(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者（２２）の管構造をコンピュータ（３６）が解析する方法（６０）であって、
前記患者の前記管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を前記コンピュータ（３６）が受け取る工程（６２）と、
前記管構造に沿った方向を前記コンピュータ（３６）が受け取る工程と、
該受け取ったカーソル第一の位置及び該受け取った方向にのみ基づいて前記管構造内で経路を決定する工程（６４）と、
カーソル第二の位置まで所定の距離だけ前記経路に沿ってカーソルを移動させる工程（６６）とを備え、
前記経路の決定が、初期シード点から目標点に伝播する波であって、１段階毎にいずれかの座標方向に所定単位の距離だけ伝播し、前記波が伝播する前の座標に対応付けられた値に基づいて前記波が伝播した後の座標に対応付けられた値を更新する前記波による最小の値を有する直前点までの複数の方向符号を決定することと、前記目標点から前記初期シード点までの方向符号を展開することにより最良の経路を算出することを含む、方法。
【請求項２】
三次元データ集合を用いて前記管構造の１以上の画像を形成する工程をさらに含んでいる請求項１に記載の方法（６０）。
【請求項３】
前記カーソル第二の位置からの内部三次元ビューを表示する工程をさらに含んでいる請求項１に記載の方法（６０）。
【請求項４】
患者（２２）の管構造を解析する医用イメージング・システム（１０）であって、
検出器アレイ（１８）と、
１以上の放射線源（１４）と、
前記検出器アレイ及び前記放射線源に結合されているコンピュータ（３６）とを備えており、
該コンピュータ（３６）は、
前記患者の前記管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取り（６２）、
前記管構造に沿った方向を受け取り、
該受け取ったカーソル第一の位置及び該受け取った方向に基づいて前記管構造内で終点を含む経路を決定し（６４）、
カーソル第二の位置まで所定の距離だけ前記経路に沿ってカーソルを移動させ（６６）、
前記経路の決定を、初期シード点から目標点に伝播する波であって、１段階毎にいずれかの座標方向に所定単位の距離だけ伝播し、前記波が伝播する前の座標に対応付けられた値に基づいて前記波が伝播した後の座標に対応付けられた値を更新する前記波による最小の値を有する直前点までの複数の方向符号を決定することと、前記目標点から前記初期シード点までの方向符号を展開することにより最良の経路を算出することにより行うように構成されている、医用イメージング・システム（１０）。
【請求項５】
患者（２２）の管構造を解析するために、前記コンピュータ（３６）は、三次元データ集合を用いて前記管構造の１以上の画像を形成するようにさらに構成されている請求項４に記載の医用イメージング・システム（１０）。
【請求項６】
患者の管構造を解析するために、前記コンピュータ（３６）は、前記カーソル第二の位置からの内部三次元ビューを表示する（２２２）ようにさらに構成されている請求項４に記載の医用イメージング・システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は一般的には、血管画像の解析の方法及び装置に関し、さらに具体的には、計算機式断層写真法撮像、ＭＲ撮像、及び３Ｄ放射線撮像から得られた画像による放射線学的検査時に放射線科医師等の医療従事者が測定及び報告を準備するのを支援する方法及び装置に関する。
【０００２】
少なくとも幾つかの計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって、一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者等の被撮像物体を透過する。ビームは物体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱したビーム放射線の強度は、物体によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。すべての検出器からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイル（断面）を形成する。
【０００３】
公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが物体と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で被撮像物体の周りをガントリと共に回転する。Ｘ線源は典型的には、焦点においてＸ線ビームを照射するＸ線管を含んでいる。Ｘ線検出器は典型的には、検出器で受光したＸ線ビームをコリメートするコリメータ、コリメータに隣接して設けられているシンチレータ、及びシンチレータに隣接して設けられている光検出器を含んでいる。
【０００４】
計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像、並びに磁気共鳴（ＭＲ）撮像及び３ＤＸ線撮像（３ＤＸＲ）の一つの応用に管解析がある。血管病状のＸ線による定量化及び解析は、長さ、断面寸法、角度、及び関連するパラメータを定量化して狭窄又は動脈瘤パラメータを評価することを求められている放射線科医師にとって重要である。幾つかの公知のイメージング・システムでは、ＣＴ、ＭＲ又は３ＤＸＲのような三次元データを用いて血管病状の解析を行なう。
【特許文献１】
米国特許第５６３００３４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
