学的組織が基準患者コホートとは異なる場合、トポロジー形状変動の検出を可能にする有益な効果を有する。
【００３７】
ボクセルベースから形状ベースへのセグメンテーションの変換は、例えば、マーチングキューブのような三角測量方法を使用して実行される。
【００３８】
実施形態によれば、受信された医療画像データは３次元医療画像データであり、セグメンテーションはボリュメトリックボクセル単位セグメンテーションである。
【００３９】
実施形態によれば、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアが識別される。従って、表面メッシュ表現のトポロジー形状差分と、従って基礎をなす解剖学的関心構造並びに解剖学的基準構造のトポロジー形状差分とを決定するために、スペクトルマッチングは使用される。スペクトルマッチングの後のメッシュ対応は、表面セグメンテーションメッシュのパッチ、すなわち構造セクションを識別することが可能であり、ここで、メッシュのトポロジーは、基準構造、すなわち基準モデルのトポロジーにマッチしない。
【００４０】
実施形態によれば、トポロジーミスマッチのエリアを提供することは、基準表面メッシュ表現に対する表面メッシュ表現の消失した構造セクションを識別することと、基準表面メッシュ表現に対する表面メッシュ表現の追加の構造セクションを識別することとのうちの少なくとも１つを有する。
【００４１】
ボクセルベースセグメンテーションは、しばしば、解剖学的関心構造に属さない部片を選ぶ傾向があり、例えば、何らかの余分な組織が選ばれる。例えば、ボクセルごとのセグメンテーションを使用して膀胱をセグメント化する場合、腹部空間へのセグメンテーションのリークのようなエラーが発生する。解剖学的関心構造に関するそのような異常セクション及び／又はエリアは、スペクトルマッチングの後に検出され、その後、それらがセグメンテーションに実際に含まれるべきかどうかを評価するために、更に分析される。従って、スペクトルマッチングは、セグメンテーションの品質メトリックを提供する。
【００４２】
実施形態によれば、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、比較に基づいてセグメンテーションの品質メトリックを決定させる。実施形態は、実行されるセグメンテーションの品質を決定及び／又は保証するために、品質メトリックを使用して医療画像データセグメンテーションに対してサニティチェックを実行するために使用される。品質メトリックは、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現との間の差分の程度を定量化する。例えば、セグメンテーションは、品質メトリックが、あらかじめ定義されたしきい値を下回るか又は上回る場合に好適であるものとして受け入れられる。実施形態は、詳細には、外部ビーム放射線療法のためのＭＲベース線量計画手法のコンテキストにおいて有用であり、ここで、切開孔及び組織切除が、適宜に識別され、扱われる必要がある。
【００４３】
実施形態によれば、医療画像データを受信することは、それぞれの医療画像データについての要求を、医療画像データを備えるデータベースに送ることを有し、要求に応答して、要求された医療画像データはデータベースから受信される。データベースは、ローカルデータベース又はリモートデータベースである。例えば、データベースはネットワークを介してアクセス可能であるか、データベースは医療画像データ処理システムのストレージに含まれるか、又はデータベースはポータブルストレージデバイスに保存される。
【００４４】
実施形態によれば、医療画像データは、磁気共鳴画像データと、擬似コンピュータ断層撮影画像データと、コンピュータ断層撮影画像データとのうちの少なくとも１つを備える。
【００４５】
実施形態によれば、スペクトルマッチングは、ターゲット器官のような、解剖学的関心構造のボリュメトリックセグメンテーションの三角行列化された表面メッシュ表現と、基準器官モデル、例えば、例示的な健康な器官のような、解剖学的基準関心構造の同様のメッシュ表現との比較を行う。実施形態は、患者の解剖学的組織の形状異常を検出し、その位置を特定することを可能にする。
【００４６】
例えば、実施形態は、腫瘍学の分野において、例えば、非造影ＣＴ画像、ＭＲＩ画像又は擬似ＣＴ画像における漏れの生じた膀胱、腫瘍をもつ腎臓、肝臓及び心臓の挫傷について適用される。放射線療法についての関連する適用例は、例えば、外科手術を受けた人間の頭蓋骨における孔の識別である。
【００４７】
解剖学的関心構造の正確なセグメンテーションは、医療イメージングにおいて、例えば器官サイズのような、例えば、幾つかのバイオマーカーの抽出のためだけでなく、放射線治療計画又は外科手術計画等の治療計画のためにも重要である。一方では、正しい解剖学的構造が、治療のためのターゲット構造として、或いは治療中に回避される必要があるか又は最小限の放射線を受ける必要があるリスク臓器として定義されることを保証することは、重要である。更に、例えば、正しい放射線量が適用されることは重要である。ターゲットにおける放射線量は、切開孔又は骨がビーム経路中にあるかどうかに応じて変わる。従って、そのような孔の信頼できる識別が重要である。
