(57)【要約】本発明は、診断映像データから三次元解剖学的物体（３）をコンピュータ支援再構築するための方法に関する。初めに、物体（３）の診断映像データセットが取得される。次に、種地点（５）が設定され、種地点から開始して、物体が再構築容積（４）内に再構築される。然る後、映像データセットの、関係している地点に割り当てられる局地的領域（６，７）の数理分析によって計算される伝搬基準に従って、同様に物体（３）に属する再構築容積の隣接地点が位置付けられる。この方法のステップの多反復及び位置付けられた地点に沿う伝搬によって、物体（３）の三次元構造の再構築が再構築容積（４）内で遂行される。複数の二次元投影映像（１，２）が異なる投影方向から記録される回転Ｘ線映像方法によって取得される映像データにそのような再構築方法を適用するために、本発明は、二次元投影映像（１，２）を各場合に個々に数理分析されるようにすることによって伝搬基準が計算されることを提案する。
2006516440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）物体の診断映像データセットを取得するステップと、
ｂ）前記物体に属する種地点を再構築容積内に設定するステップと、
ｃ）前記映像データセットの、関係している地点に割り当てられた局地的映像領域の数理分析によって計算される伝搬基準に従って、同様に前記物体に属する隣接地点を位置付けるステップと、
ｄ）前記ステップｃ）の多反復及びそのようにして位置付けられた前記隣接地点に沿った伝搬によって、前記再構築容積内に前記物体の三次元構造を再構築するステップと、
を有する、診断映像データから三次元解剖学的物体をコンピュータ支援再構築するための方法であって、
前記ステップａ）において、複数の二次元投影映像が異なる投影方向から記録され、前記ステップｃ）において、前記伝搬基準は、前記二次元投影映像の前記局地的映像領域を各場合に個々に数理分析されるようにすることによって計算されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップｃ）において、もし数理分析が複数の二次元投影映像に関して一致する結果を生むならば、地点は前記物体に属するものとして識別されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｃ）において、前記局地的映像領域は、前記再構築容積内の各地点を、各投影方向に従って、前記二次元投影映像の映像平面に投影することによって決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）において、各二次元投影映像のための伝搬基準として、伝搬係数が前記数理分析によって計算され、該伝搬係数の値は、前記関係している地点が前記物体に属するか否かを指し示すことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記伝搬係数の計算中、各二次元投影映像の前記局地的映像領域内のグレースケール値のヘッセマトリックスの固有値が計算されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各二次元投影映像のための前記伝搬係数を計算するとき、前記局地的投影映像内のシリンダモデルへの適合が計算されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ）において、もし前記伝搬係数が複数の二次元投影映像のために大きな値を取るならば、地点が前記物体に属するものとして識別されることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｄ）において、伝播中、予め決定され得る終点に達すると、前記再構築が停止されることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
映像データセットを発生するための手段と、
前記映像データセットから三次元解剖学的物体を再構築するためのコンピュータ手段とを有し、
前記映像データセットは、異なる投影角度から記録された患者の身体部分の複数の二次元投影映像を有する映像装置、特に、Ｃ型アームＸ線装置であって、
前記コンピュータ手段は、前記物体を再構築するために、上記請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の方法に従って動作するプログラム制御を有することを特徴とする映像装置。
【請求項１０】
心電図制御を含み、該心電図制御によって、前記二次元投影映像の記録は患者の心拍周期に従って制御され得ることを特徴とする請求項９に記載の映像装置。
【請求項１１】
