JP6935204B2 - ユーザが二次元の血管造影投影を選択することをガイドするための装置の作動方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、関心のあるオブジェクトの適切な投影画像（特に、血管造影画像）を決定するための方法および装置に関する。

Ｘ線血管造影法は、様々な介入治療の際に良く使用される画像生成方法である。このような介入治療の間、臨床医が、可能な限り能率の良いワークフローを使用して、観察対象のオブジェクトを良好に理解することは、非常に重要である。すなわち、処理が速く、再現可能であり、かつ患者への負担が最小である方法が重要である。

Ｘ線血管造影の間、検査しているオブジェクトのいくつかの異なる二次元画像（二次元投影とも呼ばれる）は、Ｘ線源と画像増倍器を保持するアームを患者に対して回転させることによって、異なるビューまたは透視から得ることが出来る。

取得された二つの二次元血管造影画像を使用して、例えば、脈管系の一部分の三次元再構成を生成することは、通常、行われている。この三次元再構成は、次いで、興味がある血管（の一部）について３Ｄ定量分析を実行するための、または、例えば、流体の算出動的シミュレーションを実行するための、ベースとなる。

三次元再構成が更なる算出のためのベースとなるので、三次元再構成は、可能な限り正確であることが重要である。二つの二次元血管造影画像の選択によって、三次元再構成の精度が決まる。

これは、異なる要因により決まる。まず第一に、三次元再構成を生成するために使用される二つの二次元画像は、関心のあるオブジェクトに関して可能な限り多くの情報を含むべきである。

さらにまた、三次元再構成の精度が、単に二つの二次元血管造影画像に存在する情報の量に依存するのみならず、二つの画像間の空間角に依存することも重要である。二つの二次元血管造影画像間の空間角が小さ過ぎる場合、これらの画像が関心のあるオブジェクトに関してほぼ同じ情報しか含まないので、血管の形状は明確にならない。

現時点で、正確な３Ｄ再構成を可能にするために臨床医が二次元血管造影画像を取得すべき適切なビューまたは透視を決定するための、いくつかの方法が、既に、提案されている。しかしながら、例えば、特許文献１に記述されるように、これらの適切なビューは、関心のあるオブジェクトの３Ｄ情報を使用して決定される。実際には、これは、臨床医が二つの二次元血管造影画像を取得することを意味する。これらの画像は、次いで、三次元再構成を生成するために使用され、三次元再構成は、続いて適切な透視を決定するために使用される。二つの二次元血管造影画像を使用して三次元再構成を生成した後でなければ、臨床医は、二つの二次元血管造影画像がどの程度適切であるかという情報を得ることはできない。もし、これらの使用された二つの二次元画像が適切でない場合、臨床医は、新たに二つの二次元血管造影画像を取得し、かつ新たに三次元再構成をまたは特許文献２による教示に従う少なくとも一つの三次元再構成を生成しなければならない。

これらのアプローチの大きな問題点は、使用された二次元投影が適切であるか否かを決定するために、関心のあるオブジェクトの３Ｄ再構成を必要とすることである。このため、最初に選択された画像投影を、より適切な投影によって置換することが潜在的に可能であったとしても、その置換を行う前に、画像の完全な分析を実行しなければならない。これは、時間を消費し、かつ患者に対しより多くの造影流体およびより多くのＸ線放射の曝露を課すことになる。

