JP2017537363A - 生体構造のボリュメトリック画像を視覚化すること - Google Patents

Abstract

生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステム及び方法が、提供される。生体構造の表面の非直交横断面を示すボリュメトリック画像の第１の表示を用いて、ボリュメトリック画像における表面の局所方向が、ボリュメトリック画像の画像データを分析することにより、決定される。表面の局所方向を決定した後、ボリュメトリック画像の第２の表示が生成される。第２の表示は、ボリュメトリック画像における生体構造の表面と直交して交差する表示平面により、幾何学的に定められる。従って、表面は、第２の表示において、概して第１の表示のケースより一層鮮明な態様で示される。有利なことに、ユーザは、生体構造の輪郭の描写をより正確な態様で手動で規定又は修正することができる。更に、斯かる第２の表示の様々な他の有利な使用が存在する。例えば、臨床医による画像解釈を容易化する、より信頼性が高い更なる自動分析を行う等である。

Description

本発明は、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステム及び方法に関する。本発明は更に、このシステムを含むワークステーション及び撮像装置に関する。本発明は更に、プロセッサシステムに方法を実行させる命令を有するコンピュータプログラムに関連する。

ボリュメトリック画像は、ユーザに対してさまざまな態様において提示されることができる。例えば、ボリュメトリック画像が２Ｄ画像スライスのスタックの画像データにより表される場合、２Ｄ画像スライスの１つが表示のために選択されることができるか、又は、傾斜スライスがマルチプラナ再フォーマット技術を用いて生成されることができる。別の例は、ボリュメトリック画像が３次元［３Ｄ］画像データにより表される場合、３Ｄ画像データの２次元［２Ｄ］投影を生成するため、ボリュームレンダリング技術が用いられることができるものである。

一般に、ボリュメトリック画像の斯かる提示は、ボリュメトリック画像の表示（ビュー）と呼ばれ、この表示の生成は、ビュー生成と呼ばれる。斯かる技術のいくつかは、画像処理の分野から既知である。ここで、ボリュメトリック画像に対する表示の幾何学的配置は、ボリュメトリック画像と交差する表示平面により規定されることができる。斯かる表示平面は、例えば、マルチプラナ再フォーマッティング、画像スライス選択、投影平面などに関するジオメトリを表すことができる。

ボリュメトリック画像は、例えば器官、器官の一部等の生体構造を示すことができる。臨床医が、ボリュメトリック画像における生体構造の表面の表示を得ること、例えば、臨床医が、表示において生体構造の輪郭の描写を手動で規定する又は修正することを可能にすることが望ましいことがある。

生体構造の表面の表示を得ることの課題は、斯かる表示がしばしば、表面を不明瞭な態様で示す点にある。

より明白な態様において表面を示す生体構造の表面の表示を得るシステム又は方法を提供することが、有利である。

この懸念に好適に対処するため、本発明の第１の側面は、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステムを提供する。このシステムは、
上記ボリュメトリック画像の画像データにアクセスする画像インタフェースと、
ｉ）上記ボリュメトリック画像の第１の表示であって、上記ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に定められ、かつ上記生体構造の表面の横断面を示す第１の表示を生成し、
ｉｉ）スクリーン上のポインタの位置に基づき、上記表面における少なくとも１つの位置を決定し、
ｉｉｉ）上記ボリュメトリック画像の上記画像データを分析することにより、上記ボリュメトリック画像における上記表面の局所方向であって、上記第１の表示に示される上記表面における上記少なくとも１つの位置に関して決定される局所方向を決定し、及び
ｉｖ）上記表面における上記少なくとも１つの位置に関して決定される上記局所方向に基づき、上記ボリュメトリック画像の第２の表示であって、上記表面における上記少なくとも１つの位置で上記ボリュメトリック画像における上記生体構造の上記表面と実質的に直交して交差する第２の表示平面により幾何学的に定められる第２の表示を生成するディスプレイプロセッサと、
上記ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータを生成及び出力するディスプレイ出力部とを有する。

本発明の更なる側面において、上記システムを有するワークステーション及び撮像装置が、提供される。

本発明の更なる側面において、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化する方法が提供される。この方法は、
上記ボリュメトリック画像の画像データにアクセスするステップと、
上記ボリュメトリック画像の第１の表示を生成するステップであって、上記第１の表示が、上記ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に定められ、上記第１の表示は、上記生体構造の表面の横断面を示す、ステップと、
スクリーン上のポインタの位置に基づき、上記表面における少なくとも１つの位置を決定し、上記ボリュメトリック画像の上記画像データを分析することにより、上記ボリュメトリック画像における上記表面の局所方向を決定するステップであって、上記局所方向が、上記第１の表示に示される上記表面における上記少なくとも１つの位置に関して決定される、ステップと、
上記表面における上記少なくとも１つの位置に関して決定される上記局所方向に基づき、上記ボリュメトリック画像の第２の表示を生成するステップであって、上記第２の表示が、上記表面における上記少なくとも１つの位置で上記ボリュメトリック画像における上記生体構造の上記表面と実質的に直交して交差する第２の表示平面により幾何学的に定められる、ステップと、
上記ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータを生成及び出力するステップとを有する。

