(57)【要約】本発明は、管状の構造が存在する多次元空間に点を有するオブジェクトデータセットを分析する方法に関わり、この方法は、ａ）管状構造において若しくは管状構造の近傍で開始位置を選択する段階と、ｂ）開始位置で管状構造を通る切断面を導き出す段階と、ｃ）開始位置の近傍において管状構造の表面の一部を形成する幾つかの点を決定する段階と、ｄ）各点に対して表面に対する勾配を計算する段階とを有する。この方法は、更に、ｅ）各点に対して管状構造の中心から点までのベクトルを決定する段階と、ｆ）ベクトルと点における勾配との間の角を決定する段階と、ｇ）角が所定の限界値以下である場合、点を点のセレクションに追加する段階と、ｈ）切断面の方向が開始位置において管状構造の長手軸に対して可能な限り平行となるよう切断面の向きを計算するために点のセレクションを用いる段階と、ｉ）必要であれば上記管状構造の方向にある新しい開始位置に対して段階ａ）からｈ）を繰り返す段階とを有することを特徴とする。本発明は、本発明による方法を実行するコンピュータプログラムにも関わる。
2004516584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）管状構造において若しくは上記管状構造の近傍で開始位置を選択する段階と、
ｂ）上記開始位置で上記管状構造を通る切断面を導き出す段階と、
ｃ）上記開始位置の近傍において上記管状構造の表面の一部を形成する幾つかの点を決定する段階と、
ｄ）上記各点に対して表面に対する勾配を計算する段階とを有し、管状の構造が存在する多次元空間に点を有するオブジェクトデータセットを分析する方法であって、
ｅ）上記各点に対して上記管状構造の中心から上記点までのベクトルを決定する段階と、
ｆ）上記ベクトルと上記点における勾配との間の角を決定する段階と、
ｇ）上記角が所定の限界値以下である場合、上記点を点のセレクションに追加する段階と、
ｈ）切断面の方向が開始位置において上記管状構造の長手軸に対して可能な限り平行となるよう切断面の向きを計算するために上記点のセレクションを用いる段階と、
ｉ）必要であれば上記管状構造の方向にある新しい開始位置に対して段階ａ）からｈ）を繰り返す段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
上記管状構造によって少なくとも部分的に交差される球を画成する段階と、
上記球の内側にある点に対してだけ上記段階ｅ）乃至ｇ）を実施する段階とを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記段階ｅ）乃至ｇ）は、上記切断面から所定の最大距離のところにある点に対してだけ実施される請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち少なくとも一項記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、
ａ．管状構造において若しくは管状構造の近傍で開始位置を選択する段階と、
ｂ．開始位置で管状構造を通る切断面を導き出す段階と、
ｃ．開始位置の近傍において管状構造の表面の一部となる幾つかの点を決定する段階と、
ｄ．上記各点に関して表面に対する勾配を計算する段階とを有し、管状の構造が存在する多次元空間に点を有するオブジェクトデータセットを分析する方法に関わる。
【０００２】
本出願と同じ出願人による国際特許出願ＥＰ００／０９５０５（ＰＨＮ１７．６７８）は、上記のタイプの方法に関わる。この方法は、一般的に、多次元空間における管状構造の分析に関わる。引用する国際特許出願ＤＰ００／０９５０５に記載される方法によると、オブジェクトデータセットを分析するために自己調整プローブが定義されている。自己調整プローブは、球と、球の中心を通る面とを有する。球は、管状構造が少なくとも部分的に球を交差するよう位置決めされなくてはならない。面は、管状構造に対して直交するよう配向されるべきである。正しく配向されると自己調整プローブは、管状の幾何学的形状の半自動的な形状抽出を可能にする。
【０００３】
このようなオブジェクトデータセットは、検査されるべきオブジェクトの一つ以上の特性を表示する。オブジェクトデータセットは、検査されるべきオブジェクトにおける密度分布に特に関わり、この場合、データ値は検査されるべきオブジェクトの（一部の）局所的密度値である。データ値は、例えば、オブジェクトにおける温度又は磁化の分布に関連してもよい。多次元空間は、通常三次元空間である。このときデータ値は、関連特性の体積分布、例えば、検査されるべきオブジェクトの体積における密度分布に関わる。多次元空間は二次元でもよい。この場合、データ値は、オブジェクトを通る面における関連特性の分布、例えば、オブジェクトを通る断面における密度分布に関わる。
【０００４】
オブジェクトデータセットは、様々な方法で捕捉され得る。オブジェクトデータセットは、特に、検査されるべき患者に関わる。このようなオブジェクトデータセットは、３ＤＸ線回転血管造影法、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴撮像法、又は、磁気共鳴血管造影法のような様々な技法を手段として捕捉され得る。
