(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の管状構造に沿った一連の視点で上記構造の診断画像をもたらすためにプロセッサーとスクリーンディスプレイを有するタイプのデジタルコンピュータシステムを二元ディスプレイモードにて作動する方法にして：
仰臥位置における管状構造で、メディカル撮像装置によって生成され少なくとも上記管状構造を含む人体の一部を表す第１画像データセットを与えられること；
上記仰臥位置とは異なる腹臥位置における管状構造で、メディカル撮像装置によって生成され少なくとも上記管状構造を含む人体の一部を表す第２画像データセットを与えられること；
上記第１画像データセットから、各視点で、仰臥位置における管状構造を少なくとも含む人体の仰臥位置２次元画像を生成すること；
上記第２画像データセットから、各視点で、腹臥における管状構造を少なくとも含む人体の腹臥位置２次元画像を生成すること；及び
上記スクリーンディスプレイに二元ビューモードにて視点で対応する：ａ）人体の仰臥位置２次元画像とｂ）人体の腹臥位置２次元画像を同時に表示すること
を備えてなる方法。
【請求項２】
仰臥位置２次元画像と腹臥位置２次元画像とが管状構造と周辺部分の２次元体軸画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
仰臥位置２次元画像と腹臥位置２次元画像とが管状構造の書式を定め直された２次元詳細画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記第１画像データセットから画像を生成することが、
各視点で仰臥位置における管状構造と周辺部分の仰臥位置２次元体軸画像を生成すること；と各視点で仰臥位置における管状構造の書式を定め直された仰臥位置２次元詳細画像を生成すること；を有し、
上記第２画像データセットから画像を生成することが、
各視点で腹臥位置における管状構造と周辺部分の腹臥位置２次元体軸画像を生成すること；と各視点で腹臥位置における管状構造の書式を定め直された腹臥位置２次元詳細画像を生成すること；を有し、及び
スクリーンディスプレイに画像を同時に表示することが、
二元ビューモードにて作動する間に、視点で、対応する：ａ）管状構造と周辺部分の仰臥位置及び腹臥位置の２次元体軸画像と、ｂ）管状構造の書式を定め直された仰臥位置及び／又は腹臥位置の２次元詳細画像をスクリーンディスプレイに同時に表示することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記第１画像データセットから、各視点で、仰臥位置における管状構造の仰臥位置３次元詳細画像を生成すること；
上記第２画像データセットから、各視点で、腹臥位置における管状構造の腹臥位置３次元詳細画像を生成すること；及び
二元ビューモードにて作動する間に、視点で、対応する管状構造の：ａ）仰臥位置及び腹臥位置の２次元画像と、ｂ）仰臥位置及び／又は腹臥位置の３次元詳細画像をスクリーンディスプレイに同時に表示すること
を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
仰臥位置３次元詳細画像を生成することが、仰臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することを有し；及び
腹臥位置３次元詳細画像を生成することが、腹臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することを有する、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
仰臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することが、パノラマバーチャル内視鏡検査、メルカトルバーチャル病理解剖、円筒バーチャル病理解剖、平坦バーチャル病理解剖、軸上平坦バーチャル病理解剖及び湾曲切断平面バーチャル病理解剖を含むセットから選択された仰臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することを有し；及び
腹臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することが、パノラマバーチャル内視鏡検査、メルカトルバーチャル病理解剖、円筒バーチャル病理解剖、平坦バーチャル病理解剖、軸上坪坦バーチャル病理解剖及び湾曲切断平面バーチャル病理解剖を含むセットから選択された腹臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を生成することを有する、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
対応する仰臥位置画像と腹臥位置画像とが二元ビューモードにて作動中に第１サイズレベルで表示されること；及び
方法が更に
シングルビューモードにてシステムを作動するためにオペレータの要望を表す情報を与えられること；及び
第２の拡大サイズレベルでシングルビューモードにて作動中に視点でａ）対応する仰臥位置画像又はｂ）対応する腹臥位置画像のいずれかをスクリーンディスプレイに同時に表示すること
を有する、請求項４〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
オペレータ作動入力装置もまた有するタイプのコンピュータシステムを作動するための請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法にして、
当該方法が更に構造でのナビゲートされた道筋に沿った一連のオペレータ制御された視点を表す情報を与えられることを有し、
画像を表示するステップが、ナビゲートされた道筋に沿ったオペレータ制御された視点で対応する仰臥位置画像と腹臥位置画像を同時に表示するために、表示された情報を更新すること
を有する方法。
【請求項１０】
ナビゲートされた道筋に沿った視点を表す情報を与えられるステップが、マウスの使用を介してオペレータによって制御された視点を表す情報を与えられることを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
人体の管状構造に沿った一連の視点で上記構造の診断画像をもたらすためにプロセッサーとスクリーンディスプレイを有するタイプのデジタルコンピュータシステムを二元ディスプレモードにて作動する方法にして：
医療上の画像形成装置によって生成され少なくとも上記管状構造を仰臥位置で含む人体の一部を表す第１画像データセットを与えられること；
医療上の画像形成装置によって生成され少なくとも上記管状構造を上記仰臥位置とは異なる腹臥位置で含む人体の一部を表す第２画像データセットを与えられること；
上記第１画像データセットから各視点で、仰臥位置での管状構造の仰臥位置３次元画像を生成すること；
上記第２画像データセットから各視点で、腹臥位置での管状構造の腹臥位置３次元画像を生成すること；及び
上記スクリーンディスプレイに二元ビューモードにて視点で、対応する：ａ）人体の仰臥位置３次元画像とｂ）人体の腹臥位置３次元画像を同時に表示すること
を備えてなる方法。
【請求項１２】
仰臥位置３次元画像と腹臥位置３次元画像を生成することが、管状構造の仰臥位置及び腹臥位置３次元バーチャル病理解剖画像を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
３次元バーチャル病理解剖画像を生成することが、パノラマバーチャル内視鏡検査、メルカトルバーチャル病理解剖、円筒バーチャル病理解剖、平坦バーチャル病理解剖、軸上平坦バーチャル病理解剖及び湾曲切断平面バーチャル病理解剖を含むセットから選択された３次元バーチャル病理解剖画像を生成すること
を有する請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、コンピュータで人体の解剖組織上の立体感表現技術に関するもので、特に結腸・直腸ポリープ（colorectal polyps）を見つけるために生きている人の消化管のような人体の管状構造を分析するためのコンピュータ処理されたシステムに関するものである。
発明の背景
工業化した国では、結腸・直腸癌が悪性腫瘍からの第２の主要な死因である。米国においては、毎年ほぼ１５００００人に結腸癌が発見され、毎年ほぼ６００００人の死亡の原因となっている。肺癌だけがもっと多くの死亡原因である。結腸癌は、通常は癌ポリマーになるまでに５年から１０年をかけてゆっくりと成長する良性のポリープとして始まるので、避けることが可能である。これらポリープが見つかり取り除かれたならば、結腸癌に発達するリスクが相当に減る。
残念なことに、広く普及した結腸・直腸の検診と予防の努力が、限定された資力、方法論的な不適切さ、乏しい素直さと結び付く乏しい患者の受容を含む幾つかの実際上の障害によって阻害されている。加えて、糞便掩蔽血液テスト（ＦＯＢＴ）が大多数の癌及び前癌症状のポリープを見つけるのに失敗している。Ｓ状結腸鏡検査だけで結腸の一部を検査するので、多くのポリマーを見逃す。バリウム洗腸の正確性はセンター間で変化し、したがって常に信頼することができない。
したがって、前癌症状の結腸ポリープの検査をするのに使用可能な新しいテストの必要性がある。全ての検査テストのように、この新しいテストは比較的費用がかからないもので、メスなどで体を傷つけて治療を行うことができる限り少なく、とりわけ特効性がなければならない。
コンピュータでシミュレートされた結腸を通る管腔内のフライト（flight）を生み出すためのコンピュータによる螺旋形断層Ｘ線写真（ＣＴ）を用いる技術が、Vining DJ,Shifrin RY,Grishaw EK,Liu K,Gelfand DW、Virtual colonoscopy(Abst)、Radiology Scientific Prgm  １９９４；１９３（Ｐ）；４４６によって、結腸・直腸の新生物、特に腫瘍を検知するための新規なアプローチとして提案された。この技術は始めにVining DJ,Gelfand DW、Noninvasive colonoscopy using helical CT scanning,3D reconstruction,and virtual reality(Abst)、SGR Scientific Program,１９９４による早期のアブストラクトにおいてVining等によって記載された。「virtual colonoscopy（バーチャル結腸検査）」として言及されたこの技術は、空気を吹き込まれて洗浄された結腸、約３０秒の螺旋形ＣＴスキャン、粘膜表面を摘出し表示するための専門の３次元的な（３Ｄ）画像形成ソフトを必要とする。ＣＴスキャンによって生じた結果としての管腔内部（endoluminal）画像は、診断目的のために医療専門家に示される。