視覚的な病状解析は、操作者が彎曲している可能性のある構造を追跡しなければならないため困難な場合がある。上述のイメージング・システムは、始点と終点との間の経路を位置決定するための方法を含むことができ、すると操作者はスライダー又はスクロールバーのような単純なインタフェイス装置の助けを借りて算出経路に沿って追跡を行なうが、この方法では経路を画定して算出するのに必要な計算機時間が長くなる可能性がある。さらに、閉塞又は不連続な経路がある場合には、構造を視覚化するのに追加の工程が必要とされることもある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一実施形態では、患者の管構造を解析する方法を提供する。この方法は、患者の管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取る工程と、受け取ったカーソル第一の位置にのみ基づいて管構造内で経路を決定する工程と、カーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ経路に沿ってカーソルを移動させる工程とを含んでいる。
【０００７】
もう一つの実施形態では、時間の経過にわたって管構造を再表示する方法を提供する。この方法は、同じ管構造を表わす少なくとも第一の時刻での第一の三次元データ集合及び第二の時刻での第二の三次元データ集合を形成する工程と、第一の三次元データ集合の第一のビュー及び第二の三次元データ集合の第二のビューを形成する工程と、第一のビュー内で第一の三次元位置に第一のカーソルを配置すると共に、第一のビューにおける第一のカーソル位置に対応する第二のビュー内での第一の三次元位置に第二のカーソルを配置する工程とを含んでいる。この方法はまた、管構造内で経路を決定する工程と、第一のビュー及び第二のビューの少なくとも一方においてカーソル位置からの方向を画定する工程と、第一のカーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ上述の決定した経路に沿って第一のカーソルを移動させると共に、第二のカーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ上述の決定した経路に沿って第二のカーソルを移動させる工程とを含んでいる。
【０００８】
さらにもう一つの実施形態では、患者の管構造を解析するためのコンピュータにより実行可能なプログラムで符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。このプログラムは、患者の管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取り、受け取ったカーソル第一の位置に基づいて管構造内で経路を決定し、ここで決定される経路は決定される終点を含んでおり、カーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ経路に沿ってカーソルを移動させるべくコンピュータに指示するように構成されている。
【０００９】
さらにもう一つの実施形態では、患者の管構造を解析する医用イメージング・システムを提供する。この医用イメージング・システムは、検出器アレイと、１以上の放射線源と、検出器アレイ及び放射線源に結合されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、患者の管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取り、受け取ったカーソル第一の位置に基づいて管構造内で終点を含む経路を決定し、カーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ経路に沿ってカーソルを移動させるように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態では、計算機式断層写真法画像を用いる。図１及び図２には、計算機式断層写真（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第３世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の対向する側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は検出器素子２０によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２等の物体を透過する投射Ｘ線を感知する。各々の検出器素子２０が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って物体又は患者２２を透過する際のビームの減弱を表わす電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための一回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は、回転中心２４の周りを回転する。一実施形態では、図２に示すように、検出器素子２０は、一回の走査の間に単一の画像スライスに対応する投影データが取得されるように一行に配列されている。もう一つの実施形態では、検出器素子２０は複数の平行な行を成して配列されているので、一回の走査の間に複数の平行なスライスに対応する投影データを同時に得ることができる。