従って、臨床医のためのワークフローを最適化しかつ患者への負担を減少させるより能率の良いアプローチが必要である。

米国特許第９１２９４１８号明細書 欧州特許出願公開第２５７００７９号明細書

Hanによる「エピポーラ幾何学を使用する輪郭のマッチング（Contour matching using Epipolar Geometry）」、パターン分析およびマシン知能に関するIEEE論文集（IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence）、第２２巻、第４号（２０００年）、第３５８−３７０頁 Baka外による「モーション評価に基づく母集団を用いる３Ｄ＋ｔ／２Ｄ＋ｔＣＴＡ−ＸＡ登録（3D+t/2D+t CTA-XA registration using population based motion estimates）」、Demirci、Lee、Radeva、Unal（eds）：MICCAI-STENT 2012、第６４−７１頁 Gueziec 外による「外科手術ロボットをガイドするためのＣＴスキャンおよび手術中のＸ線画像の解剖に基づく登録（Anatomy-Based Registration of CT-scan and Intraoperative X-ray Images for Guiding a Surgical Robot）」、医療画像処理に関するIEEE論文集（IEEE Transactions on Medical Imaging）、第１７巻、第５号、１９９８年１０月

したがって、本発明の目的は、関心のあるオブジェクトの三次元再構成を生成する前に、ユーザが第二の二次元血管造影画像の適切な投影を選択することをガイドするプロセスを初期段階で援助する方法を提供することである。より適切である血管造影画像を追加して取得する必要がないので、この方法は、時間、手間を節約し、かつ患者への負担をより少なくする。

このような目的は、オブジェクト、特に、非対称オブジェクトの適切な投影画像を得るために、投影透視の選択をガイドするための本発明の第一の観点に従う方法により、実現され、前記方法は、
ａ）座標系に対して第一の空間方位を有する第一の透視から既に得られている前記オブジェクトの二次元画像を提供するステップと、
ｂ）第二の透視のセットを定義するステップと、
ｃ）第一のパラメータを定義するステップと、
ｄ）前記第一のパラメータに対し最小値と最大値の間の値の少なくとも一つのスケールを定義するステップであって、前記最大値が最適な透視に関連付けられていてかつ前記最小値が最も適切でない透視に関連付けられている、またはこれらが逆の関係にある、ステップと、
ｅ）前記第二の透視の各々に対し、当該スケール上の当該第一のパラメータに、値を関連付けるステップと、
ｆ）前記座標系による前記第一のパラメータの前記値を、適切な透視を選択するためのガイダンスとして表示するステップと、
を備える。

例えば、３Ｄ再構成または流体力学算出のような更なる分析を可能にするために、どの二次元血管造影画像が、第一の二次元血管造影画像と共に使用する上で最適であるかをユーザに提案することにより、特に、可能性がある各血管造影投影に対し、その投影が第二の投影としてどの程度適切であるかという尺度を含む適切な投影のマップを提供することにより、臨床医のためのワークフローは、最適化される。

臨床医は、次いで、提案された適切な投影の内のどれが、現在の処置に最も適しているかを決定することができる。例えば、いくつかの処置に対して、ある投影は、システム角を実際に適用する点で有利ではない。全てに対し、予め如何なる３Ｄ再構成も作る必要は無い。

さらに、関心のあるオブジェクトの良好な理解を得るために、臨床医が、関心のあるオブジェクトについて明確なビューを有することは重要である。そのようなビューの例は、周囲の血管の重なりにより発生するビューの妨げが最小であるビューである。Ｘ線血管造影画像において重なっている血管は、重畳により区別することができないので、極めて扱いにくい。

このため、実施態様では、周囲の血管の重なりも考慮される。

第二の透視が座標によって特定され、かつ第一のパラメータが、カラーまたはグレー値がこのような座標の組合せに関連付けられているマップの形態で表示されることは有利である。実施態様においては、第一の透視の第一の空間方位は、第一の二次元画像を得るために使用されるＸ線マシンの回転およびアンギュレーションの形態で表され、かつ第二の透視の空間方位は、同じ座標系で回転角およびアンギュレーション角の形態で表される。第二の透視のアンギュレーション角および回転角は、このような透視に従って投影を取得するために使用される装置の回転角およびアンギュレーション角の可能な範囲に限定することが有利である。

