(57)【要約】本発明によれば、２次元画像から等方性又は近似的等方性の３次元画像を生成する方法が提供される。本発明によれば、その方法は、第１画像データ量を生成する、身体部分の第１画像を第１平面内に得るステップと、第２画像データ量を生成する、前記身体部分の第２画像第２平面内に得るステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性又は近似的等方性の合成画像データ量を形成するステップとを備える。
2006508746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１画像データ量を生成する、身体部分の第１画像を第１平面内に得るステップと、第２画像データ量を生成する、前記身体部分の第２画像を第２平面内に得るステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性の合成画像データ量を形成するステップとを備える画像解析方法。
【請求項２】
前記組合せステップが、第１及び第２画像データ量から３次元位置における第１及び第２グレー値を得るステップと、第１及び第２グレー値から合成グレー値を補間するステップと、前記合成データ量の前記３次元位置におけるボクセルに、前記合成グレー値を割当てるステップとを備える請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項３】
第２画像が、第１画像から約０度と約１８０度の間の角度で取られる請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項４】
第１画像が第１角度で取られる一方、第２画像が第２角度で取られ、更に、第１角度は第２角度と等しくない請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項５】
第１画像が第１時間において取られる一方、第２画像が第２時間において取られる請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項６】
第２画像が、第１画像から約０度と約９０度の間の角度で取られる請求項３に記載の画像解析方法。
【請求項７】
合成画像データ量に応じて療法を選択するステップを更に備える請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項８】
合成画像データ量に応じて処置を選択するステップを更に備える請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項９】
他の平面と異なる平面内で身体部分の少なくとも１個の追加画像を得るステップを更に備え、又、追加画像が追加画像データ量を生成し、更に、追加画像データ量が、第１及び第２画像データ量と組合されて、合成データ量を形成する請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項１０】
合成画像データ量から境界画像データ量を抽出するステップを更に備える請求項１に記載の画像解析方法。
【請求項１１】
等方性又は近似的等方性の画像データを製作する方法において、
第１平面内の第１画像から第１画像データ量を得るステップと、第２平面内の第２画像から第２画像データ量を得るステップと、第１及び第２画像データ量の各々から境界画像データを抽出するステップと、抽出された境界画像データを組合せて、合成画像データ量を形成するステップとを備える方法。
【請求項１２】
第１平面及び第２平面と異なる平面内の少なくとも１個の追加画像から、少なくとも１個の追加画像データ量を得るステップと、追加画像データ量から追加境界画像データを抽出するステップと、追加境界画像データを合成画像データ量と組合せるステップとを更に備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
合成画像データ量が近似的等方性である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
合成画像データ量が等方性である請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
第１平面が、第２平面に対して角度を成す請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記角度が約０度と約１８０度の間である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記角度が約０度と約９０度の間である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
３次元データ量を生成する方法において、
２個の異なる平面内に形成される少なくとも２個の画像から、少なくとも２個のデータ量を収集するステップと、データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量を使用して療法を選択するステップとを備える方法。
【請求項１９】
前記組合せステップが、各々のデータ量の各データ点のグレー値を得るステップと、グレー値から合成グレー値を補間するステップと、合成データ量の各データ点に合成グレー値を割当てるステップとを備える請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
各々の平面内でスキャンされる表面に対応するデータを組合せる前に、該データを抽出するステップを更に備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
２個のスキャンが、互いに９０度で行われる請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
３次元データを生成する方法において、
デフォルト解像度を有する第１データ量を製作する第１平面内に、第１画像を得るステップと、前記デフォルト解像度を有する第２データ量を製作する第２平面内に、第２画像を得るステップと、第１及び第２データ量を組合せて、合成解像度を有する合成データ量を製作するステップとを備える方法。
【請求項２３】
合成解像度がデフォルト解像度より大きい請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも第１平面と第２平面内で身体部分の少なくとも１個の画像を得て、第１平面が第１画像データ量を生成する一方、第２平面が第２画像データ量を生成するステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性の合成画像データ量を形成するステップとを備える画像解析方法。
【請求項２５】
少なくとも第１平面と第２平面内で身体部分の少なくとも１個の画像を得て、第１平面が第１画像データ量を生成する一方、第２平面が第２画像データ量を生成するステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、近似的等方性の合成画像データ量を形成するステップとを備える画像解析方法。
【請求項２６】
３次元データ量を生成する方法において、
少なくとも第１画像と第２画像から少なくとも第１データ量と第２データ量を収集するステップと、第１データ量と第２データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量を利用して療法を監視するステップとを備え、又、第１画像は第１平面内で得られる一方、第２画像は第２平面内で得られ、更に、第１平面は第２平面と等しくない方法。
【請求項２７】
