(57)【要約】  本発明は、対象の多次元画像を得る画像処理装置並びにこれに準じるシステム及び方法に関する。前記画像処理装置は、対象の３Ｄ画像データを提供し、前記対象の一連の画像を提供するインタフェースを有する。前記画像処理装置は、前記対象の前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得し、前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合する処理ユニットを更に有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の多次元画像を得る画像処理装置において、
対象の３Ｄ画像データを提供し、
前記対象の一連の画像を提供する、
インタフェースと、
前記対象の前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得し、
前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合し、前記個人化された３Ｄモデルが変形可能なモデルである、
処理ユニットと、
を有する、画像処理装置。
【請求項２】
前記対象の前記一連の画像及び前記適合された個人化された３Ｄモデルのオーバレイを表示する表示ユニットを更に有する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
対象の動的多次元画像を得るシステムにおいて、
前記対象の３Ｄ画像データを取得し、
前記対象の複数の画像を生成する、
画像取得装置と、
請求項１又は２に記載の画像処理装置と、
を有する、システム。
【請求項４】
前記画像取得装置が、前記対象の３Ｄ画像を取得する第１の画像取得ユニットと、前記対象の一連の画像を生成する第２の画像取得ユニットとを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像取得装置が、超音波システムである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
対象の動的多次元画像を得る方法において、
ａ）対象の３Ｄ画像データを提供するステップと、
ｂ）前記対象の前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得するステップと、
ｃ）前記対象の一連の画像を提供するステップと、
ｄ）前記対象の一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合するステップと、
を有し、前記個人化された３Ｄモデルが、変形可能なモデルである、方法。
【請求項７】
前記個人化された３Ｄモデルを適合する間に、空間的情報が、前記対象の前記個人化された３Ｄモデルにより提供される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記個人化された３Ｄモデルが、前記画像を複製する及び／又は積み重ねることにより前記一連の画像の中の画像に対して適合される、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記対象の前記一連の画像の中の画像に対して前記個人化された３Ｄモデルを適合するために、ランドマークが、前記対象の前記個人化された３Ｄモデルとの個別の対象幾何構成の位置合わせに対して使用される、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記変形可能な個人化された３Ｄモデルが、メッシュ三角形として提供され、内部及び外部エネルギを有するモデルエネルギを最小化するように適合される、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記外部エネルギが、前記対象の前記画像の画像面に近い目標点から得られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記内部エネルギが、前記メッシュの現在の状態と前記個人化された３Ｄモデルからの前記メッシュとの間のずれのペナライゼーションを有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１３】
前記対象の画像が、１０Ｈｚより高いレートで生成される、請求項６乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