【００４８】
合成又は仮想コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像とも称される擬似ＣＴ画像は、１つ又は複数の他の医療イメージングモダリティからのデータを使用して計算されたシミュレートされたＣＴ画像である。擬似ＣＴ画像は、例えば、ＭＲＩデータから計算される。例えば、組織分類は、磁気共鳴イメージング組織分類器を使用して領域の各々に適用される。磁気共鳴イメージング組織分類器は、標準的な技法を使用する。例えば、磁気共鳴イメージング組織分類器は、特定の領域内のボクセルの平均又は中間値を決定することによって動作する。これらは、正規化又はスケーリングされ、次いで標準と比較されて、組織タイプを識別し、組織分類を割り当てる。分類は、基礎をなすＭＲＩ画像のセグメンテーションによって、特に上記の実施形態のうちの１つによるセグメンテーションによってサポートされる。
【００４９】
更に、組織分類に従ってハンスフィールドユニット値をボクセルの各々に割り当てることによって、ハンスフィールドユニットマップがＭＲＩ画像について計算される。ハンスフィールドマッピングは、組織分類とハンスフィールドユニットとの間のマッピングを備える。ハンスフィールドユニットマッピングを使用して、擬似ＣＴ画像が生成される。
【００５０】
例えば、ＭＲのみの放射線治療計画を考慮すると、ＭＲ画像からのハンスフィールドユニット（ＨＵ）の推定を暗示する擬似ＣＴ生成は、ＣＴに対する類似画像を確立するための重要な部分である。ハンスフィールドユニット（ＨＵ）スケールは、１への元の線形減衰係数測定値の線形変換の形態で放射線濃度を表すための定量スケールを提供し、そこで、標準圧力及び温度（ＳＴＰ）における蒸留水の放射線濃度は、０ＨＵとして定義されるが、ＳＴＰにおける空気の放射線濃度は−１０００ＨＵとして定義される。軟組織ＨＵ値と硬組織ＨＵ値とを正確に推定するために、ＭＲ画像からの骨及び軟組織構造のモデルベースセグメンテーションが使用される。しかしながら、外科手術後の場合、例えば、脳腫瘍切除の場合、切開孔は頭蓋骨中に存在する。これらの切開孔は擬似ＣＴ画像中の軟組織ＨＵ割当てを必要とし、それは、モデルベースセグメンテーションのみを使用することによって達成することが困難である。実施形態は、切開孔のロケーションを正確に決定するためにインターベンショナル前／インターベンショナル後の患者のメッシュのスペクトルマッチングを使用することを可能にする。次いで、決定された孔は、擬似ＣＴ画像の生成における追加のステップにおいて扱われる。
【００５１】
実施形態によれば、セグメンテーション品質は、解剖学的関心構造のメッシュ化ボクセルごとのセグメンテーション結果と、解剖学的関心構造のあらかじめ定義された基準モデルとのマッチングを使用して評価される。実施形態は、従って、適用されるセグメンテーションアルゴリズムが予想されるように機能しなかった潜在的領域を識別するのを助ける。
【００５２】
実施形態は、例えば脳切除の場合に、例えば患者の解剖学的組織が別の患者コホートとは異なる場合、トポロジー形状変動の検出を可能にする有益な効果を有する。
【００５３】
実施形態によれば、医療画像データ処理システムは、更に磁気共鳴イメージングシステムを備える。磁気共鳴イメージングシステムは、更に、イメージングゾーン内でメイン磁場を生成するためのメイン磁石と、イメージングゾーン内で空間依存勾配磁場を生成するための磁場勾配システムと、イメージングゾーンから磁気共鳴データを取得するために構成された無線周波数アンテナシステムとを備える。メモリは、更にパルスシーケンスコマンドを保存する。パルスシーケンスコマンドは、イメージングゾーンから磁気共鳴データを取得するように磁気共鳴イメージングシステムを制御するために構成される。医療画像データを受信することは、パルスシーケンスコマンドを使用したマシン実行可能命令の実行と、無線周波数アンテナシステムによってイメージングゾーンから磁気共鳴画像データの形態の医療画像データを取得することとを有する。
【００５４】
実施形態によれば、比較することは、解剖学的関心構造に含まれる切開孔及び組織切除のうちの少なくとも１つを識別することを有する。実施形態は、例えば、インターベンショナル処置の後の組織切除及び切開孔のロケーション、又は器官自体と似ているように見える追加の組織を検出することを可能にする。例えば、インターベンショナル処置の後の組織切除及び切開孔のロケーション、又は器官自体と似ているように見える追加の組織が検出される。更に、イメージングアーティファクトによる隣接する解剖学的構造へのリーク等の潜在的な誤ったセグメンテーションが、識別及び／又は回避される。これらのエリアは、後続のステップにおいて更に局所的に調査される。実施形態は、スペクトル空間への変換により、比較されるべきメッシュ間で、直接的な１対１の頂点対応が必要とされないという有益な効果を有する。従って、骨における切開孔のような偏差も検出される。
【００５５】