結腸正中線に対し垂直で書式を定め直された２Ｄ横断面の技術がまた、Coinに対し１９９５年１０月１７日に発行された米国特許第５４５８１１１号明細書に記載されている。しかしながら、横断面画像の直接的な解釈（解明）は、結腸のスキャンが数百の体軸乃至軸上の断層Ｘ線写真からなるので、困難である。先進の画像操作ツールなしに、これら横断面のみからの結腸の複雑な３次元形状の解釈は医療専門家にとって非常に困難である。
精度を改善する１つのアプローチは、横断面でと結腸正中線に対し直角での書式を定め直された２Ｄ画像の生成を伴う。これら書式を定め直された２Ｄ画像は、対応する管腔の３Ｄ画像で見る場合に、好意的な診断情報をもたらすことができる。検査効率は、低価格のコンピュータハードウェアでの早くインタラクティブな評価を可能とする革新的な３Ｄレンダリング（コンピュータによる画像の３次元化）技術で改善可能である。
結腸の管腔に保有された流体はまた、病巣乃至病変を不明瞭にする普通一般に遭遇している問題である。標準的な仰臥の画像形成に加えて腹臥の画像形成が、不明瞭な結腸のセグメントを視覚化するためにしばしば要求される。結腸・直腸がしばしば組み合わされた仰臥と腹臥のビュー（眺め乃至絵）で最善に見られるけれども、２倍量の解釈が両方の捕捉（acquisitions）と共に要求される。
更に、現行のＣＴＣはリアルタイムで発生する書式を定め直された（管腔内部（endoluminal）の眺望からの）体軸の２Ｄ、３Ｄの画像のインタラクティブな組み合わせを利用する。この「Virtual Endoscopy（バーチャル内視鏡検査）」（ＶＥ）比喩の範囲内で結腸・直腸をナビゲーションすることは単調である。この問題を軽減し診断に集中するように放射線医（あるいは放射線技師）を放免するために、２パスアプローチが採用された。第１のパスで、結腸は半自動的にナビゲーションされ、その正中線が記録される。そして第２パスで、放射線医はこの正中線に沿って視点（バーチャル内視鏡チップ）を動く。この第２パスは１スキャン当たり数分を減じる。
Computed Tomographic Colography（コンピュータによる断層Ｘ線写真の結腸記録形式、ＣＴＣ）の解釈時間を減らすために、検死で見られるようなビューに類似したフォーマットでの結腸の長めのセグメントを示す追加的なボリュームレンダリングされたディスプレイが開発された。これは同寸法のボリュームレンダリングされた画像内での切断平面としての２つの縦軸に沿って結腸を通る（トランスコロンな、transcolonic）横断面の画像平面を用いる「平坦バーチャル病理解剖（Planar Virtual Pathology）」（ＰＶＰ）と呼ばれる技術を含む。両側からこれら平面を直角に通過する光線で光景（シーン）がレンダリングされる。４つの結果としての画像の各々が１２ｃｍの腸セグメントの内側表面のほぼ１．５倍（ワンハーフ）を表現する。約８ｃｍ間隔（インターバル）でこれら結腸セグメントを見ることで解釈がなされる。このようにして、放射線医のようなユーザからの最小限のナビゲーション入力（navigational input）で結腸全体が素早く検査できる。
他のバーチャル病理解剖ビューもまた開発された。これらは円筒バーチャル病理解剖（Cylindrical Virtual Pathology、ＣＶＰ）やメルカトルバーチャル病理解剖（Mercator Virtual Pathology、ＭＶＰ）を含む。ＣＶＰビューは、結腸の正中線のセグメントに近い直線に垂直な光線を放つことによって形成される。これらビューは切開された結腸のセグメントを分離し、その内側表面をさらすように開く結果に類似する。解釈がインタラクティブに、又は上記ＰＣＶＰに対して述べたように一連の予めコンピュータを用いたＣＶＰビューを見ることによってなされうる。ＭＶＰで、単一の視点（ビューポイント）から全ての方向に光線を放つことでによってビュー（眺め）が生成される。結果としてのビューはパノラマ画像である。ＣＶＰの解釈はＶＥでのようにしてインタラクティブになされる。
上記問題を解決するにおいて、結腸のボリュームレンダリングされた内部管腔の斜視図的なビューが探られた。しかしながら、有効なワークステーションは求められるレンダリングをインタラクティブに行うために十分なほど速くはなかった。この挑戦に取り組む方法の１つは、結腸の正中線に沿った各点で６つの画像をレンダリングすることである。これら画像は画像座標にそろえられ、各々はビューの９０度領域を有する。任意のカメラ向きと視野を備えたバーチャル内視鏡検査（Virtual Endoscopy、ＶＥ）ビューは、簡単な画像ワープと組み合わせ操作を用いて、これら画像からリアルタイムで引き出し可能である。これらパノラマ状の一続きのシーンは、更なる手動でのナビゲーションなしに管腔内部表面全体を視覚化することを可能にする。
追加的なパノラマ投影が開発された。これはボリュームレンダリングシーンである。しかしながら、他の透過ボリュームレンダリングとは全く異なる。これまでの透過レンダリング技術では、画素座標が放出光線とシーンの中心軸線の間の角度（又はその正接）をはっきりと描く。角度範囲（視野）は通常、約±４５度あたりに限定される。本発明は、これら角度がｙ軸（緯度）で±９０度から変動しｘ軸（経度）で０から３６０度で変動する画像を生成する。その結果はメルカルト投影地図に類似したパノラマ管腔内部ビューである。これはMercator Virtual Pathology（ＭＶＰ）と呼ばれる。本発明によってもたらされた他の技術はｘ軸に沿って０から３６０度の視角（画角）をはっきりと描くが、画像での各列に対して視点を動かすことにある。これは円筒投影を形成する。これはCylindrical Virtual Pathology（ＣＶＰ）と呼ばれる。本発明のこれら技術の各々の利点は、各レンダリングシーンにおいてこれまでのバーチャル結腸検査の画像よりも結腸のより大きな領域を示すことである。これらはまた、自由度の２つ、３つを省くことによってナビゲーションを簡略化する。
したがって、螺旋形ＣＴデータを用いた結腸の有効且つ正確な評価をもたらす技術の必要がある。結腸の冠状の、矢状の及び体軸乃至軸上のビューを示す必要がある。また結腸の３次元画像を示す必要がある。更に結腸の折り込まれていない又は開いたビューを示す必要がある。
その上、Computed Tomographic Colographyの解釈時間を更に減らす必要がある。またユーザが結腸の長いセグメントを解釈でき、Computed Tomographic Colographyの解釈時間を減らすことができる改善されたディスプレイモードの必要がある。
発明の概要
本発明は、コンピュータを用いた断層Ｘ線写真法（ＣＴ）スキャナやコンピュータワークステーションのような医療上の画像形成装置で、生きている人の消化管のような人体の管状構造を画像形成するためのシステム、方法、及び製造品をもたらす。ＣＴスキャナは、人の結腸（時に大腸全体）の横断面軸上画像を生成するのに用いられ、当該画像はその後にコンピュータワークステーションに移される。結腸（あるいは大腸）の正中線が管腔をたどって定義される。コンピュータワークステーションは、書式を定め直された横断面画像、ボリュームレンダリングされたスカウト（探索、scout）、管腔内ビューを生成し表示することで、結腸正中線定義を支える。半自動の正中線定義ツールもまた含まれる。正中線が定義された後、画像のモンタージュが診断目的のために表示される。画像は軸上断面、管腔を通る横断面（transluminal cross section）及び管腔内のボリュームレンダリングされた画像を含む。
半自動の方法は、結腸の適切な正中線を認定乃至確認することで、その３次元形状の輪郭を描くのに用いられる。これは、冠状の、矢状の、及び体軸乃至軸上のビュー並びに正中線に対し直角なオフ軸平面（off-axis plane）の表示によって支えられる。正中線に沿った真っ直ぐにされた湾曲断面と正中線の端部からのレンダリングされたビューもまた表示される。したがって、これらビューのいずれかで正中線を編集することで、他のビューに更新をもたらす。正中線をトレースした後、結腸が効果的に検査されうるようにデータが引き出され、ないしは抽出される。
放射線医のような医療従業者は、描かれた正中線に沿って視点を動かすことによって結腸を検査する。３つの直角オフ軸横断面、ボリュームレンダリングされた管腔外のスカウト又は生の体軸２Ｄ画像、及び結腸内側表面の高分解能斜視図的レンダリングが全て表示される。斜視画（ビュー）はどの方向にも改めて向き合わせされることができる。結腸の正中線に沿った回転可能な縦軸断面区切りも表示される。結腸の全長を示すこのビューは、３Ｄ画像に沿った前後への筋道のナビゲーションと３Ｄ画像の解釈の両方を強化する。
経験乃至実験によるリサーチは、横断面ビューとレンダリングされたビューの同時表示が横断面ビューや管腔内ビューのみよりも診断解釈を強めることを示す。ボリュームレンダリングは、ほどよい価格のワークステーションでインタラクティブな履行を達成するため、組織の予めのコンピュータ操作や他の技術を用いるあつらえのアルゴリズムによって行われる。これらは光線でトレースされた画像を生成するのに求められたコンピュータ操作の数をかなり減らし、これはサーフェイスレンダリングのに類似したコンピュータに関する要件でボリュームレンダリングを可能とする。
３次元画像の２つのビューが観察者に表示される。第１のビューは、肛門のふちのような結腸の終端位置から離れるように見る視点からの結腸のビューを囲む前方への管腔内ビューである。第２のビューは、肛門のふちのような結腸の終端の方に見る視点からの結腸のビューを囲む後方への管腔内ビューである。両方のビューを表示することは、結腸のトポロジーのために重要な特徴が不明瞭にされることを少なくする。
カーソルを向け同時にキーを押すことによって、観察者は視点を前に定めた正中線、及び書式を定め直された２Ｄ画像、管腔内３Ｄ画像、体軸２Ｄ画像を含む全ての画像から指定された位置に対応するビューに動かすことができる。画像の各々での標準マークは新しい位置を認定する。観察者は指し示し装置を用いてランダムに視点を動かし、あるいは予定された正中線での最も近い地点に戻すことができる。
向きと位置乃至配置を示すために、空気で満たされた結腸の管腔外の２つのレンダリングが体軸の向きと冠状の向きで表示され、観察者が位置乃至配置と向きを決定するのを助ける。
診断において援助するために、結腸の折り込まれていない又は開かれたビューもまた観察者に表示される。結腸の開かれたビューは、あたかも結腸全体が精密検査のために物理的又は身体的に分けられ開かれたように、そのビューに対応する。