本発明の更なる側面において、プロセッサシステムに上記の方法を実行させる命令を有するコンピュータプログラムが提供される。

上述した手段は、ボリュメトリック画像の画像データにアクセスすることを含む。例えば、３Ｄ画像データが、アクセスされることができ、例えば、ボクセルの３Ｄアレイとしてフォーマット化されることができるか、又は、２Ｄ画像スライスのスタックの画像データが、例えば、ボクセル又はピクセルの２Ｄアレイとしてフォーマット化される。生体構造の表面の横断面を示すボリュメトリック画像の第１の表示が、生成される。斯かる第１の表示は、ボリュメトリック画像を通してユーザがナビゲートすることを可能にするため、画像データの異なる表示をシーケンシャルに生成するシステムの一部として生成されることができる。しかしながら、第１の表示が異なるコンテキストにおいて生成されることもできる点で、これは限定でない。第１の表示は、第１の表示及びボリュメトリック画像の間の幾何学的な関係を定める第１の表示平面により、幾何学的に規定される。例えば、表示平面は、投影平面、マルチプラナ再フォーマッティングに関するジオメトリを表すことができるか、又は画像スライス選択を示すことができる。そのようなものとして、第１の表示は、例えばマルチプラナ再フォーマッティングといった表示生成技術を用いて生成されることができる。しかしながら、第１の表示が、例えば、横断面、冠状又は矢状スライスといった３Ｄ画像データのサブ選択に対応することもできる点で、これは限定でない。この段落に記載される機能がそれ自体は、ボリュメトリック画像ディスプレイの分野から既知である点に留意されたい。

更に、ボリュメトリック画像における生体構造の表面の局所方向が、ボリュメトリック画像の画像データを分析することにより、決定される。ここで、「ボリュメトリック画像における方向」という語は、ベクトルにより表される３次元方向を指し、形容詞「局所（ローカル）」は、１つの位置で少なくとも表面の方向を表す方向を指す。この位置は、第１の表示においても示されるボリュメトリック画像における位置である。

更に、ボリュメトリック画像の第２の表示が、システムにより生成される。第１の表示、第２の表示等は、ボリュメトリック画像と交差する表示平面、即ち、第２の表示平面により、幾何学的に規定される。しかしながら、加えて、生体構造の表面が上記表面における少なくとも１つの位置で実質的に直交して交差される態様で、第２の表示平面はボリュメトリック画像と交差する。「実質的に直交」なる語は、直交する交差、又は直交する交差を表す９０度からの限られた範囲、例えば＋／−２０度、＋／−１０度及び／又は＋／−５度を指す。第２の表示の適切なジオメトリを決定するため、表面における少なくとも１つの位置での表面の以前に決定された局所方向が利用される。第１の表示、第２の表示等は、さまざまな態様で生成されることができる。例えば、第２の表示がボリュメトリック画像を通る傾斜スライスを表す場合、マルチプラナ再フォーマッティングにより生成され、第１の表示とは異なる３Ｄ画像データのサブ選択を得ることにより生成される。

更に、ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータが生成される。例えば、ディスプレイデータは、最初に第１の表示を、及びその後第２の表示を示すことができ、又は両方の表示を同時に、例えば並んで又はオーバレイとして示すことができる。

発明者らは、ボリュメトリック画像ディスプレイにおいて、ある表示が、浅い態様において、例えば、実質的に直交しない態様において生体構造の表面と交差する横断面を示すことがしばしば発生することがあることを認識した。斯かる表示は、ぼやけた態様において生体構造の表面を示す。例えば、表面が生体構造の輪郭を表す場合、第１の表示はぼやけた輪郭を持つ生体構造表面を示すことができる。特定の例は、胸部の底でボリュメトリック胸部画像を通る軸方向の横断面が概して、ぼやけた輪郭をもたらす浅い態様において交差される皮膚面を示すことである。不利なことに、斯かる表示においてユーザが皮膚面を詳細に描写することは困難である。

上述した手段は、生体構造の表面の横断面を示す第１の表示から始まって、ユーザが、生体構造の表面の直交する横断面を示す第２の表示を提示されるという効果を持つ。直交する横断面は、浅い横断面より表面の鮮明な描写を生み出す。従って、表面は、第２の表示において、概して第１の表示のケースより一層鮮明な態様で示される。有利なことに、ユーザは、生体構造の輪郭の描写をより正確な態様で手動で規定又は修正することができる。更に、斯かる第２の表示の様々な他の有利な使用が存在する。例えば、臨床医による画像解釈を容易化する、より信頼性が高い更なる自動分析を行う等である。

オプションで、システムは、第１の表示にわたりスクリーン上のポインタをユーザが位置決めすることを可能にするユーザ相互作用サブシステムを更に有し、ディスプレイプロセッサは、スクリーン上のポインタの位置に基づき、表面における少なくとも１つの位置を決定するよう構成される。ユーザ相互作用サブシステムを提供することにより、ユーザは、システムと相互作用することができる。例えば、ユーザ相互作用サブシステムは、例えばマウス、キーボード、タッチスクリーン等の入力デバイスに接続される入力デバイスインタフェースを有することができる。従って、ユーザは、入力デバイスを作動させることにより、ユーザ入力を提供することができる。特に、ユーザは、第１の表示にわたり例えばカーソルといったスクリーン上のポインタを位置決めすることができる。ディスプレイ出力は、ユーザ相互作用サブシステムの一部とすることができる。これにより、ユーザにより提供されるユーザ入力に関する視覚的なフィードバックをシステムが提供することが可能にされる。斯かる機能は、さまざまな目的に関して使用されることができる。例えば、それはボリュメトリック画像を介したナビゲーション、画像注釈又は画像描写である。後者の例は、スクリーン上のポインタを用いて生体構造の輪郭をトレースすることによる、生体構造の輪郭の描写の手動の規定又は修正である。ディスプレイプロセッサは、スクリーン上のポインタの位置に基づき、例えば、直接その位置を使用することにより、スクリーン上のポインタの位置に最も近い輪郭を選択することにより、などによって、表面における少なくとも１つの位置を決定することができる。従って、第２の表示は、スクリーン上のポインタの位置で、又はこの近くで実質的に直交して交差される生体構造の表面を示す。有利なことに、ユーザは、例えばマウスボタンをクリックする又はスクリーン上のポインタを用いてその位置にわたりホバリングすることにより、生体構造の表面が、実質的に直交して交差される位置を選択することができる。これにより、システムが、第２の表示を生成及び表示することがもたらされる。