実施形態によれば、解剖学的基準構造は例示的な解剖学的構造であり、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、メモリに保存された基準表面メッシュ表現を生成させる。生成することは、例示的な解剖学的構造の基準医療画像データを受信することを有する。例示的な解剖学的構造のセグメンテーションが生成される。セグメンテーションは、例示的な解剖学的構造の基準表面メッシュ表現に変換される。
【００５６】
実施形態によれば、受信された基準医療画像データは、受信された複数の例示的な解剖学的構造の医療基準画像データの複数のセットに含まれる。セグメンテーションが、医療基準画像データのセットの各々について生成される。得られたセグメンテーションは、例示的な解剖学的構造の例示的な表面メッシュ表現に変換され、基準表面メッシュ表現は、例示的な表面メッシュ表現にわたって平均して生成される。実施形態は、例えば基準患者コホートの複数の例示的な解剖学的構造を考慮に入れると、個々の解剖学的変動にあまり依存しない基準表面メッシュ表現が与えられるという有益な効果を有する。
【００５７】
別の態様では、本発明は、医療画像データ処理システムを使用する画像セグメンテーションのための方法に関する。医療画像データ処理システムは、マシン実行可能命令と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現とを保存するメモリと、医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサとを備える。プロセッサによるマシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、医療画像データを受信するステップを有する方法を実行するように医療画像データ処理システムを制御させる。医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションが生成される。セグメンテーションは、解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換される。得られた表面メッシュ表現は、得られた表面メッシュ表現と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現との１つ又は複数のスペクトル埋込みをマッチングして、すなわち、２つのメッシュのスペクトルマッチングから生じるメッシュ対応を使用して、解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較され、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアが提供される。
【００５８】
別の態様では、本発明は、医療画像データ処理システムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を備える画像セグメンテーションのためのコンピュータプログラムプロダクトに関する。医療画像データ処理システムは、医療画像データ処理システムを制御するためのプロセッサを備える。プロセッサによるマシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、医療画像データを受信するように医療画像データ処理システムを制御させる。医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションが生成される。セグメンテーションは、解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換される。得られた表面メッシュ表現は、得られた表面メッシュ表現と解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現との１つ又は複数のスペクトル埋込みをマッチングして、すなわち、２つのメッシュのスペクトルマッチングから生じるメッシュ対応を使用して、解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較され、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアが提供される。
【００５９】
本発明の上述の実施形態のうちの１つ又は複数は、組み合わせられた実施形態が相互排他的でない限り、組み合わせられることを理解されたい。
【００６０】
以下において、本発明の好適な実施形態が、単なる例として次の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】医療画像データ処理システムの一例を示す図である。
【図２】磁気共鳴イメージングシステムの一例を示す図である。
【図３】医療画像データ処理システムを動作させる方法の一例を示す図である。
【図４】磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法の一例を示す図である。
【図５】スペクトル分解の一例を示す図である。
【図６】スペクトルマッチングの結果の一例を示す図である。
