(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓像のＭＲＩ撮影をプランニングするためのシステムであって：
ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスを用いて；
前記ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスから得られる関心対象を含む、１組の画像を受信することであって、該受信される１組の画像が、前記関心対象の水分画像及び脂肪画像を含み、前記脂肪画像が前記関心対象の全体的な位置を提供し、前記水分画像が前記関心対象の方向を提供し；
前記１組の画像から前記関心対象の位置及び方向を決定し；
前記関心対象のモデルを、前記関心対象の前記位置及び方向に合致させ；
前記関心対象の前記の合致させる処理から、前記関心対象の１つ又は複数の像を生成し；
前記関心対象の前記１つ又は複数の像をディスプレイデバイス上に表示する；
ようにプログラムされる少なくとも１つのプロセッサ、
を備える、システム。
【請求項２】
前記関心対象は、心臓であり、前記心臓像は、短軸（ＳＡ）像、二腔（２ＣＨ）長軸（ＬＡ）像、三腔（３ＣＨ）ＬＡ像及び四腔（４ＣＨ）ＬＡ像のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは：
受信した前記１組の画像のグレースケールの勾配規模における変化を検出することによって、前記関心対象のエッジを識別する
ように更にプログラムされる、請求項１又は２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４】
前記１組の画像におけるグレースケールの勾配規模における前記変化は、細線化処理を用いて前記関心対象のセグメント化を提供する、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは：
前記関心対象の前記モデルを、該関心対象のモデルが前記関心対象のエッジに合致するように、一般化ハフ変換を用いて変換する、
ように更にプログラムされる、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
心臓像のＭＲＩ撮影をプランニングする方法であって：
ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスを使用するステップと；
前記ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスから得られる関心対象を含む、１組の画像を受信するステップであって、該受信される１組の画像が、前記関心対象の水分画像及び脂肪画像を含み、前記脂肪画像が前記関心対象の全体的な位置を提供し、前記水分画像が前記関心対象の方向を提供するステップと；
前記１組の画像から前記関心対象の位置及び方向を決定するステップと；
前記関心対象のモデルを、前記関心対象の前記位置及び方向に合致させるステップと；
前記関心対象を前記の合致させる処理から、１つ又は複数の関心対象の像を生成するステップと；
前記１つ又は複数の関心対象の像をディスプレイデバイス上に表示するステップと；
を含む、方法。
【請求項７】
前記関心対象は、心臓であり、前記心臓像は、短軸（ＳＡ）像、二腔（２ＣＨ）長軸（ＬＡ）像、三腔（３ＣＨ）ＬＡ像及び四腔（４ＣＨ）ＬＡ像のうちの少なくとも１つを含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
受信した前記１組の画像のグレースケールの勾配規模における変化を検出することによって、前記関心対象のエッジを識別するステップ
を更に含む、請求項６又は７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記関心対象のモデルを、該関心対象のモデルが前記関心対象のエッジに合致するように、一般化ハフ変換を用いて変換するステップ、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の方法を実行するようにプログラムされる、少なくとも１つのプロセッサ。
【請求項１１】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の方法を実行するように１つ又は複数のプロセッサを制御する、ソフトウェアを担持する、非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に画像処理に関する。これは、磁気共鳴（ＭＲ）走査ワークフロー、限定ではないが、特に、ＭＲ画像化を使用して標準の心臓像（cardiac  view）の自動プランニング（planning）に関連して特に応用される。しかしながら、他の使用シナリオにも応用され、必ずしも前述の適用に限られないことを理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