本発明はまた、横断面や直角等での書式を定め直された２Ｄ画像の生成において関わった走査された画像データの解釈時間の縮小のための二者択一的乃至代替的な方法、システム、製造品をもたらす。１つのやり方は、結腸の腹臥と仰臥の両方の走査された画像を同期的に表示することである。このアプローチは、２つの別々のスキャンをレビューする追加的な解釈時間なしで、腹臥と仰臥のビューの利点を組み合わせるComputed Tomographic Colography（ＣＴＣ）の能力を強める。結腸の同期した（解剖学的に記録された）ビューの同時表示は、結腸の２つの別々の読み取りの必要性を省き、解釈時間を短縮する。本発明の１つの実施形態において、解剖学的レベルは互いに釣り合うように割り出され、放射線医がデータセットを解釈するときに同期して進められる。同じコンピュータスクリーン上で、書式を定め直された体軸の２Ｄ、３Ｄ画像が表示され、腹臥と仰臥の両方の画像のために同時に更新される。結腸は一度レビューされる必要があるだけで、腹臥と仰臥の両方のスキャンの診断の利益となる。
したがって、本発明はまた、画像の同時インタラクティブモンタージュをもたらすそのように改善された解釈ツールを有したコンピュータによる断層Ｘ線写真の結腸記録形式（ＣＴＣ）システムである。本システムは画像の幾つかの全く異なったタイプを表示する。これらはボリュームレンダリングされた管腔内斜視画像（バーチャル結腸検査ビュー）、結腸を通る（transcolonic）断面画像、結腸全体を示すナビゲーションスカウト画像、結腸の「数理的に解釈された」ビューを含んでいる。スカウトと小さな体軸の、矢状の及び冠状のビューが普通に表示されるところのスクリーンの領域は、単一の拡大された体軸断面を表すのに二者択一的乃至代替的に使用可能である。本システムはまた、解釈時間を大いに減らすために大きな結腸セグメントのレンダリングされた画像をバーチャル病理ソフトウエアを含むことが可能である。
したがって所望位置を見つけるために結腸の正中線に沿ったトレースによるスキャン結果を眺めるのとは対照的に、本発明の二者択一的方法によって、（放射線医のような）ユーザが自由に、結腸の正中線に沿ってトレースするスキャン列をたどることなく、いつでも対象を所望位置を眺めることを可能とする。更に対象の所望位置を自由に眺める能力と二元（デュアル）走査の間に成立した対応する割り出しに応じて同時に対象の２つでなる走査画像を表示する能力のために、所望位置での対象のよりはっきりした画像が、２つのビュー（腹臥と仰臥）を比較して２つのビューのより良いビューを選択的に拡大することによって示される。したがって、このアプローチは正中線に沿ってトレースする走査データの予備処理を減らすことによって解釈時間を著しく減少するだけでなく、画像の品質を大幅に高めるものである。
本発明はまた、目に見える結腸スクリーニングツールをもたらし、より早く包括的なビューイングアプローチを容易にするために「Virtual Pathology（ＶＰ）」と呼ばれる交互レンダリング体系によって斜視図的なボリュームレンダリングアプローチ（ダビングされたバーチャル結腸検査）が増大される。本発明は、この新しい比喩に基づいたＣＴＣ判読アプローチをもたらす。これら新しいタイプのレンダリングされた画像が次第に受け入れられスピードと画像品質を改善するにつれてＣＴＣを解釈する方法が変化することを当業者が認識すると理解されよう。
本発明の他の目的、特徴及び特徴構成；方法、操作、構造の関連した要素の機能；各パートの組み合わせ；製造の経済性は、好適な実施態様の以下の詳細な記載と添付図面から明らかとなろう。図面の全ては本明細書の一部を形成し、参照番号は種々の図において対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に適合する医療上の画像形成装置で人体の画像を形成するためのシステムのコンポーネントの斜視図である。
図２は本発明の好適な実施形態を実行するのに用いられる例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。
図３は本発明に適合する医療上の画像形成装置で人体の画像を形成するための方法を示す流れ図である。
図４は本発明に適合する結腸正中線の半自動トレースに用いられる正中線トレースツールのスクリーンディスプレイである。
図５は本発明に適合する肉茎のあるポリープを有した患者における結腸中心線に対する横断面ビューと直交ビューのスクリーンディスプレイである。
図６は本発明に適合する診断画像コラージュのスクリーンディスプレイである。
図７ａ〜７ｃは様々なアルゴリズムによる仮定正中線のスプライニングを示す。
図８は本発明に適合するパラメータ調整ウィンドウのスクリーンンディスプレイである。
図９は本発明に適合する３Ｄ画像をレンダリングする方法を示す流れ図である。
図１０は本発明に適合する投光法を示す概念図である。
図１１は二元走査画像を示す本発明に適合する診断画像コラージュのスクリーンディスプレイである。
図１２は本発明に適合するユーザにより選択された二元走査画像の１つの拡大画像コラージュのスクリーンディスプレイである。
図１３は本発明に適合するPanoramic Virtual Endoscopy（ＰＶＥ）の例のスクリーンディスプレイである。
図１４は本発明に適合するCylindrical Virtual Pathology（ＣＶＰ）の例のスクリーンディスプレイである。
図１５は本発明に適合するMercator Virtual Pathology（ＭＶＰ）の例のスクリーンディスプレイである。
図１６は本発明に適合するPlanar Virtual Pathology（ＰＶＰ）のタイプと対応する断層Ｘ線写真装置とのスクリーンディスプレイである。
図１７は本発明に適合するAxial Planar Virtual Pathology（軸上平坦バーチャル病理解剖、ＡＰＶＰ）のスクリーンディスプレイである。
図１８はコンピュータ操作による仰臥と腹臥の断層Ｘ線写真結腸記録形式の同期解釈をもたらす医療上の画像形成装置での人体を画像形成する方法を示す流れ図である。
好適な実施形態の詳細な説明
好適な実施形態の以下の詳細な記載において、この一部を形成し、本発明が実践される特定の実施形態が実例として示される添付図面に言及される。他の実施形態も利用され、構成上の変更が本発明の範囲から逸脱することなくなされうると理解されるべきである。
用語解説
以下の用語とフレーズが本願を通して用いられる。
１．コンピュータによる断層Ｘ線撮影の結腸記録形式（ＣＴＣ）。結腸の書式を定め直された２Ｄ及び３Ｄ画像を生成するために結腸の螺旋形乃至ボリュームＣＴ画像形成を画像形成ソフトウエアと組み合わせる技術。
２．書式を定め直された２Ｄ画像。結腸正中線に対して横断面と２つの直角で方向付けされた画像。
３．管腔内３Ｄ画像。結腸の内視鏡ビューをシミュレーションする画像。結腸の外側は可視化されない。
４．体軸乃至軸上２Ｄ画像。画像後処理が行われる前の螺旋形乃至ボリュームＣＴスキャナによって生成されたオリジナル画像。
５．真っ直ぐにされた結腸／連続する直交画像。結腸をその体軸に沿って二分する回旋状リボンに対応する真っ直ぐにされた結腸のボリューム画像における横断面に方向付けされた画像。
６．管腔外３Ｄ画像。体軸、矢状及び冠状の向きでの結腸全体の管腔外の３Ｄリンダリングとして表される画像。
７．生の２Ｄ画像。ＣＴスキャナによって生成されたトランスアクシャルな（軸を通る）書式を定め直されない画像。
詳細な記載
本発明を実行するベストモードを描写する目的のために、この記載は生きている人間の患者の結腸を分析するプロセスを記す。本発明は管腔内の及び透過腔のビューが望ましいところの人体の管状構造の評価を高めることができると認識されよう。一例として、本発明は気管及び気管支の導管樹、腸、及び大動脈のような他の導管（維管束乃至血管）の構造を評価するのに用いられた。所謂当業者は、これら列挙したものに加えて心臓、胃又は膀胱のような人体の他の器官や構造が普遍性を損なうことなく本発明で分析されうると認識しよう。
図１は、本発明で使用されるような好ましい医療上の画像形成システムのコンポーネントを示す。当該システムは一般的には、ユーザによってデータをシステムに入力するキーボード１０、電気的処理コンポーネントとメモリ１８を保持するコンピュータ架台１２を有するワークステーションを包含する。上記コンビュータ１２はまた可動性の記憶装置（貯蔵装置）２０を含み、これによって可動性の媒体２２、一般的にはフロッピーディスク、磁気テープ又は可動性固定ディスクがコンピュータ１２への情報をもたらすのに用いられうる。コンピュータ１２はまた、インターフェイスケーブル１９を介してローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を包含する他のＩ／Ｏ装置に連結可能である。上記システムは更に、ユーザに情報２４を示すスクリーンディスプレイ１４、及び指示装置１６、一般的にはマウスを含む。コンピュータコンポーネントは論理的にコンピュータ内で内部システムバスを介して互いに連結され、更に外部データバス２８を介して螺旋形の又はボリュームのＣＴスキャナ２６に連結される。本発明は、メモリ１８内に貯蔵されコンピュータ１２内の１つかそれ以上の処理ユニットによって処理される予めプログラムされた一揃えの指示（インストラクション）を包含する。
図２は、本発明の好ましい実施態様を実行するのに用いられた例示的なハードウェア環境を示すブロックダイアグラムである。例示的なハードウェアとソフトウェアの環境において、コンピュータ１２はなかんずく、プロセッサー（処理装置）３０、メモリ１８、キーボード１０、スクリーンディスプレイ１４、並びに固定された及び／又は可動性のデータ記憶装置及びそれらの連関した媒体２０，２２，３２を包含しうる。所謂当業者は、上記コンポーネントの組み合わせ又は多数の異なるコンポーネント、周辺装置、及び他の装置がコンピュータ１２と共に使用されうることを認識しよう。
本発明は、コンパイラープログラムやリンカープログラムを用いて一般的に実行される。これらの各々はＯＳ／２、ウィンドウズ、ＡＩＸ、ＵＮＩＸ、ＤＯＳ等のような操作システムの制御の下に履行される。簡略化の目的のために、コンパイラープログラムやリンカープログラムをひとまとめにして以下でコンパイラー３６と称する。当業者は、コンパイラー３６が本発明の範囲から逸脱することなく多数のプログラミング言語プロトコル（規約）に従うことができることを認識しよう。図解ユーザインターフェイス（ＧＵＩ）３８が制御の下にスクリーンディスプレイ１４上にテキストやグラフ情報をもたらすために操作システム３４を履行する。
当業者は、本発明の範囲から逸脱することなくこの形態に対して多くの変更ができることを認識しよう。
コンピュータによる断層Ｘ線撮影の結腸記録形式（ＣＴＣ）は一般的には、下腹の接近体軸横断面（contiguous axial cross sections）を得るためにコンピュータによる断層Ｘ線撮影スキャナを用いる。螺旋形のコンピュータによる断層Ｘ線撮影に代えてエレクトロンビームＣＴ、磁気共鳴の画像形成（ＭＲＩ）、陽電子放出断層Ｘ線撮影（ＰＥＴ）、又はソフトＸ線又は高解画像度の超音波のような他の画像形成のテクノロジーを使用することができる点が認識されよう。ＣＴデータの性質のために、一般的には７５〜５００個の画像が単一列（single series）に対して生成される。本発明は大きな数の画像を取り扱い、診断に要する時間量を減らし、解釈の信頼性を改善するのに有効なやり方をもたらす。