処理ユニットにより実行される場合に、請求項６乃至１３のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するように構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置を制御するコンピュータプログラム要素。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の多次元画像を得るための画像処理装置、これに準じるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像ガイド下インターベンションのような多くの医療撮像アプローチに対して、特定の器官の正確かつ同時に動的な三次元セグメンテーションが、望ましい。器官のこのようなセグメンテーションは、例えば、医師が最小侵襲インターベンション心臓処置において装置を正確に追跡することを可能にする。詳細な三次元（３Ｄ）画像は、通常、器官、例えば心臓の速い動態がとらえられることができないような低い時間的解像度を提供する。他方で、二次元（２Ｄ）技術は、器官全体の適切な撮像及びセグメンテーションに対して空間的情報を欠くかもしれない。
【０００３】
対象を撮像する撮像装置は、文献ＵＳ２０１５／０１６７０４Ａ１に記載されている。対象の第１及び第２の画像の間の幾何学的関係は、第１及び第２の画像におけるマーカ位置を使用して、提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、器官の詳細な３Ｄ情報及び正確な動的情報が提供されるような、対象又は器官、例えば患者の心臓の正確な動的セグメンテーションに対する２Ｄ及び３Ｄ撮像技術の組み合わせを提供する必要性が、存在しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、独立請求項の内容（subject-matter）により解決され、更なる実施例は、従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に記載される態様が、画像処理装置、対象の動的多次元画像を得るためのシステム及び方法にも当てはまることに注意すべきである。
【０００６】
本発明によると、対象の動的多次元画像を得るための画像処理装置が、提供される。前記画像処理装置は、対象の３Ｄ画像データを提供し、前記対象の一連の画像を提供するするように構成されたインタフェースを有する。前記画像処理装置は、前記対象の前記３Ｄ画像データにモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得し、前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合するように構成された処理ユニットを有し、前記個人化された３Ｄモデルは、変形可能なモデルである。
【０００７】
一例において、前記画像処理装置は、対象の３Ｄ画像データを提供するように構成されたインタフェースを有する。任意の正確なスキャン、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、３Ｄ超音波（ＵＳ）又は磁気共鳴（ＭＲ）により取得された３Ｄスキャン又は同様のスキャンが、前記多司法の３Ｄ画像データとして使用されることができる。前記３Ｄスキャンは、前記対象の完全な情報を提供する。前記インタフェースも、前記対象の一連の画像を提供するように構成される。
【０００８】
前記得られた多次元画像は、前記対象の適合された３Ｄモデル又は前記対象の動的３Ｄ形状として規定される。換言すると、経時的な３Ｄモデル変化が、提供される。
【０００９】
前記対象の前記一連の画像は、時間単位ごとに１つの２Ｄ画像のみ、２Ｄ画像のセット又は画像データの薄スラブ（thin slab）を有するシーケンスとして規定される。前記画像データの薄スラブは、前記器官の一部の画像データを意味し、例えば、選択された部分のサイズは、撮像に対する所望のフレームレートを達成するようなものである。
【００１０】
前記対象の前記一連の画像は、動的シーケンスとして提供される。前記シーケンスの画像又は複数の画像は、一部の例において、前記対象のサブ領域のみを含むことができる。これは、高いフレームレートが提供されることができることを保証する。前記（複数の）２Ｄ画像は、交差平面（cross-plane）画像として提供されることができる。交差平面画像は、互いに対してある角度、例えば９０度に配置された２つの平面を有する画像である。また、三面画像のような多面画像も、提供されることができる。前記対象の前記画像の画像データのスラブは、前記対象の２Ｄ及び３Ｄ情報を含む画像データを提供する。前記画像、例えば超音波画像は、経時的に前記対象を追跡するために高いフレームレートで提供される。また、高いフレームレートで追跡するのに適した他のタイプの画像も、使用されることができる。
【００１１】
前記画像処理装置は、前記対象の前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得するように構成された処理ユニットを有する。前記処理ユニットは、前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合するように構成される。画像ガイド下インターベンションにおいて、詳細な３Ｄ画像は、例えば、装置プランニングに対して既に取得されたＣＴスキャン又は３Ｄ超音波又はＭＲスキャンであることができる。前記個人化された３Ｄモデルは、前記３Ｄ画像データの前記モデルベースのセグメンテーションの結果である。前記個人化された３Ｄモデルは、前記対象の詳細かつ正確な３Ｄモデルである。この３Ｄモデルを仮定すると、経時的に前記対象を追跡するために高いフレームレートで生成された前記対象の前記画像を使用することができる。