前記組合せステップが、各々のデータ量の各データ点のグレー値を得るステップと、グレー値から合成グレー値を補間するステップと、合成データ量の各データ点に合成グレー値を割当てるステップとを備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
各々の平面内でスキャンされる表面に対応するデータを組合せる前に、該データを抽出するステップを更に備える請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
２個のスキャンが、互いに９０度で行われる請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記療法が薬剤を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記療法が生体作用薬剤を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記療法が手術を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
第１データ量が第一時点Ｔ１で得られる一方、第２データ量が第２時点Ｔ２で得られる請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
３次元データ量を生成する方法において、
２個の異なる平面内に形成される少なくとも２個の画像から、少なくとも２個のデータ量を収集するステップと、データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量を利用してインプラントを選択するステップとを備える方法。
【請求項３５】
前記組合せステップが、各々のデータ量の各データ点のグレー値を得るステップと、グレー値から合成グレー値を補間するステップと、合成データ量の各データ点に合成グレー値を割当てるステップとを備える請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
各々の平面内でスキャンされる表面に対応するデータを組合せる前に、該データを抽出するステップを更に備える請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
２個のスキャンが、互いに９０度で行われる請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
３次元データ量を生成する方法において、
２個の異なる平面内に形成される少なくとも２個の画像から、少なくとも２個のデータ量を収集するステップと、データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量を利用してインプラント形状を引出すステップとを備える方法。
【請求項３９】
前記組合せステップが、各々のデータ量の各データ点のグレー値を得るステップと、グレー値から合成グレー値を補間するステップと、合成データ量の各データ点に合成グレー値を割当てるステップとを備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
各々の平面内でスキャンされる表面に対応するデータを組合せる前に、該データを抽出するステップを更に備える請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
２個のスキャンが、互いに９０度で行われる請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、医用撮像に関し、特に、１次元より高い次元での解析を容易にする医用撮像、例えば、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）に関する。より詳しくは、本発明は、量的画像解析を改良するために、ＭＲＩ等の医用撮像で使用される等方性撮像手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、被検者の関心領域の解剖的構造と状態についての情報を臨床医と診断医に提供する非侵襲性撮像手法である。例えば、１９９７年９月３０日にラング（Lang）等の「組織特性記述用の磁気共鳴撮像手法」に対して発行された米国特許第５，６７１，７４１号、２００２年４月１７日にハーグリーブス（Hargreaves)等の「被駆動平衡フーリエ変換を用いた磁気共鳴撮像」に対して発行された米国特許第６，２１９，５７１号、２００２年１１月１２日にフーゲビーン（Hoogeveen)等の「いくつかの体積の磁気共鳴撮像」に対して発行された米国特許第６，７４９，９９６号と２００２年７月４日に公開されたアレクサンダー（Alexander)等の「関節の状態の評価と損傷の防止」についての米国特許出願公開第２００２／００８７２７４号を参照されたい。ＭＲＩでは、一般に、撮像又は検査を受ける被検者が置かれる検査領域内に、大略一様で一時的に一定な主磁場（Ｂ０）が形成される。高周波（ＲＦ）磁場（Ｂ１）の励起と操作により、他の部分では主磁場と整列される被検者内の選択された磁気双極子が、傾けられて磁気共鳴を励起する。その共鳴は、典型的に操作されて、被検者の選択領域から検出可能な磁気共鳴エコーを誘起する。撮像において、エコーは、主磁場に形成された磁気勾配を介して空間的にエンコードされる。ＭＲＩスキャナからの原始データは、通常ｋ空間として知られる行列に収集される。逆フーリエ変換、２次元フーリエ変換、３次元フーリエ変換又は他の変換を用いることにより、被検者の画像表現がｋ空間データから再構成される。
【０００３】
従来のＭＲＩスキャンは、３次元特性を有するボクセルから成るデータ量を製作する。ボクセル次元は、ＭＲＩ機械の物理的特性及びユーザー設定によって決定される。よって、各ボクセルの画像解像度は、少なくとも１次元に制限され、少なくとも１次元の解像度の損失は３次元の撮像問題につながる。
【０００４】
深さ又は３次元（３Ｄ）情報が診断及び処置方針の策定に有用である多くの用途がある。例えば、血管の撮像において、断面は、血管の切断部を示すだけで、狭窄や他の異常を診断することは困難である。同様に、針トラッキング、カテーテルトラッキング等のインターベンショナル撮像は３Ｄ情報を必要とする。又、深さ情報は、画像がリアルタイム又は近似的リアルタイムに表示されるいわゆるインタラクティブ撮像手法において有用である。オペレータは、インタラクティブ撮像手法に応じて、視角、コントラストパラメータ、視野位置、フリップ角、繰返し時間、解像度等のスキャンパラメータを調整することができる。
【０００５】
３次元撮像は、一般に、体積画像を製作するように組合される複数の２次元画像又はスライス画像の収集、又は、代りに、３次元撮像手法の使用を伴う。体積撮像の効率を改良する多くの努力が、その収集の高速化に集中されてきた。例えば、多くの２次元高速スキャン手順が、３次元撮像に応用されてきた。同様に、例えば、改良された再構成アルゴリズムを用いて再構成の速度と効率を改良する努力がなされてきた。それにもかかわらず、３次元撮像は相対的に遅いままである。
【０００６】
しかしながら、現在のＭＲＩ収集手法は、全平面における高解像度及び等方性又は近似的等方性撮像を用いた量的画像解析を提供しない。従って、本発明は、新規で改良された磁気共鳴撮像手法を企画する。
【０００７】
現在の３Ｄ・ＭＲＩスキャン方法によって対処されない別の問題は、部分体積効果の減少である。部分体積効果は、ボクセルが２個のスキャン対象の間の境界に入る時に起こる。例えば、もし患者の膝が矢状にスキャンされているならば、ボクセルの一部は大腿骨内に入り、一部は大腿骨の外の空間に入るように、ボクセルは方位設定される。ＭＲ撮像は、ボクセル全体の全グレー値を平均化する。スキャン解像度が低くなればなる程、部分体積効果が大きくなる。スキャンの少なくとも１個の平面において低解像度がある３Ｄスキャンにおいては、部分体積効果の影響が大幅に大きくなる。よって、部分体積効果の影響の少ない３Ｄ・ＭＲＩスキャンを形成する方法への必要性がある。