ＣＴＣ検査を行う好ましい方法は、４つのサブプロセス：１）結腸の準備、２）当該結腸の走査（スキャニング）、３）当該結腸の正中線の認定、４）放射線医（技師）による診断解釈の支持を含む。分析ステップを別々のサブプロセスに分けることは大抵の医療上の画像形成ワークステーションの範例からの重要な出発乃至離脱である。大抵のパーソナルコンピュータやワークステーションパッケージと同様に現行のワークステーションは一般的には「ツール箱」比喩に基づいている。これらシステムのオペレータは、ワークショップのクラフトマン（熟練工）やスタジオでのアーティストと同様に、仕上がり製品、この場合には医療診断を構成するのに必要な原材料やツールの全てに出入りできる。ツールの選択とそれらの使用のオーダ（指令）がオペレータによって制御される。十分な時間が与えられると、通常の知識を有したアーティストは広範囲に多様な仕上がり製品を組み立てることができる。しかしながら、アーティストは最適に有効ではなく、一般的には幾つもの等しい製品を生み出すことが困難であることを見出す。
対照的に、本発明はＣＴＣシステムのユーザが組み立てラインワーカーに似たように操作することをもたらす。各々は先のサブシステムから中間結果を受け、限定した数のはっきりした仕事をこなし、これら仕事の遂行に適したツールを入手でき、部分的に仕上られた製品を次のステージにはっきりした完全な状態で送る。まさに組み立てラインがクラフトマンよりも一層有効であるように、本発明の「パイプライン」比喩に基づくシステムは「ツール箱」比喩に基づくものよりもしばしば一層有効である。追加的に、本発明は同じ処理ステップが各画像データセットで実行され、科学的適用により一層適切にすることを保証する。
図３は、本発明と矛盾のない医療上の画像形成装置で人体を画像形成するための方法を示す流れ図（フローダイアグラム）である。ブロック４０で、医療上の画像形成装置２６が人体の構造の画像データセットを生成するのに用いられる。ブロック４２で、画像データセットは構造管腔をたどる正中線を定めるのを助けるのに用いられる。上記正中線は手により定められることもでき、また半自動ツールが上記正中線を生むのにユーザを助けることもできる。ブロック４４で、コンピュータ１２は、構造正中線に中心をおいた構造の書式を定め直された２次元画像を自動的に生成するのに画像データセットを用いる。ブロック４６で、コンピュータ１２は、構造の管腔内３次元画像を自動的に生成する。ブロック４８で、構造の書式を定め直された２次元画像と管腔内３次元画像がディスプレイ装置１４でユーザに力学的に同時に表示される。
加工処理
上記したように、ＣＴＣ検査を実行する好ましい方法は、４つのサブプロセス：１）結腸の準備、２）当該結腸の走査（スキャニング）、３）結腸正中線の認定、４）放射線医による診断解釈の支持に分けられうる。最初の２つのサブプロセスは一般的に従来技術の範囲内で公知であるが、続いて起こるステップを理解するのに意味があるので以下に簡単に記載する。
プロセス１：結腸の準備
最初に、本発明は断食と緩下剤の経口投与を含む伝統的な結腸記録形式に等しい結腸準備をもたらす。患者の結腸に空気が吹き込まれる。本発明で、結腸に空気の他のガスを吹き込むこと、結腸を液状造影剤で満たすこと、整えられた又は整えられない結腸のいずれかに経口大便マーカー（oral stool marker）を用いること、又は全く結腸の吹き込み乃至充填を排除することのような他の結腸準備を用いることもできることが認識されよう。また結腸準備手続きの変更修正は、当該変更修正が医療上の画像での結腸の内側表面の様相をおそらく変えるので、以下に記載された画像分析ステップに対する対応する変更修正に付随されることが認識されよう。
プロセス２：結腸の走査
走査は好ましくは早い螺旋形ＣＴスキャナで行われる。上に記したように、他の医療上の画像形成テクノロジーが普遍性を喪失することなく早い螺旋形ＣＴスキャナに代えることもできる。このテクノロジーは全体構造をカバーするボリューム的なデータセットを必要とする。多様な走査プロトコルが用いられるけれども、５ミリメートル（ｍｍ）の一般的な視準乃至平行光線形成と１〜２の一般的なピッチが用いられる。１秒当たり５ｍｍのテーブル速度が用いられるならば、２０秒のブレスホールド（breath hold）で１０センチメートルが走査可能である。結腸は下腹部の３０〜５０センチメートルの範囲（部位）に及ぶので、３〜４つのブレスホールドが必要である。本発明によって生じた結果は、ＣＴスキャナの技術的改善が単一のブレスホールドで結腸全体を走査することを可能にする機械をもたらすので、改善されることとなる。１〜３ｍｍの再構成インターバルがしばしば用いられる。
プロセス３：結腸の正中線の認定
上記した走査ステップに続いて、再構成された画像が結腸の認定のためにコンピュータワークステーションに移される。結腸の正中線又は中線は、特別な目的の３次元トレースソフトウエアの使用を介して図で表される。このソフトウエアは手動及び半自動のツールの完全な補完を含有する。このサブシステムの目的が結腸の正中線をはっきり描くことだけあるので、最良品質の画像は必要ない。したがってスキャン（走査）はディスプレイ装置として用いられたワークステーションの分解能（resolution）に対し副標本をとられる。ほぼ８立方ｍｍの好ましいヴォクセル（voxel）ボリュームと８データビットの好ましい対象分解能は、当該ヴォクセルボリュームと対照分解能が各々実質的に普遍性を喪失することなしに増加し又は減少するけれども、本発明の１つの実施形態で用いられる。好ましいヴォクセルボリュームと対照分解能を用いることによって、処理されなければならないデータの量は一般的にはほぼ１６の係数（ファクタ）によって縮小される。
コンピュータワークステーションは好ましくは、図４に示されるように、体軸の、冠状の及び矢状の横断面と対応するレンダリングされたスカウト（scout）ビューを含むビューのモンタージュにおいて画像を表示する。表示されたビューの各々の範囲内に示された基準マークは３次元位置測定をもたらす。結腸の３次元推移乃至コースが図で表されるので、結腸の正中線は好ましくはスカウトビューの上に重ねられ、横断面での交差部分が表示される。画像においてカーソルの動き又は図で表された正中線の延びは他の画像での対応する変化の原因となる。
図４は、本発明の好ましいソフトウエアインターフェイスを示すワークステーションディスプレイを表す。上列での第１の３つの画像は夫々、体軸横断面５０、冠状横断面５２及び矢状横断面５４である。対応するレンダリングされたスカウト体軸５６、冠状５８及び矢状６０がそれらビュー各々のすぐ下に示される。ディスプレイの上方右部分での画像６２は、図で表された正中線の端部をおおって中心があるオフ軸拡大横断面である。この画像の下に、結腸内を更に見る低い分解能のレンダリングされたビュー６４がある。ディスプレイの底部での長く伸ばされた絵（ピクチャー）は、図で表された結腸の全長を示す真っ直ぐにされた結腸の画像である。ディスプレイの底部で、図解ユーザインターフェイス（ＧＵＩ）コントロールパネル７０によって、ユーザがウィンドウとレベルの設定を調整することができる。図４に示されないポップアップ式ウィンドウが自動トレースツールのツールキット及び類似したオプションにアクセスするのに用いられる。図８に示されたパラメータ調整ウィンドウのような他のウインドウズがシステム内での他の設定とパラメータを調整するのに用いられる。
好ましい縮小された検索は全ての腹内空気の深さ陰影ビュー（depth shaded view）である。レンダリングはレンダリングされるべき対象を認定するためのしきい値（thresholding）と主要方向（cardinal directions）に沿った非常に速い投影を用いる。これら投影の各々に対応する深さバッファーも生成される。これら深さバッファーは前表面座標と第１裏表面座標の平均でロードされる。当該バッファーは、検索の一つでポイントが選択される場合に、３次元座標を確定するのに用いられる。この特徴は結腸の中心を指すことを簡略化する。
いったん結腸正中線のトレースが始まると、図４に示されたように４つの追加的な画像が好ましくは表示される。最初の２つの画像は、１）正中線の終点に中心があり、その最終セグメントに直交するオフ軸横断面、及び２）正中性終点からで且つ当該終点と整列された深さ陰影の斜視図的な管腔内のボリュームレンダリングされたビューを含む。残りの２つの画像は、公知の従来技術医療画像形成ワークステーションにおける「湾曲断面」表示乃至ディスプレイの革新的な改善である。在来の湾曲断面表示において、一方の軸が走査されたボリュームでの１つの主要方向に平行に維持される一方、他方は他の２つの方向において記入される湾曲をたどる。本発明の結腸トレースサブシステムに含まれた直交対のネオ湾曲断面（neo-curved sections）は結腸の非常にねじれている部分に適合し、表示を二分するストレート線として認定正中線を表示する。表示された形象（イメージ）の各列（コラム）は好ましくは走査されたボリュームにおける結腸正中線に対し直交する線に沿って得られる。
結腸正中線の手動による描写
正中線は色々なやり方で手動により認定可能である。第１の方法で、座標は図４に示されたスカウトビューのいずれかにおいて位置を選択することによって認定可能である。本発明は結腸の中心のそばで地点を自動的に見つけるので、これは結腸をトレースするのに素早く容易な方法である。結腸の推移乃至コースが非常に曲がりくねり、あるいは所望のセグメントが他の解剖学乃至詳細綿密な分析によって分かり難い場合、認定された地点は所望深さに対応しないかもしれない。これらの場合に書式を定め直された２Ｄ画像において地点が選択可能である。
正中線を伸ばすための第２の効果的な方法は、現行の終端を越えるネオ湾曲断面画像のセグメントに沿って新しい地点を書き入れることである。２つのビューが直交するので、これら２つのビューにおいて新しい地点を二者択一的に選択することは、結腸に中心があるままで正中線を伸ばすのに使用可能である。
オフ軸横断面は正中線に中心があることが注目されよう。それ故、断面は一般的には、画像に中心がおかれ殆ど円形である結腸の横断面を示す。この画像に地点が書き入れられる場合、正中線の終点は伸ばされるよりも調整される。当該画像はしたがって、正中線を結腸の管腔に中心をおかれたままにする有効なツールである。