上記請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の前記方法は、前記映像装置の前記コンピュータ手段上の当該コンピュータプログラムによって実施されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の前記映像装置のための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、診断映像データから三次元解剖学的物体をコンピュータ支援再構築するための方法に関し、この方法は、ａ）物体の診断映像データセットを取得するステップと、ｂ）物体に属する種地点を再構築容積内に設定するステップと、ｃ）映像データセットの、関係している地点に割り当てられた局地的映像領域の数理分析によって計算される伝搬基準に従って、同様に物体に属する隣接地点を位置付けるステップと、ｄ）ステップｃ）の多反復及びそのようにして位置付けられた隣接地点に沿った伝搬によって、再構築容積内に物体の三次元構造を再構築するステップとを含む。
【０００２】
加えて、本発明は、本方法を遂行するためのコンピュータプログラム及びコンピュータ手段を備えた映像装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
血管造影法の分野において、例えば、三次元回転Ｘ線映像法（３Ｄ−ＲＸ）又は磁気共鳴映像法のような三次元医療映像方法の重要性が増大している。そのような方法を用いて取得された容積映像データは、例えば、狭窄症又は動脈瘤のような血管病の診断のための興味深い情報を包含する。そのような場合、状況を処理している医者が潜在的な危険源（例えば、切迫している梗塞症又は血栓症）を迅速且つ確実に認識することを許容するために、血管構造の視覚化は極めて重要である。
【０００４】
一方において、取得された映像データからの患者の血管系のコンピュータ支援三次元再構築は、関係している血管系に属さない解剖学的構造は隠された状態で、血管プロファイルが高い再現正確性で視覚化されることを許容し、他方において、血管構造の三次元再構築は、例えば、左冠カテーテル検査（ＰＴＣＡ）のような検査を計画するための有用な支援である。
【０００５】
磁気共鳴血管造影法（ＭＲＡ）によって取得された容積映像データを分析するための三次元再構築方法は、例えば、Ｙｏｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による論文（Ｓ．Ｙｏｕｎｇ，  Ｖ．Ｐｅｋａｒ  ａｎｄ  Ｊ．Ｗｅｅｓｅ，“Ｖｅｓｓｅｌ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＲＡ  ｗｉｔｈ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｏｏｌ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔ，”  ＭＩＣＣＡＩ２００１，４９１−４９８，Ｕｔｒｅｃｈｔ，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００１）から既知である。従来から既知の方法は、とりわけ、映像データの視覚化中に、動脈血管及び静脈血管を相互に分離する働きをする。従来から既知の方法によれば、先ず初めに、適切な造影剤を用いて、診断映像データセットが関心のある血管構造の容積映像の形態で取得される。次に、使用者は再構築容積内に種地点を設定する。この種地点は使用者によって静脈血管に属するものとして識別される。次に、各局地的映像領域の数理分析に基づく伝搬方法を用いて、選択された血管の自動的な三次元再構築が起こる。種地点から開始して、数理分析によって供給される伝搬基準に従って、再構築容積内の地点が、血管に属するもの或いは属さないものとして識別されることによって、再構築容積の区分けが起こる。伝搬は、構造全体が再構築されるまで或いは設定終了地点に達するまで継続する。伝搬基準の計算に適用される数理分析は従来から既知の方法にとって根本的に重要である。記述された論文においては、局地的映像領域内のグレースケール値の二次微分の評価に基づく数理フィルタがこの点に関して提案されている。提案されている代替手段は局地的映像データのシリンダモデルへの適合を含み、この代替手段を用いて、数理分析は血管に特有の映像構造のために選択的なものとされる。
【０００６】
回転Ｘ線映像法においては、例えば、Ｃ型アームＸ線装置を用いて、複数の二次元投影映像が異なる投影角度で記録される。検査されている患者の血管を投影映像内で可視的にするために、Ｘ線吸収造影剤が患者に注入される。この検査方法の問題は、血管が複雑な三次元プロファイルを有するのが典型的であり、医者が二次元の投影映像のみに基づいて血管を検知するのは困難であることである。投影映像内の欠落している三次元情報は、他の投影角度で記録された映像と比較されることによって、医者によって追加されなければならない。
【０００７】