オプションで、上記ユーザ相互作用サブシステムが、上記第２の表示における上記生体構造の上記表面を上記ユーザが描写することを可能にするよう構成される。第２の表示は、こうして生成されて、第２の表示における生体構造の表面をユーザが詳細に描写することを可能にするため、少なくとも部分的に表示される。斯かる描写は、スクリーン上のポインタを用いてユーザが生体構造の輪郭をトレースするという形をとることができる。第２の表示が概して、第１の表示のケースより鮮明な態様で表面を示すので、第２の表示は、斯かる描写に関してより適している。そのようなものとして、ユーザは、より正確な態様で生体構造の輪郭を詳細に描写することができる。

オプションで、ディスプレイプロセッサは、
上記表面における上記少なくとも１つの位置を含む上記ボリュメトリック画像において関心ボリュームを決定し、
上記関心ボリュームに基づき上記第２の表示を生成するよう構成される。

関心ボリュームを決定することにより、第２の表示は、表面における少なくとも１つの位置を含む画像データの特定のサブセットから生成される。関心ボリュームに基づき、第２の表示を生成することにより、ボリュメトリック画像の画像データの全てが、第２の表示を生成する際に処理される必要があることが、回避される。例えば、関心ボリュームは、第２の表示がボリュメトリック投影を用いて生成される投影ボリュームを表すことができる。別の例は、関心ボリュームがマルチプラナ再フォーマッティングが適用される画像データを定めることである。第２の表示平面は、例えば、投影平面として、又は、マルチプラナ再フォーマッティングに関する幾何学的な目標として作用することにより、関心ボリュームから第２の表示を生成することにおいて使用されることができる。有利なことに、第２の表示が、第１の表示にわたるより小さい挿入又はオーバレイとして生成される場合、例えば、表面における少なくとも１つの位置の近所だけを示す場合、関心ボリュームは、より小さい第２の表示に対応するように選択されることができる。

オプションで、上記関心ボリュームが、立方又は球面形状を持つ。立方又は球面形状は、関心ボリュームに関する形状としてうまく適している。しかしながら、代替的に、関心ボリュームは、より一般的な形状を持つことができる。形状は、所定、用途特有、又はユーザ規定とすることができる点に留意されたい。例えば、例えば骨といった細長い生体構造の場合、骨の表面のより大きな部分がよりはっきりした態様で示されるよう、細長い箱が、関心ボリュームとして使用されることができる。

オプションで、上記ディスプレイプロセッサが、上記第１の表示の部分にわたるオーバレイとして上記第２の表示を生成するよう構成される。第２の表示はこうして、第１の表示を完全には置換しない。これは、表示における急な変化によりユーザが混乱すること、及び／又は第１の表示の置換が、ボリュメトリック画像を通したユーザのナビゲーションを中断することを回避することができる。有利なことに、例えば、オーバレイは、表面における少なくとも１つの位置の近所だけを示す局所オーバレイでもよい。これにより、囲いとして第１の表示が維持される。

オプションで、オーバレイされる上記第１の表示の上記部分が、上記関心ボリュームに対応する。そのようなものとして、第２の表示は、例えば、生体構造の類似する部分を示すことにより、それに対応する第１の表示の一部にわたり、オーバレイされる。それがユーザにより直観的に理解可能であるという点で、これは特に有利な視覚化である。

オプションで、上記ディスプレイプロセッサが、上記第２の表示及び上記第１の表示の上記オーバレイの間の漸進的な移行を確立するよう、上記関心ボリュームの境界で上記第１の表示と上記第２の表示とを混合するよう構成される。従って、不連続な移行は、関心ボリュームの境界で回避されることができる。

オプションで、上記ディスプレイプロセッサが、上記生体構造の上記表面における上記少なくとも１つの位置から画像強度における最も急峻な変化の方向を指す方向ベクトルとして上記ボリュメトリック画像における上記表面の上記局所方向を確立するよう構成される。表面における少なくとも１つの位置での表面の局所方向は、例えば３次元ベクトルといったベクトルにより表される。画像強度における最も急峻な変化は典型的に、表面の方向を示す。斯かる最も急峻な変化を決定するためのさまざまな画像処理技術が、知られている。例えば、ヘシアンフィルタといった画像フィルタが、画像データに適用されることができる。

オプションで、上記ディスプレイプロセッサが、最小の絶対回転角度に関する回転変換を持つ上記方向ベクトルを含むよう、上記第１の表示平面を回転させることにより、上記第２の表示平面を決定するよう構成される。第１の表示平面は、方向ベクトルを含むよう、さまざまな異なる軸の周りで回転されることができる。これにより、異なる回転変換軸ごとに異なる表示が生み出される。最小の絶対回転角度を持つ回転変換で第１の表示平面を回転させることにより、第１の表示に対する第２の表示の角形成が、最小化される。有利なことに、ユーザが第２の表示を解釈することは、より容易である。