【０００５】
引用する国際特許出願ＥＰ００／０９５０５に記載する方法は、血管の構造を分析することに特に好適である。例えば、狭窄症又は動脈瘤のための診断及び安全な治療に重要な、血管の幾つかの物理的な特徴、例えば、径が決定され得る。
【０００６】
現在では、切断面を配向する前述の重要な段階の計算は、面から短い距離のところにある球の内側にある表面の点の選択に基づく。これは、Ｂ．Ｇｉｒｏｄ，  Ｇ．Ｇｒｅｉｎｅｒ，  Ｈ．Ｎｉｅｍａｎｎ，  Ｈ．−Ｐ．Ｓｅｉｄａｌ（Ｅｄｓ．），  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ２０００，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２２−２４，  ２０００，  Ｓａａｒｂｒｕｅｃｋｅｎにおいて発行されたＪ．Ｂｒｕｉｊｎｓによる文献“Ｓｅｍｉ−Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｈａｐｅ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｔｕｂｅ−ｌｉｋｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ”に記載されている。引用する文献に記載される例では、血管の表面は三角形を用いて表示される（以下に説明する公知の方法である）。しかしながら、表面点の公知の選択は、むしろ任意であり、隣接する管と関連付けられる点を誤って含むこともある。これは、分析する血管の物理的特徴の決定に不正確さをもたらす。
【０００７】
本発明は、分析下にある管状構造の物理的特徴のより正確な計算を可能にする前記のタイプの方法を提供することを目的とする。
【０００８】
このために本発明による方法は、
ｅ）各点に対して管状構造の中心から上記点までのベクトルを決定する段階と、
ｆ）上記ベクトルと上記点における勾配との間の角を決定する段階と、
ｇ）上記角が所定の限界値以下である場合、上記点を点のセレクションに追加する段階と、
ｈ）切断面の方向が開始位置において管状構造の長手軸に対して可能な限り平行となるよう切断面の向きを計算するために上記点のセレクションを用いる段階と、
ｉ）必要であれば管状構造の方向にある新しい開始位置に対して段階ａ）からｈ）を繰り返す段階とを有することを特徴的とする。
【０００９】
方法の好ましいバージョンは、管状構造によって少なくとも部分的に交差される球を画成する段階と、球の内側にある表面点に対してだけ段階ｅ）乃至ｇ）を実施する段階とを有する。上記球の半径が賢く選択されたとき、例えば、分析下にある管状構造の予想半径よりも僅かに大きく選択されたとき、上記球の内側にある点は上記管状構造に属する可能性が高く、上記球の外側にある点は上記管状構造に属さない可能性が高い。更に、計算中に考慮する点の数の減少も計算速度を速める。
【００１０】
更なる好ましいバージョンでは、方法の段階ｅ）乃至ｇ）は、切断面から所定の最大距離のところにある点に対してだけ実施される。これは、計算に伴われる点の数を更に有利に減少し、従って、計算速度を更に速める。
【００１１】
本発明は、本発明による方法を実行するコンピュータプログラムにも関わる。
【００１２】
本発明は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１３】
図１は、２つの隣接する管状構造、つまり、管１と２を通る断面図である。球３は、管１の回りに画成される。球３と管１の中心は一致し、ｃとして称される。球３は、管２とも部分的に交差する。
【００１４】
本発明による方法の好ましいバージョンは、次の段階を有する。最初に、開始位置が管状構造において若しくは管状構造の近傍で選択され、切断面が開始位置において管状構造を通って得られる。これらの段階は、本願で参照として完全に組み込む国際特許出願ＥＰ００／０９５０５により詳細に記載されている。
【００１５】
次に、管状構造の表面の一部を形成する幾つかの点が開始位置の近傍で定められる。この段階を説明するために管の表面に３つの点（頂点とも呼ぶ）が示されている。点４は、管１上の表面点である。点５及び６は、管２上の表面点である。関連技術において、オブジェクトデータセットにおいて管の表面を画成する幾つかの方法が公知である。オブジェクトデータセットがボクセルを手段としてオブジェクトの体積表示を有するとき、管の表面は境界にある管のボクセルの組によって画成される。このボクセルの組は、「領域成長アルゴリズム（ｒｅｇｉｏｎ  ｇｒｏｗｉｎｇ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」のような公知の技法を用いて組織ボクセルから血管ボクセルを最初に分離することで決定される。次に、どの血管ボクセルが組織ボクセルの隣にあるかが判断される。このようなボクセルは、境界血管ボクセルと呼ばれる。この判断は、対向する隣接部、つまり、一つのボクセル面を共通して有する隣接部を探すことで実施されることが好ましい。代替的に、管の表面は、技術において公知のいわゆるマーチング・キューブ・アルゴリズムを用いて生成され得る表面の三角形によって表示されてもよい。マーチング・キューブ・アルゴリズムは、例えば、Ｌｏｒｅｎｓｅｎ及びＣｌｉｎｅによる“Ｍａｒｃｈｉｎｇ  ｃｕｂｅｓ：Ａ  Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ３Ｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ，  Ｖｏｌ．２１，  Ｎｏ．４，  Ｊｕｌｙ  １９８７に記載されている。