一実施態様に従うと、前記方法は、
ｇ）前記セットの各透視と前記第一の透視との間の前記空間角を算出するステップと、
ｈ）各空間角に対し当該第一のパラメータに値を関連づけるステップと、
ｉ）第二のパラメータを定義するステップと、
ｊ）投影された透視のセット（例えば、前記画像に投影されている前記セットの各透視に対応するエピポーラ線）を得るために前記セットの各透視を前記画像上に投影するステップと、
ｋ）前記投影された各透視と前記画像に位置する参照線（例えば、管状器官の中心線）との間の差角を決定するステップと、（前記器官が、複数の管状器官を備える場合、前記参照線は、例えば、このような管状器官の少なくとも一部の中心線とすることが有利である。この場合、重み関数を、平均差角を決定するために、各器官の貢献を重みづけるように定義することができる。）
ｌ）当該第二のパラメータへの値を各差角に関連付けるステップと、
ｍ）前記空間角と前記差角を出力パラメータに結合するステップと、
ｎ）適切な透視を選択するためのガイダンスとして前記座標系による前記出力パラメータの前記値を表示するステップとを、
更に、備える。

第二のパラメータは、第一のパラメータ値と同じスケールで表現することができるし、また第二のパラメータに対して最小値と最大値の間の更なるスケールを定義することもできる。最大値は、最適な透視に関連づけられていて、かつ最小値は最も適切でない透視に関連付けられ、または逆の関係に関連付けられている。例えば、第一のパラメータに対する最も適切でない投影値は、30°未満および150°を超える空間角、好ましくは、20°未満および160°を越える空間角、より好ましくは、15°未満および175°を超える空間角に割り当てられ、他方、第二のパラメータに対する最も適切でない投影値は、最適な投影値に対応する90°未満の差角および最も適切でない投影値に対応する0°に割り当てられる。

一実施態様では、前記器官が複数の器官を備え、そして前記方法が、更に、前記セットの第二の透視が、対応する投影像を得るために使用されるときに、器官の間の重なりの程度の関数として前記第一のパラメータに値を関連付けるために使用される前記器官の３Ｄまたは３Ｄ＋ｔモデルを入力するステップを備える。器官が重なっている透視には、例えば、最も適切でない値が、割り当てられる（重なりが無い透視は、最適な投影値のパラメータに対応する）。

パラメータに値を割り当てる前に、２Ｄ画像と３Ｄモデルの間に、登録を実行することは有利である。もし前記３Ｄモデルが３Ｄ＋ｔモデルである場合、一実施態様は、登録の前にＥＣＧ信号を用いて、多重心臓位相を含む二次元の血管造影画像を、前記３Ｄ＋ｔモデルの前記心臓位相に同期させるステップを提供する。

上で定義された全てのパラメータは、単独で、または、それらを任意に組合せて共同で使用することができる。一実施態様では、適切な透視の選択のためのガイダンスとして表示されるべき出力パラメータを得るために、空間角パラメータ、差角パラメータおよび重なりパラメータが、結合される。

この方法は、典型的には、異なる透視から得られる関心のあるオブジェクトの、二次元画像へのアクセスを有するデータ処理システムによって実行される。

本発明は、コンピュータのメモリに直接ロード可能であるコンピュータ製品であって、前記製品がコンピュータで実行されると上述した方法を実行するためのソフトウェア・コード部分を備える、コンピュータ製品にも関する。

他の観点によれば、本発明は、三次元のオブジェクトの二次元の投影画像を得る装置にも関する。この装置は、前記オブジェクトの適切な投影画像を得るための透視を決定するために、前記発明の方法を実行するようにプログラムされているデータ処理モジュールを備える。

このような装置は、画像データを取得および／または再構成するために使用されるマシンと同一にすることが有利であろう。特に、それは、単一平面、複平面、アームの対辺にそれぞれ配置されているＸ線源および画像増倍器を有するＣアームまたはＬアーム・タイプの血管造影装置であって、このようなアームが、異なる透視から二次元画像を得るために患者に対し少なくとも回転角およびアンギュレーション角に従って移動可能であり、データ処理モジュールが、適切な投影画像を得るためのアームの回転角およびアンギュレーション角を算出するようにプログラムされている。