【０００８】
更に、従来の３Ｄ・ＭＲＩスキャン手法の別の欠点は、スキャン対象の境界が、スキャン解像度とスキャン方位設定によりねらいそこなうことである。これは、スキャンされている対象の境界がスライス厚の間に位置するか、対象の境界が撮像平面に平行である時に、発生する。従って、境界をねらいそこなう可能性を低減する改良された方法への必要性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、現在の３Ｄ画像収集手法において、スライスの平面内（ｘ−ｙ平面）解像度がｚ次元のスライス厚より少なくとも３倍高いという問題に対処する。スライス間（典型的にｚ方向）の低解像度は、３Ｄ画像解析及び視覚化に関する制約につながる。３次元対象の構造は、全ての３次元において同じ精度で記述することができない。ｚ次元において判断と測定に及ぼす部分体積効果は、ｘ−ｙ平面よりも大きい。よって、マルチ平面のリフォーメーションの解像度と精度は、体積データのスライス方向に依存する。
【００１０】
更に、本発明は、組織のセグメンテーション及び／又はＭＲ画像等の画像の量的解析の精度を上げる問題に対処する。例えば、本明細書に記載され、又、当業界で公知のパルスシーケンス収集手法を用いて、例えば、等方性又は近似的等方性ＭＲ画像を得た後、特定の組織は、画像からより高精度に抽出できると共に、更に、量的である。現在得られる主観的な視覚検査手法は、量的でないことに加えて、しばしば不正確である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
よって、一態様において、ＭＲ画像等の画像の解像度を改善する方法が提供される。ある実施の形態において、その方法は、例えば、身体部分の少なくとも２個のＭＲスキャン（例えば、垂直平面内のスキャン）を得ることと、そのスキャンを組合せることにより、解像度を増大させる。本明細書に記載の方法のいずれにおいても、スキャンは、どの平面、例えば、矢状、冠状及び／又は軸方向撮像平面内であってもよい。好ましくは、第２又はその後のスキャンは、第１のスキャンの全視野をカバーするのに十分な数のスライスを包含する。更に、本明細書に記載の方法のいずれにおいても、２個以上のスキャンから得られたデータは後で組合されて、新たなデータ量を形成する。この新たなデータ量は、等方性又は近似的等方性であると共に、Ｓ１とＳ２の平面内解像度に相当する解像度を有する。組合せは、例えば、新たな（組合された）データ量の各ボクセル（Ｖ）のグレー値の決定を含む。ある実施の形態において、グレー値は、（ａ）Ｖに対する３Ｄ空間内の位置を決定することと、（ｂ）この点における融合前に、スキャンのグレー値を（例えば、元のスキャンから）得ることと、（ｃ）Ｓ１とＳ２からのグレー値を単一のグレー値に補間（組合せ）することと、（ｄ）ＧをＶに割当てることとによって得られる。
【００１２】
本明細書に記載の方法のいずれにおいても、関節、骨及び／又は器官（例えば、脳、肝臓、腎臓、心臓、血管、消化管等）を含むがこれらに制限されないどんな生体組織も撮像できる。
【００１３】
本発明によれば、ＭＲＩスキャン方法が提供され、その方法は、第１画像データ量を生成する、身体部分の第１ＭＲＩスキャンを第１平面内で行うステップと、第２画像データ量を生成する、前記身体部分の第２ＭＲＩスキャンを第２平面内で行うステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性の合成画像データ量を形成するステップとを備える。
【００１４】
本発明の別の実施の形態によれば、等方性又は近似的等方性の画像データを製作する方法が提供され、その方法は、第１平面内の第１ＭＲＩスキャンから第１画像データ量を得るステップと、第２平面内の第２ＭＲＩスキャンから第２画像データ量を得るステップと、第１及び第２画像データ量の各々から境界画像データを抽出するステップと、抽出された境界画像データを組合せて、合成画像データ量を形成するステップとを備える。
【００１５】
本発明によれば、３次元データ量を生成する方法が提供され、その方法は、２個の異なる平面内で行われる少なくとも２個のＭＲＩスキャンから、少なくとも２個のデータ量を収集するステップと、データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量に応じて療法を選択するステップと、インプラントの形状を引出すステップとを備える。
【００１６】
システムは画像解析方法を含む。画像解析は、第１画像データ量を生成する、身体部分の第１画像を第１平面内に得ることと、第２画像データ量を生成する、前記身体部分の第２画像を第２平面内に得ることと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性の合成画像データ量を形成することとによって行われる。それに加えて、第１及び第２グレー値を、１個以上の３次元位置における第１及び第２画像データ量から得ることができる。そのデータは、次に、補間されて、合成グレー値を提供する。合成グレー値は、次に、合成データ量の３次元位置におけるボクセルに割当てられる。当業者には認識されるように、画像間の角度は、約０°から１８０°まで、又は０°から９０°まで及ぶ。一旦これらの値が得られたら、データ量を補足するように、療法又は処置を選択することができる。当業者は、以前に使用されたどの平面とも異なる平面で取られた身体部分の少なくとも１個の追加画像を、追加画像量を生成するために使用することができることを認識するだろう。その画像量から、データ量が生成され、そのデータ量は、次に、第１及び第２画像データ量と組合されて、合成データ量を形成する。勿論、もし望ましければ、合成画像データ量から境界画像データ量を抽出することができる。
【００１７】
画像から等方性又は近似的等方性の画像データを製作する方法も記載される。この方法は、一般に、第１平面内の第１画像から第１画像データ量を得るステップと、第２平面内の第２画像から第２画像データ量を得るステップと、第１及び第２画像データ量の各々から境界画像データを抽出するステップと、抽出された境界画像データを組合せて、合成画像データ量を形成するステップとを備える。勿論、第１平面及び第２平面と異なる平面内の少なくとも１個の追加画像から、少なくとも１個の追加画像データ量を得ることと、追加画像データ量から追加境界画像データを抽出することと、追加境界画像データを合成画像データ量と組合せることも可能である。この合成データは、等方性又は近似的等方性であり得る。認識されるように、第１平面は、第２平面に対して角度を成し、その角度は、約０°から１８０°まで、又は約０°から９０°までであり得る。
【００１８】
３次元データ量を生成する方法が含まれる。一般に、この方法は、２個の異なる平面内に形成される少なくとも２個の画像から、少なくとも２個のデータ量を収集するステップと、データ量を組合せて、合成データ量を形成するステップと、合成データ量に応じて療法を選択するステップと、インプラントを選択するステップと、インプラントの形状を引出すステップとを含む。その組合せステップは、更に、各々のデータ量の各データ点のグレー値を得るステップと、グレー値から合成グレー値を補間するステップと、合成データ量の各データ点に合成グレー値を割当てるステップとを含む。何らかの表面に対応するデータを、組合せる前に、各平面内でスキャン及び抽出することができる。
【００１９】