【００１６】
次の段階では、血管表面点夫々に対して勾配が計算される。これは、中でも国際特許出願ＥＰ００／０９５０５に開示されている標準的技法を用いて実施される。点４、５、及び、６に対する結果となる勾配は、夫々ｖ４、ｖ５、及び、ｖ６として示されている。
【００１７】
切断面の所望の直交の向きの計算のために使用されるべき点のセレクションに３つの点のうちどの点が含まれるべきかを決定するために、この方法は次の段階を特徴として有する。
【００１８】
最初に、各点に対して管状構造の中心から上記点までのベクトルが決定される。点４に対して上記ベクトルはｖｃ４と指定される。点５に対して上記ベクトルはｖｃ５として指定され、点６に対して上記ベクトルｖｃ６として指定される。
【００１９】
次に、各表面点に対して上記各ベクトルと上記点での勾配との間の角が決定される。上記角が所定の限界値以下である場合、上記表面点は切断面を配向するために使用されるべき表面点の上記セレクションに追加される。限界値は、ユーザによって設定されてもよく、又は、自動的に設定されてもよい。実験より、５０乃至７０度、例えば、６０度の限界値が、血管の形状抽出に関わる現在の例の場合に、適当な結果をもたらすことが分かる。
【００２０】
図１を参照するに、本発明による方法を説明するために幾つかの計算が実施される。点４から始めると、ｖ４とｖｃ４との間の角は零である。限界値が６０度と選択されたと仮定する。このとき点４は、セレクションに追加される。点４は管１、つまり、分析下にある管の表面点であるため、この結論は正しい。しかしながら、ｖ５とｖｃ５との間の角は９０度より大きい。従って、点５は、現情況下ではセレクションから除外される。点５は、管２、つまり、調査されている管に隣接する管の表面点であるため、この結論も正しいことが分かる。
【００２１】
ｖ６とｖｃ６との間の角は６０度よりも小さく見えることに注意する。点６は、管２の表面点であるため、セレクションに誤って追加されるであろう。これは、頂点の選択に関連する別の基準を追加することで防止される。有用な第２の基準は、球３の内側にある表面点だけがセレクションに含まれるべきといったことである。図１より、点６がこの基準を満たさないことは明らかであり、従って、結局セレクションには含まれない。
【００２２】
有用な第３の基準は、切断面から所定の最大距離のところにある点に対して段階ｅ）乃至ｇ）を実施することであることに注意する。オブジェクトデータセットが表面三角形を有するとき、この距離に対する限界値は、例えば、三角形の辺の長さから得られ得る（Ｂｒｕｉｊｎｓによる上記文献も参照する）。
【００２３】
本発明による方法の３つの基準が実行される順番は異なってもよい。
【００２４】
従って形成された表面点のセレクションは、切断面の方向が開始位置において管状構造の長手軸に対して可能な限り平行となるように切断面を配向するために使用される。この計算の例は、上記文献に記載されており、同文献は、参照として本願に完全に組み込まれている。本発明による方法の上記段階は、必要であれば管状構造の方向における新しい開始位置夫々に対して繰り返され得る。
【００２５】
本発明による方法が説明されたため、当業者は、この方法を実行するコンピュータプログラムに本発明による方法の段階を変換することができるであろう。
【００２６】
本発明を要約すると、管状構造を有する多次元空間におけるオブジェクトデータセットを分析する方法に関わる。この方法は、オブジェクトが特に検査されるべき患者である医用診断及び治療の分野において特に有用である。全ての種類の管状構造、例えば、血管が分析され得、脳細胞又は神経細胞構造も分析され得る。血管を分析することにおいて、本発明による方法は、例えば、狭窄症又は動脈瘤の正しい診断、及び、その安全な治療のために重要な血管の大きさ及び径を正確に決定することを可能にする。
【００２７】
当然のことながら、本発明は、記載した若しくは図示したバージョンに制限されないが、前記説明及び図面を踏まえて分かるように添付の特許請求の範囲内にある全てのバージョンの範囲を一般的に含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法を用いて分析する２つの隣接する管状構造を通る断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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