一実施態様に従うと、前記血管造影装置は、前記アームを、自動的にまたは半自動的に回転させる作動モジュール、および／または適切な投影像を得るために算出された回転およびアンギュレーション角に従って前記アームを手動で回転させるためのユーザ指示を提供するためのディスプレイ・モジュールを備える。対向する視検方向を有し、かつ従って、結果として同じ血管造影画像になっている二つの透視の中で、プロセス手段が、装置の可能性がある回転角およびアンギュレーション角の範囲の中で回転角およびアンギュレーション角に対応する一つを選択するようにプログラムされていることは有利である。

データ処理モジュールは、本発明の方法を実行する一または複数の専用のプロセッサとすることもでき、または、特に有利な構成では、マシンのメイン画像取得機能に対応する処理モジュールと同一またはその一部とすることができ、これにより、非常にコンパクトかつ強力な装置を得ることができる。

本発明の更なる改良は、従属請求項の主題を形成するであろう。

本発明の特徴およびそこから導出される利点は、添付の図面において示される非限定的な実施態様の以下の記載からより明らかになるであろう。

本発明の実施態様のフローチャートを示す。 本発明の別の実施態様のフローチャートを示す。 座標系、投影Ｉと投影Ｊを含む面、およびこのような投影が得られる透視つまり視検方向ＩＶＤ、ＪＶＤを特定するこれらに対応する垂直ベクトルと共に、Ｘ線システムの回転およびアンギュレーション移動を示す。 投影Ｉの視検方向ＩＶＤと投影Ｊの視検方向ＪＶＤの間の空間角を示す。 値１が最適である場合の空間角に基づく適切投影のマップの具体例を示す。 中心線ポイントに対するエピポーラ線および方向ベクトルの一例を示す。 値１が最適である場合の差角に基づく適切投影のマップの具体例を示す。 値１が最適である場合の空間角および差角に基づく適切投影のマップの具体例を示す。 重なりパラメータを得るためのフローチャートを示す。 本発明の実施態様が含まれているＸ線シネ蛍光撮影ユニット・ブロック・ダイアグラムの具体例を示す。 単一面血管造影装置の一例の機能的なブロック・ダイアグラムを示す。

図１は、本出願の一実施態様による動作を示すフローチャートを示す。これらの動作は、血管器官（またはその一部）または他の関心のあるオブジェクトの二次元画像を取得しかつ処理することが可能な画像処理システムを使用する。例えば、単一面血管造影システムまたは二方向性（bi-plane）血管造影システムには、例えば、Siemens社（Artis zee Biplane）またはPhilips社（Allura Xper FD）によって製造されるものを使用することができる。

図１０は、一例の単一面血管造影システムの機能ブロック・ダイアグラムで、これは、ユーザ・インタフェース・モジュール116からのコマンドの下で作動しかつデータ処理モジュール114にデータを提供するであろう血管造影画像処理装置112を含む。単一面血管造影画像処理装置112は、例えば、背腹（ＰＡ）方向で、興味がある血管器官の二次元Ｘ線画像を捕獲する。単一面血管造影画像処理装置112は、典型的には、支持構台のアームにマウントされているＸ線源および検出器の対を含む。この構台は、Ｘ線源と検出器の間のテーブルに支えられている患者に対して、種々の角度に、Ｘ線源および検出器のアームを位置決めする。データ処理モジュール114は、パーソナル・コンピュータ、ワークステーションまたは他のコンピュータ処理システムによって実現することができる。データ処理モジュール114は、単一面血管造影画像処理装置112によって捕獲された二次元画像を処理して、本明細書で記述されるデータを生成する。ユーザ・インタフェース・モジュール116は、ユーザと対話しかつデータ処理モジュール114と通信する。ユーザ・インタフェース・モジュール116は、視覚出力のためのディスプレイ・スクリーン、タッチ入力のためのタッチ・スクリーン、入力のためのマウス・ポインタまたは他のポインティング・デバイス、音声入力のためのマイクロホン、オーディオ出力のためのスピーカ、入力のためのキーボードおよび／またはキーパッド等のような、様々な種類の入出力デバイスを含むことができる。データ処理モジュール114およびユーザ・インタフェース・モジュール116は、協働して以下に記述される図１の動作を実行する。