上記によれば、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステム及び方法が提供されることができる。生体構造の表面の非直交横断面を示すボリュメトリック画像の第１の表示を用いて、ボリュメトリック画像における表面の局所方向が、ボリュメトリック画像の画像データを分析することにより、決定されることができる。表面の局所方向を決定した後、ボリュメトリック画像の第２の表示が、生成されることができる。この第２の表示は、ボリュメトリック画像における生体構造の表面と直交して交差する表示平面により幾何学的に定められる。従って、表面は、第２の表示において、概して第１の表示のケースより一層鮮明な態様で示される。有利なことに、ユーザは、生体構造の輪郭の描写をより正確な態様で手動で規定又は修正することができる。更に、斯かる第２の表示の様々な他の有利な使用が存在する。例えば、臨床医による画像解釈を容易化する、より信頼性が高い更なる自動分析を行う等である。

本発明の上述の実施形態、実現及び／又は側面の２つ又はこれ以上が有益と思われる任意の態様で結合されることができる点を当業者であれば理解されるであろう。

システムの上記の修正及び変更に対応するワークステーション、撮像装置、方法及び／又はコンピュータプログラムの修正及び変更が、本書に基づき当業者により実施されることができる。

当業者は、この方法が、例えば３次元である（３Ｄ）又は４次元（４Ｄ）画像といった多次元画像データに適用される点を理解されたい。多次元画像データの次元は、時間に関連することができる。例えば、４次元画像は、３次元画像の時間領域シリーズを有することができる。画像は、以下に限定されるものではないが、標準的なＸ線イメージング、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、超音波（ＵＳ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単光子放出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）及び核医学（ＮＭ）といったさまざまな取得モダリティにより取得されることができる。

本発明は、独立請求項により規定される。有利な更なるオプションの実施形態は、従属項において規定される。

ボリュメトリック画像の表示を生成することにより、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステムを示す図である。 ボリュメトリック胸部画像の表示を示し、この表示が、胸部の底で胸部を通る軸方向の横断面を表す図である。 ボリュメトリック胸部画像の更なる表示を示し、この更なる表示が、中央スライスで胸部を通る軸方向の横断面を表す図である。 浅い角度で生体構造の表面と交差すると共に、ボリュメトリック画像と交差する第１の表示の第１の表示平面を示す図である。 生体構造の表面が直交して交差されるよう、ボリュメトリック画像と交差する第２の表示の第２の表示平面を示す図である。 スクリーン上のポインタの位置で第１の表示をオーバレイする局所オーバレイとして表示される第２の表示を示す図である。 ボリュメトリック画像の表示を生成することにより、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化する方法を示す図である。 処理システムに方法を実行させる命令を有するコンピュータプログラムを示す図である。

本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態を参照して明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

異なる図において同じ参照番号を持つアイテムは、同じ構造的特徴及び同じ機能を持つか、又は同じ信号である点に留意されたい。斯かるアイテムの機能及び／又は構造が説明される場合、詳細な説明においてその反復的な説明の必要性はない。

図１は、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステム１００を示す。システム１００は、ボリュメトリック画像の画像データ０２２にアクセスする画像インタフェース１２０を有する。図１は、外部記憶装置０２０から画像データ０２２にアクセスするシステムを示す。代替的に、画像データ０２２は、システム１００において、即ち内部記憶装置から内部的にアクセスされることができる。システム１００は、ディスプレイプロセッサ１４０を更に有する。外部記憶装置０２０から画像インタフェース１２０を介して画像データ０２２にアクセスするディスプレイプロセッサ１４０が示される。システム１００は、ディスプレイプロセッサ１４０の出力を表すディスプレイデータ１６２を生成及び出力するディスプレイ出力１６０を更に有する。ディスプレイデータ１６２をディスプレイ０６０に提供するディスプレイ出力１６０が示される。

外部記憶装置０２０は、画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）でもよい。システム１００及びＰＡＣＳ０２０は共に、病院情報システム（ＨＩＳ）の部分とすることができる。代替的に、外部記憶装置は、別の形を取ることができる。

システム１００の処理は、以下のように簡単に説明されることができる。画像インタフェース１２０は、ボリュメトリック画像の画像データ０２２にアクセスする。アクセスされた画像データ０２２に基づき、ディスプレイプロセッサ１４０は、ボリュメトリック画像の第１の表示を生成する。この第１の表示は、ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に規定され、第１の表示は、生体構造の表面の横断面を示す。ディスプレイプロセッサ１４０は、ボリュメトリック画像の画像データを分析することにより、ボリュメトリック画像における表面の局所方向を決定する。局所方向は、第１の表示に示される表面における少なくとも１つの位置に関して決定される。表面の局所方向に基づき、ディスプレイプロセッサ１４０は、ボリュメトリック画像の第２の表示を生成する。第２の表示は、上記表面における少なくとも１つの位置で実質的に直交してボリュメトリック画像における生体構造の表面と交差する第２の表示平面により、幾何学的に規定される。ディスプレイ出力１６０は、ディスプレイプロセッサの出力１４２を表すディスプレイデータ１６２を生成及び出力する。

ディスプレイ出力部１６０の代わりに、ディスプレイプロセッサの出力１４２を表すデータを他所に例えば更なる自動的な分析に関する分析サブシステムに出力することができるという点で、出力は異なるタイプの出力とすることができる。

図１は、システム１００のオプションの側面を更に示す。そこでは、ユーザ相互作用サブシステム１８０を有するシステム１００が示される。ユーザ相互作用サブシステム１８０は、例えばマウス、キーボード、タッチスクリーン等のユーザ入力デバイス０８０に接続されるものとして示され、これにより、ユーザ入力デバイス０８０を作動させることにより、ユーザはシステム１００と相互作用することが可能にされる。例えば、ユーザ相互作用サブシステム１８０は、ユーザ入力デバイス０８０から受信されるデータ０８２に基づき、スクリーン上のポインタをユーザが位置決めすることを可能にすることができる。そのようなものとして、位置情報１８２が、ディスプレイプロセッサ１４０に提供されることができる。図１に示されていないが、ユーザ相互作用サブシステム１８０は、ディスプレイ出力１６０を有することができ、別々のユーザ入力インタフェースがユーザ入力デバイス０８０に接続される。