【００１１】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御されている。制御機構２６はＸ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。液晶表示器（ＬＣＤ）及び陰極線管のような付設されている表示器４２によって、操作者は再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。コンピュータ３６、コンソール４０、及び表示器４２は、以下に述べる方法においてポインティング・デバイス及びキーボードと共に用いられる。ポインティング・デバイスは例えば、コンソール４０上に設けられている制御器、又はマウスのような別個の装置（図示されていない）である。
【００１３】
一実施形態では、コンピュータ３６は着脱式媒体５２に読み書きを行なう装置５０を含んでいる。例えば、装置５０はフロッピー（商標）・ディスク・ドライブ、ＣＤ−Ｒ／Ｗドライブ又はＤＶＤドライブである。これに対応して、媒体５２は、フロッピー（商標）・ディスク、コンパクト・ディスク又はＤＶＤとなる。一実施形態では、装置５０及び媒体５２を用いて、イメージング・システム１０から他のコンピュータへ取得された投影データを転送してさらなる処理を行ない、或いは他の実施形態では、コンピュータ３６によって処理される機械読み取り可能な命令を入力する。
【００１４】
図３は、患者２２（図１に示す）の管構造を解析する方法６０の実施形態の一例の流れ図である。方法６０は、１以上の検査において、結腸のような管構造の中心線に沿って１以上のカーソルをガイドする方法を記述している。カーソルは三次元位置を示す視覚的標識であり、利用者によって三次元ビュー及び再編成済スライスのような管構造の内部の選択された位置に配置されてよい。方法６０は、カーソル位置の周囲で管構造の中心線である局所的経路を算出することを容易にする。カーソルの位置は三次元ビューに表示される。次いで、カーソルを含むアキシャル・スライス、サジタル・スライス、コロナル・スライス及び斜方スライスを表示することができる。さらに、ビューを回転させる場合には、カレントのカーソル位置における接平面から構造の中心線までの角度を記憶して、新たな接平面から同じ角度でさらに内部三次元ビューを表示するようにし、これにより、構造に対して同じ配向を保持する。
【００１５】
方法６０は、患者の管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取る工程６２と、管構造内で経路を決定する工程６４と、カーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ経路に沿ってカーソルを移動させる工程６６とを含んでいる。方法６０はまた、カーソル第二の位置を示す三次元ビュー、並びにカーソル第二の位置を示すアキシャル・スライス、サジタル・スライス、コロナル・スライス、及び１以上の斜方スライスの１以上を表示する工程を含んでいる。尚、斜方スライスはカーソル第二の位置において管構造に垂直とする。方法６０はまた、カーソル第二の位置からの内部三次元ビューを表示する工程を含んでおり、ここで内部ビューは「内視鏡様」ビューである。
【００１６】
カーソル第一の位置を受け取る工程６２は、第一のカーソル位置を入力する工程と、第一のカーソル位置が管構造の内部に位置するか否かを判定する工程と、コンピュータ３６にインストールされているコンピュータ・プログラムを初期化する工程とを含んでいる。
【００１７】
利用時には、操作者がコンピュータ３６に、管構造内のカーソル第一の位置、及び操作者が検査したい管構造に沿った方向を入力する。一実施形態では、カーソル第一の位置は、操作者がポインティング・デバイスを用いることにより入力され、また方向は、操作者が前方矢印キー及び後方矢印キー等であるがこれらに限定されないキーボード上の１以上のキーを押すことにより入力される。もう一つの実施形態では、カーソル第一の位置及び方向は、操作者が他の従来のデータ入力方法を用いることにより入力される。コンピュータ３６は操作者入力を受け取って、カレントのカーソル位置の値（ＣｔｘＣｕｒＰｏｓ）及びベクトル方向成分（ＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒ）を含む三次元ベクトルを生成する。カーソル第一の位置はＣｔｘＣｕｒＰｏｓとして割り当てられ、すなわち表示器４２に表示されている例えば結腸（図示されていない）のような三次元管構造の内部に位置するカレントのカーソル位置として割り当てられる。コンピュータは、利用者が選択した方向入力をＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒとして割り当て、すなわちコンピュータ３６は、ＣｔｘＣｕｒＰｏｓに原点を有しＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向にある三次元ベクトルを生成する。加えて、コンピュータ３６はＣｔｘＣｕｒＰｏｓにグレイ・レベル値（Ｖａｌ）を割り当てる。コンピュータ３６は受け取ったカーソル位置にのみ基づいてベクトルを生成する。すなわちコンピュータ３６は受け取った始点及び受け取った終点の両方を用いてベクトル（すなわち経路）を算出するのではない。そうではなく、コンピュータ３６はベクトルに従って終点を決定する。
【００１８】