【図７】スペクトル分解の一例を示す図である。
【図８】スペクトルマッチングの結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図において似通った参照番号を付された要素は、等価な要素であるか、同じ機能を実行するかのいずれかである。先に考察された要素は、機能が等価である場合は、後の図においては必ずしも考察されない。
【００６３】
図１は、コンピュータ１２６を備える医療画像データ処理システム１０１の一例を示す。コンピュータ１２６は、マシン可読命令を実行するために動作可能であるプロセッサ１３０を含んでいるものとして示される。コンピュータ１２６は、更に、ユーザインタフェース１３２と、コンピュータストレージ１３４と、コンピュータメモリ１３６とを備えるものとして示され、それらは、全てプロセッサ１３０にアクセス可能であり、接続される。更に、コンピュータ１２６は、データベース１２５と通信可能に接続される。コンピュータ１２６は、通信インタフェース１２８を介して、医療画像データ１４０のようなデータをデータベース１２５に要求するために構成される。実施形態によれば、データベース１２５は外部システムによって提供され、通信接続を使用して通信ネットワークを介してコンピュータ１２６にとってアクセス可能である。通信接続は、無線で又は有線を介して確立される。実施形態によれば、データベース１２５は、コンピュータ１２６自体に含まれる。例えば、データベース１２５は、コンピュータストレージ１３４に含まれる。更なる実施形態によれば、データベース１２５は、コンピュータ可読ストレージ媒体によって提供される。データベース１２５は、イメージングデータ１４０を含んでいる。代替実施形態によれば、コンピュータストレージ１３４は、医療画像データ１４０を提供する。
【００６４】
コンピュータ１２６は、医療画像データ処理システム１０１として構成される。コンピュータメモリ１３６は、制御モジュール１４２を含んでいるものとして示される。制御モジュール１４２は、プロセッサ１３０が医療画像データ処理システム１０１の動作及び機能を制御することを可能にする、コンピュータ、すなわちマシン実行可能コード又は命令を含んでいる。コンピュータシステム１２６は、例えば、処理のために医療画像データ１４０を受信するために制御モジュール１４２によって制御される。処理は、画像セグメンテーションと、表面メッシュを生成することと、生成された表面メッシュを基準表面メッシュと比較することと、２つのメッシュのトポロジーミスマッチのエリアを提供することとを含む。
【００６５】
医療画像データ１４０の処理のために、コンピュータメモリ１３６は、更にセグメンテーションモジュール１４４を含んでいる。セグメンテーションモジュール１４４は、プロセッサ１３０が医療画像データ１４０のセグメンテーションを実行することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。セグメンテーションの結果１６０は、例えば、コンピュータストレージ１３４に保存されたセグメント化された医療画像データを備える。
【００６６】
コンピュータメモリ１３６は、更に表面メッシュ再構成モジュール１４６を含んでいる。表面メッシュ再構成モジュール１４６は、プロセッサ１３０が、例えばセグメンテーション結果１６０の形態で提供される医療画像データ１４０のセグメンテーションを解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。得られた表面メッシュ表現１６２は、例えばコンピュータストレージ１３４に保存される。
【００６７】
コンピュータメモリ１３６は、更にスペクトルマッチングモジュール１５０を含んでいる。スペクトルマッチングモジュール１５０は、プロセッサ１３０が、表面メッシュ表現１６２を解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較するスペクトルマッチングを実行することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。スペクトルマッチングは、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチの１つ又は複数のエリアを識別及び提供する。スペクトルマッチングのこの結果１６４は、例えば、コンピュータストレージ１３４に保存される。
【００６８】
例えば、ミスマッチは、例えば切開孔のような医学的異常、又は隣接する解剖学的構造へのリークのようなセグメンテーションにおけるエラーを示す。
【００６９】
スペクトルマッチングのために使用される解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現は、例えば、データベース１２５から、コンピュータストレージ１３４から、又はコンピュータシステム１２６と通信可能に接続されたメモリデバイスから受信される。実施形態によれば、基準表面メッシュ表現は、医療基準データとセグメンテーションモジュール１４４と表面メッシュ再構成モジュール１４６とを使用してコンピュータ１２６によって生成される。
【００７０】