さまざまなオプションの側面を含むシステム１００の処理が、図２Ａ〜図４を参照して更に詳細に説明される点に留意されたい。

システム１００は、例えばワークステーション又は撮像装置といった単一のデバイス又は装置として、又はこれに含まれるものとして実現されることができる。デバイス又は装置は、適切なソフトウェアを実行する１つ又は複数のマイクロプロセッサを有することができる。ソフトウェアは、例えばＲＡＭといった揮発性メモリ又は例えばフラッシュといった不揮発メモリといった対応するメモリにダウンロード及び／又は格納されることができる。代替的に、システムの機能ユニットは、例えばフィールドプログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）といったプログラム可能な論理の形でデバイス又は装置において実現されることができる。一般に、システムの各機能ユニットは、回路の形で実現されることができる。システム１００は、分散された態様で、即ち、関連する異なるデバイス又は装置において実現されることもできる点に留意されたい。例えば、分布は、クライアントサーバーモデルに基づかれることができる。

図２Ａは、ボリュメトリック胸部画像の表示２００を示す。表示２００は、胸部の底で胸部を通る軸方向の横断面に対応する。そのようなものとして、表示２００は、２Ｄ画像スライスのスタックから軸方向の横断面のスライスにより構成されることができる。図２Ａは、生体構造の表面の横断面を示す表示に伴う課題を説明するものとして機能し、斯かる表面２５０が、浅い態様で、即ち浅い角度で交差されることができ、これは概して、生体構造の表面２５０を不明な態様で示す表示２００をもたらす。ここで、「浅い」という用語は、表示２００を幾何学的に定める表示平面と生体構造の表面２５０との間の角度であって、実質的に９０度より小さい角度、例えば、６０度以下の角度を指す。結果として、胸部の皮膚表面２５０は、図２Ａの表示２００においてぼやけた輪郭により表される。斯かるぼやけた輪郭は、正確に描写する、正確に解釈する等が困難である。

図２Ｂは、ボリュメトリック胸部画像の更なる表示２１０を示す。更なる表示２１０は、中央スライスでの胸部を通る横断面を表す。図２Ａに示される横断面と比較して、図２Ｂの横断面は、より急峻で実質的に直交する角度で胸部と交差する。結果として、胸部の表面２５２が、図２Ａより鮮明な輪郭によって、図２Ｂの表示２１０において表される。

発明者らは、生体構造の表面の比較的浅い断面を示す第１の表示から始まって、第２の表示が、自動的かつ意図的に生成されることができることを理解した。この第２の表示は、より急峻な態様において、例えば、直交して、又は、実質的に直交して生体構造の表面と交差する。

図３Ａは、斯かる第１の表示の第１の表示平面３００を概略的に示す。解釈の容易さから、図３Ａは、３Ｄ表示よりもむしろ２Ｄ表示３１０を提供する。そのようなものとして、第１の表示平面３００は、生体構造の表面３５０と交差するラインにより表される。第１の表示平面３００は、現在表示された画像を表す画像平面とすることができる。第１の表示平面３００は、表面における位置３７０で生体構造の表面３５０と交差するものとして示される。従って、位置３７０は、生体構造の表面３５０を表す輪郭の一部として、第１の表示に含まれる。第１の表示平面３００は、生体構造の表面３５０と非直交的に交差する。これは、第１の表示平面３００に含まれない位置３７０における表面３５０の方向を表す方向ベクトル３６０により表される。

図３Ｂは、第２の表示平面３２０の２Ｄ表示３１２を提供する。第２の表示平面は、生体構造の表面３５２と直交して交差する。第２の表示平面３２０は、ボリュメトリック画像に含まれる第１の表示平面の回転により得られることができる。しかしながら、図３Ａとの比較の容易さのため、図３Ｂは、回転される第２の表示平面でなく、むしろ周囲の画像を示す。結果として、生体構造が、その中に示される。結果として、第２の表示平面３２０は、生体構造の表面３５２と直交して交差する。これは、第２の表示平面３２０に含まれる方向ベクトル３６２により表される。ディスプレイプロセッサが、第２の表示平面３２０を決定し、その後第２の表示を生成することができるという点で、上記は請求項に記載されるディスプレイプロセッサの結果を表すことができる。

一般に、ディスプレイプロセッサは、生体構造の表面における少なくとも１つの位置から画像強度における最も急峻な変化の方向における方向ベクトルポインティングとして、ボリュメトリック画像における表面の局所方向を確立することができる点に留意されたい。ディスプレイプロセッサは、画像フィルタを画像データに適用することにより、画像強度における最も急峻な変化の方向を決定することができる。例えば、ディスプレイプロセッサは、ヘシアンフィルタを画像データに適用することができる。ヘシアンフィルタは、画像処理及び画像分析の分野において良く知られている。代替的に、画像データに含まれる画像強度における最も急峻な変化の方向を決定するため、他の任意の適切な検出技術が用いられることができる。方向ベクトルを決定した後、ディスプレイプロセッサは、方向ベクトルを含むよう第１の表示平面を回転させることにより、第２の表示平面を決定することができる。第１の表示に対する第２の表示の内容のいわゆる平面方向の回転を最小化及び／又は回避するため、ディスプレイプロセッサは、最も小さい絶対の回転角度に関する回転変換を使用することができる。即ち、例えば、さまざまな異なる軸に沿った、第１の表示平面を第２の表示平面へと変換するすべての可能な回転変換から、特定の回転変換が、即ち最も少ない絶対の回転角度に関する回転変換が選択されることができる。