次いで、コンピュータ３６はカーソルが管構造内に位置するか否かを判定する。ＣｔｘＣｕｒＰｏｓに割り当てられているグレイ・レベル値が、管構造を画定する最小ボクセル値（ＣｔｘＭｉｎＶｏｘｅｌＶａｌｕｅ）と管構造を画定する最大ボクセル値（ＣｔｘＭａｘＶｏｘｅｌＶａｌｕｅ）との間にある、すなわちＣｔｘＭｉｎＶｏｘｅｌＶａｌｕｅ＜ＣｔｘＣｕｒＰｏｓ＜ＣｔｘＭａｘＶｏｘｅｌＶａｌｕｅであるならば、コンピュータ３６はコンピュータ３６にインストールされているプログラムを初期化する工程に進む。或いは、ＣｔｘＣｕｒＰｏｓがＣｔｘＭｉｎＶｏｘｅｌＶａｌｕｅとＣｔｘＭａｘＶｏｘｅｌＶａｌｕｅとの間にないならば、コンピュータ３６は不正の出力を生成して、操作者にＣｔｘＣｕｒＰｏｓ及びＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒを入力し直すように要求する。次いで、コンピュータ３６は、コンピュータ３６にインストールされているプログラムが初期化されているか否かを判定する。プログラムが初期化されていたならばコンピュータ３６は方法６０を続行し、プログラムが初期化されていないならばコンピュータ３６はプログラムを初期化して方法６０を続行する。
【００１９】
図４は、コンピュータ３６を初期化する工程７０を含む方法６０の一部を示す流れ図である。コンピュータ３６を初期化する工程７０は、管構造内で複数の候補ボクセルを選択する工程と、複数の候補ボクセルを連結する工程とを含んでいる。
【００２０】
利用時には、管構造内で複数の候補ボクセルを選択する工程は、初期グレイ・レベル空間にある候補ボクセルに閾値を適用する工程すなわち管構造を画定する工程と、管構造以外を除去して管構造内に位置していないすべての点を消去する工程とを含んでいる。選択されないボクセルが、以降で記載する計算工程のいずれにも用いられなければ初期化７０は有効である。或いは、初期化７０は具現化形態に依存しており、操作者が迂回させてもよい。一実施形態では、操作者は二つのピクセルの三次元膨張を適用することにより管構造の境界を視覚化することができる。
【００２１】
図５は、管構造内で経路を決定する工程６４を含む方法６０の一部を示す流れ図であり、工程６４は、新たな軌跡を決定する工程７２と、軌跡内でＮｅｘｔＰｏｉｎｔ点を得る工程７４とを含んでいる。軌跡を決定する工程７２は、コンテクストを初期化する工程と、カレントのＣｔｘＣｕｒＰｏｓを用いて新たな軌跡を開始する工程と、初期探索方向を設定する工程とを含んでいる。
【００２２】
コンピュータ３６は先ず、軌跡コンテクスト（ＣｔｘＴｒａｊ）が空であるか、又はＣｔｘＣｕｒＰｏｓが手動で移動させられたかを判定する。ＣｔｘＴｒａｊは、方向情報を有する点の二重連鎖リストである。ＣｔｘＴｒａｊが空でなく、且つＣｔｘＣｕｒＰｏｓが手動で移動させられていなければ、コンピュータ３６は方法６０を続行して、次の点（ＮｅｘｔＰｏｉｎｔ）を得る工程７４に進む。ＣｔｘＴｒａｊが空であるか又はＣｔｘＣｕｒＰｏｓが手動で移動させられていたならば、コンピュータ３６は管構造内で新たな経路を決定する。
【００２３】
利用時には、コンピュータ３６は軌跡点リストを空にして、カレントのＣｔｘＣｕｒＰｏｓを軌跡に加え、すなわちＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔ＝ＣｔｘＣｕｒＰｏｓと設定する。コンピュータ３６は軌跡終点をロック解除して、コンピュータ３６が追加点を加えられるようにする。軌跡終点をロックしていると、コンピュータ３６は追加軌跡点を入力することが禁止される。次いで、コンピュータ３６は回転行列（ＣｔｘＲｅｌａｔｉｖｅＲｏｔＭａｔ）＝三次元単位行列と設定する。ＣｔｘＲｅｌａｔｉｖｅＲｏｔＭａｔはコンピュータ３６によって用いられて、本書に記載するようにＣｔｘＣｕｒＰｏｓを用いてＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向で初期探索方向を得る。一実施形態では、ｘ及びｙの回転すなわち二次元画面座標を用いて三次元回転行列を生成する。次いで、コンピュータ３６は、予め定義されている管構造の位相幾何学的特徴が利用可能であるか否かを判定する。コンピュータ３６は初期探索方向を決定し、すなわち図５に従って前方（ＦｗＤｉｒ）又は後方（ＢｋＤｉｒ）を決定する。
【００２４】
図６は、ＮｅｘＰｏｉｎｔ点を得る工程７４を含む方法６０の一部を示す流れ図である。ＮｅｘｔＰｏｉｎｔ点を得る工程７４は、軌跡終点がロックされているか否かを判定する工程を含んでいる。一実施形態では、軌跡終点がロックされているならば、コンピュータ３６は、軌跡終点がＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向に前方３点未満に位置するか否かを判定し、軌跡終点が移動方向に前方３点未満に位置するならば、コンピュータ３６は次の点（ＮｅｘｔＰｏｉｎｔ）をヌルに設定して続行する。軌跡終点がロックされており、且つ軌跡点がＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向に前方３点未満に位置していないならば、コンピュータ３６はＮｅｘｔＰｏｉｎｔをＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向にＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔに続く軌跡点に等しく設定して、プログラムを続行する。或いは、軌跡終点がロックされていないならば、コンピュータ３６はＮｅｘｔＰｏｉｎｔをＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向にＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔに続く軌跡点に等しく設定する。目標の軌跡が軌跡終点から３点未満に位置する場合に軌跡を再計算するようにすると、軌跡が管構造の中心に近接した状態に留まることを保証することが容易になる。