【００１２】
一例において、前記処理装置は、更に、表示ユニットを有する。前記表示ユニットは、前記対象の前記一連の画像及び前記適合された個人化された３Ｄモデルのオーバレイを表示するように構成される。前記オーバレイは、例えば前記対象の個別の生体構造を表すメッシュとして提供される、前記適合された個人化された３Ｄモデルに基づいて表示される。前記対象の前記一連の画像及び前記メッシュに基づいて、前記オーバレイは、構築されることができる。前記表示ユニットは、前記対象の前記適合された個人化された３Ｄモデル及び前記対象の動的な一連の画像を受け取るように構成される。したがって、前記対象の動的多次元画像が、表示される。前記表示ユニットは、前記処理装置の一部として又は外部装置として提供される。
【００１３】
前記適合された個人化された３Ｄモデル及び前記対象の画像を重ねることにより、前記対象の形状及びその経時的な動的変化が、可視にされる。以下でより明らかになるように、前記一連の画像により提供される前記対象の領域において、前記個人化された３Ｄモデルは、前記画像に適合される。前記画像に示されていない前記対象の領域において、前記対象の形状は、前記個人化された３Ｄモデルからのこれらの領域に関する静的情報を前記一連の画像に示される他の対象部分の動的情報と組み合わせることにより推定される。
【００１４】
本発明によると、対象の動的多次元画像を得るためのシステムも、提供される。前記システムは、前記対象の３Ｄ画像データを取得し、前記対象の複数の画像を生成するように構成された取得装置を有する。前記システムは、前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得し、前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記３Ｄモデルを適合するように構成された画像処理装置を有し、前記個人化された３Ｄモデルは、変形可能なモデルである。
【００１５】
一例において、前記対象の動的多次元画像を得るためのシステムは、画像取得装置及び画像処理装置を有する。前記３Ｄ画像データは、３Ｄスキャンとして、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、３Ｄ超音波（ＵＳ）又は磁気共鳴（ＭＲ）又は同様のスキャンとして取得される。前記動的多次元画像は、前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得し、前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記３Ｄモデルを適合するように前記画像処理装置を構成することにより得られる。このようなシステムは、正確なライブ追跡を提供する。前記システムは、最初に前記３Ｄ画像を取得し、これをセグメント化し、次いで、高速動的画像取得及びセグメンテーションを実行する全体的なプロセスを通して前記ユーザをガイドすることができる。
【００１６】
しばしば、詳細な３Ｄ画像は、例えば心臓の速い動態がとらえられることができないような低い時間的解像度を提供する。他方で、高速２Ｄ技術は、必要とされる器官全体を撮像し、セグメント化するための空間的情報を欠く。前記多次元画像は、高い空間的情報及び時間的解像度の両方を提供する。
【００１７】
一例において、前記画像取得装置は、第１の画像取得ユニットを有する。前記第１の画像取得ユニットは、例えばＣＴ、ＵＳ又はＭＲからの３Ｄスキャンとして、前記対象の３Ｄ画像を取得するように構成される。前記画像取得装置は、更に、前記対象の一連の画像を生成するように構成された第２の画像取得ユニットを有する。前記第２の画像取得装置は、例えば超音波プローブを有する超音波システムであることができる。
【００１８】
一部の例において、心臓撮像に対してしばしば使用されるＴＴＥマトリクスプローブ、胸腔を通って心臓を撮像する体外の超音波プローブのような、マトリクスプローブが、第１の画像取得ユニットとして使用されることができ、ここで、ＴＴＥは、経胸腔的エコーを意味する。Ｘ５−１（ＴＴＥ）又は他のプローブの例は、インターベンション中にしばしば使用されるＴＥＥマトリクスプローブであり、ここでＴＥＥは、経食道エコーを意味し、すなわち、前記プローブは、食道内に挿入される。一部の例において、前記第２の画像取得ユニットは、従来の２Ｄプローブ又はＴＥＥプローブである。
【００１９】
一例において、前記画像取得ユニットは、超音波トランスデューサである。フィリップスの超音波トランスデューサは、前記対象の３Ｄ画像を取得し、また、前記対象の複数の２ＤＸ画像を生成するように構成され、したがって、スタンドアロンシステムを可能にする。