中心線の明確な限定：図５に示されるように２Ｄ体軸の、書式を定め直された冠状、矢状の画像、図６に示されるように体軸の、冠状の及び矢状のビューでの３Ｄ管腔外（extraluminal）レンダリング、図４と６に示されるように冠状及び矢状の向きでの数理的に真っ直ぐにされた結腸；及び図４と５に示されるように横断面２Ｄビューと管腔内３Ｄビューを容易にするように画像が生じる。観察者は１０個の表示された画像のいずれかを用いて、肛門のふちで始めて、結腸を通って盲腸に達するまで進む。横断面２Ｄビュー又は管腔内３Ｄビューを用いて正中線の方法付けが確かめられ得、これら画像に関して観察者によって調整可能である。観察者は必要によりキーボードを用いて前述のステップのいずれかを取り除くこともでき、そして最後の正しい地点からトレースして再開することができる。
結腸の数理的に真っ直ぐにされたビューは正中線描写を大いに容易にする。時折、結腸の、特にＳ宇結腸における道筋は画定するのが困難である。この場合に、観察者は、上記トレースを解釈することなくＳ字状に湾曲した結腸の道筋を確定するのに、２Ｄの体軸及び書式を定め直された冠状と矢状の各画像を用いることができる。ワークステーションでの指示装置、一般的にはマウスによって、結腸の道筋を確定するために観察者は２Ｄ画像を通してスクロールすることができる。永久トレース点は指示装置を用いて配される。
結腸正中線描写のための自動方法
結腸正中線描写に対する幾つかの自動化されたアプローチが従来技術において公知である。第１のアプローチは、本発明のサブジェクトマターにおいて用いられるように、結腸の管腔内に存する２つの認定された地点の間の最も短い道筋を見出す「Marching Cubes」アルゴリズムである。開始点と終点が記入されなければならないので、これは実際のところ全体としてオートマチックであると考慮することはできない。更に、当該アルゴリズムはまたコンピュータ操作で集中的である。更に当該アルゴリズムによって見出された道筋は最短であり、それ故に結腸の中心に沿って進まない。代わりに各湾曲の内側表面に沿って進み、これはしばしば方向性を失う急な方向変化を伴う妨害されたビューとなる。
第２のアプローチは、結腸の推移乃至コースをたどる主要な固有ベクトルを見出すためにＫ-Ｔ変換を用いる。このアルゴリズムは、結腸正中線の湾曲の半径が結腸の径の２倍よりも大きいところに適用することができるだけである。仮想的に全ての結腸は少なくとも１つのセグメントでこの基準に応じることができない。したがって、このアルゴリズムは一般的には本発明のサブジェクトマターにおいて当てにならない。
第３のアプローチは、結腸管腔の二元のボリューム画像を単一線に形態的に薄くし、そして遠隔探査分水界（remotely senses watersheds）の分析のために開発されたアルゴリズムに似た方法によって結果としての最も長い道筋をベクトル化することであろう。このアプローチが理論的に可能である一方、結腸をトレースするに好結果である公知の従来技術の履行はない。更に、当該アルゴリズムは最も起こりそうなことにコンピュータ操作で集中的であろうし、大いに包旋したセグメントで困難性を解決することができないかもしれない。
上に議論した３つの自動正中線描写アプローチでの問題に加えて、なにものも腸膨張が喪失した場合、複数のブレスホールドで得られるスキャンに一般的には存する不連続な形状に適合することができない。これらの条件に適合するために、上記技術の各々は手動の管理乃至監視を受容しなければならず、それ故に半自動になる。臨床の状況で目で見ることができる半自動アプローチのために、一般的には完全に手動システムと一体化されなければならず、全体的に手動のシステムのオペレータよりも速いトレースを行うことができなければならない。これら基準は現行のワークステーションテクノロジーのために全く限定している。上記したアプローチの幾つか又は全ては限定されたリサーチ適用のために許容可能であり、より高い性能のコンピュータに基づく未来のシステムで見出されるかもしれない。
正中線描写に対する２つのアプローチ
本発明は、正中線描写を容易にするために半自動ツールを受け入れる。これらは管理オペレータよりもより速くあるように且つ手動操作のために含まれるシステムの特徴を活用するように設計される。これらアプローチの各々は結腸正中線の近似を見出す。
第１アプローチは正中線をその最終セグメントの方向において、固定端数の間隔（ディスタンス）、この線が結腸管腔からでるところの地点に延長する。この地点は、常に存する深さ陰影管腔内ビューの中心点を読むことによって得られるので、論理に基づいて公知である。オフ軸横断面が、上記したようにこの新しい終点で引き出される。アルゴリズムを発達させる２次元領域が、この横断面での管腔の中心を見出すのに用いられる。正中線終点は、満足な地点が見つかるまで、インタラクティブに調整される。そして正中線が再び最後のセグメントの方向に延長され、上記プロセスが繰り返される。調整が集束することができない又はオペレータが進行の方向に反対するところに地点が達するならば、処理が手動制御に戻される。
半自動トレースに対する第２アプローチは、深さ陰影管腔内レンダリングのより直接的な使用を行う。結腸管腔の目で見える領域の図心が、Green's Theoremの特別なケースをレンダリングされた画像に表された表面に適用することによって計算される：Ｖが閉じられた正規表面Ｓによって境界を示されたボリュームであり、ｕ（ｘ，ｙ，ｚ）とｖ（ｘ，ｙ，ｚ）が連続的な二次偏導関数を有したスカラー関数であるならば、
0004088348.tif 000002
ここでＮはＶの境界となる表面Ｓに対する外標準（out normal）である。
Green's Theoremの使用はこの計算を非常に簡単にし、好ましくはレンダリングソフトウエア自体に埋め込まれる。したがって、この技術は殆ど追加的なコンピュータ操作を必要とせず、反復しない。
正中線書き足し
トレースされた結腸正中線は一様な長さ間隔にリサンプルされる。各種の方法が実行され、本発明でテストされた。図７ａは各つなぎ地点で急な方向変換となるリニアスプライニングを用いて正中線を示す。単にほぼ一様なサンプリング間隔を与え図７ｂに示されるようにしばしば所望されたものよりも不規則である立方スプラインと放物線状スプラインが試された。一様に間隔をおいたサンプルを与え不規則な曲線を生じる第２の変更された反復放物線状スプラインと円弧（サークラーアーク）スプラインが用いられた。スプラインでの問題は、データ点を通過するにあたってスプラインはスムーズでないことである。過度の湾曲は所望の正中線から線の過度のずれを生じることがないが、見る者に方向を分からなくさせ潜在的に幾つかの小さなポリープが見落とされることにもなる斜視図的ビューとオフ軸ビューの望ましくない揺れ動きを生み出すのに足りる線の方向を変える。
したがって本発明は好ましくは円弧正接書き足し法を用いる。図７ｃによって描かれるように、現行の正中線端部セグメントに対し正接で次の地点を通過する円弧が確定される。次の地点が現行の終点の後方であるならば、ｐラジアンアークとコネクティングタンジェントが用いられる。上記アークがｐ／２とｐの間であるならば、ｐ／２アークと接線が用いられる。いかなる場合でもアークの半径が２ｃｍより小さいならば、当該アークはｐ／１６ラジアン増分でサンプリングされる。別の状態でサンプリングは結腸に沿って１〜２ｍｍ間隔で固定される。この方法は図４に示される。多項スプラインによって生じた過度の湾曲の例は中央図に示される。同じ地点が下の図で好ましいアーク・タンジェントスプラインによって連結される。
プロセス４：診断解釈の支持（サポート）
正中線認定の完了に関して、ＣＴＣスキャンは一般的には放射線医による診断解釈のために準備されている。この解釈は他の適用特有画像操作ツールによって支持される。放射線医は好ましくは結腸の推移乃至コースに沿ったナビゲートして、直感的なユーザインターフェイスとの相互作用することによって結腸を診査する。上記操作ツールは、書式を定め直された２Ｄ画像とレンダリングされた画像の同期した力学的コラージュを与える。これら画像はナビゲーションスカウト、書式を定め直された横断面２Ｄ、管腔内３Ｄ画像、及び結腸の全長を示す真っ直ぐにされた結腸画像を含む。
インタラクティブナビゲーションツール
上記した早めのプログラムにおけるナビゲーションのための用いられた腹内空気のレンダリングされたビューの２つはまた、ナビゲーションを助けるのに用いられる。しかしながら、３次元座標を確定するために深さマップを用いることはシステムにとって必要ではない。代わりに、図４に示されるように、選択された位置の投影に最も近い正中線に沿った地点が決められる。この地点は新しい視点（ビューポイント）のために選択され、対応する書式を定め直された２Ｄ画像と管腔内３Ｄ画像が表示される。
正中線に沿った位置決めはまた、書式を定め直された２Ｄ画像自体において地点を選択することによって制御可能である。図４において上記されたように、これら横断面の２つが結腸正中線と整列される。これら画像の縦軸中心から離れる地点の選択は、正中線に沿って等しい間隔で動く視点を生じる。このようにして、他の横断面の平面がこれら画像に見られる特徴をトラバースするように操作可能である。この新しい視点を選択する同じ方法は、結腸の領域を素早く走査するのに使用可能である。スクリーン上で同じ位置に複数の地点が反復して選択される場合、視点は結腸正中線に沿って進む。この進行のスピードは選択された地点とビューの中心の間の間隔によって確定される。
正中線の位置はまた、上記した真っ直ぐにされた結腸画像に沿って地点を選択することによって制御可能である。概して、長さはワークステーションスクリーン上にその全体で表示されるには長すぎる。代わりに、セグメントが最大限の分解能で表示される一方、完全な細片が分割スケールで表示される。表示されるべきセグメントと能動視点が、スケールダウンされた断面乃至区分を用いて選択可能である。それ故、スケールダウンされた断面は、グラフィカルなユーザインターフェイスに共通する水平な「エレベータ」制御に類似するように機能する。真っ直ぐにされた結腸のボリューム画像でのこの横断面の平面は、その軸線に沿った結腸を二分する包旋されたリボンに対応する。結腸の軸線に対するこのカット平面の向きは変えることができる。これは正中線に直交するオフ軸横断面での位置を選択することによってなされる。向きが変えられると、２つの断面の相互交差に沿ってこの断面で線が表示される。この線はまたラジアルサイズが測定可能なように従わされる。
本発明は、視点が正中線に限定されることを要求しない。画像は、書式を定め直された２Ｄ画像で視点を選択することによってどの位置からもレンダリング可能である。本発明の実施形態において、カーソルを指し示し、同時にキーボードの「Shift」キーを押すことによって、観察者は正中線から「ジャンプ」して離れることができ、書式を定め直された２Ｄ画像、管腔内３Ｄ画像及び体軸２Ｄ画像を含む全ての画像が指定された位置に対応するビューに更新される。全ての画面上の基準マークは新しい位置を認定する。観察者は新しい道筋に沿って前後両方に進めることができ、また指し示し装置を用いて前に決めた正中線での最も近い地点に戻ることができる。
管腔内３Ｄ画像ディスプレイ
