(57)【要約】本発明は、多次元空間における点を有する対象データセットを分析する方法に関し、前記データセットにおいて血管のような管状構造が現れる。前記方法は以下のステップを有する。即ち、ａ）前記管状構造に関する画面位置を選択するステップ、ｂ）前記画面位置と関連した開始位置の多次元座標を決定するステップ、ｃ）前記管状構造に向いた法線を持つ前記開始位置を通る面を導出するステップ、ｄ）前記開始位置と関連した目標位置として前記管状構造の表面点を決定するステップ、ｅ）前記目標位置の近傍において前記管状構造の表面の一部を形成する複数の点を選択するステップ、ｆ）前記選択において前記面に最も近い前記表面点を決定するステップ、及びｇ）新しい開始位置としてステップｆ）において決定された前記表面点を使用するステップ。この方法は、前記開始位置の正確及び再現可能な選択を可能にする。本発明は、また、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する。
2004532072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元空間における点を有する対象データセットを分析する方法であって、前記データセットにおいて管状構造が現れ、
ａ）前記管状構造に関する画面位置を選択するステップと、
ｂ）前記画面位置と関連した開始位置の多次元座標を決定するステップと、
ｃ）前記管状構造に向いた法線を持つ前記開始位置を通る面を導出するステップと、
ｄ）前記開始位置と関連した目標位置として前記管状構造の表面点を決定するステップと、
ｅ）前記目標位置の近傍において前記管状構造の表面の一部を形成する複数の点を選択するステップと、
ｆ）前記選択において前記面に最も近い前記表面点を決定するステップと、
ｇ）新しい開始位置としてステップｆ）において決定された前記表面点を使用するステップとを有する方法。
【請求項２】
前記データセットが表示画面上に表され、前記管状構造に関する前記位置が前記表示画面上で選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｅ）が、また、
前記面の一方の側、好ましくは正の側における全ての表面点を選択するステップを有する、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｆ）が、また、
１）前記面上に前記選択された表面点を投影するステップと、
２）前記面に対する投影が特定の上限値以下である前記開始位置からの距離に位置する選択された表面点から構成される部分選択を定義するステップと、
３）前記面に対して最小の距離を持つ前記第１表面点を前記部分選択から選択するステップと、
を有する請求項１，２又は３に記載の方法。
【請求項５】
また、
ｈ）前記管状構造の反対側において本質的に前記第１表面点と向かい合って位置する第２表面点を決定するステップと、
ｉ）前記第１表面点と前記第２表面点との間の距離に基づいて円の半径を計算するステップと、
を有する請求項１ないし４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｈ）が、また、
１）前記面の法線ベクトルの方向が、本質的に前記第１表面点の近傍における前記表面点の勾配ベクトルと向かい合わせになるように面を定義するステップと、
２）前記表面点に対する表面に対して勾配を計算するステップと、
３）本質的に前記第１表面点の勾配方向と向かい合わせになる前記勾配方向を持つ全ての表面点を選択するステップと、
４）前記選択された表面点を前記面上に投影するステップと、
５）（ａ）前記面における前記表面点の前記面の中心に対する投影の距離が、特定の上限値以下であり、
（ｂ）前記表面点の前記勾配ベクトルと前記面の前記法線との内積がゼロより大きい、
ような選択された表面点から構成される部分選択を定義するステップと、
６）前記面まで最小の距離を持つ前記第２表面点を前記部分選択から選択するステップと、
を有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｉ）が、
r1 = (d1,2) * (1-0.5ip)
により前記半径に対する第１値r1を計算するステップを有し、
ここで、
d1,2が、前記第１及び第２表面点の間の距離であり、
ipが、前記第１及び第２表面点と関連した前記勾配ベクトルの前記内積である、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｉ）が、また、
r = sf*r1
により前記半径に対するさらに他の値rを計算するステップを有し、
ここでsfが、1より大なる安全率である、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の１項以上に記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンピュータプログラムを実行する命令を有する記録担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多次元空間における点を有する対象データセットを分析する方法に関し、前記データセットにおいて表示画面内に表される管状構造が現れ、前記方法は、
ａ）前記管状構造に関する画面位置を選択するステップと、