３次元データを生成する別の方法も開示される。この方法は、デフォルト解像度を有する第１データ量を製作する第１平面内に、第１画像を得るステップと、前記デフォルト解像度を有する第２データ量を製作する第２平面内に、第２画像を得るステップと、第１及び第２データ量を組合せて、合成解像度を有する合成データ量を製作するステップとを含む。認識されるように、合成解像度はデフォルト解像度より大きい。
【００２０】
少なくとも第１平面と第２平面内で身体部分の少なくとも１個の画像を得て、第１平面が第１画像データ量を生成する一方、第２平面が第２画像データ量を生成するステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、等方性の合成画像データ量を形成するステップとを含む画像解析方法が開示される。
【００２１】
少なくとも第１平面と第２平面内で身体部分の少なくとも１個の画像を得て、第１平面が第１画像データ量を生成する一方、第２平面が第２画像データ量を生成するステップと、第１及び第２画像データ量を組合せて、近似的等方性の合成画像データ量を形成するステップとを含む画像解析方法も開示される。
【００２２】
本発明によれば、３次元ＭＲＩスキャンデータを生成する方法が提供される。その方法は、デフォルト解像度を有する第１データ量を製作する第１平面内で、第１ＭＲＩスキャンを行うステップと、前記デフォルト解像度を有する第２データ量を製作する第２平面内で、第２ＭＲＩスキャンを行うステップと、第１及び第２データ量を組合せて、合成解像度を有する合成データ量を製作するステップとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下の説明は、どの当業者も本発明をすると共に使用することを可能にするように提供される。記載の実施の形態に対する各種の修正例は、当業者にはすぐに明らかであろうし、本明細書に記載の一般的な原理は、添付請求項によって限定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の実施の形態と用途に適用できる。よって、本発明は、図示の実施の形態に制限されるように意図されたものではなくて、本明細書に開示する原理及び特徴と調和した最も広い範囲を与えられるべきである。開示した本発明の完全な理解を得るのに必要な程度まで、本願で引用した全ての発行特許、特許公開公報と特許出願の明細書と図面が、参考のために本明細書に組込まれている。
【００２４】
当業者によって認識されるように、本明細書に記載する方法は、事象の記載順序並びに記載事象の理論的に可能ないかなる順序で実行してもよい。更に、ある範囲の値が与えられている場合、その範囲の上限と下限の間のいかなる中間値及び記載範囲内の他の記載値又は中間値も、本発明内に包含される。又、記載した本発明の変形例の任意の特徴は、独立して又は本明細書に記載の特徴の１個以上と組合せて説明及び言明される。
【００２５】
本発明は、組織のセグメンテーションを改良及び／又は画像解析を定量化するのに使用できる画像解析の方法についてである。特に、本発明は、全ての３次元方向において高解像度を得るように、２個以上の画像を組合せる。本発明にかかる方法の原理と操作は、以下の説明を参照すればより良く理解されるであろう。
【００２６】
（１．０）一般的概観
本発明によれば、身体部分について取られた画像の解像度及び／又は組織のセグメンテーションを改良する方法が記載される。この方法は、典型的に、異なる平面内の少なくとも２個の画像を収集することと、全方向で同程度の（例えば、高い）解像度を得るように、その画像を組合せることを含む。その画像は、例えば、ＭＲＩを用いることによって収集することができる。しかしながら、他の撮像装置が入手できるので、当業者は、これらの手法が、本発明の範囲から逸脱することなく、他の撮像装置にも提供することができることを認識するだろう。
【００２７】
本明細書に記載の方法は、改良された組織のセグメンテーションに帰着する等方性又は近似的等方性解像度を提供する。現在用いられている非常に主観的な視覚検査と異なり、本明細書に記載の方法と構成は、量的であり、従って、診断及び処置養生法の計画の精度を高める。
【００２８】
（１．１）磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）
ＭＲＩを一般用語で記載すると、生体組織内の全てのプロトンは、正味の磁化又は方向をランダムに発生しない固有磁気モーメントとスピンを有する。検体がＭＲスキャナの磁場内に配置される時、プロトンは、スピンと、低エネルギー状態と高エネルギー状態に夫々対応する磁場Ｂ０の方向に平行又は非平行な整列とを続ける。ＭＲ検査の途中に、高周波（ＲＦ）パルスＢ１が、Ｂ０に垂直に設定された送信コイルから試料に印加されると共に、プロトンは、瞬間的に整列から傾斜して、静的磁場Ｂ０の軸心の回りに生じた正味の横磁化の歳差運動が、ＭＲ信号として検出される受信コイルの両端をまたぐ電圧を生成する。基本的なＭＲＩ原理と手法の一般的な説明のために、マーク・エー・ブラウン（Mark A. Brown）及びリチャード・シー・セーメルカ（Richard C. Semelka）著「ＭＲＩ基本原理と応用（MRI Basic Principles and Applications）」第２版、ウィリー・リス・インク（Wiley-Liss, Inc.）、１９９９年とハーグリーブス（Hargreaves)等の米国特許第６，２１９，５７１号を参照されたい。
【００２９】
（１．１）高解像度３Ｄ・ＭＲＩパルスシーケンス
ＭＲＩは、撮像されている領域の異なる部分のより良いコントラストをもたらすパルスシーケンスを用いる。異なるパルスシーケンスが、異なる解剖領域の視覚化により適している。２個以上のパルスシーケンスを同時に用いることができる。異なる型式のパルスシーケンスの簡単な説明が、２００２年３月２１日に公開されたアレクサンダー（Alexander)等の国際公開第０２／２２０１４号になされている。
【００３０】
通常のＭＲＩパルスシーケンスは、軟骨等の組織を撮像するのに利用され、従来のＴ１及びＴ２強調スピンエコー撮像、勾配リコールエコー（ＧＲＥ）撮像、磁化移動コントラスト（ＭＴＣ）撮像、高速スピンエコー（ＦＳＥ）撮像、コントラスト強調撮像、ＲＡＲＥ（rapid acquisition relaxation enhancement）撮像、ＧＲＡＳＳ（gradient echo acquisition in the steady state）と被駆動平衡フーリエ変換（ＤＥＦＴ）撮像を含む。これらの撮像手法は、当業者、例えば、撮像技術に精通している者にはよく知られているので、おのおのを以下に概説するにとどめる。
【００３１】
（１．２）Ｔ１及びＴ２緩和の測定
ランダム熱運動の結果、試料内のプロトンのスピンは互いにコヒーレンスを失う。干渉性の喪失は、信号減衰に帰着する。ＭＲ信号がゼロに戻るのに要する時間は多くの要因に依存し、一要因は、エネルギー付与されたスピンがすぐ近くの環境に対して過剰エネルギーを失う速度である。この現象は、スピン格子又はＴ１緩和と呼ばれて、Ｂ０に平行な磁化に主に影響すると共に、スピンシステムからのエネルギーの正味の損失につながる。
【００３２】
観察される別の現象は、隣接プロトンが周波数の少しの相違の結果として互いに整列からドリフトしがちであることである。これは、スピンースピン又はＴ２緩和と呼ばれる位相コヒーレンスの損失を生じる。Ｔ２緩和は、磁化の横成分に影響するが、エネルギーの正味の損失を起こさない。
【００３３】
従来のＴ１及びＴ２強調ＭＲＩは、関節軟骨等の生体組織を描写して、欠陥及び形態上の大きな変化を示すことができる。当業者は、撮像される構造に応じて、Ｔ１又はＴ２強調ＭＲＩを簡単に選択することができる。例えば、Ｔ１強調画像は、硝子軟骨等のある組織の優れたイントラサブスタンス（intra-substance）解剖詳細を示す一方、Ｔ２強調撮像は、関節滲出液、よって、表面軟骨異常のより良い描写を提供する。