診断用の心臓磁気共鳴（ＣＭＲ：cardiac  magnetic  resonance）では、放射線科医は、出力画像、特にスライス画像が特定の方向性（orientation）を有することを期待する。これらの方向性は典型的に、左室の長軸に基づく測定である。診断画像が生成される前に、一連の画像を分析して、左心室の長軸の方向を決定しなければならない。図１に示されるように、ＣＭＲ画像２は、典型的に、短軸（ＳＡ：short  axis）像４、二腔（２ＣＨ：chamber）長軸（ＬＡ：long  axis）像６、三腔（３ＣＨ）ＬＡ像及び四腔（４ＣＨ）ＬＡ像８として知られる、標準の心臓像で取得される。これらの像内の心臓解剖を画像化するために、獲得スライスの二重傾斜のプランニング（double  oblique  planning）が必要とされる。二重傾斜走査平面を取得するために、市販の走査用ソフトウェアは、中間走査と再プランニングを要する段階的な手続を必要とする。この段階的な手続は時間がかかり（経験あるオペレータでも５分）、しばしば追加のオペレータの訓練を必要とする。
【０００３】
ＣＭＲ検査の時間及びオペレータの訓練のコストを低減するために、改善された心臓像のプランニングが導入されている。例えば高解像度の体積測量走査（volumetric  survey  scan）の多断面再構築（ＭＰＲ：multi-planar  reconstruction）を使用する、対話型のタスクガイドプランニングのソフトウェアが存在する。さらに、高解像度の体積測量走査のモデルベースのセグメント化に依拠する自動プランニングアプローチが導入されている。心臓像のプランニングの負荷を軽減するのを助けるこれらの解決策は、体積測量走査の獲得に依拠しており、この体積測量走査の獲得は、様々な問題に直面する
まず、画像化及びプランニングのワークフローに有用であるように、体積測量走査は迅速でなければならない。臨床使用の観点から、測量において走査時間が１分を超えることは受け入れ難いものと見なされる。２つめの問題は、心臓の画像化のコンテキストにおいて動きアーチファクトを避けることである。したがって、体積測量は、心臓トリガを使用して獲得する必要があるが、残念なことに、そのような心臓トリガでは、データを続けて取得することができないので、減速に関連付けられる。さらに、走査期間は、呼吸運動からのアーチファクトを避けるために、一度の息止めよりも短いことを要する。呼吸器官のナビゲータをプランニングする追加の走査を必要とし、これはナビゲータの不足により更なる減速を招くため、呼吸器官の開閉は、呼吸運動を除去するためのストラテジとして望ましくない。
【０００４】
更なるチャレンジは、Ｂ０及びＢ１の不均一性である。対策のない最も一般的に使用される体積ＣＭＲ画像化のｂａｌａｎｃｅｄ  ＳＳＦＰ（steady  state  free  precession：定常状態自由歳差運動）は、画像のジオメトリを設計（plan）するための自動の後処理を妨げるシグナルボイドを生じる。この問題に対する一般的な解決策は、シムボックス（shim-box）の設定である。シムボックスは、以前の走査に基づいて正確に配置され得るが、やはり付加的な時間がかかる。
【０００５】
自動的なプランニングの獲得部分における問題の次に、画像処理は、心臓像を設計するためのものであり、これはささいなものではない。心臓像を設計することは、通常はモデルベースのセグメント化方法を用いて実施される心臓のセグメント化に依拠する。過去に用いられてきた様々な技術は、今日のコンピュータハードウェアにおける今日の標準による性能要件に合致しない。したがって、体積測量走査の獲得と処理の間の折衷は、消極的にスキャナでのワークフローに影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願は、上述の課題及び他の課題を克服する新たな改善された方法及びシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様によると、心臓像を設計するためのシステムが提供される。当該システムは、ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して得られる関心対象を含む、１つ又は複数の画像を受信し、前記１つ又は複数の画像から前記関心対象の位置及び方向を決定し、関心対象のモデルを、前記関心対象の前記位置及び方向に合致させ、前記関心対象の前記の合致させる処理から、１つ又は複数の関心対象の像を生成し、前記１つ又は複数の関心対象の像をディスプレイデバイス上に表示するようにプログラムされる、少なくとも１つのプロセッサを含む。
【０００８】
別の態様によると、心臓像を設計する方法が提供される。当該方法は、ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して得られる関心対象を含む、１つ又は複数の画像を受信するステップと、前記１つ又は複数の画像から前記関心対象の位置及び方向を決定するステップと、前記関心対象のモデルを、前記関心対象の前記位置及び方向に合致させるステップと、前記関心対象を前記の合致させる処理から、１つ又は複数の関心対象の像を生成するステップと、前記１つ又は複数の関心対象の像をディスプレイデバイス上に表示するステップと、を含む。