ｂ）前記画面位置と関連した開始位置の多次元座標を決定するステップと、
ｃ）前記管状構造に向いた法線を持つ前記開始位置を通る面を導出するステップと、
ｄ）前記開始位置と関連した目標位置として前記管状構造の表面点を決定するステップと、
を有する。
【０００２】
本発明は、多次元空間における点を有する対象データセットを分析する方法を実行するコンピュータプログラムにも関し、前記データセットにおいて管状構造が現れる。
【背景技術】
【０００３】
本出願人の国際特許出願EP00/09505（PHN17678）は、上述の種類の方法に関する。上で引用された特許出願において記述された方法は、一般に、多次元空間における管状構造の分析に関する。この方法によると、自己調整プローブが、前記対象データセットの分析に対して定義される。前記自己調整プローブは、球と前記球の中心を通る面とを有する。前記球は、前記管状構造が前記球と少なくとも部分的に交差するように配置されるべきである。前記面は、前記管状構造と直交するように向けられるべきである。正しい方向に向けられた場合、前記自己調整プローブは、管状幾何学的構造の半自動的な形状抽出を可能にする。
【０００４】
このような対象データセットは、検査されるべき対象の１つ以上の性質を表す。前記対象データセットは、特に、前記検査されるべき対象における密度分布に関し、この場合、データ値は、前記検査されるべき対象（の一部）の局所的密度値である。前記データ値は、代わりに、例えば、前記対象における温度又は磁化の分布に関してもよい。前記多次元空間は、通常、３次元空間である。前記データ値は、この場合、関連した性質の体積分布、例えば、前記検査されるべき対象の体積における前記密度分布に関する。前記多次元空間は、代わりに２次元でもよい。この場合、前記データ値は、前記対象を通る平面における関連した性質の分布、例えば、前記対象を通る断面における前記密度分布に関する。
【０００５】
前記対象データセットは、様々な方法において取得されることができる。前記対象データセットは、特に、検査されるべき患者に関する。このような対象データセットは、例えば、３次元Ｘ線回転血管造影法、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴画像法、又は磁気共鳴血管造影法のような様々な技法により取得されることができる。
【０００６】
既知の方法が、特に、血管の構造を分析するのに適している。直径のような血管の幾つかの物理的性質が決定されることができる。これらの物理的性質の正確な決定は、例えば、狭窄症又は動脈瘤の正確な診断及び安全な治療に対して非常に重要であるかもしれない。
【０００７】
現在、分析の開始において、ユーザは、前記管状構造に関する開始点を選択する。これは、位置決め装置により、即ち、３つの視野において前記管状構造を示す表示画面上の点を選択することにより、インタラクティブに行われる。前記物理的性質の正確な決定を得るためには、この開始点が正確に及び再現可能な方法において選択されることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記開始位置の正確且つ再現可能な選択を可能にする上述の種類の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、データセットの情報に基づく開始位置の自動的な選択に対する本発明による方法を提供することにより達成される。本発明による前記方法は、さらに、また、特徴的なステップ、即ち、
ｅ）前記目標位置の近傍において前記管状構造の表面の一部を形成する複数の点を選択するステップと、
ｆ）前記選択において前記面に最も近い前記表面点を決定するステップと、
ｇ）新しい開始位置としてステップｆ）において決定された前記表面点を使用するステップと、
を有する。
【００１０】
本発明による前記方法は、幾つかの利点を持つ。まず、ユーザは前記管状構造の単一の視野において画面位置を一度選択しなければならないだけので、前記方法は、より少ないユーザ・インタラクションを要求する。移動された自己調整プローブに対して結果として生じる開始位置は、常に正確であり、分析中の前記管状構造の表面上にある。さらに、前記開始位置の前記選択は、再現可能である。他の重要な利点は、演算速度が向上されていることである。
【００１１】
本発明による好ましいバージョンは、また、
ｈ）前記管状構造の反対側において本質的に前記第１表面点と向かい合って位置する第２表面点を決定するステップと、
ｉ）前記第１表面点及び前記第２表面点に基づいて円の半径を計算するステップと、
を有する。
【００１２】
このバージョンによると、前記プローブの円の半径は、前記データに基づいて自動的に計算され、正確且つ再現可能な結果となる。引用された国際特許出願第EP00/09505号（PHN17678）において記述されている方法において、この行為は、前記ユーザによりインタラクティブに実行され、たくさんのユーザ・インタラクションを要求する不都合を負わせ、この故に不正確であり、時間がかかる。
【００１３】
本発明は、本発明による前記方法のどれでも実行するコンピュータプログラムにも関する。
【００１４】