【００２５】
ここで図３を再び参照すると、コンピュータ３６は次いで、ＣｔｘＴｒａｊがロックされておらず、且つＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルに等しいことを確認する。Ｙｅｓである、すなわちＣｔｘＴｒａｊがロックされておらず、且つＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルに等しいならば、コンピュータ３６は後に詳述する大局的アプローチを用いて新たな点を算出する。或いは、コンピュータ３６はＮｅｘｔＰｏｉｎｔに問い合わせてＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルに等しいか否かを確認する。Ｎｏである、すなわち次の点がヌルに等しくないならば、コンピュータ３６は方法６０を進める。Ｙｅｓである、すなわちＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルであるならば、前方への進行を停止して、操作者は後方に移動するか又は他の点から開始し直すことができる。或いは、終点まで３点未満のままであるならば軌跡を再計算する。軌跡を再計算すると、軌跡が管構造の中心に近接した状態に留まることを保証することが容易になる。加えて、軌跡（ＣｔｘＴｒａｊ）をロックし且つ／又はＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルであるか否かを検査することにより、コンピュータ３６は前方又は後方のいずれかへの進行をいつ停止すべきかを判定することができる。
【００２６】
図７は、大局的アプローチを用いて新たな点を算出する工程８０を含む方法６０の一部を示す流れ図である。大局的アプローチを用いて新たな点を算出する工程８０は、関心のある球面を設定する工程８２と、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの距離を算出する工程８４と、管構造境界までの距離を算出する工程８６と、最遠中心点（ＦｉｎａｌＰｏｉｎｔ）を得る工程８８と、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔからＦｉｎａｌＰｏｉｎｔ（すなわち終点）までの最良の経路を算出する工程９０とを含んでいる。
【００２７】
図８は、関心のある球面を設定する工程８２を含む方法６０の一部の見取り図である。関心のある球面を設定する工程８２は、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔ、及びＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向に複数の点を含む小空間を選択する工程を含んでいる。ここで、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔについてＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向にある方向ベクトルを定義する。
【００２８】
利用時には、図７及び図８を参照して述べると、操作者はＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔすなわち三次元点と、ＤｉｒＴｏＧｏすなわち三次元ベクトルとを含む小空間を選択する。一実施形態では、球の半径（ＣｔｘＳｐｈｅｒｅＲａｄｉｕｓ）は固定されている。ＤｉｒＴｏＧｏベクトルが正規化されているならば、ＣｅｎｔｅｒｏｆＳｐｈｅｒｅは下記の式に従って決定される。
【００２９】
ＣｅｎｔｅｒＯｆＳｐｈｅｒｅ＝ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔ＋４×（ＣｔｘＳｐｈｅｒｅＲａｄｉｕｓ／５）×ＤｉｒＴｏＧｏ
図７を再び参照すると、次いで、前述の図５に従って空間を再び初期化して、コンピュータ３６は以下に記載するようにしてＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの距離を算出する８４ようにプログラムに指示する。
【００３０】
図９は、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの距離を算出する工程８４を含む方法６０の一部の流れ図である。利用時には、軌跡上のカレントの点（ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔ）までの距離を算出する工程８４は、すべての点（Ｐ）について、距離マップ（ＤｉｓｔＭａｐ（Ｐ））＝６５５３５を生成する工程を含んでいる。目標点が与えられているならば、初期値（Ｉｎｉｔｖａｌｕｅ）＝６５５３５とする。目標点が与えられていないならば、Ｉｎｉｔｖａｌｕｅ＝０とする。次いで、コンピュータ３６は前方伝播プログラム及び後方伝播プログラムの少なくとも一方を初期化する。
【００３１】
図１０は、前方に伝播させる工程９２及び後方に伝播させる工程９４を含む方法６０の一部の流れ図である。伝播方向が前方であるか又は伝播方向が後方であるならば、コンピュータ３６は図１０に示す方法を実行する。次いで、コンピュータ３６は管構造の境界までの距離を算出する。
【００３２】
図１１は、管構造の境界までの距離を算出する工程８６を含む方法６０の一部の流れ図である。一実施形態では、コンピュータ３６は、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの距離を算出するのに用いられたものと同じ方法、すなわち図１１に示すような方法を用いて管構造の境界までの距離を算出する。次いで、コンピュータ３６は最遠点を得る工程８８に進む。