適切なモデリング又は適切なコンピュータ上の逆投影方法を用いた３Ｄ−ＲＸによって記録された複数の二次元投影映像から容積映像データセットを発生することが現在可能である。次に、この容積映像データセットは、三次元血管構造の再構築の目的のための上記に概説された種類の分析を受ける。しかしながら、この工程は相当程度の演算能力と不利に関連付けられている。さらなる不利点は、特にもし患者の冠状動脈が検査されるならば、投影映像の発生は心電図（ＥＣＧ）制御されなければならず、よって、冠状動脈は心拍周期の同一位相内の全ての映像に記録されることである。ＥＣＧ制御の必要の故に、この場合には、比較的少量の映像のみが心拍周期の各位相のために利用可能である。これは、そこから再構築される容積映像が比較的不正確にのみ血管構造を再現することを意味する。この場合、上述の再構築方法に従った定量分析方法は有用な結果をもたらさない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これを基礎として採用して、比較的少量の二次元投影映像から開始して、物体の三次元構造を確実に、精密に、且つ、可能な限り少ない演算能力を用いて決定することのできる再構築容積の区分け方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の種類の方法の場合、この目的は本発明の方法に従って達成され、この方法は、ステップａ）において、複数の二次元投影映像が異なる投影方向から記録され、ステップｃ）において、二次元投影映像の局地的映像領域を各場合に個々に数理分析されるようにすることによって、伝搬基準が計算される。
【００１０】
本発明の基本概念は、投影映像からの三次元容積映像データセットの如何なる中間再構築もなしに、それ自体は既知の伝搬方法を用いて、直接的に、再構築容積のコンピュータ支援された区分けを遂行することである。この工程において、再構築されるべき物体の輪郭に沿った再構築容積内の伝搬は、均一な伝搬基準を生むために個々の二次元投影映像に適用される数理分析を用いて取得された情報を組み合わせることによって制御される。
【００１１】
この目的のために、数理分析が複数の二次元投影映像に関して一致する結果を生むことを条件として、例えば、ステップｃ）における地点を物体に属するものとして識別することが可能である。この工程は、投影に基づいて、実際はそうでない場合でさえも、個々の二次元投影映像の数理分析が関係地点を物体に属するようにさせるという事実を考慮する。この地点に関連して他の投影映像の数理分析によって取得された結果との比較のみが確実な区分けを許容する。
【００１２】
再構築容積内の関係している地点を、各投影方向に従って、二次元投影映像の映像平面に投影することによって、局地的映像領域は本方法のステップｃ）において適切に決定される。このようにして、再構築容積の地点の割当及び二次元投影映像の映像地点を達成するために、投影映像が記録されるときの幾何学的状態が複製される。
【００１３】
本方法のステップｃ）における数理分析によって、伝搬係数は、各場合において、各二次元投影映像のための伝搬基準として適切に計算されるべきである。伝搬係数の値は、関係している地点が物体に属するか否かを指し示す。再構築されるべき物体に属する地点の場所は単純な数値比較によって実行されるので、そのような係数はコンピュータを用いた本発明に従った方法の遂行に特に適している。本工程は、例えば、本方法のステップｃ）において、伝搬係数が複数の二次元投影映像のために大きな値を取ることを条件として、地点は物体に属するものとして識別されるように遂行され得る。
【００１４】
血管の特徴は軸対称性である。血管は１つの方向に長い経路で延び、それと直交する方向に短い経路で延びる。伝搬係数を計算するために、この形態的な特徴を本発明に従って用い得る。従って、血管構造の三次元構造のために、伝搬係数の計算中、各二次元投影映像の局地的映像領域内のグレースケール値のヘッセ（Ｈｅｓｓｅ）マトリックスの固有値を計算することは賢明である。ヘッセマトリックスはグレースケール値の局地的な二次微分に関する情報を提供するので、これらの固有値を評価することによって、空間的な観点から、可能な限り最低のグレースケール曲率値を用いて、伝搬は映像構造に従う。ヘッセマトリックスの固有値に基づく伝搬係数を計算するための適切な式は、例えば、Ｙｏｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による上記引用論文に見い出され得る。例えば、伝搬係数は二次元投影映像から以下のように計算され得る。
【００１５】
【数１】
2006516440.tif 000003
【００１６】
ここで、
【００１７】
【数２】
2006516440.tif 000004
【００１８】
である。
【００１９】
この方程式において、α及びｃは重み係数であり、
【００２０】
【数３】
2006516440.tif 000005
【００２１】
及び
【００２２】
【数４】
2006516440.tif 000006
【００２３】
は、各二次元投影映像内の地点
【００２４】
【数５】
2006516440.tif 000007
【００２５】
で計算されたヘッセマトリックスの局地的グレースケール値の固有値である。
【００２６】
これに関する一層の詳細はＹｏｕｎｇ  ｅｔ  ｅｌ．による上記引用出版物に見い出され得る。
【００２７】