【００３４】
（１．３）勾配リコールエコー（ＧＲＥ）撮像
勾配リコールエコー（ＧＲＥ）撮像は、３Ｄ能力と、相対的に短いスキャン時間で高解像度画像を提供する能力とを有する。脂肪抑制３Ｄスポイル型勾配エコー（ＦＳ−３Ｄ−ＳＰＧＲ）撮像は、膝に典型的に生じるような硝子軟骨欠陥の検出において標準的なＭＲ撮像より高感度であることが示された。
【００３５】
（１．４）磁化移動コントラスト撮像
磁化移動撮像は、関節軟骨を近傍の関節分泌液と炎症を起こした滑膜から分離するのに使用することができる。
【００３６】
（１．５）高速スピンエコー（ＦＳＥ）撮像
高速スピンエコー（ＦＳＥ）撮像は、別の有用なパルスシーケンスＭＲＩ手法である。付随的な磁化移動コントラストが、高速スピンエコー画像の信号特性に貢献すると共に、組織間のコントラストを強調することができる。関節鏡関係の調査において、高速スピンエコー撮像の感度と特異性は８７％と９４％であると報告された。
【００３７】
（１．６）エコープラナーイメージング（ＥＰＩ）
エコープラナーイメージング（ＥＰＩ）は、一連のエコーが単一の高周波（ＲＦ）パルスの後に直ちに誘起される。より詳しくは、ＲＦパルスとスライス選択勾配が、選択したスライスに共鳴を励起するように印加され、位相エンコード勾配が、その共鳴を位相エンコードするように印加される。交番極性の一連の周波数エンコード勾配又は読取り勾配が連続的に印加される。各読取り勾配中に、磁気共鳴信号又はエコーが読出される。各読取り勾配の間に、位相エンコード勾配軸に沿う短いパルス又はブリップが、選択したスライスにおいて共鳴の位相エンコードを１ラインだけ増分させるように印加される。各エコーの１次元逆フーリエ変換が、読取り軸に沿うスピン分布の投影を提供する。位相エンコードされたエコーに沿う第２の逆フーリエ変換が、空間エンコードの第２の次元を提供する。典型的に、位相エンコード勾配ブリップは、完全な視野のためのデータが各ＲＦパルスに続いて取られる適当な大きさに選択される。全サンプリング時間は、読取り勾配当たりのサンプリング点の数と位相エンコード勾配ステップの数によって決定される。
【００３８】
エコーボリュームイメージングは、エコープラナーイメージングを多平面に拡張する。上記のエコープラナーイメージングシーケンスを行った後、２次位相エンコード軸に沿うパルス又はブリップが印加される。典型的に、２次位相エンコードブリップは、１次位相エンコード軸と読取り軸に垂直な軸に沿って位相エンコードを進める。その後、位相エンコード勾配ブリップが、１次位相エンコード方向に１ラインずつ進むように、各読取り勾配の間に印加される。第１のｋ空間平面内の位相エンコードブリップは、位相エンコードを視野の一末端に移動させるので、２次位相エンコード方向の第２のｋ空間平面内の位相エンコードブリップは、位相エンコードを逆方向に戻すように典型的に逆極性を有する。このようにして、多平面は、整列されるが、ステップ毎にｚ方向に片寄らせられる。上記のエコープラナーイメージングとエコーボリュームイメージングの手法の一つの短所は、ｋ空間内の軌跡が、交互の位相エンコードライン又はビューに対して時間的に逆転されることである。これは、ゴーストに帰着する位相不連続を起こす。
【００３９】
伝統的な読取り及び位相エンコード軸に沿って印加されるｘ及びｙ勾配パルスが、正弦曲線状に変動すると共に直線状に増加するスパイラル型エコープラナーイメージング手法も知られている。このようにして、データサンプリングが、視野の中心で始まり、外方に渦巻くことにより、スパイラルｋ空間軌跡に沿って視野をカバーする。しかしながら、スパイラル型エコープラナーイメージングの欠点の一つは、それが単一スライス手法であることである。複数スライスを得るために、スパイラル型エコープラナーイメージング手法は複数回繰返される。ＲＦ励起パルスと、ｘ及びｙ勾配を正弦曲線状に変動させると共に直線状に増加させることが後に続くスライス選択勾配が、関心体積をカバーするように、各スライスに対して印加される。
【００４０】
（１．７）コントラスト強調撮像
撮像におけるガドリニウムの使用は、いくつかの異なる形で行われてきた。例えば、ガドリニウムを含む薄い溶液が組織、例えば、関節に直接注入される直接磁気共鳴（ＭＲ）関節造影は、軟骨と関節造影剤の間のコントラストを改良する。侵襲性のより少ない静脈注射による間接ＭＲ関節造影を適用することもできる。ガドリニウム増強撮像は、損傷した軟骨等の軟部組織の長期的な評価に関わりを持つグリコサミノグリカン含有量を監視する可能性を有する。
【００４１】
（１．８）被駆動平衡フーリエ変換
開発された別の３Ｄ撮像方法は、被駆動平衡フーリエ変換（ＤＥＦＴ）パルスシーケンスに基づく（１９９７年９月３０日に発行されたラング（Lang）等の米国特許第５，６７１，７４１号）と共に、軟部組織（例えば、軟骨）の撮像に専用にしてもよい。ＤＥＦＴは、Ｔ２／Ｔ１強調と、関心構造を描くスピン密度コントラストとの間の効果的なトレードオフを提供する。ある組織／構造では、ＤＥＦＴのコントラストノイズ比はスポイル型勾配エコー（ＳＰＧＲ）のよりも大きい。ＤＥＦＴは、ＳＰＧＲへの代替措置である。ＤＥＦＴコントラストは、関節軟骨を撮像するのに非常にうまく適している。滑液は信号強度において高く、関節軟骨は信号強度において中間である。骨は暗く、脂質は、脂肪飽和パルスを用いて抑制される。
【００４２】
（１．９）ＭＲ撮像の代表例
ＭＲ撮像は、１．５Ｔ（例えば、ＧＥ・ＳＲ−１２０高速勾配［１８４μｓｅｃの立上り時間で２．２ガウス／ｃｍ］を備えたＧＥシグマ）の磁場強度で動作するホールボディ磁石を使用して行うことができる。ＭＲ撮像の前に、Ｇｄ−ＤＴＰＡ（ニュージャージー州ウエイン（Wayne）のバーレックス（Berlex）社のMagnevist.RTM.)をドープした水（Ｔ１緩和時間＝約１．０秒）を満たした外部マーカーを皮膚に当てることができる。外部マーカーは、全ての撮像調査の視野内に含めることができる。患者はスキャナ内に仰臥位置で配置されて、適当な領域が撮像される。軸方向スカウトシーケンスの後、冠状又は矢状のＴ１強調画像を、ボディコイル（スピンエコー、ＴＲ＝５００ｍｓｅｃ、ＴＥ＝１５ｍｓｅｃ、１励起（ＮＥＸ）、行列２５６×１２８要素、視野（ＦＯＶ）４８ｃｍ、スライス厚７ｍｍ、スライス間隔１ｍｍ）を使用して収集することができる。次に、同じシーケンスパラメータを使用して冠状又は矢状の画像を得るように、スキャナテーブルを移動させることができる。これらのＴ１強調画像は、後で組織の構造を定義するのに使用することができる軸を識別するのに用いることができる。高速スカウトスキャンを、勾配エコーシーケンス（ＧＲＡＳＳ、２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）、ＴＲ＝５０ｍｓｅｃ、ＴＥ＝１０ｍｓｅｃ、フリップ角４０°、１励起（ＮＥＸ）、行列２５６×１２８要素、視野（ＦＯＶ）２４ｃｍ、スライス厚７ｍｍ、スライス間隔３ｍｍ）を使用して軸方向平面に行うことができる。このスカウトスキャンは、身体部分に心出しした全ての後の高解像度撮像シーケンスを決定するのに使用することができる。それに加えて、スキャナソフトウエアを設けたグラフィック、画像ベースのシーケンス・プリスクリプション・モードを使用して、スカウトスキャンは、全ての外部マーカーが高解像度ＭＲシーケンスの視野内に含まれることを確実することを支援し得る。
【００４３】