図１の動作は、コンピュータ製品（例えば、光ディスクまたはＵＳＢドライブもしくはネットワーク・サーバのような他の形態の持続的メモリ）に保持されるソフトウェア・コードによって実行させることも出来る。このソフトウェア・コードは、図１の動作を実行するためにデータ処理システムのメモリに直接ロードすることが出来る。

この具体例では、画像処理システムが、透視Ｉ_ＶＤで、関心のあるオブジェクトの少なくとも一つの二次元画像（本明細書では、「投影画像」と呼ばれる）を取得しかつ格納したものと仮定される。この目的のためには、二次元血管造影画像を提供することが可能な如何なる画像デバイスも、使用することが出来る。例えば、二方向性血管造影システムまたは単一面血管造影システムには、例えば、Siemens社（Artis zee Biplane）またはPhilips社（Allura Xper FD）によって製造されるシステムを使用することができる。

ステップ１０において、データ処理モジュール114には、座標系に対して第一の空間方位を有する第一の透視Ｉ_ＶＤから既に得られているオブジェクトの二次元画像Ｉが供給される。

ステップ１２で、データ処理モジュールは、第二の透視Ｊ_ＶＤのセットを定義する。これは、ユーザが手動で行うことも出来る。

ステップ１４で、第一のパラメータが、定義される。これは、例えば、図２および８に関連する動作を参照して以下に詳細に定義されかつ説明される空間角、差角、または重なり値とすることが出来る。

ステップ１６で、データ処理モジュールは、最大値が最適な透視に関連しかつ最小値が最も最も適切でない透視に関連づけられている、またはその逆に関連づけられている、第一のパラメータに対する最小値と最大値の間の少なくとも一つのスケールを定義する。パラメータが投影間の空間角である場合、パラメータの最も適切でない投影値は、例えば、30°未満および150°を超える角、特に20°未満および160°を超える角に割り当てることができる。差角の場合には、適切な投影値は、例えば、90°未満（90°は最適投影値に対応する）の差角に、かつ最も適切でない投影値は0°に対応する差角に割り当てることができる。パラメータが重なり値である場合、器官が重なっている場合の透視は、例えば、最も適切でない値に割り当てることができる（如何なる重なりも、最適な投影値であるパラメータには対応しない）。

ステップ１８で、処理モジュールは、第二の透視の各々に対して、値を、上に定義されたスケール上の前述した第一のパラメータ・スケールに関連づける。

ステップ２０で、座標系に対する第一のパラメータ値が、ユーザが最終的に選択するために、適切な透視を選択するためのガイダンスとして、ディスプレイに示される。

より詳細な実施態様が、次に、図２を参照して開示される。

この具体例では、関心のあるオブジェクト（101）の二次元血管造影画像（Ｉ）が使用されるものと仮定される。この二次元血管造影画像（Ｉ）が、心臓の多数の位相をカバーする多数のフレームを含むことは有利である。二次元血管造影画像を提供することが可能な如何なる画像デバイスも、この目的のために使用することができる。例えば、二方向性血管造影システムまたは単一面血管造影システムには、例えば、Siemens社（Artis zee Biplane）またはPhilips社（Allura Xper FD）によって製造されるシステムを使用することができる。

二次元血管造影画像の場合、または二次元血管造影画像シーケンスのフレームの一つの場合、興味があるセグメントの中心線が、図２のステップ１０２に記載されるように示される。これは、ユーザによって手動で、または自動的に公知技術の方法によって行うことができる。