【００２０】
本発明によると、また、対象の動的多次元画像を得る方法も、提供され、前記方法は、
ａ）対象の３Ｄ画像データを提供するステップと、
ｂ）前記対象の前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得するステップと、
ｃ）前記対象の一連の画像を提供するステップと、
ｄ）前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて前記個人化された３Ｄモデルを適合するステップであって、前記個人化された３Ｄモデルが、変形可能なモデルである、ステップと、
を有する。
【００２１】
一例によると、対象の動的多次元画像を得る方法が、提供される。第一に、対象の３Ｄ画像データが、提供される。モデルベースのセグメンテーションが、前記対象の前記３Ｄ画像データに適用される。前記３Ｄ画像は、前記対象の３Ｄモデルを取得するためにセグメント化される。したがって、前記対象の個人化されたモデルが、取得される。術前詳細３Ｄ画像データは、ゆっくりだが正確なスキャン、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、３Ｄ超音波（ＵＳ）又は磁気共鳴（ＭＲ）により取得された３Ｄスキャン又は同様のスキャンから提供されることができる。前記３Ｄ画像データは、前記対象の個別の及び詳細な３Ｄ情報を提供する。
【００２２】
前記対象の一連の画像が、提供される。前記対象の前記一連の画像は、上に記載されたようなものである。前記一連の画像は、ある時間期間に生成される。前記画像は、前記対象の変化又は運動を提供する。一部の例において、前記画像は、同じフレームレートで後で生成される。他の例において、前記一連の画像は、異なるフレームレートで生成される。
【００２３】
更なるステップにおいて、前記対象の前記３Ｄモデルは、前記対象の前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて、すなわち前記画像により提供される前記対象の構造に対して、連続的に適合される。したがって、前記対象の前記生成された画像のセグメンテーションは、前記対象の前記個人化された３Ｄモデルに基づいて実行される。このようにして、医師は、現在の応用において達成されないレベルの詳細な時間的動態で動いている器官を信頼できる形で追跡することができる。
【００２４】
前記対象、例えば心臓のような器官の高速かつ信頼できる多次元（３Ｄ＋時間）の個別の画像が、得られ、高速２Ｄ撮像取得から得られるような３Ｄ画像スキャン及び時間動態のものに対応するレベルの詳細を提供する。しかしながら、前記一連の画像によりとらえられていない対象部分に対して、詳細のレベルは、前記３Ｄ画像のものより低い。換言すると、経時的に変化する前記適合された３Ｄモデル又は前記対象の時間的解像度を提供する適合された３Ｄモデルが、提供される。したがって、高速かつ信頼できる多次元画像が、提供される。これは、例えば、カテーテルベースのインターベンション中の強化されたナビゲーションを提供する。
【００２５】
一例において、前記個人化された３Ｄモデルは、前記画像を複製する及び／又は積み重ねることにより前記一連の画像の中の画像に適合される。セグメンテーションに対して２Ｄ画像を使用するために、単一の画像が、積み重ねられて（繰り返されて）、一方向において同一の情報を持つ３Ｄ体積を作成する。これは、２Ｄ画像データに対する３Ｄセグメンテーションアルゴリズム及びモデルを使用することを可能にする。換言すると、前記個人化された３Ｄモデルの適合は、前記対象をカバーする十分な数の画像に対して適合することにより実行される。一例において、異なる画像のセット（例えば、２Ｄ画像面又は前記対象の一部を各々カバーする３Ｄ画像のセット）は、前記個人化された３Ｄモデルを適合するのに十分な情報を提供する。換言すると、前記対象の領域を各々カバーする異なる画像を提供することが、前記３Ｄモデルを適合するのに十分である。結果は、前記対象の動的３Ｄ形状である。
【００２６】
一部の例において、前記画像の積み重ねは、３Ｄモデルが２Ｄ画像に対して適合される場合に発生する。前記個人化された３Ｄモデルが、複数の２Ｄ画像に対して汎用３Ｄモデルを適合することにより取得される場合、画像の積み重ねが、実行されることができる。前記２Ｄ画像の各々は、積み重ねられて（繰り返されて）、疑似３Ｄ体積を作成する。また、前記個人化された３Ｄモデルが、２Ｄ画像の時系列、すなわち前記一連の画像の中の画像に適合される場合、前記２Ｄ画像、すなわち画像フレームの各々に対して、前記２Ｄ画像は、積み重ねられて（繰り返されて）、疑似３Ｄ体積を作成する。
【００２７】