良好な画像を得るために考慮すべきいくつかの問題がある。一つの問題は、データセットの描写とセグメンテーションを容易にするために、撮像された領域内の異なる組織間の良好なコントラストである。更に、もし外部マーカーがあると、これらは視覚化されなければならない。これらの問題に対処する一つの方法は、３次元スポイル型勾配エコーシーケンスを矢状平面内で以下のパラメータ（ＳＰＧＲ、３ＤＦＴ、脂肪飽和、ＴＲ＝６０ｍｓｅｃ、ＴＥ＝５ｍｓｅｃ、フリップ角４０°、１励起（ＮＥＸ）、行列２５６×１６０要素、矩形ＦＯＶ１６×１２ｃｍ、スライス厚１．３ｍｍ、１２８スライス、収集時間＝約１５ｍｉｎ）で使用することである。これらのパラメータを使用することにより、良好な空間解像度とコントラストノイズ比を得つつ、身体領域と外部マーカーを内外方向と前後方向の両方で完全にカバーすることができる。脂肪飽和３Ｄ・ＳＰＧＲシーケンスは、多くの組織、例えば軟骨を３次元で表現するのに使用することができる。次に、３Ｄ・ＳＰＧＲシーケンスを、前回の脂肪飽和での収集中に使用したのと同じパラメータとスライス座標を使用して脂肪飽和無しで、矢状平面内に繰返すことができる。その結果としての非脂肪飽和３Ｄ・ＳＰＧＲ画像は、低信号強度の皮質骨と高信号強度の骨髄の間の良好なコントラストを表すことにより、大腿骨と脛骨の輪郭の３Ｄ表現を容易にする。このやり方は、関節だけに代表的であって、いずれにしても制限的であると見做すべきでない。
【００４４】
（１．１０）磁気共鳴撮像―垂直開放磁石（０．５Ｔ）
ＭＲ撮像は、又、０．５Ｔ垂直開放ＭＲ装置（ウィスコンシン州ミルウォーキーのゼネラルイレクトリックのＧＥシグマ）とＭＲトラッキングシステムを使用して行うことができる。ＭＲ撮像の前に、Ｇｄ−ＤＴＰＡ（ニュージャージー州ウエイン（Wayne）のバーレックス（Berlex）社のMagnevist.RTM.)をドープした水（Ｔ１緩和時間＝約１．０秒）を満たした外部マーカーを皮膚に当てることができる。被検者を、磁石内に直立位置に配置することができる。身体部分は、主磁場に対して垂直になることができる。２ＤＦＴ高速スピンエコーパルスシーケンスを、矢状平面（ＦＳＥ、ＴＲ＝４００ｍｓｅｃ、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃ、帯域幅７．８ｋＨｚ、エコートレイン長８、３励起、スライス厚４ｍｍ、スライス間隔０．５ｍｍ、行列２５６×１９２要素、視野２４ｃｍ）内で行うことができる。スキャン平面トラッキングを有するラピッドスキャン収集のために、高速の単一スライス勾配エコーパルスシーケンスを、矢状平面又は軸方向平面（ＧＲＡＳＳ、ＴＲ＝１４ｍｓｅｃ、ＴＥ＝５ｍｓｅｃ、フリップ角４０度、帯域幅３２ｋＨｚ、１励起、スライス厚４ｍｍ、行列２５６×１２８要素、視野２０ｃｍ、時間的解像度２ｓｅｃ／画像）内で行うことができる。上下に解剖を十分にカバーするために、２０ｃｍの視野を選択することができる。
【００４５】
（２．０）画像融合
これらの撮像手法の存在にも拘わらず、２個以上の平面内の解像度は困難なままである。本発明によれば、ＭＲＩスキャン等の２個の別の画像からの少なくとも２個のデータ量を組合せて、等方性又は近似的等方性を有する単一データ量を形成するという解像度の困難を解消する方法が提供される。
【００４６】
図１を参照すると、少なくとも２個の別個の画像によって生成される少なくとも２個の例示的なデータ量Ｓ１（１００）とＳ２（２００）が示される。ここに図示するように、各データ量１００と２００は、画像スライスの積重ねによって示すように、複数のデータ量１００（１−ｎ）と２００（１−ｎ）を有する。Ｓ１は、冠状平面内で取られた膝関節の画像である一方、Ｓ２は、矢状平面内で取られた膝関節の画像である。この例では、Ｓ１とＳ２は、互いに垂直な平面内で取られている。しかしながら、当業者であれば認識するように、本発明の範囲から逸脱することなく他の方位設定及び平面関係を使用することができる。
【００４７】
各データ量は、２次元、例えば、ｘ軸とｙ軸において等しい撮像寸法を有するが、第３次元、例えば、ｚ軸の撮像寸法は、最初の２次元、この場合、ｘ軸とｙ軸の撮像寸法よりも大きい。好ましい実施の形態において、第２スキャンは、例えば、約０°と１８０°の間、より好ましくは、約０°と９０°の間の角度で取られる。
【００４８】
本発明は少なくとも２個のスキャンを使用するように記載されているけれども、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなくもっと多くのスキャンを使用できることを認識するだろう。よって、同じ又は他の平面や方向における追加のスキャンも得ると共に解析できる。例えば、もし第１スキャンが矢状方向に得られると、冠状又は軸方向撮像平面内の第２スキャンを次に得ることができる。
【００４９】
第２スキャンが第１スキャンと同じ平面内解像度を有することが可能である。次に、第２スキャンは、第１スキャンの全視野をカバーするように十分な数のスライスを含むことにより、同じ３Ｄ空間からの情報を有する２個のデータ量が得られる。
【００５０】
上述したように、各映像から生成したデータ量は、ｘ、ｙ及びｚ軸座標データを含み、図１に示すように、ｘ及びｙ軸データは等方性である一方、ｚ軸データは非等方性である。この現象は、本発明に従うＭＲＩスキャンで生成された３個のボクセル２００の例示的な組を示す図２により良く示される。図２に示すボクセル２００はｚ軸に方位設定され、矢印２１０は、画像、この場合はＭＲＩスキャンのスライス厚を指す。ボクセル２００は、更に、撮像すべき物理的事項２２０を含む。図２に示すように、スライス厚２１０により、撮像すべき物理的事項２２０に関する情報の精度が低下することが分かる。
【００５１】
潜在的に消失するデータに加えて、より大きなスライス厚に関する別の問題は部分体積効果である。部分体積効果は、ボクセルが、撮像すべき対象の一部だけをカバーする時に発生して、ボクセルのグレー値が真のグレー値の代りに平均化される。図２に示すように、部分体積効果は、画素又はボクセルが、撮像されるべき対象２２０の上に部分的に配置される時に発生する。ボクセル２００が、撮像すべき対象の上に部分的に配置されているので、ボクセルのグレー値は平均化される。部分体積効果の発生を低減するために、本発明は、スキャンのスライス厚を減らすことにより、各ボクセルが、撮像されるべき対象の上に部分的に配置される可能性を低下させる。
【００５２】
図３乃至図５を参照すると、本発明に従って等方性又は近似的等方性ボクセルを製作する例示的な実施の形態が示される。図３には、画像スキャンによって製作された３個のボクセル３００の組が示され、ボクセル３００は、ｘ軸３１５とｙ軸３２０より長さの大きいｚ軸３１０を有する。
【００５３】
図４には、第２の画像スキャンによって製作された３個のボクセル３３０の第２組が示され、第２スキャンは、第１スキャンに対して角度θで取られている。上記したように、θは、例えば、約０°から約１８０°まで及ぶ。図４に示すように、ボクセル３３０の第２組は、ｘ軸３４５とｙ軸３５０より大きいｚ軸寸法３４０を有し、ボクセル３３０の第２組のｚ軸３４０は、ボクセル３００の第１組と異なる平面内で方位設定される。
【００５４】
図５には、９個のボクセルから成るボクセル３６０の第３組が示される。ボクセル３６０の第３組は、ボクセル３００の第１組とボクセル３３０の第２組を組合せることにより形成されると共に、ボクセル３６０の第３組の新しいｚ軸３７０を形成するように、第１組のｚ軸データは、ボクセル３３０の第２組からのｘ軸又はｙ軸データと組合される。又、第３のボクセル３６０のｚ軸３７０は、ｘ軸３７５及びｙ軸３８０と等しい又は近似的に等しい長さを有することにより、ボクセル３６０は等方性又は近似的等法性寸法を有する。
【００５５】