管腔内３Ｄ画像ビューは、結腸検査からのビデオ画像に概ね対応するようにレンダリングされる。幾つかの従来技術の調査はこれらレンダリングされたビューのみを用い、それ自体この技術は「バーチャル結腸検査」として公知である。上記したように、各種のレンダリング方法が、インタラクティブな再方向付けを支持する本発明での使用のために調べられた。これら方法にとって、眺め（ビュー）の方向がレンダリングされた画像での地点の選択によって制御される。これはビューの中心で選択された特徴を備えて再レンダリングされるべきシーンを生じる。
追加的に、眺めの方向（ビュー方向）がナビゲーションスカウトで示され制御可能である。ドットのような際立った基準マークがこれら投影図における現行の視点をはっきり示す。レンダリングされたビューの中心の方向においてこの地点から延びる線セグメントもまた示される。レンダリングされたスカウトでのこのインジケータの向きを操作することによって放射線医ははっきりした外側参照点で眺めの方向を制御することができる。
ディスプレイソフトウエアは好ましくは６個の２Ｄ画像：書式を定め直された２Ｄ画像、２つの直交する画像、真っ直ぐにされた結腸全体のビュー、真っ直ぐにされた結腸の１区分の拡大画像、生の体軸２Ｄ画像を表示する。管腔内３次元画像の２つのビューは医療上の従業者に表示する。第１のものは前方ビューであり、第２のものは後ろ向きに見る「リアビュー」画像である。両方のビューを表示することは、関心の特徴が結腸のトポロジー（形態）のために妨げられることを減らす。結腸の２つの管腔外３Ｄレンダリングが体軸と冠状の向きで表示される。
ウィンドウとレベルセッティング、３Ｄカメラ角度の向き、３Ｄカメラのズーム調整を含む幾つかのインタラクティブな特徴が有効である。観察者は、結腸の管腔外レンダリングで又は結腸の真っ直ぐにされた２つの画像で地点を選択することによって結腸のどの範囲を検査するか選択可能である。肛門のふちからミリメートルでの測定もまた表示される。他の特徴によって、観察者が結腸全体の壁表面を検査することが可能である。書式を定め直された２Ｄ画像を用いることによって、観察者は真っ直ぐにされた画像として表示する結腸壁の薄片を選択することができる。時計回りか反時計回りに薄片の向きを連続して回転することによって、結腸壁全体を評価可能である。
観察者は一般的には肛門のふちで眺めることを始め、ワークステーションキーボードを用いてトレースに沿って進む。画像は前進と逆との両方の順番で表示可能である。結腸ポリマーと癌とは２Ｄ画像と３Ｄ画像の両方で検出可能である。３Ｄ画像とは異なり、２Ｄ画像は結腸壁／柔らかい組織界面の査定を許容し、結腸癌侵入の深さ又は他の管腔外疾患の進行が評定可能である。
画像が表示されると、際立った基準マークが管腔外画像での対応する位置におかれる。このようにして、観察者は結腸のどの範囲が検査されたかを知る。異常が検出されると、管腔外画像と肛門のふちからミリメートルでの測定レポートとを用いて、その位置が確定可能である。
データレンダリング
本発明は、患者の画像データセットの早いインタラクティブな評価を容易にする３Ｄレンダリング技術を利用して上記画像データセットを検査するのに使う時間量を減らす。公知の従来技術において、２つのタイプのデータレンダリングは一般的には結腸の３Ｄ画像ビューを表示するのに用いられる。第１のタイプはサーフェイス（表面）レンダリングであり、第２のタイプはボリューム（容積乃至体積）レンダリングである。
サーフェイスレンダリングは結腸の内側乃至粘膜表面を認定しそれを三角形のメッシュとして表すための、セグメンテーションとして公知の予備処理ステップを頼りとする。結腸のレンダリングされたビューは、これら三角形の各々をディスプレイを意味する平面上に投影することによって非常に素早く生成可能である。
ボリュームレンダリングは、ＣＴスキャンボリュームを備えてなる密度の３Ｄアレイで働く。当該アレイでの各要素乃至ヴォクセルが、レンダリングされた２次元表示画像を生成するように平面に投影される。ボリュームアレイ全体が用いられるならば、レンダリングされたシーンで半透明としてＣＴ密度を描くことが可能である。
一般的にはボリュームレンダリングに関連したプロセスは、サーフェイスレンダリングよりも１００倍以上も多いデータの評価を要求することもあり、それでボリュームレンダリングは一般的にはサーフェイスレンダリングよりも非常にゆっくりである。例えばレンダリングされた平均的なシーンを生成するために、各ボリューム要素でほぼ２０のコンピュータ操作が行われなければならない。３００の薄片ＣＴスキャンが７５００万を越えるヴォクセルを含むとすれば、１秒当たり１億の有効操作を行う能力のあるコンピュータでそのようなボリュームをレンダリングするのに、ほぼ１５秒を必要としよう。
ＣＴＣスキャンによってカバーされるボリュームはほぼ４０リットルであるが、管腔内部ビュー（endoluminal view）で可視のこのボリュームの部分が一般的には４００ｍｌより小さい。本発明で具現化されたレンダリング技術は、ボリュームアレイ内で関連データを単に評価するだけによって加工処理の量を制限するのにこの事実を用いる。
図９は、本発明の好ましいレンダリング方法を示す。本発明のレンダリングプロセスはブロック８０で、バーチャルカメラ位置として使用されるボリュームアレイ内に視点を得ることによって始まる。ブロック８２で、バーチャルカメラの向き方向として使用される眺めの方向が得られる。視点と眺めの方向は結腸正中線に沿って、前の画像レンダリングの画心から引き出されうるか、ユーザによって手動で記入されうる。画像のレンダリングされたビューでの各表示点又は画素のために、レンダリングプロセスがブロック８４で画素を通る視点からの光線の方向を確定する。そして光線はこの方向に沿ってボリュームアレイを通って放たれる。ブロック８６で、当該光線は不透明（オペーク）点に対してサーチされる。当該サーチは、光線に沿って一様な間隔でボリュームアレイをサンプリングすることによって行われる。当該間隔はスキャンでのサンプル間隔と一致するように選択され、３つの線の書き足しの代わりに、一般的にはボリュームレンダリングで使用されるが殆ど２倍の多さのコンピュータ操作を必要とする２つの線の書き足しの使用を考慮する。ブロック８８で、光線での視点から不透明点までの正確な間隔がブロック８６で確定された光線の最後の２点値のリニア書き足しによって算出される。
ブロック８８で、バーチャルカメラからレンダリングされた表面上の地点へのベクトルの確定となる。レンダリングされたシーンで目に見えるスペースの画心は好ましくはブロック９０で確定されたベクトル全ての和によって記入される表面にわたってGreen's Theoremを適用することによって決められる。上記表面と投光の間の角度を反映するレンダリングされたシーンは単純な深さ投影を上回って好まれる。上記シーンが投光に沿った密度勾配を反映することも望ましい。密度勾配を見積もることはブロック９２で行われ、ここで密度は好ましくはブロック８８で決められたアレイでの不透明点を越えて固定間隔で地点への３つの線の書き足しによってボリュームアレイから導き出される。固定間隔の値は図８に示された「burrow depth（穴深さ）」にしたがって変わりうる。これによって観察者が上記した２つの表示特性、陰影及び密度の相対的な重みづけを操作することが可能である。レンダリングされた画像での対応する画素の実際の明るさはブロック９４で決められる。画素の明るさはブロック９２からの密度とブロック８８からの光線上の視点から不透明点までの間隔との一次結合として確定される。
本発明の好ましい実施形態において、図９に示されたステップは連続して全て行われるわけではない。ブロック８０と８２は選択的に行われ、ブロック８４と８６はレンダリングされた画素での全ての画素のために行われる。このプロセスの早めの部分のための処理ループは一般的には最もコンピュータ操作での集中的なものであるが、当該ループをプロセスステップの残りのものから隔離することによって一層効率的にすることが可能である。上記プロセスループは好結果でより高い分解能で且つ段々と大きな深さ範囲で行われる。１つの反復での各光線に対する開始点は、図１０で概略的に示されるように、前の反復の結果から確定される。
独特なトレースベクトルが結腸の内側表面に衝突すると３Ｄ画像のレンダリングが止まるので、観察者にとり目に見ることができない大量のデータが排除され、これが光線トレースされた画像を生成するのに要するコンピュータ操作の数を大いに減らす。これによって、サーフェイスレンダリングプロセスのそれと似たコンピュータ操作の必要条件でのボリュームレンダリングプロセスとなる。本発明のレンダリング技術がいかなる眺めの方向に沿ったいかなる視点も収容し光線に沿った検出表面が結腸の内側表面以外の構造を表すこともできることが認識されよう。
結腸を開くこと
本発明は、結腸の折り込まれていない又は開けられたビューを表示することによって医療上の画像の診断解釈で医療上の従業者を助ける。結腸の開けられたビューは、あたかも検査のために物質的に分けられ開けられたかのように、結腸全体のビューに対応する。結腸を開くために少なくとも４つの方法がある。
結腸を開くための第１の方法は、結腸を縦軸横断面の各々の平面に沿って２つに分ける。この分割は結腸の第１半体と第２半体を生じる。そして等大のボリュームレンダリングが縦軸横断面の各々の平面を通して見る結腸の２つのビュー、即ち、第１半体のビューと第２半体のために行われる。このプロセスは一般的には、上方に向かう結腸、下方に向かう結腸、あるいは横向きの結腸のように、結腸が相対的に真っ直ぐなところのセグメントにおいて最善に役立つ。
結腸を開くための第２の方法は、全スキャンボリュームを結腸正中線を通過しスキャンの主要方向の１つに平行である曲がった表面に沿って２つに分ける。そして、上で第１の開き方法において記載したように、等大のボリュームレンダリングが分割ステップによって生じた平面を通して見る結腸の２つのビューのために行われる。
結腸を開くための第３の方法は、上で第１の開き方法において記載したように、区分する前に結腸を数理的に真っ直ぐにする。この真っ直ぐにすることは一般的には結腸をゆがめる。しかしながら、当該ゆがみは一般的には斜視図でしばしば見られるのより少ない。
結腸を開くための第４の方法は、真っ直ぐにされた結腸正中線から結腸表面を通って投影された光線がまるで平行であるかのように表されるように結腸をゆがめることを伴う。上で第３の開き方法において記載したように、これは更に結腸の表面特徴をゆがめるが、結腸レンダリングの判読性に必然的に不都合に影響するものではない。
仰臥と腹臥ＣＴＣの同期解釈
スクリーニング検査でのように、間違った肯定的な結果はＣＴＣと連関した全体にわたるコストとリスクを僅かに増す。逆に間違った否定的な結果は、潜在的に生命をおびやかす状態を検出しそこなうことの最も多くの深刻な帰結を有する。見落とされたポリープはしばしば液体で満たされるかつぶれた結腸セグメントにある。