一例において、前記個人化された３Ｄモデルは、前記対象の前記３Ｄモデルに対する個別の体積幾何構成の位置合わせに対して提供されるランドマークの使用により前記対象の前記一連の画像の中の画像に対して適合される。最初に取得されたフレームにおいて前記個人化された３Ｄモデルを初期化するために、前記画像のビューは、既知である、例えば２心室、４心室又は長軸若しくは短軸のような超音波に対する心臓撮像における標準的なビューであると仮定される。これらの標準的なビューに対応するランドマークは、最初に３Ｄセグメンテーションに対して使用される汎用平均形状において符号化されている。最初の３Ｄセグメンテーションの後に、これらのランドマークは、個別の器官幾何構成に対応し、前記画像及び前記個人化された３Ｄモデルを位置合わせするのに使用されることができる。また、マーカが、前記対象の前記個人化された３Ｄモデルに対する前記個別の対象幾何構成の位置合わせに対して使用されることができる。
【００２８】
一例において、前記変形可能な個人化された３Ｄモデルは、メッシュ三角形として提供され、内部及び外部エネルギを有するモデルエネルギを最小化するように適合される。時間にわたって連続的に繰り返される、前記個人化された３Ｄモデルの適合中に、前記３Ｄモデルは、現在受け取られた画像内の構造に対して適合される。最終的な変形は、αが各エネルギの影響をバランスするパラメータであるとして、内部エネルギ（Ｅint）及び外部エネルギ（Ｅext）の和：Ｅ＝αＥint＋（１−α）Ｅextを最小化することにより達成される。前記内部エネルギは、以前の３Ｄセグメンテーションに基づき、形状安定性を保証するのに対し、前記外部エネルギは、画像力（image force）により動かされ、器官境界に前記メッシュを引き付ける。
【００２９】
一例において、前記外部エネルギは、前記対象の前記画像の画像面の近くの目標点から得られる。前記画像面の近位近傍における各メッシュ三角形は、その法線に沿って目標点を探す。前記目標点は、前記３Ｄモデルを取得するための前記３Ｄ画像のセグメンテーション中に提供される特徴的な画像フィーチャ（例えば典型的なグレイ値、縁）であり、特定の撮像モダリティに依存する。前記画像面に近い前記三角形により見つけられた目標点は、いわゆる外部エネルギを有する。前記画像面から離れた三角形は、目標点を探さず、したがって、前記外部エネルギに寄与しない。したがって、前記外部エネルギは、前記一連の画像からの前記画像により動かされる。
【００３０】
前記特徴的な画像フィーチャは、通常、以下のように提供される。全ての三角形が、トレーニング画像に基づいて特定の画像フィーチャを学習する。このような手順は、前記モデルベースのセグメンテーションに固有であり、ここで適用される。第一に、前記個人化された３Ｄモデルを取得するための前記対象の前記３Ｄ画像データに対する汎用３Ｄモデルの適合中である。第二に、前記２ＤＸ画像データに対する前記個人化された３Ｄモデルの適合中である。
【００３１】
一例において、前記内部エネルギは、前記メッシュの現在の状態と前記個人化された３Ｄモデルからの前記メッシュとの間のずれのペナライゼーション（penalization）を有する。前記外部エネルギとは対照的に、前記内部エネルギは、前記画像を全く考慮しない。前記内部エネルギは、（ｉ）前記メッシュの前記現在の状態と前記個人化された３Ｄモデルからの前記メッシュとの間のずれにペナルティを科す及び（ｉｉ）形状一貫性を保証することに関与している。
【００３２】
一例において、前記対象の前記画像は、１０Ｈｚより高いレートで取得される。換言すると、毎秒１０フレームより高いフレームレートである。したがって、生体構造は、経時的に追跡され、前記対象の速い動態、例えば心臓の速く変化する動態が、とらえられる。
【００３３】
本発明は、したがって、詳細な３Ｄ撮像を高速な２Ｄ撮像と組み合わせることを提案する。モデルベースのセグメンテーションを使用して、個人化された３Ｄモデルは、前記３Ｄスキャンをセグメント化することから取得される。これは、前記対象の汎用平均形状を、個人化された形状、以前の３Ｄスキャンから得られた前記対象の前記３Ｄモデルにより置き換えることにより達成されることができる。前記対象の前記一連の画像からの前記画像のセグメンテーション中に、情報がまばらな面においてのみ利用可能である場合、欠けている空間的情報は、前記個人化された３Ｄモデル、すなわち事前に学習された情報により主に動かされる。このようにして、心臓のような器官の高速かつ信頼できる４Ｄ（３Ｄ＋時間）個別画像が、例えば、カテーテルベースのインターベンション中にナビゲーションを強化するために提供される。
【００３４】
他のセグメンテーション技術とは対照的に、本発明は、完全な３Ｄセグメンテーションを提供する。したがって、医師は、既知の応用において達成されないレベルの詳細かつ時間的動態で移動する器官を信頼できる形で追跡することができる。
【００３５】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００３６】
本発明の上述のオプション、実施及び／又は態様の２以上が、有用であると思われるいかなる形でも組み合わせられてもよいことは、当業者に理解される。
【００３７】
本発明の典型的な実施例は、以下の図面を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるシステムである。