ユーザが第二の二次元血管造影画像を選択することを可能にするために、プロセッサは、可能性がある各投影Ｊが投影Ｉに対してどの程度適切である関係にあるかを決定する動作を実行する。

これは、可能性がある各々の投影に対して二つのパラメータを算出することによって行われる。

ステップ１０３で、プロセッサは、先ず、各投影Ｊと投影Ｉ間の空間角を算出する。

各二次元投影Ｊは、通常、このような投影を得るために使用されるＸ線マシンの方位（つまり、このような投影を見る透視Ｊ_ＶＤ）を特定するある回転およびアンギュレーションの値に、関連づけられる。Ｃアーム・マシンの場合、Ｘ線源はテーブルの下にあり、かつ画像増倍器は患者の真上にある。画像増倍器（またはフラット・パネル）に面する患者の体表面が、特定のビューを決定する。この関係により、患者が、仰向きであるか、立っているか、または回転した状態にあるかが判明する。斜めの（垂線からアンギュレーションされた）ビューを得るために、Ｃアームは、図３ａに示されるように、画像増倍器が、患者の右肩（RO-Right Anterior Obliqueビュー）または左肩（LO-Left Anterior Obliqueビュー）方向に、または頭（CR- Cranialビュー）または足（CA-Caudalビュー）方向に位置決めされるように、回転させる。患者に対するマシンの左右の動きを定義することができる角は、回転角と呼ばれる。患者の頭または足方向のマシンの動きを定義することができる角は、アンギュレーション角と呼ばれる。

特定の投影Ｉ、Ｊから生じるＸ線マシンの透視または視検方向は、Ｃアームの回転角およびアンギュレーション角に依存し、かつ３Ｄ単位ベクトルＩ_ＶＤ、Ｊ_ＶＤと表すことができる。図３ａで分かるように、回転を３Ｄ座標系のｘ軸についての回転としかつアンギュレーションをｙ軸についての回転と定義する場合、単位ベクトルの座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の通りである：

これは、可能性がある各投影Ｊ、およびＩに対応する投影に対して行われる。

ある投影Ｊと投影Ｉ間の空間角は、図３ｂで分かるように、二つの対応する視検方向Ｊ_ＶＤとＩ_ＶＤとの間の３次元角である。この３次元角は、例えば、ベクトルのユークリッド距離によって除算されている二つの対応する法線ベクトルの内積を使用して、例えば、次のように算出することができる：

画像Ｉと可能性がある他の各投影Ｊとの間の空間角決定の結果の具体例は、図４に見ることができる。この具体例の場合、投影Ｉに対して30度未満および150度より大きい空間角と言う結果になっている投影は、全て適切でないと決定され、30度より大きくかつ150度未満と言う結果の空間角になる投影は、全て適切であると決定される。

ステップ１０４で、プロセッサは、第二のパラメータ（すなわち、可能性がある各投影Ｊに対する差角）を計算する。

これを行うために、ステップ１０２で、プロセッサは、先ず二次元血管造影画像Ｉの参照線を検出する。この目的のためには、如何なるタイプの参照線も、使用することができる。本明細書で記載される具体例の場合、参照線は、関心のあるオブジェクト（典型的には血管）の中央線である。

このようにして、参照線の各ポイントに対して、そのポイントでの参照線の方向ベクトルが決定される。中央線の場合には、これは、例えば、中央線ポイントと次の中央線ポイントの間に直線を構成することによって行うことが出来る。次いで、非特許文献１に記述されるように、プロセッサは、現在の参照ポイントに対し、特定の第二の投影Ｊに対応する、対応するエピポーラ線を、二次元血管造影画像に投影する。