本発明は、添付図面を参照して詳細に説明されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、管状構造、例えば、分析中の患者の血管を概略的に示す。従来技術において、幾つかの方法が、対象データセットにおける血管の表面を定義することで知られている。この例において、前記血管の前記表面は、当技術分野においてよく知られている、いわゆるマーチング・キューブ・アルゴリズムによって生成されることができる表面の三角形により表される。このマーチング・キューブ・アルゴリズムは、例えば、記事“Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm”,
by Lorensen and Cline, Computer Graphics, Vol. 21, No 4, July 1987において記述されている。これらの血管表面点の各々に対して、勾配が計算される。これは、引用された国際特許出願第EP00/09505号（PHN17678）において記述されている標準技法によって実行される。
【００１６】
関連した（標準化された）勾配を持つ表面点は、以下の３次元の例において頂点として見なされる。図１は３次元ワールド座標において表される。
【００１７】
本発明による方法の好ましいバージョンは、以下のステップを有する。ユーザは、まず、前記管状構造に関する画面位置を選択する。この目的のために、管状構造1は、既知の技法によって表示画面2において表される。前記ユーザは、彼又は彼女が分析を開始したいと望む画面2上の対応するピクセルを選択することにより画面位置を示すために、マウス又はトラックボールのような位置決め装置を持つ。
【００１８】
前記画面位置の２次元座標は、この場合、関連した開始位置3’に関して３次元ワールド座標x、y及びzに変換される。この変換は、コンピュータグラフィックの分野から既知の技法による様々な方法において実行されることができる。管状構造1の表面上に位置する目標点3は、開始点3’と関連付けられる。目標点3は、視点5から視方向Vをたどり、開始位置3’を通過することにより見つけられることができる。前記管状構造に初めに直面する点が、目標点3である。
【００１９】
次に、自己調整プローブと関連した面は、前記開始位置において定義される。面4は、前記開始位置から導出される。前記プローブの球（図示されていない）は、開始位置3’に中心を持つように定義される。これらのステップの詳細な記述に関しては、全文がここに参考のために示される前記引用された国際特許出願第EP00/09505（PHN17678）に参照されている。この場合には、透視図法が、前記対象データセットに対して使用され、前記面の法線方向は、本質的に、視点5からの視方向Vと同じものとして定義される。もし正射投影法が、前記対象データセットに対して使用されるならば、前記面の前記法線方向は、本質的に光学的軸Zの方向と同じ方向に定義される。
【００２０】
次のステップは、面4に最も近い頂点を見つけることに向けられる。この目的のために、目標位置3の近傍における前記管状構造の前記表面の一部を形成する複数の頂点が選択される。好ましくは、面4の一方の側における全ての頂点が選択される。この例において、前記選択された頂点は、前記面の正の（＝右）側に位置する。ここで、全ての選択された頂点は、面4上に投影される。その後、面4に投影される場合に、前記球の中心又は面4上の開始位置3’から特定の最大距離に位置するこれらの選択された頂点から構成される部分選択が実行される。前記投影は、前記面の法線又は前記視方向と平行に実行される。前記距離に適した上限値は、例えば、前記三角形の辺の長さから導出されることができる。これは、記事“Semi-Automatic Shape Extraction from Tube-like Geometry” by J. Bruijns, published in B. Girod, G. Greiner, H. Niemann, H.-P. Seidel (Eds.), Vision Modelling and Visualisation 2000, Proceedings, November 22-24, 2000, Saarbrueckenにおいて記述されている。
【００２１】
換言すると、前記部分選択は、面4上に投影される場合に、中心に前記球の中心を持ち、前記上限値と等しい半径を持つ、面4上の円内に位置する頂点から構成される。説明を簡単にするため、前記面上の関連した円は、図１における太線4aにより示される。
【００２２】
最後に、前記部分選択から前記面まで最小の距離を持つ頂点が選択される。図１から、これは、一般的に第１表面点としても示される頂点6であることが見られることができる。面4に対する前記視方向に沿った頂点6の投影は、領域4a内に落ちる位置6’と対応する。頂点7は、面4に対してより近くに位置するが、面4上に投影された場合に領域4a内に落ちるという条件を満たさず、従って、除外される。頂点6は、ここで、前記自己調整プローブに対する新しい開始位置として定義され、前記第１表面点として見なされる。
【００２３】
本発明による前記方法の詳細なバージョンによると、さらに他のステップが、前記データに基づいて前記球の半径を計算することに向けられる。このような半径は、前記球半径が分析中の前記管状構造の半径よりわずかに大きくあるべきであるという重要な要求に従うべきである。
【００２４】
従って、前記管状構造の反対側において本質的に前記第１表面点と向かい合って位置する第２表面点が決定される。前記球に対する半径は、この場合、前記第１及び第２表面点の間の距離に基づいて計算されることができる。