【００３３】
図７を再び参照すると、大局的アプローチを用いて新たな点を算出する工程８０はまた、最遠点（ＦｉｎａｌＰｏｉｎｔ）を得る工程８８を含んでいる。図１１は、下記の式に従って最遠点を得る工程８８を含む方法６０の一部の流れ図である。
【００３４】
Ｄｍｉｎ＝ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの最短距離
Ｄｍａｘ＝ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの最長距離
Ｄｆａｒ＝［（４×Ｄｍａｘ）＋（１×Ｄｍｉｎ）］／５
ここで、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔまでの距離（Ｄ（））及び管構造の境界までの距離は、前述の距離マップを用いて決定される。
【００３５】
最遠中心点（ＦｉｎａｌＰｏｉｎｔ）を得る工程はまた、「候補」＝Ｄ（ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔ，Ｐ）＞Ｄｆａｒとなるような点Ｐと設定する工程を含んでいる。次いで、ＦｉｎａｌＰｏｉｎｔを、ＦｉｎａｌＰｏｉｎｔ＝管構造の境界までの距離が最大の「候補」に含まれる点、に従って算出する。
【００３６】
図１２は、ＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔからＦｉｎａｌＰｏｉｎｔまでの最良の経路を算出する工程９０（図７に示す）を含む方法６０の一部の流れ図であり、工程９０は、図１３に示すように、距離を前方に伝播させる工程１００と距離を後方に伝播させる工程１０２とを含んでいる。前方に伝播させる工程１００及び後方に伝播させる工程１０２は、第一の線から伝播させる工程１０４及び第二の線から伝播させる工程１０６、すなわち線の間での距離伝播と、ｘ軸に沿って伝播させる工程１０８すなわち線の内部での距離伝播とを含んでいる。第一の線から伝播させる工程１０４及び第二の線から伝播させる工程１０６を図１４に示す。ｘ軸に沿って伝播させる工程１０８を図１５に示す。
【００３７】
図１２〜図１５に示すように、下記に従ってｃｏｓｔ（）関数を構築する。
【００３８】
Ｃｏｓｔ（Ｐn+1）＝Ｍｉｎｉｍｕｍ（Ｃｏｓｔ（Ｐn+1），Ｃｏｓｔ（Ｐn）＋Ｖ（Ｐn+1））
ここで、ｎは構築経路に沿った段階であり、Ｐnは段階ｎにおける点を表わしており、Ｖ（Ｐn）は対応する点から管の境界までの距離であり、経路は所与のボクセルの六つの面に沿って位置している。非等方的なボクセルについては、ボクセルの六つの面は平行六面体を形成する。等方的なボクセルについては、ボクセルの六つの面は立方体を形成する。
【００３９】
この関数を用いて、逐次的工程を適用して最終の結果を算出する。ｃｏｓｔ（０）における点０すなわち始点から開始する。他のすべての点は有限のｃｏｓｔ（）を有する。次いで、線の内部で左の点又は右の点まで値を伝播させ、次いで線を横断してｙ，ｚからｙ＋１又はｚ＋１の線まで前方に進める。次いで、工程をｙ，ｚからｙ−１又はｚ−１の線まで他方の方向に繰り返す。一旦、伝播した「波」が目標点に到達したら所与の最大繰り返し回数の後に工程を停止する。最良の直前点までの方向符号を値と共に記憶する。
【００４０】
性能を高めるために、アクティブ線の配列も用いる。配列は各々の線毎に２ビット語を含んでおり、新たな値が所与の線に割り当てられた直後に２からデクリメントし、次いで、線が前方及び後方の二回処理された後に０となり、値には一切変更を加えない。この配列を用いて、伝播工程によって到達しなかった線又は収束した線をスキップする。
【００４１】
この工程は、フィードバック機能を用いて操作者が中止させてもよい。また、スケーリング特徴を設けて、オーバフローを防ぐ（雑音の多い物体の極めて長い経路についてｃｏｓ（ｔ）を１３ビット値に記憶させる）。オーバフローは、目標に達したことを検出するのに失敗したことになる。このことは報告され、誤った識別結果に帰すことがないようにする。最良の経路は、目標点から初期シードまでの方向符号を展開することにより算出される。
【００４２】
図３を再び参照すると、一旦、コンピュータ３６が大局的アプローチを用いて新たな点を算出する工程８０を完了したら、コンピュータ３６は管構造の転回部（half turn）について検査する。図１６は、管構造の転回部について検査する工程１１０を含む方法６０の一部を示している。図１７は、管構造の転回部について検査する工程１００の例図である。転回部について検査する工程１１０は、軌跡を検査して軌跡が図１７に示すような転回部又はループを含んでいるか否かを確認して、転回部又はループのいずれかが検出されたならば軌跡を切断する。
【００４３】
コンピュータ３６が転回部について検査する工程１１０を完了した後に、コンピュータ３６は前述したような軌跡内でＮｅｘｔＰｏｉｎｔ点を得る工程７４に戻る。ＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルでないならば、コンピュータ３６は後述のようにしてＮｅｘｔＰｏｉｎｔに向かって移動する。ＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルであるならば、コンピュータ３６は局所的アプローチを用いて新たな点を算出する。
【００４４】