ステップ１０４で、図５で分かるように、プロセッサは、回転およびアンギュレーションに基づく画像投影Ｊ毎のエピポーラ線と、参照線の方向ベクトルとの間の差角を決定する。これは、参照線の各ポイントに対して行われる。次いで、決定された全ての角に対して、平均差角が、決定される。差角が直角に接近する場合、この投影は適切である。差角が小さい場合、この投影は適切ではない。次いで、この平均差角は、正規化される。

二分枝血管、血管ツリー、または多数の単一血管の場合、各分岐または血管に対し、正規化された平均差角が、計算される。投影に対する一つの正規化された差角を得るために、各分岐または血管の正規化された平均差角は、重み付け関数を使用して重み付けされる。この場合、重み付け関数は、正規化された平均差角の総結果への貢献を、例えば、血管の径に基づいて計算する関数である。

差角に対する適切投影のマップの具体例は、図６に見ることができる。

ある投影がどの程度適切であるかという一つの尺度を得るために、正規化された空間角および正規化された差角を、ステップ１０５でのプロセッサによって、重み付け関数により一つの全体パラメータに結合させることは、有利である。例えば、可能性がある各投影に対し、全体パラメータは、０と１の間の値を有する（ここで、０が最も適切でなく、かつ１が最適である）。二つのパラメータの各々は、別々に使用することもできることは明らかである。

次いで、可能性がある各投影の全体の値が、適切投影のマップに示される。適切投影のマップは、全体の値が、回転およびアンギュレーションの各組合せごと、つまり、可能性がある各投影に対して、対応するカラーまたはグレー値を使用して示されているカラー・マップである。カラー・マップの具体例は、図７に示されている。

次いで、ユーザは、生成されたカラー・マップを使用して、投影Ｉに対して最適である投影を選択することができる。この投影は、次いで、第二の二次元血管造影画像を得るために用いることが出来、この二次元血管造影画像は、更なる算出（例えば、三次元再構成）を生成する。

オプションとして、重なりに関する他のパラメータを考慮することも出来る。Ｘ線供給源から検出器までのＸ線パスには多数の器官（特に血管）が存在するので、これらの器官も画像に投影される。視検透視によっては、これらの器官は、関心のあるオブジェクトに重なってしまうことがある。脈管系（例えば、冠状ツリー）の周囲の血管の重なりが最小である場合、この場合の投影はより適切である。

図８は、器官の重なりが、血管ツリー評価のパラメータとして使用されるさらなる実施態様の動作を示す。

ステップ７０２で、この重なりパラメータに対し、血管ツリー（例えば、冠状ツリー）の３Ｄまたは３Ｄ＋時間（３Ｄ＋ｔ）モデルが、入力される。血管ツリーの３Ｄモデルは、例えば、種々の分割されたＣＴまたはＭＲＩデータセットを平均化することによって得られる汎用中央線モデルまたはルーメン・モデルとすることができる。一般的な３Ｄモデルは、各心臓モデル（すなわち、冠状動脈システム）に対して利用することが出来る。

例えば、非特許文献２に教示されるように、モーション・モデルが、ＣＴデータから抽出された３Ｄモデルを変形させるために使用される場合、ステップ７０２で、心臓周期の間の冠状動脈状態を表す３Ｄ＋ｔモデルが、利用可能である。

ステップ７０１で、第一の血管造影画像Ｉが入力される。ステップ７０３で、血管造影画像の心臓の位相は、３Ｄまたは３Ｄ＋ｔの位相にマッチングさせることが好ましい。すなわち、３Ｄモデルは心臓の一位相を表し、二次元血管造影画像は心臓の多数の位相を含む。心臓の位相を整合させることにより、より良好なマッチングが確保される。３Ｄ＋ｔモデルの場合、心臓の位相は、例えば、患者から取得されるＥＣＧ信号をデジタル化することによって取得されるＥＣＧ、またはファイル転送によって得られるＥＣＧ、の何れかを使用して、同期させることが出来る。