二元的な走査が間違った結果を排除するのに有効な解決法である。基本的に、仰臥位置で走査されるに加えて対象が腹臥走査のために腹臥位置にスキャナテーブル上で置き直される。各スキャンから結果として生じる画像は再構成され、記録保管部に収容され、オフライン解釈ワークステーションに移される。
腹臥スキャンの追加は少なくとも幾つかの利点を有する。一つは、仰臥スキャンにおいて液状の大便によって被われた従属表面が腹臥スキャンにおいてさらされ、その結果、間違った結果が実質的に排除されることである。更に吹き込みガスが再配分され、その結果、一方の検査でつぶされた結腸セグメントが他方で十分に膨張される。腹臥スキャンは、結腸が十分に乾燥し膨張される場合ですら、診断に寄与する。しばしば単一のスキャン（仰臥スキャン又は腹臥スキャン）で残りの固形大便を結腸ポリープから識別することが可能でない。しかしながら二元スキャンでは患者が腹臥位置に動かされると、残りの固形大便は結腸の１つの表面から他の表面に移される。ポリープは自由に動かないので、腹臥スキャンでの対象のこの位置を変えることは固形大便の認定を疑わしくなくする。腹臥スキャンの追加的な利点は、ブレスホールドされた捕捉の間の中断位置が異なる平面にあることである。これは他のスキャンで中断して現れる位置のとぎれないビューをもたらしうる。
しかしながら、二元走査の１つの欠点は、２つの別々の個々の解釈がユーザによってなされなければならないので、二元スキャンの解釈時間が二倍であることである。ユーザは各々の時に正中線に沿ったトレースによって個別に各スキャンを眺め解釈する。更に上に述べたように、２つの画像セット（例えば腹臥と仰臥）を比べることは非常に有用である。これらの比較をすることは、走査された画像が個別にトレースされるという事実のために多くの画像解釈システムで非常に困難である。本発明は各特定位置での２つのスキャンの間の対応する関係を確立し、解釈の間にユーザによって求められる所望位置で同時に二元のスキャンを眺める二元スキャン解釈ツールを用いる。したがって、２つの同時に表示された画像の唯一の解釈だけがユーザによってなされるのに必要である。
図１１に示されるように、二元走査された画像のディスプレイスクリーンが示される。このモードにおいて、仰臥スキャンと腹臥スキャンからの対応する体軸画像１２０，１２２が夫々スクリーンディスプレイの上部分に示される。図示されたように、下がっていく結腸１２４が仰臥スキャン（Ａ）でほぼ液状大便で満たされているが、腹臥スキャン（Ｂ）で空で良好に膨張されている。仰臥スキャン（Ａ）からの３つの結腸を通る断面図（transcolonicsectional views）１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃと１つの内部管腔の斜視図的なボリュームレンダリングされたビュー１２８ｄが体軸画像２０のすぐ下に現れる。腹臥スキャンからの対応する画像１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄが図１１の底部に表示される。スキャンは独立してか同時に解釈可能である。走査された画像の同期乃至同時の解釈は、個別にどちらかのスキャンを注意深く解釈するのに要するのとほとんど同じ時間量で仰臥スキャンと腹臥スキャンの両方を読むことを可能とする。解釈時間を半分にカットするこの量と放射線医の解釈がＣＴＣテクノロジーを使用することの最も高価な単一なアスペクトであるので、システムの実質的なコスト減少が達成された。上記システムによって生成された２つの一次ディスプレイフォーマットがある。これらモードの１つは仰臥又は腹臥捕捉からの画像を表示する。他のモードは同時に両方のスキャンにおける対応する地点からの画像を表示する。
シングルスキャンディスプレイモード
図１２は図１１に示された仰臥スキャン又は腹臥スキャンのいずれかの拡大ビューを示すシングルスキャンディスプレイモードを示す。ユーザは、後に図１８で説明するように、二元スキャンディスプレイ（表示）モードとシングルスキャンディスプレイモードの間でディスプレイを切り換え可能である。シングルスキャンディスプレイモードで、スクリーンの上４分の３が単一の拡大された体軸断層Ｘ線写真１２６によってカバーされている。ディスプレイの下セグメントは、前に述べたように、３つの結腸を通る断面図１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃと１つのレンダリングされた管腔内ビュー１３２ｄを含む。
体軸スタックを通したナビゲーションは、これらビューにわたってコンピュータマウスを単純に位置変えすることによってなされる。カーソルの側方位置（ラテラルポジション）はどの画像が表示されるかを確定する。これは結腸解釈の多くで放射線医によって好まれる操作モードである。疑わしい病変又は関心の他の構成が追加的検分（ビューイング）のために選択される場合にのみ、導関数のＣＴＣビューが生成される。これら追加的ビューが生成された後、視点又は眺めの方向をインタラクティブに動かすことによって更なるナビゲーションが行われる。これらのいずれもいずれかのシーンで所望地点上にカーソルを位置させて対応するマウスボタンの選択によって操作可能である。
２つの可能性のある相互作用方法の選択がある。一方の相互作用方法において、視点とレンダリングの向きは夫々、中央と左のマウスボタンによって制御される。他方のコンフィギュレーションにおいて、ユーザは中央のマウスボタンで関心の対象を認定する。そして左のマウスボタンの操作は視点を動かすが、選択された対象はビューの中心にそのままである。この後者の方法は適切なビューを得るのに要する操作の数を減らす。同じ機能を達成するために異なるマウスボタン又は他の入力装置を定めるような他のコンフィギュレーション又は相互作用方法が本発明の原則の範囲内で使用可能であることが正しく認識されよう。
更に図１２で、表示の右縁に非常に狭いアイコン状のメニューバーもある（図示せず）。ビューが表示され、他の制御設定がこのメニューの使用を介して調整される。表示可能なビューには、選択された管腔内レンダリングを二分する２つの結腸を通る断面図、ルック方向に垂直な追加的な結腸を通る断面図、レンダリングされた内部管腔の斜視図的なVirtual Endoscopy（ＶＥ）ビュー、メインビューに対し反対側に向いた追加的なレンダリングされたビューがある。このメニューでのGraphic User Interface（ＧＵＩ）ボタンの他の１つはシステムが図１１に示された二元スキャンディスプレイモードに戻ることを可能とし、これは後に図１８において説明する。
二元スキャンビューイングモード
図１１に示されるような二元（デュアル）スキャン表示（ディスプレイング）モードにおいて、二元スキャンスクリーンレイアウトが１つの体軸画像を対応する仰臥スキャンと腹臥スキャンでのレベルから示す。これら画像は実物大のおおよそ１．５倍（ワンハーフ）である。正確なスケールはワークステーションスクリーンサイズ、再構成円サイズ、及び他のパラメータに依る。２セットの結腸を通る断面図１２８ａ〜ｃ（又は１３０ａ〜ｃ）と２セットのレンダリングされたビュー１２８ｄ（又は１３０ｄ）もある。一方のセット１２８ａ〜ｄは仰臥スキャンから引き出される。他方のセット１３０ａ〜ｄは腹臥スキャンから引き出される。これら画像に用いられる視点の位置と向きとはシングルスキャンモードで用いられたと同じやり方で操作される。
シングルスキャン表示（デイスプレイング）モードの先に記述されたシステムで述べられたＧＵＩメニューバーはまた、この二元スキャンディスプレイモードでも有効である。二元スキャンディスプレイモード（図１１）への移行を許容するボタンは、仰臥か腹臥の列のいずれかのシングルスキャン表示モード（図１２）の選択を許容する１対のボタンによって取り替えられる。
自動インタースキャンレジストレーション
本発明の１つの実施形態において、対応する画像の数のリストが保持される。これらリストはルックアップの表として使用可能である。画像が１つのスキャンから表示される度に、表のルックアップが他のスキャンから画像を選択するようになされる。これらルックアップの表はトレースされた正中線に沿って座標から算出される。結腸正中線認定の幾つかの形状がバーチャル的に全てのＣＴＣ解釈システムにおいて使用可能である。好適に使用された１つのスキャンプロトコルは多数のブレスホールドにおいて腹部を走査することである。オプションは人間のような主体による浅い息づかい（breathing）で走査することである。これは一般に結腸をゆがめ、ポリープの見落としの原因となりうる。好ましいプロトコルは、結腸の区分を走査しそこなう可能性を回避するために重畳するスキャンを含みうる。しかしながら、これはまた正中線の引き出しとインタースキャンレジストレーションを複雑にする。
本発明の１つの実施形態は、ゆがみ又は瑕疵線（faultline）を解決する又は解釈されるのに必要な画像数を減らすのに使用可能なインターブレス重複除去技術（interbreath overlap removal technique）をもたらす。しかしながら、半自動化された正中線引き出しは、単にブレスギャップ切除によってなされるならば１つのデータセットで可能である。ブレス重複の自動除去は次のように行われる：画像捕捉回数と表位置を評価することによって、ブレスホールド間の中断が認定可能である。そして相関関係が認定されたギャップのいずれかの側での画像のために算出される。例えば：ギャップの前の第１画像がギャップの後の第１画像と比較され、ギャップの前の第２画像がギャップの後の第２画像と比較されるなどである。非常に似ている画像の間の間隔は重複の厚みを示す。そしてギャップの各側からの画像にしてこの間隔だけ互いに分かれた画像が比較される。比較における最善の相関関係は２つの画像セットをつなぐための最善の平面を選択する。選択された対の間の画像の全ては一時的に放棄される。結果としてのボリューム画像は、上記セットがつながるレベルでの最小不連続を有する幾つかのブレスからの捕捉の結び付きである。そして半自動化された正中線引き出しがこのボリューム画像で行われる。
結腸正中線が認定された後、結腸正中線がブレスギャップを横切る全ての位置が認定される。トレースがこれら位置のそばで変更される。この変更は、スキャンが重複するところの領域を通る２つの別々の道筋となる。いずれの道筋が用いられるかがビューの向きによって決められる。とりわけ、ヘディングベクトルのｚ成分の符号（＋乃至−）がどちらの道筋を用いるかを決める。これは、２つの別々のブレスホールド捕捉の連結に由来する瑕疵線人為構造が単にレンダリングされたビューの最も離れた領域に示されるようにして、なされる。この瑕疵線がアプローチされると、地点はシーン全体が他のスキャンの範囲内でレンダリング可能であるところで横切られる。この地点で、代わりの道筋が選ばれる。これによって、解剖学上の形状において繊細な変化となり、しばしば観察者に気づかれない。