【０００９】
別の態様では、心臓像を設計するためのシステムが提供される。当該システムは、プランニングデバイスを含み、該プランニングデバイスは、画像化デバイスから、ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して得られる１つ又は複数の画像を受信し、前記１つ又は複数の画像から関心対象の位置及び方向を決定し、前記関心対象のモデルを、該関心対象のモデルが前記関心対象の前記位置及び方向に合致するよう、一般化ハフ変換（ＧＨＴ：generalized  Hough  transform）を使用して変換し、前記関心対象の前記の合致させる処理から、１つ又は複数の関心対象の像を生成するように、プログラムされる少なくとも１つのプロセッサを含む。ディスプレイは、１つ又は複数の心臓像を表示する。
【発明の効果】
【００１０】
１つの利点は、ＣＭＲ画像化のための標準の心臓像のプランニングが自動化されるという点にある。
【００１１】
別の利点は、ＣＭＲ画像化のための標準の心臓像のプランニングの時間効率が良いという点にある。
【００１２】
別の利点は、一度の息止めの走査に基づいて心臓像のプランニングが行われるという点にある。
【００１３】
別の利点は、患者のスループットが向上される点にある。
【００１４】
以下の詳細な説明を読み、理解すると、本発明の更なる利点が当業者に認識されるであろう。
【００１５】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構造並びに様々なステップ及び様々なステップの構造の形式を取り得る。図面は、好適な実施形態を例示することのみを目的としており、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本出願に係る標準の心臓像を示す図である。
【図２】本出願に係る心臓磁気共鳴ワークフローのためのシステムを示すブロック図である。
【図３】本出願に係る例示の心臓磁気共鳴画像を示す図である。
【図４】本出願に係る例示の心臓磁気共鳴画像を示す図である。
【図５】本出願に係る別の例示の心臓磁気共鳴画像を示す図である。
【図６】本出願に係る標準の心臓像を設計するための方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
典型的に、心臓像のプランニングは難しく、時間のかかるプロシージャである。このプロシージャの自動化は、体積走査を必要とするが、体積走査は、臨床業務の制約内で既存のプロトコルを使用して取得するのは難しいことが分かっている。本出願は、ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して、高速かつ専用の画像処理を使用して処理される体積測量走査を獲得することにより、心臓像のプランニングの負荷を軽減する。具体的には、体積測量走査は、心臓トリガ式（cardiac  triggered）ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して獲得される。この走査は、高度に最適化される一般化ハフ変換（ＧＨＴ）を使用して、心臓の全体的な位置（global  position）及び方向を識別するのに分析される。ＧＨＴの結果に基づいて、心臓像が設計される。したがって、本ワークフローは、一度の息止めの走査で最小限の画像処理に基づく心臓像のプランニングを可能にする。
【００１８】
図２を参照すると、治療システム１０は、ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスを使用して、標準的な心臓像の自動プランニングを提供する。２点ｍＤＩＸＯＮ走査シーケンスでは、走査シーケンスは２つのエコー時間を含み、３点ｍＤＩＸＯＮ走査シーケンスでは、走査シーケンスは３つのエコー時間を含む。これらのエコーから、治療システム１０は、心臓を特定し、心臓の全体的な位置及び心臓の方向を決定するのに使用される、グレースケールの勾配規模におけるローカルのグレースケールの遷移又は変化を含む画像を生成する。治療システム１０は次いで、生成された画像からの心臓のエッジのボクセルに最も良く合致するように、ＧＨＴを使用して明示的な心臓モデルを変換する。このモデルを使用して、心臓の適切なエッジ及び角度を計算し、標準的な心臓像を生成する。
【００１９】
治療システム１０は、左室のような、患者の内部の関心対象（ＯＯＩ：object  of  interest）の画像を得るために、１つ又は複数の画像化モダリティ１２を含む。画像化モダリティ１２は、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ、心臓磁気共鳴（ＣＭＲ）スキャナ等のうちの１つ又は複数を適切に含む。治療システム１０は、心臓開閉式（cardiac  gated）ｍＤＩＸＯＮプロトコル走査シーケンスを使用して、ソースの体積データセットを、画像スライスのスタックとして得る。画像化モダリティ１２から得られた画像１８は、１つ又は複数の画像メモリ１４に格納される。
【００２０】