図２は、磁石１０４をもつ磁気共鳴イメージングシステム１００を備える医療画像データ処理システム１０１の一例を示す。メイン磁石１０４は、ボア１０６がそれを貫通する超伝導円筒型磁石１０４である。異なるタイプの磁石の使用も可能である。例えば、スプリット円筒磁石（ｓｐｌｉｔ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｍａｇｎｅｔ）と、いわゆる開磁石（ｏｐｅｎ  ｍａｇｎｅｔ）の両方を使用することも可能である。スプリット円筒磁石は、クリオスタットが、磁石のアイソ面（ｉｓｏ−ｐｌａｎｅ）へのアクセスを可能にするために２つのセクションにスプリットされることを除いて、標準的な円筒磁石と同様であり、そのような磁石は、例えば、荷電粒子ビーム療法とともに使用される。開磁石は、一方が他方の上方にある２つの磁石セクションを有し、その中間に、対象を受けるのに十分に大きい空間があり、すなわち、２つのセクションエリアの配置は、ヘルムホルツコイルの配置と同様である。開磁石は、対象があまり制限されないので、普及している。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの一群がある。円筒磁石１０４のボア１０６内には、磁場が、磁気共鳴イメージングを実行するのに十分強く均一であるイメージングゾーン１０８がある。
【００７１】
磁石のボア１０６内には、磁石１０４のイメージングゾーン１０８内で磁気スピンを空間的に符号化するために、磁気共鳴データの取得のために使用される、磁場勾配システムを形成する磁場勾配コイル１１０のセットもある。磁場勾配コイル１１０は、磁場勾配コイル電源１１２に接続される。磁場勾配コイル１１０は代表的なものであることが意図される。一般的に、磁場勾配コイル１１０は、３つの直交空間方向で空間的に符号化するためのコイルの３つの別個のセットを含む。磁場勾配電源は、電流を磁場勾配コイルに供給する。磁場勾配コイル１１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ状にされるか又はパルス化される。
【００７２】
イメージングゾーン１０８に隣接するのは、イメージングゾーン１０８内の磁気スピンの配向を操作するため及び同じくイメージングゾーン１０８内のスピンから無線伝送を受信するための、無線周波数アンテナシステムとも称される無線周波数コイル１１４である。無線周波数コイル１１４は、複数のコイル素子を含んでいる。無線周波数コイル１１４は、無線周波数トランシーバ１１５に接続される。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１５は、別個の送信及び受信コイル並びに別個の送信機及び受信機と置き換えられる。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１５は代表的なものであることを理解されたい。無線周波数コイル１１４は、専用送信アンテナ及び専用受信アンテナをも表すように意図される。同様に、トランシーバ１１５は、別個の送信機及び受信機をも表す。無線周波数コイル１１４は、複数の受信／送信素子をも有し、無線周波数トランシーバ１１５は、複数の受信／送信チャネルを有する。
【００７３】
対象支持体１２０は、イメージングゾーン１０８を通して対象支持体と対象１１８とを移動させることが可能である随意のアクチュエータ１２２に取り付けられる。このようにして、対象１１８のより大きい部分、又は対象１１８全体が画像化され得る。トランシーバ１１５、磁場勾配コイル電源１１２、及びアクチュエータ１２２は、医療画像データ処理システム１０１によっても含まれるコンピュータシステム１２６のハードウェアインタフェース１２８に接続されるものとして示される。
【００７４】
コンピュータ１２６は、更に、マシン可読命令を実行するために動作可能であるプロセッサ１３０を含んでいるものとして示される。コンピュータ１２６は、更に、ユーザインタフェース１３２と、コンピュータストレージ１３４と、コンピュータメモリ１３６とを備えるものとして示され、それらは、全てプロセッサ１３０にアクセス可能であり、接続される。
【００７５】
コンピュータメモリ１３６は、制御モジュール１４３をも備える。制御モジュール１４３は、プロセッサ１３０がコンピュータ１２６並びに磁気共鳴イメージングシステム１００の動作を制御することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。
【００７６】
コンピュータメモリ１３６は、１つ又は複数のパルスシーケンス１４１を含んでいる。パルスシーケンス１４１は、プロセッサ１３０が磁気共鳴イメージングシステム１００を使用して磁気共鳴データ１４０を取得することを可能にする命令、又は命令に変換され得るデータのいずれかである。例えば、制御モジュール１４３は、磁気共鳴イメージングデータ１４０を取得するためにパルスシーケンス１４１とともに動作する。
【００７７】