【図２Ａ】本発明による概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの概略図である。
【図２Ｃ】図２Ａ及び２Ｂの図の組み合わせである。
【図３】本発明の方法によるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
特定の実施例は、ここで添付の図面を参照してより詳細に記載される。以下の記載において、同様の図面の参照番号は、異なる図面でさえ、同様の要素に対して使用される。詳細な構造及び要素のような記載において規定される事柄は、典型的な実施例の包括的な理解を支援するように提供される。また、周知の機能又は構造は、不要な詳細で実施例を曖昧にするので、詳細には記載されない。更に、「少なくとも１つ」のような表現は、要素のリストに先行する場合、要素のリスト全体を修飾するが、前記リストの個別の要素を修飾しない。
【００４０】
図１は、対象の動的多次元画像を得るシステム１０を示す。システム１０は、画像取得装置１４及び画像処理装置１６を有する。画像取得装置１０は、本実施例において患者１２の心臓である、対象１５の３Ｄ画像データを取得するように構成される。
【００４１】
本実施例において、前記３Ｄ画像データは、３Ｄ超音波スキャンとして提供される。他の実施例において、前記３Ｄ画像データは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は磁気共鳴（ＭＲ）により取得された３Ｄスキャンとして提供される。前記３Ｄスキャンは、対象１５の完全な情報を提供する。画像取得装置１４は、前記対象の一連の画像として対象１５の複数の画像を生成するようにも構成される。本実施例において、前記画像は、１０Ｈｚのフレームレートで提供された超音波画像である。しかしながら、５０Ｈｚ以上のより高いフレームレートが、他の実施例において使用される。また、他の実施例において、このような高いフレームレートで追跡するのに適した他のタイプの画像が、使用される。
【００４２】
画像処理装置１６は、インタフェース１８及び処理ユニット２２を有する。インタフェース１８は、対象１５の前記３Ｄ画像データ及び前記一連の画像を提供するように構成される。処理ユニット２２は、前記提供された３Ｄ画像データから前記対象の個人化された３Ｄモデルを取得するように構成される。前記３Ｄモデルは、画像取得装置１４により生成された前記一連の画像の中の画像の少なくとも一部に基づいて適合される。
【００４３】
本実施例において、画像処理装置１６は、前記一連の画像及び前記適合された個人化された３Ｄモデルのオーバレイを表示する外部表示ユニット２４をも有する。したがって、対象１５の前記動的多次元画像は、この場合には心臓１５の速く変化する動態を観察する医師に提供される。オプションとして、システム１０は、対象１５の多次元画像を回転させる入力装置を有する。前記入力装置は、前記画像取得を作動する及び／又は手順を生成するのに使用されることもできる。
【００４４】
他の実施例において、画像取得装置１４は、前記３Ｄ画像データの取得に対する第１の画像取得ユニット及び前記対象の前記一連の画像を生成する第２の画像取得ユニットを有することができる。このような画像取得装置１４は、例えば、超音波システムである。
【００４５】
図２Ａは、本発明による概略図を示す。３Ｄ画像データ３０が、本実施例において３Ｄ超音波画像データとして提供される。３Ｄ画像データ３０は、心房４０、４２及び心室４４、４６を提供する。この３Ｄスキャンは、後でモデルベースのセグメンテーションを使用してセグメント化される。対象１５、心臓の３Ｄモデル３２が、取得され、特定の患者の心臓の個人化されたモデルを提供する。この詳細な、正確なかつ個人化された３Ｄモデル３２は、次いで、一連の画像３４として高速２Ｄ画像取得において心臓を動的に追跡し、セグメント化するのに使用される。
【００４６】
対象１５の一連の画像３４は、超音波画像の動的シーケンス３４として提供される。心房４０、４２及び心室４４、４６は、画像のシーケンス３４により表される。前記シーケンスの一部の画像は、一部の実施例において、対象１５のサブ領域のみ、例えば、心房４０のみを含むかもしれない。これは、１０Ｈｚより高いフレームレートを保証する。前記超音波画像は、２Ｄ画像であり、他の実施例において、交差平面画像として提供されることができる。
【００４７】
適合された３Ｄモデル３２及び対象１５の画像３４を重ねることにより、前記対象、本実施例において心臓の形状、及び時間ｔに対する動的変化３６が、可視にされる。図２において、心室の収縮及び拡張は、明確に可視である。図２は、紙上の図を提供することができるのみであるので、変化する動態は、一連の後続の画像として提供される。
【００４８】
一連の画像３４により提供される対象１５の領域において、前記個人化された３Ｄモデルは、前記提供された画像に対して適合される。画像３４に示されていない前記対象の領域において、対象１５の形状は、これらの領域からの情報データを前記シーケンスの画像３４から提供された部分の動的情報と組み合わせることにより推定される。