図１に示すように２個のデータ量組を製作する少なくとも２個のスキャンを行った後、２個のデータ量は、その後で図３乃至図５に示すように第３のデータ量に組合される。この合成データ量は、Ｓ１とＳ２の平面内解像度に対応する解像度で等方性又は近似的等方性である。第３データ量の各ボクセルのグレー値は、（ａ）各ボクセルの３Ｄ空間における位置を決定、（ｂ）この位置におけるＳ１とＳ２内のグレー値を決定（例えば、調べる）、（ｃ）２個のグレー値を単一のグレー値に組合せるように、適当な補間法を用いる、と（ｄ）決定された各グレー値を合成データ量内の各ボクセル割当てるようにして、計算されることが好ましい。
【００５６】
より多くのスキャンにはこれらの操作が繰返される。更に、例えば、運動による、スキャンされた被検者のＳ１とＳ２の間の位置決めの差を補償するために、主軸マッチング又は体積基準マッチング等の整合手法を応用できる。
【００５７】
（３．０）組織のセグメンテーション
本発明の別の実施の形態によれば、少なくとも２個の撮像スキャンから等方性又は近似的等方性ＭＲＩスキャンデータを製作する方法が提供される。
【００５８】
詳細に上述したように、２個の個々のデータ量が２個の別個のデータスキャンから得られ、各スキャンは互いに角度θをなして取られる。好ましい実施の形態において、第２のスキャン又は画像は、約０°と１８０°の間、より好ましくは約０°と９０°の間の角度θで取られることが好ましい。各画像スキャンはｘ、ｙ及びｚ成分を有する個々のデータ量を製作し、ｘ及びｙ成分は等方性又は近似的等方性である一方、ｚ軸寸法は、例えば、ＭＲＩ機械のスライス厚（又はステップ長さ）によって決定される。
【００５９】
組織のセグメンテーション手段は、１個以上の画像から１個以上の組織を抽出するように応用できる。これは、電子解剖画像（例えば、Ｘ線、ＣＴ、スパイラルＣＴ、ＭＲＩ）の画素又はボクセルを別個の群に分類することで達成され、各群は、組織や解剖構造、又は、組織や解剖構造の組合せ、又は画像背景を表す。例えば、上記したように、第１及び第２データ量の各データ点が組合されて、合成データ量を形成する。次に、セグメンテーションは全データ量又はデータ量の一部に行うことができる。等方性又は近似的等方性の合成データ量を製作するのに効果的であるものの、データ処理の量は膨大である。従って、上記方法は、極めて大量のコンピュータ処理能力と必要な数学的計算を完了する時間を必要とする。
【００６０】
図６には、本発明の組織セグメンテーションに従って製作される３次元ＭＲＩスキャン製品の例示的な実施の形態が示され、撮像されるべき対象に関するデータを最初に各データ量から抽出してから、抽出されたデータを組合せて、図６の３次元スキャンを製作する。図６に示すように、内側大腿顆の軟骨面が示され、矢状スキャン４００と冠状スキャン４５０が、０．２７×０．２７ｍｍ平面内解像度と、０．５ｍｍ間隔の３ｍｍのスライス厚で得られる。図６に示すように、内側エッジが冠状スキャン４５０で良く輪郭描写される一方、顆の後方エッジが矢状スキャンにおいて最も良く見える。
【００６１】
別の実施の形態によれば、関心表面又は関心領域についてのデータが、２個以上の画像スキャンによって製作された各データ量から最初に抽出される。関心のあるデータ量を抽出した後、データ量を共通座標系に変換することにより、データ量内の各画素又はボクセルが新しいデータ量に次に組合される。これは、解剖的又は他のユーザー規定ランドマークを使用することにより、又は、ＤＩＣＯＭ撮像規格によって提供される情報等の画像位置と方位設定の先行知識により１個以上のデータ組に対して変換行列を明示的に計算することによってなされる。３Ｄ空間内の変換を定義するために、元のデータ量の４点と新しいデータ量の対応する位置の座標を識別する必要がある。これらの座標対は、以下の一次系を構築するように使用される。
Ａ×Ｔ＝Ｂ
ここで、Ａは、元の座標を有する行列であり、Ｔは変換行列であり、Ｂは新しい座標を有する行列である。上記系に対する解は次式で与えられる。
Ｔ＝Ｂ×Ａ−１
【００６２】
別のやり方として、変換行列は、データ組の間で表面整合することにより、暗示的に計算することができる。表面整合アルゴリズムは、ユークリッド距離変換等のコスト関数を最小化することにより、体積データを組合せることにより、２個のデータ量を組合せる。図６は、結果としてのデータ量の例を示す。結果としてのこのデータ量は、Ｓ１及びＳ２の平面内解像度に対応する解像度で等方性又は近似的等方性である。
【００６３】
本発明の別の実施の形態では、３Ｄ・ＭＲＩ画像は、適当な手法、例えば、等方性又は近似的等方性解像度で２Ｄフーリエ変換収集よりもむしろ３Ｄを提供するパルスシーケンス収集パラメータ、又は、２個以上の２Ｄ収集の融合を使用することによって得られる。本明細書で使用されるように、等方性解像度は、スライス厚が平面内解像度と等しいＭＲＩ画像を指す。同様に、用語「近似的等方性解像度」は、スライス厚が、平面内解像度の２倍以下、より好ましくは平面内解像度の１．５倍以下、更により好ましくは平面内解像度の１．２５倍以下である画像を指す。等方性又は近似的等方性３ＤＦＴ撮像パルスシーケンスは、部分体積平均化に関して利点を有する。部分体積平均化は、典型的に、スライス方向（ｚ方向）においては、撮像平面（ｘ及びｙ方向）内より大きくない。
【００６４】
近似的等方性又は等方性画像を得るのに適したパルスシーケンスの非制限的例は、３Ｄ・ＦＳＥ、３Ｄ・ＭＦＡＳＴ／３Ｄ・ＳＳ−ＳＰＧＲ、３Ｄ・ＦＩＥＳＴＡ／３Ｄ・ＳＳＦＰ、３Ｄ・ＦＥＭＲ、３Ｄ・ＤＥＳＳ、３Ｄ・ＶＩＢＥと３Ｄ・ＳＳＦＰを含む。３ＤＦＴ等方性又は近似的等方性撮像シーケンスの好ましい平面内解像度は、０．５ｍｍ未満であり、好ましいスライス厚は、０．８ｍｍ未満、好ましくは、０．５ｍｍ未満である。
【００６５】
その後、これらの等方性又は近似的等方性解像度画像は、セグメンテーション又は組織抽出とその後の身体部分のなんらかの視覚化及び／又は量的測定（例えば、軟骨厚又は軟骨欠陥の寸法の測定）の精度を上げるために使用される。
【００６６】
よって、本発明は、とりわけ、組織のセグメンテーション又は組織抽出の解像度と効率の増大をもたらす。本明細書に記載の操作（例えば、複数画像の組合せ、等方性又は近似的等方性解像度撮像）に続いて、市販のセグメンテーションソフトウエア、例えば、標準のパーソナルコンピュータ上で作動するシード・グローイング・アルゴリズム及びアクティブ輪郭アルゴリズムを含むソフトウエアを使用することができる。
【００６７】
例えば、３Ｄ  ＭＲ画像に示す関節軟骨が解析される。鮮明な界面が、高信号強度の骨髄と低信号強度の皮質骨の間に存在することにより、シード・グローイングを容易にする。
【００６８】
例示的であるが制限的ではない一つの措置は、３Ｄに拡張された２Ｄエッジ検出器（ワングービンフォード（Wang-Binford））に基づく３Ｄ表面検出手法を使用する。この表面検出手法は、表面点とその対応する表面垂線を生成することができる。輪郭を滑らかにするために、プログラムは、表面点の２５％をサンプリングして、立方スプラインをサンプル点に適合させる。プログラムは、サンプルスプライン点に沿う曲率を計算して、最大曲率を有すると共にその輪郭上のボクセルの数の約半分によって分離される２個のサンプル点を見つけることができる。これらの点はスプラインを２個の輪郭部分に分割する。各輪郭部分に対して、プログラムは、点とその質量の中心の間の平均距離を計算することができる。
【００６９】
プログラムは、マウス及び／又はキーボードを使用することにより、３Ｄデータから引出されるアニメーションを始動及び停止するように任意の角度から場面を見る能力をユーザーに付与することができる。それに加えて、ユーザーは、点をマウスで選択することにより、場面についての量的情報を引出すことができる。
【００７０】