コンピュータ１２６は、更に、磁気共鳴イメージングデータ処理システムとして構成される。例えば、制御モジュール１４３は、例えば、医療画像データ処理システム１０１の動作及び機能を制御するように構成される。コンピュータシステム１２６は、例えば、医療画像データ１４０を処理するために制御モジュール１４３によって制御され、それは、磁気共鳴画像を再構成することを備える。これらの磁気共鳴画像は、更なるデータ処理のための医療画像データ１４０として使用される。処理は、更に、画像セグメンテーションと、表面メッシュを生成することと、生成された表面メッシュを基準表面メッシュと比較することと、２つのメッシュのトポロジーミスマッチのエリアを提供することとを含む。
【００７８】
医療画像データ１４０の処理のために、コンピュータメモリ１３６は、更にセグメンテーションモジュール１４４を含んでいる。セグメンテーションモジュール１４４は、プロセッサ１３０が医療画像データ１４０のセグメンテーションを実行することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。セグメンテーションの結果１６０は、例えば、コンピュータストレージ１３４に保存されたセグメント化された医療画像データを備える。
【００７９】
コンピュータメモリ１３６は、更に表面メッシュ再構成モジュール１４６を含んでいる。表面メッシュ再構成モジュール１４６は、プロセッサ１３０が、例えばセグメンテーション結果１６０の形態で提供される医療画像データ１４０のセグメンテーションを解剖学的関心構造の表面メッシュ表現に変換することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。得られた表面メッシュ表現１６２は、例えばコンピュータストレージ１３４に保存される。
【００８０】
コンピュータメモリ１３６は、更にスペクトルマッチングモジュール１５０を含んでいる。スペクトルマッチングモジュール１５０は、プロセッサ１３０が、表面メッシュ表現１６２を解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現と比較するスペクトルマッチングを実行することを可能にするコンピュータ実行可能コード又は命令を含んでいる。スペクトルマッチングは、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチの１つ又は複数のエリアを識別及び提供する。スペクトルマッチングのこの結果１６４は、例えば、コンピュータストレージ１３４に保存される。
【００８１】
図３は、図１の医療画像処理システムを動作させる方法を示す概略フローチャートを示す。ステップ２００において、医療画像データが受信される。医療画像データは、例えば、ローカル又はリモートストレージデバイスから受信される。受信された医療画像データは、例えば、２次元医療画像のスタックの形態で提供される３次元画像データである。ステップ２０２において、医療画像データに含まれる解剖学的関心構造のセグメンテーションが生成される。セグメンテーションは、例えば、解剖学的関心構造の輪郭を示す。セグメンテーションは、例えば、ボリュメトリックボクセル単位セグメンテーションである。ステップ２０４において、セグメンテーションは、関心構造の三角行列化された表面メッシュ表現に変換される。表面メッシュは、解剖学的関心構造の表面を表す。ステップ２０６において、セグメンテーションの表面メッシュ表現と、同じ解剖学的基準構造の基準表面メッシュ表現とのスペクトルマッチングが実行される。ステップ２０８において、表面メッシュ表現と基準表面メッシュ表現とのトポロジーミスマッチのエリアが提供される。トポロジーミスマッチのエリアは、比較されるメッシュ間のトポロジーミスマッチのエリアを識別したスペクトルマッチングを使用した後に生じる。
【００８２】
図４は、図２の医療画像処理システムと磁気共鳴イメージングシステムとを動作させる方法を示す概略フローチャートを示す。ステップ２５０において、磁気共鳴データは、磁気共鳴イメージングシステムを使用して取得される。ステップ２５２において、解剖学的関心構造の磁気共鳴画像は、取得された磁気共鳴データを使用して再構成される。医療画像データは、従って、再構成された磁気共鳴画像の形態で提供される。ステップ２５４〜２６０は、図３のステップ２０２〜２０８と同等である。
【００８３】
図５は、成分、例えば円形孔が例示的なモデルトポロジー中に存在するときのメッシュ形状変動の一例を示す。上の行において、第１のメッシュ３００が、その最初の５つのスペクトル埋込み３０２〜３１０とともに示されている。スペクトル埋込み３０２〜３１０は、スペクトル分解によって導出される。下の行において、異なるサイズの２つの円形孔３４０、３４２を備える第２のメッシュ３４０、並びにそれぞれのメッシュの最初の５つのスペクトル埋込み３２２〜３３０が示されている。スペクトル埋込み３４０〜３４２は、スペクトル分解によって導出される。２つのメッシュ３００、３２０のトポロジー差分にもかかわらず、それらのスペクトル埋込み３０２〜３１０、３２２〜３３０が、孔以外は、同様の変動パターンを示しており、それにより、メッシュ３００とメッシュ３２０との間の対応を定義することが可能になることがわかる。
【００８４】