図４は、スクリーン上のポインタ４４０の位置で第１の表示４００をオーバレイする局所オーバレイとして表示される第２の表示４２０を示す。この図は、以下に関連する。ユーザは、例えば、図１のシステム１００のユーザ相互作用サブシステムに接続されるユーザ入力デバイスを作動させることにより、スクリーン上のポインタ４４０を位置決めすることが可能にされる。例えば、スクリーン上のポインタ４４０は、ユーザ相互作用サブシステムにより確立されるグラフィカルユーザインタフェース用に提供されることができる。ディスプレイプロセッサは、スクリーン上のポインタ４４０の位置に基づき、表面における少なくとも１つの位置を決定するよう構成されることができる。例えば、位置は、スクリーン上のポインタ４４０の現在の位置により、又は、現在の位置に最も近い生体構造の表面における位置により表されることができる。ディスプレイプロセッサは、第１の表示４００の部分にわたる局所オーバレイとして第２の表示４２０を生成することができる。これにより、スクリーン上のポインタ４４０の位置の近くで第１の表示が置換される。例えば、オーバレイは、ユーザが第１の表示４００にわたりスクリーン上のポインタ４４０を動かすとき、直交して交差される生体構造の表面を示す、連続的な、リアルタイム表示を提供することができる。第２の表示４２０は、関心ボリュームに基づき生成されることができる。それがボリュメトリック画像におけるスクリーン上のポインタの現在の位置及びその周囲を含むことができるという点で、関心ボリュームは近辺を表すことができる。関心ボリュームは、立方又は球面形状を持つことができる。しかし、他の形状も同様に考えられる。例えば、この形状は、生体構造の形状に適合されることができる。関心ボリュームは、マルチプラナ再フォーマット技術に対する入力を構成することができる。そのようなものとして、マルチプラナ再フォーマッティングは、全体のボリュメトリック画像よりもむしろ関心ボリュームに適用されることができる。

図４に示されていないが、ディスプレイプロセッサは、第２の表示及び第１の表示のオーバレイの間の漸進的な移行を確立するよう、関心ボリュームの境界で第１の表示と第２の表示とを混合することができる。第２の表示がさまざまな他の態様において表示されることもできる点に留意されたい。例えば、第２の表示は、第１の表示を示すウインドウに隣接する別々のウインドウにおいて、例えば、並んでいる構成において提供されることができる。第２の表示は、第１の表示を完全に置換することもできる。第２の表示は、グラフィカルユーザインタフェースにおいて描写モードを選択するときにのみ提供されることもできる。描写モードを選択した後、ユーザ相互作用サブシステムは、ユーザが第２の表示において生体構造の表面を詳細に描写することを可能にすることができる。

図５は、ボリュメトリック画像の表示を生成することにより、生体構造のボリュメトリック画像を視覚化する方法５００を示す。方法５００は、図１のシステム１００の処理に対応することができる。しかしながら、この方法５００は、システム１００とは分離して実行されることもできるという点で、これは限定でない。

方法５００は、「ACCESSING VOLUMETRIC IMAGE」というタイトルの処理において、ボリュメトリック画像の画像データにアクセスするステップ５１０を有する。方法５００は更に、「GENERATING FIRST VIEW」というタイトルの処理において、ボリュメトリック画像の第１の表示を生成するステップ５２０を有する。この第１の表示は、ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に規定され、第１の表示は、生体構造の表面の横断面を示す。方法５００は更に、「DETERMINING LOCAL ORIENTATION OF SURFACE SHOWN IN FIRST VIEW」というタイトルの処理において、ボリュメトリック画像の画像データを分析することにより、ボリュメトリック画像における表面の局所方向を決定するステップ５３０を有する。局所方向は、第１の表示に示される表面における少なくとも１つの位置に関して決定される。この方法５００は更に、「GENERATING SECOND VIEW ORTHOGONALLY INTERSECTING SURFACE」というタイトルの処理において、表面の局所方向に基づき、ボリュメトリック画像の第２の表示を生成するステップ５４０を有する。第２の表示は、上記表面における少なくとも１つの位置でボリュメトリック画像における生体構造の表面と直交して交差する第２の表示平面により幾何学的に定められる。この方法５００は更に、「GENERATING AND OUTPUTTING DISPLAY DATA」というタイトルの処理において、ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータを生成及び出力するステップ５５０を有する。

上記の処理が、例えば、任意の適切な順序で、例えば連続的に、同時に、それらの組み合わせにおいて、又は可能な場合には例えば入力／出力関係により必要とされる特定の順序に従って実行されることができる点を理解されたい。例えば、例えば描写モードといった特定のモードへとグラフィカルユーザインタフェースを切替えるとき、第２の表示が生成されることができる。第２の表示は、例えばスクリーン上のポインタの位置により示される第１の表示に示される表面における異なる位置に関して反復的に生成されることもできる。ここで、第１の表示は、ボリュメトリック画像を通りユーザがナビゲートすることを可能にするナビゲーション表示を表すことができる。

方法５００は、コンピュータ実現による方法として、専用のハードウェアとして、又は両方の組合せとして、コンピュータ上で実現されることができる。図６に示されるように、コンピュータに関する命令、例えば、実行コードは、例えば、機械読み取り可能な物理マークの連続６１０の形で、及び／又は異なる電気的、磁気的、若しくは光学的特性若しくは値を持つ要素の連続として、コンピュータ可読媒体６００に格納されることができる。実行コードは、一時的又は非一時的態様において格納されることができる。コンピュータ可読媒体の例は、メモリデバイス、光記憶デバイス６００、集積回路、サーバ、オンラインソフト等を含む。図６は、光ディスクを示す。