更に、インタースキャンレジストレーションを調整するのにトレースしない解釈が使用可能である。解釈時間の減少が達成される方法の１つは、正中線引き出しを放棄することである。正中線を生成する理由は第一に、解釈する放射線医が結腸を通ってナビゲードすることに集中しなければならないことから解放することである。解釈の軸上映画モードで、予め決められたフライトルート（道筋）に沿って単一点に集中を制限することはもはや必要ない。これら変化はかなり加速された解釈を得た。正中線トレース法の使用に復帰することは必要ないであろう。しかしながら、結腸正中線の引き出しを放棄するこの代替方法はインタースキャンレジストレーションをもっと困難にした。一般的に、二元スキャン解釈の前に単に粗い自動レジストレーションをすることがより効率的である。正中線引き出しが行われない場合ですら、上記したブレスギャップ瑕疵線人為構造の認定と修復が貴重でありうる。これはレンダリングされたVirtual Endoscopy（ＶＥ）ビューの品質を改善するにあたって最も有用である。全ての得られた画像が解釈に有効なままであることを保証することが取り計られた。しかしながら、これは、一方の検査において重複するスキャンの領域にあって表示するための第２の検査において２つの一致した画像のいずれかを選択するようにソフトウエアを強制する他方の検査でのレベルに関してナビゲートすることなので、潜在的な問題である。
この問題に対する最も簡単なアプローチの１つは、重複の訂正を行うことを試みることなしに捕捉を集中することである。これは検査を不正確にレジストレーションさせる。それは放射線医のようなユーザに追加的ナビゲーションの必要性を負わせる一方、この簡単に割り切りすぎたアプローチは結び付けられた検査の判読性に不都合に悪影響を与えることがない。
ＣＴＣの解釈のためのVirtual Pathology
「Virtual Pathology」はバーチャル内視鏡検査を上回って相当な利点を有する。用語「Virtual Pathology」は広範囲に多様なボリュームレンダリングされた画像を記載するのに用いられる。これらディスプレイの限定特徴は素早い解釈のために結腸の大きな領域の露出である。限られた道筋に結腸検査解釈（バーチャル又はリアル）を限定する制約から逃れることによって、バーチャル病理解剖は、各ねじれ曲がり折れ曲がりをナビゲートする必要なしに、結腸全体を検査することを可能にした。
バーチャル病理解剖の一般的な記載に適合する多くの異なったレンダリング技術がある。原理上最も簡単なレンダリング技術は可動性の「切断平面」での不透明不完全部分のボリュームレンダリングである。
１つのバーチャル病理解剖は図１６の左半分に示されるような「Planar Virtual Pathology（平坦バーチャル病理解剖、ＰＶＰ）」と呼ばれる。体軸画像、結腸を通る断面図及び／又は管腔内部の斜視図的なボリュームレンダリングされたビューのような他の画像がＰＶＰビューを有した同じスクリーン上に表示可能である。ＰＶＰ技術は結腸を通る切断平面を通る等大の投影ボリュームレンダリングを用いる。結腸正中線に正接である線が選択される。そして、この線に沿って交わる２つの垂直な平面が選択される。１つの実施形態において、結腸正中線と交わった接線上に中心がおかれた６ｃｍ幅で１２ｃｍ長さの矩形が、切断平面ウィンドウズとして用いられる。ボリュームレンダリングは、これらウィンドウズの透明な（空気充填された）断片を通して投光することによってなされる。Planar Virtual Pathology（ＰＶＰ）と呼ばれる４つの結果としての画像は結腸セグメントの二分されたビューを示す。このようにして、結腸表面の各部分は２度表示される。
軸上ＰＶＰ又は所謂Axial Virtual Pathology（ＡＶＰ）は、大きな体軸ビューを有したＰＶＰの切断平面レンダリングを適用する関連の技術である。軸上平面が空気充填された結腸と交差するところで、ボリュームレンダリングが行われる。１対の体軸ビューが図１７に表示される。足から（左）と頭から（右）眺めた同じ体軸横断面を示す。これらビューのレンダリングは非常に素早く行うことができる。レンダリングは、体軸画像が腹内空気を表現するところで単に行われる。１つのレベルから次のレベルで多くの冗長さがある。これは必要とされる光線の約１０％だけを投射することで既にレンダリングされたものの隣にシーンを生成することを可能にする。加えて、レンダリングされた光線の全てはｚ軸線に平行である。これら光線は任意の向きでの光線よりも一層素早く投射可能である。
図１３〜１６はＣＴＣを解釈するのに用いられるバーチャル病理解剖の他のタイプを示す。図１３はPanoramic Virtual Endoscopy（パノラマバーチャル内視鏡検査、ＰＶＥ）の一例を示す。一般的にＰＶＥにおいて、結腸正中線に沿って各地点で６個の画像１３４ａ〜１３４ｆがレンダリングされる。これら画像は画像座標に揃えられ、各々は９０度視野を有する。これらパノラマ画像は更なる手動ナビゲーションなしで内部結腸表面全体をもたらす。図１４はCylindrical Virtual Pathology（円筒バーチャル病理解剖、ＣＶＰ）の一例を示す。一般的にＣＶＰビューは結腸正中線のセグメントに近い直線に垂直な投光によって形成される。ＣＶＰビューは切開された結腸のセグメントを分割し当該セグメントをその内部表面をさらすように開く結果に似ている。解釈はインタラクティブに、又は一連の予めコンピュータ操作されたＣＶＰビューを眺めることによってなされる。図１５はMercator Virtual Pathology（メルカトルバーチャル病理解剖、ＭＶＰ）の一例を明示する。一般的にＭＶＰビューは単一の視点から全ての方向に投光することによって生成され、これはパノラマ画像を生じる。最後に、図１６の左部分はPlanar Virtual Pathology（平坦バーチャル病理解剖）を示す。一般的にＰＶＰは等大のボリュームレンダリングされた画像内で切断平面として２つの結腸を通る縦軸断面の画像平面を用いる。画像は両側からこれら平面を直角に透過する光線でレンダリングされる。
他のバーチャル病理解剖は「Curved Cut-plane Virtual Pathology（湾曲切断平面バーチャル病理解剖、ＣＣＶＰ）」と呼ばれる（図示せず）。ＰＶＰで行われるように、結腸表面不透明のレンダリングはDual Contrast Barium Enema（ＤＣＢＥ）の半透明ビューとそのシミュレーションよりも一層訴えかけるようである。湾曲切断平面は結腸を二分するように決定される。この平面は数センチメートル結腸表面を越えて延在する。２つのビューがレンダリングされる。一方は従属した表面をさらすように切り離されたセグメントで腹部を示す。他方は切開されたセグメントを示す。
他のタイプのバーチャル病理解剖も上述したComputed Tomographic Colography（コンピュータによる断層Ｘ線写真の結腸記録形式、ＣＴＣ）を解釈するのに使用可能であると認識することが当業者に理解されよう。
図１８は、仰臥と腹臥のコンピュータによる断層Ｘ線写真の同期解釈をもたらす医療上の画像形成装置と、例えば図１１に示したような二元スキャン表示モードと例えば図１２に示したようなシングルスキャン表示モードの間の切り換え操作とで人体の画像を形成する操作を示す。画像形成操作はボックス１３６でスタートする。Computed Tomographic Colographyシステムは、ボックス１３８で管状又は類似の構造の医療上の画像データセットを生成する。画像データセットの生成は構造を走査することによって行われうる。ボックス１４０と１４２で上記システムは二元スキャン表示モードかシングルスキャン表示モードのいずれがユーザによってリクエストされるかを確定する。二元スキャン表示モードがボックス１４０から求められるならば、上記システムはブロック１４４で薄片対の積み重ねを通してインタラクティブにスクロールする。ボックス１４６において、仰臥スキャンに対する所望の３次元ビュー及び／又は横断面ビューが表示される。同期的に、腹臥スキャンに対する所望の３次元ビュー及び／又は横断面ビューがボックス１４８において表示される。ボックス１４６と１４８における一続きの表示が相互交換可能で同様に同時になされうることが当業者に理解されよう。ボックス１５０においてシステムは画像形成操作が行われたか否かを確定する。イエスならば、画像形成操作はボックス１５２において終了する。ノーならば、システムはユーザが表示を二元スキャン表示モードからシングル表示モードに切り換えることを求めたか否かを確定する。ノーならば、画像形成操作はボックス１４４に戻る。切り換えリクエストが求められたならば、システムは図１８の左側でシングルスキャン表示モードに切り換えられ、ボックス１５６で開始する。同様にシステムが初めにボックス１４２でユーザがシングルスキャン表示モードをリクエストすることを確定するならば、システムはボックス１５６を実行する。ボックス１５６において、システムは拡大された断層Ｘ線写真の積み重ねを通してインタラクティブにスクロールする。所望の３次元ビュー及び／又は横断面ビューがボックス１５８で表示される。ボックス１６０において、システムは所望のように各種のバーチャル病理解剖ビューを生成する。当該ビューはＰＶＰ、ＭＶＰ、ＣＶＰ、ＡＰＶＰ、又はPanoramic ＶＥビューを含む。ボックス１６２において、システムは画像形成操作がなされたか否かを確定するようになっている。イエスならば、画像形成操作はボックス１５２で終了する。ノーならば、システムはボックス１６４においてユーザが表示をシングルスキャン表示モードから二元表示モードに切り換えることを求めたか否かを確定する。ノーならば、画像形成操作はボックス１５６に戻る。切り換えリクエストが求められたならば、システムは図１８の右側で二元スキャン表示モードに切り換えられ、ボックス１４４で開始する。
本発明の原理から逸脱することなく、複数のスキャン表示モードが同期的に表示可能で、それらの間で容易に切り換え可能であることが認識されるように当業者に理解されよう。同様に図１８及び本発明の好適な実施形態の前記記載に述べられた画像形成及び切り換え操作は図示と記載の目的で呈示されていることが理解されよう。開示された正確な形態に本発明を限定し、あるいは包括する意図ではない。多くの変更とバリエーションが上記教示から見て可能である。
本発明は、添付された請求の範囲（所謂クレーム）の限定内でなお他の実施形態を工夫しうるものなので、当該クレームの範囲にしたがってのみ限定されるものである。結腸スクリーニングのためにＣＴＣを完了することの他に、本発明は同様に人体の他の管状構造の検査に適用されることもありうる。例えば、本発明の少なくとも２次元アスペクトは大動脈解剖を評価することを助け、他のＣＴ血管記録形式の適用を助けうる。
【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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