図１８は、局所的アプローチを用いて新たな点を算出する工程１２０を示す流れ図である。局所的アプローチを用いて新たな点を算出する工程１２０は、ＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒの方向でＣｔｘＣｕｒＰｏｉｎｔに続く軌跡点を削除する工程と、ＰｒｅｖＰｏｉｎｔ及びＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒについてベクトル・データを算出する工程１２２と、Ｐｏｉｎｔ及びＣｔｘＭｏｖｅＤｉｒについてベクトル・データを算出する工程１２４とを含んでいる。
【００４５】
図１９及び図２０は、局所的アプローチを用いて新たな点を算出する工程１２０の方法を示す見取り図である。局所的アプローチは、連結点が存在しないすなわち唯一の枝しか存在しない、管の直径の変化が「十分に」平滑である、及び転回が滑らかである等の管の位相幾何学的特徴に対する仮定に基づいている。従って、局所的アプローチを用いて、所与の点において、前方半平面の方向にベクトルを投射（レイ・キャスティング）する。管の境界に位置するベクトルの終点及びベクトルの長さをコンピュータ３６に記憶させる。一実施形態では、得られる方向ベクトルは、ある方向で境界が遠いほど得られるベクトルに当該方向が大きな寄与をするように、ベクトルの長さによって重み付けした（ponderated）投射ベクトルの和となり、これが通例の場合である。投射ベクトルの平均長に減少が検出される場合には、直進前方に直径の減少が存在する。次いで、長いベクトルにはより多くの加重を与えて、「視角」を収縮させて転回部を回避すると、得られるベクトルは、ベクトルの長さの羃で重み付けされた投射ベクトルから選択したベクトル（視角に含まれるもの）の和となる（減少が急速であるほど羃が大きくなるようにしている）。これが、得られるベクトルを強制的に管内で最も長い投射ベクトルとする手段である。
【００４６】
図３を再び参照すると、局所的アプローチを用いて新たな点を算出する工程１２０の後に、コンピュータ３６は前述のような転回部について検査する工程１１０を開始する。次いで、コンピュータ３６は、前述のような次の点を得る工程７４を開始する。そして、コンピュータ３６はＮｅｘｔＰｏｉｎｔ＝ヌルであるか否かを検査する。ＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルに等しければ、コンピュータ３６はプログラムを終了させる。ＮｅｘｔＰｏｉｎｔがヌルに等しくなければ、コンピュータ３６はＮｅｘｔＰｏｉｎｔに向かって移動させる工程６６を開始する。
【００４７】
図２１は、次の点（ＮｅｘｔＰｏｉｎｔ）に向かって移動させる工程６６を含む方法６０の一部である。軌跡コンテクストにおいてカレントの点及び次の点が与えられ、またカレントのカーソル位置が与えられると、コンピュータ３６は図２１に従って新たなカーソル位置を算出する。
【００４８】
図２２は、視線方向を算出する工程１３０を含む方法６０の一部である。一旦、軌跡コンテクスト及びカレントのカーソル位置が決定されたら、図２２に従って視線方向を算出する工程１３０が開始する。利用時には、操作者がカーソルを移動させると、新たな軌跡が開始して、相対回転行列が再初期化される。さらに、操作者が内視鏡ビューの配向を変更する度毎に、相対回転行列を算出して、追跡されている軌跡に対してビューが同じ角度を保つようにする。
【００４９】
一実施形態では、方法６０は、検査時に管構造に沿って操作者をガイドすることを促進する。さらに、方法６０はローカル計算に頼っているので、設定時間の短縮を促進する。方法６０はまた、始点及び終点の画定を回避しているため、操作者が検査を行なうのに必要な時間を短縮する。加えて、同じ構造について多数回の取得を行なう場合には、すべてのデータ集合について同じ始点が正確に識別され、従ってすべてのカーソルが構造の中心線に沿って同じ距離を走行するので、カーソルは当該構造内の同じ位置を識別するものとなる。この場合に要求される利用者入力は、全検査についての始点の画定のみである。
【００５０】
もう一つの実施形態では、時間の経過にわたって管構造を再視覚化する方法２００が、同じ管構造を表わす少なくとも第一の時刻での第一の三次元データ集合及び第二の時刻での第二の三次元データ集合を形成する工程２０２を含んでいる。方法２００は、患者の検査時に、操作者がコンピュータ３６において同時に前回の検査の結果と現在の検査の結果とを比較して、これらの結果の差に基づいて処置を調整することを可能にすることにより、操作者を支援することを促進する。方法２００はまた、第一の三次元データ集合の第一のビュー及び第二の三次元データ集合の第二のビューを生成する工程２０４と、第一のビュー内で第一の三次元位置に第一のカーソルを配置すると共に、第二のビュー内で第一の三次元位置に第二のカーソルを配置する工程２０６とを含んでいる。方法２００はまた、第一の管構造及び第二の管構造内で経路を決定する工程２０８と、第一のビュー及び第二のビューの少なくとも一方においてカーソル位置からの方向を画定する工程２１０と、第一のカーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ上述の決定した経路に沿って第一のカーソルを移動させると共に、第二のカーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ上述の決定した経路に沿って第二のカーソルを移動させる工程２１２とを含んでいる。
【００５１】