ｍＤＩＸＯＮ走査シーケンスでは、治療システム１０は、図３に示されるような水分画像２４及び脂肪画像２６を含む一組の画像１８を生成する。治療システム１０は、ｍＤＩＸＯＮからの画像１８を使用して、心臓像を自動的に設計する。例えば脂肪画像２６は、心臓３２の全体的な位置を決定するのに使用される。特に、脂肪画像２６及び水分画像２４は双方とも、水分又は脂肪組織ではなく空気が存在する肺３４のエリア内で明るい。肺３４のエリアが与えられると、心臓３２の位置が容易に投影される。水分画像２４は、脂肪画像２６からの補助があってもなくても、心臓３２及び心臓画像のための方向を識別するのに使用される。
【００２１】
心臓トリガ式ｍＤＩＸＯＮプロトコルは、Ｂ０及びＢ１の不均一性の影響にあまり敏感ではなく、シムボックスを配置する必要性がない。このプロトコルは、一度の息止めによる取得をなし得る並行画像化にも使用される。１つの有利な実施形態では、走査は、ＳＥＮＳＥ  ファクタ４を使用して左右方向に加速され、ＳＥＮＳＥ  ファクタ２を使用して前後方向に加速される。走査は更に、繰り返し時間(repeat  time)：ＴＲ＝２．１ｍｓ、第１のエコー時間（echo  time）：ＴＥ１＝０．６３ｍｓ、第２のエコー時間：ＴＥ２＝１．４ｍｓ、そしてショット期間は、毎分６０心拍で１８０ｍｓである。他の画像取得ワークフローも考えられることも認識されたい。
【００２２】
プランニングデバイス１６は、図３に示されるように、左室のような関心対象（ＯＯＩ）の水分２４及び脂肪２６の画像のような、画像１８を受信する。受信した画像は、例えばダイナミック造影（Dynamic  Contrast  Enhanced）ＭＲ画像、ＣＭＲ画像等とすることができる。典型的に、画像１８は、画像化モダリティ１２及び／又は画像メモリ１４から受信される。例えば画像１８は、画像メモリ１４を通して画像化モダリティ１２から受信される。しかしながら、画像１８の他のソースも考えられる。さらに、画像１８は典型的に、磁気共鳴モダリティから受信される。プランニングデバイス１６のプランニングアプリケーション２２を通じて、プランニングデバイス１６は、受信した画像１８の標準的な心臓像を自動的に設計する。より具体的には、画像１８のグレースケールの勾配規模におけるローカルのグレースケールの遷移又は変化を使用して、心臓のエッジ及び心腔の壁と血液との間を識別する。例えば一般化ハフ変換（ＧＨＴ）を使用して、抽出されたエッジのボクセルに最も良く合致するように、明示的な心臓モデルを変換する。このモデルを使用して、プランニングデバイス１６上で表示される標準的な心臓像のために、適切なエッジ及び角度を計算する。
【００２３】
プランニングアプリケーション２２が実行されると、そのユーザインタフェースが、プランニングデバイス１６のディスプレイデバイス２８上に表示される。ユーザインタフェースは適切に、関連するユーザが、受信した画像１８を見ることを可能にする。さらに、ユーザインタフェースは、関連するユーザが、プランニングデバイス１６のユーザ入力デバイス３０を使用して、受信した画像１８上のＯＯＩを選択することを可能にする。プランニングデバイス１６は、ＯＯＩの画像を使用して標準の心臓像を自動的に設計し、この心臓像をディスプレイデバイス２８上に表示する。一部の実施形態において、ユーザインタフェースは、関連するユーザが、ユーザ入力デバイス３０を使用して、設計用のパラメータを指定することを可能にする。
【００２４】
これを達成するために、プランニングデバイス１６は、水分及び脂肪画像を処理して、患者の内部のＯＯＩの位置を取得する。特に、脂肪画像は、心臓の全体的な位置を決定するために使用される。水分画像は、脂肪画像からの補助があってもなくても、心臓及びその方向を識別するのに使用される。図４に示されるように、プランニングデバイス１６は、水分画像３６及び脂肪画像３８をセグメント化して閾値処理をする。閾値処理された水分及び脂肪セグメントが、結合画像４０に追加されて処理され、肺４２の位置を取得する。肺の位置が決定された後、プランニングデバイス１６は、水分画像３６と脂肪画像３８との間の関係を用いて、心臓の位置と方向を決める。具体的には、肺の位置が与えられると、ガウス導関数フィルタ（Gaussian  derivative  filters）は、脂肪及び水分セグメントから勾配規模及び偏導関数を抽出する。自動的な閾値処理（２値化）及び細線化処理（non-maximum  suppression）により、テンプレート又はモデルマッチングの間に用いられる心臓のエッジボクセルの抽出が可能になる。図５に示されるように、ＯＯＩの内側にある計算された勾配規模のスライス４４の例が図示されている。このスライスは、自動の閾値処理４６及び細線化処理４８を使用してセグメント化される。テンプレート又はモデルマッチングは、明示的な心臓モデルが、抽出されたエッジボクセルに最もよく合致するように、該心臓モデルを変換する。例えばＧＨＴは、心臓モデルを変換して、抽出されたエッジボクセルに合致させる。ＧＨＴは、エッジボクセル内の位置及び勾配方向を用いて、相対的位置及び面法線によって示される、モデルの畳み込みである。面法線が勾配方向に一致すると、相対的モデル位置をボクセル位置に追加することによって、その候補位置へ票が投じられる。モデルの最終的な位置は、（ハフ空間として知られる）候補空間内の密クラスタ（dense  cluster）によって定義される。結果として得られるモデル位置を使用して、図１と同様の心臓像を設計する。設計された心臓像は、次いでプランニングデバイス１６のディスプレイデバイス２８上に表示される。この設計された心臓像は、少なくとも短軸（ＳＡ）像、二腔長軸像、三腔（３ＣＨ）ＬＡ像、四腔（４ＣＨ）ＬＡ像を含む。