請求項に記載される発明が、以下の使用ケースにおいて有利に使用されることができる点を理解されたい。例えばＭＲ、ＣＴ又は３Ｄ超音波画像といったボリュメトリック医学画像データを含む多くの臨床応用において、ユーザは、例えば、腫瘍又は器官といった３Ｄサブボリュームの所定の輪郭を手動で規定又は修正しなければならない場合がある。基礎をなすボクセル格子の方向（例えば、横断面、冠状及び矢状）又は傾斜スライスに沿って、放射線科医は通常、データを通して２Ｄ横断面に注目することにより、ボリュメトリック画像を検査する。３Ｄオブジェクトの輪郭を描くことは、隣接する２Ｄスライスにおいて閉じた輪郭を描き、その後閉じた輪郭のスタックを３Ｄ表面メッシュへと結合することにより実行されることができる。請求項に記載される発明は、マウスポインタの現在の位置でボリュメトリック画像における表面の局所方向を検出するのに有利に用いられることができる。再フォーマッティングステップにおいて、検出された表面が、画像スライスを通り直交して切断するよう、マウスポインタ周りの関心局所ボリュームが再適合されることができる。そのように、トレースされる輪郭は、明らかに鮮明化されることができる。このため、画像にわたるマウスポインタの任意の特定の位置で、例えば、ヘシアンフィルタといったフィルタ又は３Ｄ勾配が、撮像された構造の局所方向を分析するために適用されることができる。局所方向は、画像強度における最も急峻な変化の方向を指すベクトルＯにより表されることができる。１）画像平面（例えば、現在表示される表示を定める表示平面）に直交し、２）方向ベクトルを含む平面Ｐが定められることができる。ここで、平面Ｐは、方向ベクトルを表示平面へと持ってくることが可能な最小の回転角度を持つ回転を選択するために用いられることができる。回転軸は、平面Ｐに対して垂直でもよい。他の軸の周りの他の全ての回転が、より大きい角度に関連付けられることができる。マウスポインタ位置の周りのボクセルのセットは、所与の用途に関して関心（ＶＯＩ）ボリュームとして定義されることができる。ＶＯＩは、立方体形状若しくは球形とすることができ、又はより一般的な形状を取ることができる。サイズは、所定、用途特有、又はユーザ規定とすることができる。回転は、新規位置へとボクセルを再配置するＶＯＩに適用されることができる。回転の軸が表示平面に含まれ、平面Ｐに対して直交するよう、回転が規定されてもよい。回転の角度は、方向ベクトルＯを画像平面へとマッピングする最小角度（絶対値）として規定されることができる。こうして、画像ボリュームの可能な最小角形成により、画像外観が改善されることができる。このように、表面の横断面がよりはっきりした態様で、及びユーザにより容易に追跡可能な態様で提示されるよう、ＶＯＩにおける局所画像構造は与えられることができる。回転変換Ｒは、マウスポインタ位置自体でのみ適用され、加重変換ｗＲを適用することによりＶＯＩの境界に向かってフェードアウトされることができる。ここで、ｗは、ＶＯＩの中心での１からＶＯＩ境界での０へと落ちる。これは、ＶＯＩ境界での不連続な移行を回避することができる。

上記例は、胸部である生体構造を参照したが、請求項に記載される発明は、よりはっきりした態様それらの表面を示すため、他の生体構造の表示を得るのに同様に有利に使用されることができる点に留意されたい。

本発明は、本発明を実行するよう構成されるコンピュータプログラムに、特に担体上又は内のコンピュータプログラムにも適用されることを理解されたい。このプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、部分的にコンパイルされた中間ソースコード及び中間オブジェクトコードの形式、又は本発明による方法を実現するための使用に適した他の任意の形式とすることができる。斯かるプログラムが、多くの異なる設計上のデザインを持つことができる点も理解されたい。例えば、本発明による方法又はシステムの機能を実現するプログラムコードは、１つ又は複数のサブルーチンに分割されることができる。これらのサブルーチンにおける機能を分散させる多くの異なる態様が当業者には明らかであろう。このサブルーチンは、自己完結的なプログラムを形成するため、１つの実行可能ファイルに一緒に格納されることができる。斯かる実行可能ファイルは、コンピュータ実行可能な命令、例えばプロセッサ命令及び／又はインタプリタ命令（例えばＪａｖａインタプリタ命令）を有することができる。代替的に、１つ又は複数又は全てのサブルーチンが、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに格納されることができ、及び例えば実行時にメインプログラムに静的に又は動的にリンクされることができる。メインプログラムは、少なくとも１つのサブルーチンへの少なくとも１つの呼び出しを含む。サブルーチンは、互いに対する関数呼び出しを有することもできる。コンピュータプログラムに関する実施形態は、記載される方法の少なくとも１つにおける処理ステップの各々に対応するコンピュータ実行可能な命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに再分割されることができ、及び／又は静的に若しくは動的にリンクされることができる１つ又は複数のファイルに格納されることができる。コンピュータプログラムに関する別の実施形態は、本書に記載されるシステム及び／又は製品の少なくとも１つにおける各手段に対応するコンピュータ実行可能な命令を有する。これらの命令は、サブルーチンに再分割されることができ、及び／又は静的に若しくは動的にリンクされることができる１つ又は複数のファイルに格納されることができる。