方法２００はまた、第一のカーソル第二の位置を示す三次元ビュー、第一のカーソル第二の位置を示すアキシャル・ビュー、第一のカーソル第二の位置を示すサジタル・ビュー、第一のカーソル第二の位置を示すコロナル・ビュー、及び第一のカーソル第二の位置を示す１以上の斜方スライスの１以上を表示する工程２２０と、第一のカーソル第二の位置及び第二のカーソル第二の位置の少なくとも一方からの内部三次元ビューを表示する工程２２２とを含んでいる。方法２００はさらに、方向入力を受け取って、第一のカーソル及び第二のカーソルの少なくとも一方を受け取った方向入力に従って所定の経路に沿って所定の距離だけ移動させる工程２２４と、それぞれのカーソル第二の位置において管構造の軸に沿った方向に向けて第一のカーソル第二の位置及び第二のカーソル第二の位置の少なくとも一方からの管構造の１以上の内部三次元ビューを表示する工程２２６とを含んでいる。
【００５２】
本発明の実施形態は、脈管構造、冠状動脈及び気管を含めた多くの形式の管構造の選択及び解析に応用可能である。加えて、本発明の実施形態をＣＴイメージング・システム１０と共に説明したが、本発明は他の形式のイメージング・システム及びかかるシステムから得られた画像にも同様に適用可能であることが理解されよう。本発明の他の実施形態に用いられるかかる他の形式のイメージング・システムの実例には、ＭＲイメージング・システム、及び３ＤＸ線イメージング・システムがある。加えて、本発明の幾つかの実施形態は、それ自体ではいずれのイメージング・システムの一部でもないデータ・コンピュータ及び表示器を用いている。これらの場合には、テープ、ディスク若しくは他の記憶媒体、又はネットワーク等を介してコンピュータが１以上の別個のイメージング・システムからデータを得る。１以上のかかる実施形態が、１よりも多い形式のイメージング・システムからデータを受け取り、操作して処理するように構成される。
【００５３】
本書に記載した方法は、計算機式断層写真法システムの例におけるものであるが、これらの方法は計算機式断層写真法システムによって実施されることに限定されておらず、多くの異なる撮像モダリティで用いることができる。例えば、これらの方法をＸ線、磁気共鳴、陽電子放出断層写真法、超音波、及び他の撮像モダリティと共に用いることができる。
【００５４】
様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲の要旨及び範囲に含まれる改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック概略図である。
【図３】患者の管構造を解析する方法の実施形態の一例の流れ図である。
【図４】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図５】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図６】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図７】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図８】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図９】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１０】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１１】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１２】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１３】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１４】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１５】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１６】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１７】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１８】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図１９】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図２０】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図２１】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【図２２】管構造を解析する図３に示す方法の一部の図である。
【符号の説明】
１０  ＣＴシステム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アレイ
２０  検出器素子
２２  患者
２４  回転中心
２６  制御機構
４２  表示器
４６  モータ式テーブル
４８  ガントリ開口
５０  読み書き装置
５２  着脱式媒体
６０  患者の管構造を解析する方法
６２  患者の管構造を表わす表示管構造の内部でカーソル第一の位置を受け取る工程
６４  管構造内で経路を決定する工程
６６  カーソル第二の位置まで所定の方向に所定の距離だけ経路に沿ってカーソルを移動させる工程
１２０  局所的アプローチを用いて新たな点を算出する工程
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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