各二次元投影映像のための伝搬係数を計算するとき、局地的映像領域内のシリンダモデルへの適合も計算され得る。記述のＹｏｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による論文にも記載されているそのようなシリンダモデルは、同様に、血管構造を他の解剖学的構造から区別可能にする。
【００２８】
本方法のステップｄ）において、伝搬中、予め決定し得る終了地点に達すると、再構築は適切に停止される。例えば、再構築容積のサイズに基づいて、そのような終了地点は対話形式で予め決定されるか、或いは、自動的に決定され得る。
【００２９】
本発明の方法を遂行するための映像装置、特に、Ｃ型アームＸ線装置は、請求項９の主題を構成し、それに従えば、二次元投影映像が上記方法に従って記録されるよう、映像装置のコンピュータ手段はプログラムを備える。冠状動脈の血管造影法検査のために、投影映像を心拍と同期して記録し得るよう、映像装置は請求項１０において請求されているようにＥＣＧ制御を含む。
【００３０】
請求項１１において請求されているようなコンピュータプログラムは、例えば、適切なコンピュータ手段を備えた映像装置で本発明に従った方法を遂行するのに適している。そのために必要とされるソフトウェアは、有利に、フロッピー（登録商標）ディスク又はＣＤ−ＲＯＭのような適切なデータ媒体上に、或いは、データネットワーク（インターネット）からダウンロードすることによって、相応する映像装置の使用者に入手可能とされ得る。
【００３１】
図面に示された実施態様の例を参照して、本発明を以下にさらに記載する。しかしながら、本発明はそれらに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、二次元投影映像１，２から成る診断映像データセットを示しており、映像データセットはＸ線透視検査を用いて取得される。異なる投影角度で記録された投影映像１，２の各々は、患者の枝分かれした血管３を示している。従って、投影映像１，２は同一の血管３を異なる観点から示している。映像データセットを取得するために、造影剤が患者に投与されることで、血管３は投影映像内で暗く写る。本発明に従って血管３の三次元構造を再構築するために、初めに、種地点５が再構築容積４内に設定される。次に、伝搬基準に従って、各場合に血管３に属する容積４内の隣接地点を位置付けることによって、血管３の輪郭が容積４内に再構築される。この目的のために、二次元投影映像１，２内の各地点に属する局地的映像領域６，７の各々は、各場合に個々に数理分析を受ける。種地点５に隣接する地点の位置決め後、血管３の構造全体が容積４内に再構築されるまで、この工程はこの地点に隣接する地点のために順々に反復される。もし局地的映像領域６，７の数理分析が双方の投影映像１，２の各々に正の結果をもたらすならば、各伝搬工程を用いて各場合に検査される地点は血管に属するものと識別される。局地的映像領域６，７は、２つの映像１，２が記録された投影方向に従って、地点５をこれらの２つの映像平面に投影することによって決定される。これは図１において矢印８，９によって指し示されている。
【００３３】
図２に例示されている映像装置はＣ型アームＸ線装置であり、この装置はホルダ１１によって天井（これ以上には詳述されない）に懸架されたＣ型アーム１０を含む。Ｃ型アームの中心のテーブル１４に横たわる患者１５の複数の二次元投影Ｘ線映像が異なる投影角度で記録されるよう、Ｘ線源１２及びＸ線映像変換器１３がＣ型アーム１０上で移動可能に案内されている。Ｘ線源１２及びＸ線映像変換器１３の同期的な動作が制御ユニット１６によって制御される。映像記録中、Ｘ線源１２及びＸ線映像変換器１３は患者１５の周りを同期して走行する。Ｘ線映像変換器１３によって生成される映像信号は制御映像処理ユニット１７に送信される。患者１５の心拍がＥＣＧ装置１８を用いて監視される。心拍周期の同一位相の各場合において、映像処理ユニット１７が複数の二次元投影映像を記憶することができるよう、ＥＣＧ装置１８は制御信号を映像処理ユニット１７に送信することによって、冠状動脈の血管造影法検査をこのように遂行する。映像処理ユニット１７はプログラム制御を含む。プログラム制御によって、このようにして取得された映像データセットを用いて検知された血管の三次元再構築が上述の方法に従って遂行される。次に、再構築された血管は既知の方法で映像処理ユニット１７に接続されたモニタ１９上に視覚化され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】三次元解剖学的物体を再構築するための本発明に従った方法を示す概略図である。
【図２】本発明に従った映像装置を示す概略図である。
【図１】
2006516440.tif 000008
【図２】
2006516440.tif 000009
【国際調査報告】
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2006516440.tif 000011
2006516440.tif 000012