コンピュータプログラムの担体は、プログラムを実行することができる任意のエンティティ又はデバイスとすることができる。例えば、担体は、ＣＤ−ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭといったＲＯＭのようなストレージ媒体、又は例えばハードディスクといった磁気記録媒体を含むことができる。更に、担体は、例えば電気又は光学信号といった通信可能担体とすることができる。これは、電気又は光学ケーブルを介して又は無線又は他の手段により搬送されることができる。プログラムが斯かる信号において実現されるとき、担体は、斯かるケーブル又は他のデバイス又は手段により構成されることができる。代替的に、担体は、プログラムが埋め込まれる集積回路とすることができる。この集積回路は、関連する方法を実行するよう構成されるか、又は関連する方法の実行に使用されるよう構成される。

上述された実施形態は本発明を限定するものではなく、説明するものであり、当業者であれば、添付された請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態をデザインすることができることになることに留意されたい。請求項において、括弧内に配置されるいかなる参照符号も請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその共役の使用は、請求項において述べられる要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。ある要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という語は、斯かる要素が複数存在することを除外するものではない。本発明は、複数の個別の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実現されることができる。複数の手段を列挙するデバイスクレームにおいて、これらの手段の複数が１つの同じハードウェアアイテムにより実現されることができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段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意味するものではない。

Claims (15)

1. 生体構造のボリュメトリック画像を視覚化するシステムであって、
   前記ボリュメトリック画像の画像データにアクセスする画像インタフェースと、
   ディスプレイプロセッサであって、
   ｉ）前記ボリュメトリック画像の第１の表示であって、前記ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に定められ、かつ前記生体構造の表面の横断面を示す第１の表示を生成し、
   ｉｉ）スクリーン上のポインタの位置に基づき、前記表面における少なくとも１つの位置を決定し、
   ｉｉｉ）前記ボリュメトリック画像の前記画像データを分析することにより、前記ボリュメトリック画像における前記表面の局所方向であって、前記第１の表示に示される前記表面における前記少なくとも１つの位置に関して決定される局所方向を決定し、及び
   ｉｖ）前記表面における前記少なくとも１つの位置に関して決定される前記局所方向に基づき、前記ボリュメトリック画像の第２の表示であって、前記表面における前記少なくとも１つの位置で前記ボリュメトリック画像における前記生体構造の前記表面と実質的に直交して交差する第２の表示平面により幾何学的に定められる第２の表示を生成するディスプレイプロセッサと、
   前記ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータを生成及び出力するディスプレイ出力部とを有する、システム。
2. 前記システムが、前記第１の表示にわたりスクリーン上のポインタをユーザが位置決めすることを可能にするユーザ相互作用サブシステムを更に有し、前記ディスプレイプロセッサは、前記スクリーン上のポインタの位置に基づき、前記表面における前記少なくとも１つの位置を決定するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ユーザ相互作用サブシステムが、前記第２の表示における前記生体構造の前記表面を前記ユーザが描写することを可能にするよう構成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ディスプレイプロセッサが、
   前記表面における前記少なくとも１つの位置を含む前記ボリュメトリック画像において関心ボリュームを決定し、
   前記関心ボリュームに基づき前記第２の表示を生成するよう構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記関心ボリュームが、立方又は球面形状を持つ、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ディスプレイプロセッサが、前記第１の表示の部分にわたるオーバレイとして前記第２の表示を生成するよう構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
7. オーバレイされる前記第１の表示の前記部分が、前記関心ボリュームに対応する、請求項４に直接又は間接的に従属する請求項６に記載のシステム。
8. 前記ディスプレイプロセッサが、前記第２の表示及び前記第１の表示の前記オーバレイの間の漸進的な移行を確立するよう、前記関心ボリュームの境界で前記第１の表示と前記第２の表示とを混合するよう構成される、請求項７に記載のシステム。
9. 前記ディスプレイプロセッサが、前記生体構造の前記表面における前記少なくとも１つの位置から画像強度における最も急峻な変化の方向を指す方向ベクトルとして前記ボリュメトリック画像における前記表面の前記局所方向を確立するよう構成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記ディスプレイプロセッサが、最小の絶対回転角度に関する回転変換を持つ前記方向ベクトルを含むよう、前記第１の表示平面を回転させることにより、前記第２の表示平面を決定するよう構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ディスプレイプロセッサが、前記画像データに画像フィルタを適用することにより、前記画像強度における最も急峻な変化の前記方向を決定するよう構成される、請求項９又は１０に記載のシステム。
12. 前記画像フィルタが、ヘシアンフィルタである、請求項１１に記載のシステム。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシステムを有するワークステーション又は撮像装置。
14. 生体構造のボリュメトリック画像を視覚化する方法において、
    前記ボリュメトリック画像の画像データにアクセスするステップと、
    前記ボリュメトリック画像の第１の表示を生成するステップであって、前記第１の表示が、前記ボリュメトリック画像と交差する第１の表示平面により幾何学的に定められ、第１の表示は、前記生体構造の表面の横断面を示す、ステップと、
    スクリーン上のポインタの位置に基づき、前記表面における少なくとも１つの位置を決定し、前記ボリュメトリック画像の前記画像データを分析することにより、前記ボリュメトリック画像における前記表面の局所方向を決定するステップであって、前記局所方向が、前記第１の表示に示される前記表面における前記少なくとも１つの位置に関して決定される、ステップと、
    前記表面における前記少なくとも１つの位置に関して決定される前記局所方向に基づき、前記ボリュメトリック画像の第２の表示を生成するステップであって、第２の表示が、前記表面における前記少なくとも１つの位置で前記ボリュメトリック画像における前記生体構造の前記表面と実質的に直交して交差する第２の表示平面により幾何学的に定められる、ステップと、
    前記ディスプレイプロセッサの出力を表すディスプレイデータを生成及び出力するステップとを有する、方法。
15. プロセッサに請求項１４に記載の方法を実行させる指示を有するコンピュータプログラム。

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