ソフトウエアプログラムは、Ｃ＋＋コンピュータ言語で書くことができると共に、シリコングラフィックス・ワークステーション又はウインドウズ／インテル・パーソナルコンピュータ上で作動するようにコンパイルすることができる。
【００７１】
（４．０）３次元画像
上述したように３Ｄ収集を使用することにより、又は、２個以上の２Ｄスキャンを融合することにより、３Ｄ・ＭＲ画像を得た後、及び、例えば、セグメンテーション手法を使用して１個以上の解剖対象を抽出した後、対象情報は、コンピュータプログラムを使用して表面表示に変換することができる。プログラムは、例えば、ＡＶＳ・Ｅｘｐｒｅｓｓ（マサチューセッツ州、ウォルサムのアドバーンスト・ビジュアル・システムズ社（Advanced Visual Systems Inc.））で展開することできる。各ボクセルは、関心対象内で無ければゼロの値又は１．５Ｔ・ＭＲで記録する時の信号強度に応じて１から４０９５までの範囲の値を有する。次に、関心体積の境界要素に対応する等表面を計算することができる。この等表面の碁盤目状配列は、碁盤目状配列の各多角形の外方に向く垂線に沿って計算される。これらの多角形は、標準グラフィクスフォーマット（例えば、仮想現実モデリング言語、バージョン１．０：ＶＲＭＬ出力言語）でファイルに書込むと共に、コンピュータ画面上に視覚化することができる。
【００７２】
視覚化プログラム、例えば、ユーザー制御式３Ｄ視覚解析ツールを用いることもできる。これらのプログラムは、各種の３Ｄ幾何学表現又は「アクター」からなる画面内で読取られる。プログラムは、マウス及び／又はキーボードを使用することにより、３Ｄデータから引出されるアニメーションを始動及び停止するように任意の角度から場面を見る能力をユーザーに付与する。それに加えて、ユーザーは、点をマウスで選択することにより、場面についての量的情報を引出す。
【００７３】
ソフトウエアプログラムは、Ｃ＋＋コンピュータ言語で書くことができると共に、シリコングラフィックス・ワークステーション及びウインドウズ／インテル・パーソナルコンピュータ上で作動するようにコンパイルすることができる。例えば、軟骨の生化学的組成を、例えば、アレクサンダー（Alexander)等の国際公開第０２／２２０１４号に記載されているように、視覚化してもよい。
【００７４】
画像から等方性又は近似的等方性画像データを製作する方法も記載される。この方法は図８Ａに示される。第１ステップは、画像８００を得ることである。オプションの繰返しステップ８０１により、複数画像を得るように、このステップを繰返すことができる。適当な画像は、例えば、ＭＲＩを含む。一旦画像が得られると、画像データ量８１０が得られる。オプションの繰返しステップ８１１で示すように、画像データ量は１回以上で得ることができる。次に、生成された画像データは組合されて、等方性画像量８２０又は近似的等方性画像量８２２を形成する。当業者には認識されるように、１個以上の等方性又は近似的等方性画像量を形成するプロセスは、オプションの繰返しステップ８２１と８２３で示すように１回以上繰返すことができる。
【００７５】
画像から等方性又は近似的等方性画像データを製作する方法も記載される。この方法は図８Ｂに示される。第１ステップは、画像データ量８３０を得ることである。オプションの繰返しステップ８３１により、複数画像データ量を得るように、このステップを繰返すことができる。一旦画像データ量８４０が得られると、境界画像データが抽出される。抽出プロセスは、８４１で示すように、希望に応じて１回以上繰返すことができる。抽出されたデータ量は組合されて、等方性画像量８４２又は近似的等方性画像量８４４を形成する。当業者には認識されるように、２個以上の量を、望ましければ、８４３と８４４で示すように、抽出した境界画像データに基づいて生成することができる。
【００７６】
別の方法が図８Ｃに示される。この方法は、画像８５０からデータ量を得て、８５１で示すように、望ましければ繰返すことのできるステップを含む。一旦データ量が得られると、データ量が組合されて、少なくとも１個の合成データ量８６０が形成される。望ましければ、８６１で示すように、２個以上の合成データ量を得ることができる。合成データ量８６０を得た後、療法をデータ量８７０に基づいて選択するか又はインプラントの形状を、８７２で示すように選択又は引出すことができる。これらのステップのいずれか又は両方は、望ましければ、８７１と８７３で示すように、繰返すことができる。
【００７７】
図７には、本発明の方法によって生成されるインプラント設計５００が示され、３次元表面が本発明の方法により生成されている。次に、この３次元表面は、インプラントを製造したり、インプラントを含む療法を選択するのに用いることができる。このようなインプラント及びインプラント手法の例は、アーロン・ベレーズ（Aaron Berez）等が「全及び部分関節形成術の増大した精度、速度及び簡潔性を容易にする患者選択式関節形成術装置及び外科器具」について２００３年１１月２５日に提出した米国特許出願に記載され、その全体が参考のために本明細書に組込まれている。
【００７８】
別のやり方として、図７に示すような３次元表面を生成した後、この型式のインプラントは、必要でないか又は用いることができないことを決定してもよい。よって、療法は、この型式のインプラントの代わり又は追加として選択される。療法の例は、痛み投薬、軟骨保護剤、軟骨再生剤、骨保護剤、骨再生剤、骨同化剤、破骨細胞抑制剤、ヒアルロン酸又はコンドロイチン硫酸又は他の薬又は生体作用物質の膝への注入等の薬物療法、骨切り術、軟骨又は骨軟骨の自己移植片又は同種移植片又は他の型式のインプラントを含む。他の型式のインプラントは、例えば、全又は部分関節形成術装置を含むことができる。
【００７９】
本発明の方法は、異なる時点、例えば、時点Ｔ１とそれより遅いまたは早い時点Ｔ２に用いることができる。これらの時点は、例えば、単一の日における一撮像期間内に生じたり、又は、複数の日の複数の撮像期間に渡って生じ得る。時間間隔は、更に、時間、日、週、月及び年であり得る。組織は、次に、合成データ量Ｖ１とＶ２の量的測定を使用して特性記述することができ、組織の組成又は相対的や絶対的な量の変化を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】データ量Ｓ１とＳ２の２個のＭＲＩスキャンを図示するもので、各スキャンは最初のスキャンに平行な平面内で取られた複数の画像スライドを示す。
【図２】増大させたｚ軸長を有する画像スキャンによって製作される３個のボクセルの組を図示する。
【図３】ｚ軸成分を示す画像スキャンによって製作される３個のボクセルの第１組を図示する。
【図４】ｚ軸成分を示す画像スキャンによって製作される３個のボクセルの第２組を図示する。
【図５】本発明にかかる方法によって生成された９個のボクセルの合成組を図示する。
【図６】２個の画像スキャンから抽出された組合せ境界画像データを図示する。
【図７】少なくとも２個の画像スキャンによって生成される３次元インプラント設計を図示する。
【図８Ａ】本発明のプロセスを示すフローチャートである。
【図８Ｂ】本発明のプロセスを示すフローチャートである。
【図８Ｃ】本発明のプロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
２１０  スライス厚
２２０  物理的事項
３００  ボクセル
３３０  ボクセル
３６０  ボクセル
４００  矢状スキャン
４５０  冠状スキャン
５００  インプラント設計
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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