【００４９】
個人化された３Ｄモデル３４の適合中に、空間的情報が、前記対象の前記個人化された３Ｄモデルにより提供される。換言すると、一連の画像３４の欠けている空間的情報は、前記対象の個人化された３Ｄモデル３２により提供される。これは、汎用平均形状又はモデルベースのセグメンテーションにおいて通常に使用されるメッシュを対象１５の３Ｄモデル３２により置き換えることにより達成されることができ、これは、対象１５の個人化された形状を提供する。
【００５０】
図２Ｂは、前記超音波画像が改良された可視性に対する線画により置き換えられる、図２Ａの概略図を示す。
【００５１】
図２Ｃは、前記対象、この場合には心臓の動的多次元画像を得るための提供された方法及びシステムの改善された理解のための図２Ａ及び２Ｂの図の組み合わせを示す。
【００５２】
図３は、本発明の方法によるフローチャートを示す。対象の３Ｄ画像データが、ステップＳ１において提供される。前記対象の個人化された３Ｄモデル３２が、ステップＳ２において前記３Ｄ画像データに対してモデルベースのセグメンテーションを適用することにより取得される。前記対象の一連の画像３４が、ステップＳ３において提供され、前記個人化された３Ｄモデルは、ステップＳ４において前記シーケンスの中の画像の少なくとも一部に基づいて適合される。したがって、動的多次元画像３６が、時間に対して対象１５を追跡するように取得される。
【００５３】
一部の実施例において、空間的情報（Ｓ５）は、３Ｄモデル３２の適合中に前記個人化された３Ｄモデルにより提供される。また、ランドマーク（Ｓ６）は、個別の対象１５の幾何構成の位置合わせに対して提供される。
【００５４】
個人化された３Ｄモデル３２は、三角形のメッシュとして提供された変形可能なモデルであることができ、モデルエネルギを最小化するように適合される（Ｓ７）。前記モデルエネルギは、内部及び外部エネルギを有する。前記外部エネルギは、画像３の画像面に近い目標点から得られる。前記内部エネルギは、前記メッシュの現在の状態と前記個人化された３Ｄモデルからの前記メッシュとの間のずれのペナライゼーションを有する。したがって、完全な３Ｄセグメンテーションが、例えば、カテーテルベースのインターベンション中のナビゲーションを強化するために、心臓のような対象１５の高速かつ信頼できる４Ｄ（３Ｄ＋時間）個別画像として提供される。
【００５５】
ここで提供される対象の動的多次元画像を得る方法、装置及びシステムは、複数の異なるシナリオで使用されることができる。１つのシナリオは、画像ガイド下インターベンションである。ここで、Echo Navigatorソフトウェアにおける実装が、適切である。画像ガイド下インターベンションに対して、ＣＴ画像が、例えば装置プランニングのために、しばしば、実際の処置の前に取得される。このような３ＤＣＴスキャンが、使用され、画像データに対する追加の記録は、必要ではない。追加のシナリオは、セグメント化された心臓のリアルタイムビューを用いる心臓超音波であることができる。本発明により提供される、リアルタイムの個人化されたセグメンテーションの実行可能性は、既知の解決法及び応用に対して大きな利点を提供する。
【００５６】
本発明の他の典型的な実施例において、適切なシステム上で、先行する実施例の１つによる方法の方法ステップを実行するように構成されることにより特徴づけられるコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が、提供される。
【００５７】
前記コンピュータプログラム要素は、したがって、本発明の一実施例の一部であってもよいコンピュータユニットに記憶されてもよい。この計算ユニットは、上に記載された方法のステップを実行する又はその実行を誘導するように構成されてもよい。更に、上に記載された装置のコンポーネントを動作するように構成されてもよい。前記計算ユニットは、自動的に動作する及び／又はユーザのオーダを実行するように構成されることができる。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされてもよい。前記データプロセッサは、したがって、本発明の方法を実行するように備えられてもよい。本発明のこの典型的な実施例は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、アップデートを用いて既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムにするコンピュータプログラムとの両方をカバーする。
【００５８】
更に、前記コンピュータプログラム要素は、上に記載された方法の典型的な実施例の手順を満たす全ての必要なステップを提供することができてもよい。
【００５９】