図６は、図５の２つのメッシュ３００、３２０中の対応するロケーションにおける、最初の５つのスペクトル埋込み３０２〜３１０、３２２〜３３０の絶対差分和の例３５０を示す。第２のメッシュ３２０の２つの孔３４０、３４２は、孔を含んでいない第１のメッシュ３００に対する形状異常として明らかに検出可能である。
【００８５】
図７は、成分が基準トポロジーに対してトポロジーに追加されるときのメッシュ形状変動の一例を示す。上の行において、膀胱の基準メッシュ４００が、その最初の５つのスペクトル埋込み４０２〜４１０と共に示されている。スペクトル埋込み４０２〜４１０は、スペクトル分解によって導出される。下の行において、例えばＭＲＩ画像のような、医療画像からの膀胱のボクセルごとのセグメンテーションのメッシュ４２０、並びにその最初の５つのスペクトル埋込み４２２〜４３０が示されている。スペクトル埋込み４２２〜４３０は、スペクトル分解によって導出される。メッシュ４００、４２０のトポロジー差分にもかかわらず、それらのスペクトル埋込み４０２〜４１０、４２２〜４３０が、セグメンテーションが腹部領域にリークしたところ、すなわち追加された成分４４０以外は、同様の変動パターンを示しており、それにより、メッシュ４００とメッシュ４２０との間の対応を定義することが可能になることがわかる。
【００８６】
図８は、２つのメッシュ４００、４２０中の対応するロケーションにおける、最初の５つのスペクトル埋込み４０２〜４１０、４２２〜４３０の絶対差分の和４５０の一例を示す。追加の成分４４０を生じる、膀胱のボクセルごとのセグメンテーションのエラーは、基準メッシュ４００と比較して再構成されたメッシュ４２０の形状異常として明らかに検出される。
【００８７】
本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、説明的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
【００８８】
開示された実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、「含む、備える」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数形は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を果たす。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくは他のハードウェアの一部として供給される光ストレージ媒体又はソリッドステート媒体等の適当な媒体に保存／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等の他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００８９】
１００  磁気共鳴イメージングシステム
１０１  医療画像データ処理システム
１０４  メイン磁石
１０６  磁石のボア
１０８  イメージングゾーン
１１０  磁場勾配コイル
１１２  磁場勾配コイル電源
１１４  無線周波数コイル
１１５  トランシーバ
１１８  対象
１２０  対象支持体
１２２  アクチュエータ
１２５  データベース
１２６  コンピュータ
１２８  ハードウェアインタフェース
１３０  プロセッサ
１３２  ユーザインタフェース
１３４  コンピュータストレージ
１３６  コンピュータメモリ
１４０  医療画像データ
１４１  パルスシーケンスコマンド
１４２  制御モジュール
１４３  制御モジュール
１４４  セグメンテーションモジュール
１４６  表面メッシュ再構成モジュール
１４８  基準表面メッシュ
１５０  スペクトルマッチングモジュール
１６０  セグメンテーション結果
１６２  表面メッシュ
１６４  スペクトルマッチング結果
３００  基準表面メッシュ
３０２  第１のスペクトル埋込み
３０４  第２のスペクトル埋込み
３０６  第３のスペクトル埋込み
３０８  第４のスペクトル埋込み
３１０  第５のスペクトル埋込み
３２０  表面メッシュ
３２２  第１のスペクトル埋込み
３２４  第２のスペクトル埋込み
３２６  第３のスペクトル埋込み
３２８  第４のスペクトル埋込み
３３０  第５のスペクトル埋込み
３４０  孔
３４２  孔
３５０  絶対差分和
４００  基準表面メッシュ
４０２  第１のスペクトル埋込み
４０４  第２のスペクトル埋込み
４０６  第３のスペクトル埋込み
４０８  第４のスペクトル埋込み
４１０  第５のスペクトル埋込み
４２０  表面メッシュ
４２２  第１のスペクトル埋込み
４２４  第２のスペクトル埋込み
４２６  第３のスペクトル埋込み
４２８  第４のスペクトル埋込み
４３０  第５のスペクトル埋込み
４４０  追加の構造
４５０  絶対差分和
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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