【００２５】
前記詳細なバージョンが、血管1を通る断面を示す図２において図示される。全ての頂点は、関連した法線ベクトルを持つ点として示される。
【００２６】
前記方法は、第１表面点6に位置する面8を定義する第１ステップを有する。一般に、前記面の法線ベクトルの方向は、前記第１表面点の近傍における前記表面点の勾配ベクトルと本質的に向かい合うように定義される。代わりに、前記面の前記法線ベクトルの方向は、本質的に前記第１表面点の前記勾配ベクトルと向かい合うように定義される。次に、本質的に第１表面点6の前記勾配方向、前記勾配方向と向かい合わせになる法線、又は法線を持つ全ての頂点が選択され、前記面上に投影される。これは、例えば、頂点6の法線v6の方向と向かい合わせになるように面法線v8の方向をまず設定し、面8の正の側における全ての頂点を選択することにより、達成されることができる。
【００２７】
ここで、以下の要求を満たす選択された頂点から構成される部分選択が定義される。
（ａ）前記面における前記表面点の前記面の中心に対する投影の距離が、特定の上限値以下であり、
（ｂ）前記表面点の前記勾配ベクトルと前記面の前記法線との内積がゼロより大きい。
【００２８】
基準（ａ）に関して、全ての選択された頂点は、一時的な面8上に投影される。その後、面8上に投影された場合、前記第１表面点、即ち、頂点6により形成される面の中心からの特定の最大距離に位置するこれらの選択された頂点から構成される部分選択が実行される。前記距離に適した上限値に関して、Vision Modelling and Visualisation 2000における前記引用された記事が参照される。説明を簡単にするため、面8上の前記関連した円は、図２における太線8aとして示される。
【００２９】
基準（ｂ）に関して、前記部分選択における全ての頂点の前記内積が計算され、前記関連した勾配ベクトルと前記面の法線v8との前記内積がゼロより大なるこれらの頂点のみが、前記部分選択において維持される。ここで、前記面の法線v8の方向と同様な法線方向を持つこれらの頂点のみが選択される。
【００３０】
最後に、前記部分選択から頂点9が、面8まで最小距離を持つものとして選択される。以下、頂点9は、一般に前記第２表面点として示される。
【００３１】
前記第１及び第２表面点に基づいて、血管1の半径に対する第１推定値r1は、以下のように計算されることができる。
r1 = (d1,2) * (1-0.5ip)        (1)
ここで、
d1,2は、前記第１及び第２表面点6及び9の間の距離であり、
ipは、v6及びv9、即ち、前記表面点6及び9と関連したベクトルの前記内積である。
【００３２】
前記半径に対する最終的な値は、ここで、
r = sf*r1                  (2)
により計算されることができる。ここで、sfは1より大なる安全率である。結果として生じる球半径rは、分析中の前記血管の半径よりたいがい大きい。
【００３３】
本発明による前記方法の前述の説明に続いて、当業者は、前記方法の前記ステップを前記方法を実行するコンピュータプログラムに翻訳することができるだろう。
【００３４】
本発明を要約することは、管状構造を有する多次元空間における対象データセットを分析する方法に関する。本方法は、前記対象が特に検査されるべき患者の場合に医療診断及び治療の分野において特に有用である。血管、脳細胞構造、神経細胞構造等のような管状構造の全種類が、分析されることができる。血管の分析において、本発明による前記方法は、例えば、狭窄症又は動脈瘤の正確な診断及びその安全な治療に必須である血管の大きさ及び直径の正確な決定を可能にする。
【００３５】
本発明は、もちろん、前記記述された又は図示された実施例に制限されないが、しかし、一般に前の記述及び添付図面の観点から見られるように添付された請求項の範囲内であるどんな実施例にも拡張する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による方法によって開始点が決定されなければならない分析中の管状構造の概略図を示す。
【図２】本発明による方法によって半径が計算されなければならない分析中の前記管状構造の断面を概略的に示す。
【図２】
2004532072.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2004532072.tif 000004
2004532072.tif 000005
2004532072.tif 000006
2004532072.tif 000007
2004532072.tif 000008
2004532072.tif 000009
2004532072.tif 000010
2004532072.tif 000011
2004532072.tif 000012
2004532072.tif 000013
2004532072.tif 000014
2004532072.tif 000015
2004532072.tif 000016
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004532072.tif 000017
【国際調査報告】
2004532072.tif 000018
2004532072.tif 000019