【００２５】
更なる治療ワークフローの実装は、注入のタイミング及び薬剤の利用における変化によって具現化される。具体的には、ワークフローは、患者が撮影室に入る前に、半減期の長い心臓負荷剤（cardiac  stress  agent）を投与することができるようにする。また、造影剤が、心臓により選択的に吸収され、造影剤が瘢痕組織を光学的に表示するまでに１０分かかる可能性がある。これらの２つを、患者が撮影室に入る前に投与することができる。撮影室に入る前に薬剤を投与することによって、ＭＲと互換性のある薬剤投与装置は必要とされない。
【００２６】
プランニングデバイス１６は、少なくとも１つのメモリ５２上のコンピュータ実行可能命令を実行する少なくとも１つのプロセッサ５０を含む。コンピュータ実行可能命令は、プランニングデバイス１６の機能を実行し、プランニングアプリケーション２２を含む。一実施形態において、プロセッサは、図６に関連して説明されるステップを実行するようにプログラムされる。さらに、プランニングデバイス１６は、通信ユニット５４及び／又は少なくとも１つのシステムバス５６を含むことができる。通信ユニット５４を用いて、例えば画像化モダリティ１２及び／又は画像メモリ１４と通信することができる。システムバス５６は、ディスプレイデバイス２８と、ユーザ入力デバイス３０と、プロセッサ５０と、メモリ５２と通信ユニット５４との間のデータの交換を可能にする。
【００２７】
受信した画像１８内のＯＯＩの像を設計するために、プランニングアプリケーション２２は、図６の方法６０を用いる。ステップ６２において、ｍＤＩＸＯＮプロトコルを使用して得られる関心対象、例えば心臓を含む、１つ又は複数の画像、例えば水分又は脂肪の画像を受信する。ステップ６４において、関心対象の位置及び方向が、１つ又は複数の画像から決定される。ステップ６６において、関心対象のエッジが、受信した１つ又は複数の画像における勾配規模の遷移を検出することによって識別される。ステップ６８において、関心対象のモデルを、関心対象の位置及び方向に合致させる。ステップ７０において、関心対象のモデルが、関心対象のエッジに合致するように、一般化ハフ変換を用いて変換される。ステップ７２において、１つ又は複数の心臓像、例えば短軸像、二腔（２ＣＨ）長軸（ＬＡ）像、三腔（３ＣＨ）ＬＡ像、四腔（４ＣＨ）ＬＡ像が、関心対象の上記の合致処理から生成される。ステップ７４において、１つ又は複数の心臓像がディスプレイデバイス上に表示される。
【００２８】
本明細書で使用されるとき、メモリは、非一時的なコンピュータ読取可能媒体；磁気ディスク若しくは他の磁気記憶媒体；光ディスク若しくは他の光記憶媒体；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）；読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）；又は他の電子メモリデバイス若しくはチップ若しくは動作可能に相互接続されたチップのセット；格納された命令が、インターネット／イントラネット若しくはローカルエリアネットワークを介して取り出される、インターネット／イントラネットサーバ等、のうちの１つ又は複数を含む。さらに、本明細書で使用されるとき、プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等、のうちの１つ又は複数を含み；ユーザ入力デバイスは、マウス、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、１つ若しくは複数のボタン、１つ若しくは複数のスイッチ、１つ若しくは複数のトグル等、のうちの１つ又は複数を含み；ディスプレイデバイスは、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ等、のうちの１つ又は複数を含む。
【００２９】
本発明は、好適な実施形態との関連で説明されている。前述の詳細な説明を読み、理解すると、他のものに対して修正及び変更が行われることがある。本発明は、そのような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びその均等な範囲内にある限りにおいて、そのような修正及び変更を全て含むものとして解釈されるように意図される。
【図１】
0006317740.tif 000002
【図２】
0006317740.tif 000003
【図３】
0006317740.tif 000004
【図４】
0006317740.tif 000005
【図５】
0006317740.tif 000006
【図６】
0006317740.tif 000007