本発明の更なる典型的な実施例によると、ＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ可読媒体が、提示され、前記コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラム要素を記憶され、前記コンピュータプログラム要素は、先行するセクションにより記載されている。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は一部として提供される光記憶媒体又は半導体媒体のような適切な媒体に記憶及び／又は分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するような他の形式で分配されてもよい。
【００６０】
しかしながら、前記コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブのようなネットワーク上に提示されてもよく、このようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされることができる。本発明の更なる典型的な実施例によると、コンピュータプログラム要素をダウンロード可能にする媒体が、提供され、前記コンピュータプログラム要素は、本発明の以前に記載された実施例の１つによる方法を実行するように構成される。
【００６１】
上で論じられたように、前記処理ユニット、例えばコントローラは、制御方法を実装する。前記コントローラは、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて、要求される様々な機能を実行するように、多くの形式で実装されることができる。プロセッサは、要求される機能を実行するようにソフトウェア（例えばマイクロコード）を使用してプログラムされうる１以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの１つの例である。コントローラは、しかしながら、プロセッサを使用して又は使用せずに実装されてもよく、一部の機能を実行する専用ハードウェアと他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組み合わせとして実装されてもよい。
【００６２】
本開示の様々な実施例で採用されうるコントローラコンポーネントの例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されない。
【００６３】
様々な実装において、プロセッサ又はコントローラは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＯＲＭ、及びＥＥＰＲＯＭのような揮発性又は不揮発性コンピュータメモリのような１以上の記憶媒体と関連付けられてもよい。前記記憶媒体は、１以上のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行される場合に、要求される機能を実行する１以上のコンピュータプログラムでエンコードされてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ若しくはコントローラ内に固定されてもよく、又は記憶された前記１以上のプログラムがプロセッサ若しくはコントローラにロードされることができるように、輸送可能であってもよい。
【００６４】
本発明の実施例が、異なる内容を参照して記載されることに注意すべきである。特に、一部の実施例は、方法型請求項を参照して記載されるのに対し、他の実施例は、装置型請求項を参照して記載される。しかしながら、当業者は、他の通史されない限り、１つのタイプの内容に属するフィーチャの任意の組み合わせに加えて、異なる内容に関するフィーチャの間の任意の組み合わせも、本出願で開示されていると見なされることを、上の及び以下の記載から推測するだろう。しかしながら、全てのフィーチャは、組み合わされて、フィーチャの単純な合計以上である相乗効果を提供することができる。
【００６５】
本発明は、図面及び先行する記載に詳細に図示及び記載されているが、このような図示及び記載は、限定的ではなく、実例的又は典型的であると見なされるべきである。本発明は、開示された実施例に限定されない。開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び従属請求項の検討から、請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。
【００６６】
請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された複数のアイテムの機能を満たしてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。請求項内のいかなる参照符号も、範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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