ステップ７０４で、プロセッサは、３Ｄモデルが、二次元血管造影画像Ｉにどの程度対応するかを決定する。このために、例えば、非特許文献３に教示されるように、登録は、３Ｄモデルと二次元血管造影画像Ｉとの間で実行される。

３Ｄモデルおよび二次元血管造影画像Ｉが登録されると、ステップ７０５で、プロセッサは、可能性があるどの投影Ｊが周囲の血管の重なりを含むかを決定することが出来る。

ある透視に対応する可能性がある各視検方向に対して、例えば、画像源から３Ｄモデル内の興味があるセクションに向かうシミュレートされたＸ線ビームを決定することが出来る。血管が重なる場合には、３Ｄモデルの周囲の血管は、Ｘ線ビームと交差するであろう。

このようにして、可能性がある各投影に対し、重なりの量を、決定することが出来る。周囲の血管の重なりを含むこれらのビューは、重なりの無いビューより適切ではない。

この重なりパラメータは、例えば、重み付け関数に重なりパラメータを加えることにより、既に算出されているパラメータに結合させることが出来る。この結果、空間角パラメータ、方向差角パラメータ、および重なりパラメータから構成されている適性度に対する全体の尺度を含むカラーまたはグレー・レベル・マップが得られる。

本発明の実施態様は、独立型システムで使用することができ、また、例えば、二次元の血管造影画像を取得するＸ線蛍光撮影システムまたは他の任意の画像システム内に、直接、含ませることも出来る。図９は、Ｘ線シネ蛍光撮影システムのハイレベル・ブロック・ダイアグラムの一具体例を示す。このブロック・ダイアグラムにおいて、この実施態様は、この実施態様をこのようなシステムにどのように一体化させることができるかの一具体例として含まれている。

（種々の機能ブロックにより定義されている）システムの部分は、専用ハードウェア、アナログおよび／またはデジタル回路、および／またはメモリに格納されている一つ以上のプロセッサ・オペレーティング・プログラム命令により実装させることができる。

図９のＸ線システムは、Ｘ線ビーム803を生成する高電圧発生器802と共にＸ線管801を含む。

高電圧発生器802は、Ｘ線管801への電力を制御しかつ供給する。高電圧発生器802は、Ｘ線管801のカソードと回転陽極との間の真空ギャップに高電圧を印加する。

Ｘ線管801に印加される電圧により、Ｘ線管801のカソードからアノードへの電子移動が発生し、その結果、制動Ｘ線と呼ばれるＸ線光子生成がもたらされる。生成された光子は、画像検出器806に向かうＸ線ビーム803を形成する。

Ｘ線ビーム803は、特に、Ｘ線管801に与えられる電圧および電流により決定される最大値までの範囲を有するエネルギのスペクトルを有する光子から構成されている。

Ｘ線ビーム803は、次いで、調整可能なテーブル805に横たわる患者804を通過する。Ｘ線ビーム803のＸ線光子は、様々な角度で患者の組織を透過する。患者804の異なる構造が、放射の異なる部分を吸収し、ビーム強度を変調させる。

患者804を通過して変調されたＸ線ビーム803'は、Ｘ線管の反対側に設置された画像検出器806によって検出される。この画像検出器806は、間接検出システムまたは直接検出システムの何れかとすることができる。

間接検出システムの場合には、画像検出器806は、Ｘ線出口ビーム803'を増幅された可視光画像に変換する真空管（Ｘ線画像増倍管）から構成されている。この増幅された可視光画像は、次いで、画像ディスプレイおよび記録のためのデジタル・ビデオ・カメラのような、可視光画像レセプタに送信される。これは、結果としてデジタル画像信号になる。

直接検出システムの場合には、画像検出器806は、フラット・パネル検出器から構成されている。フラット・パネル検出器は、Ｘ線出口ビーム803'を直接デジタル画像信号に変換する。

画像検出器806から結果的に得られるデジタル画像信号は、デジタル画像処理ユニット807を通過する。デジタル画像処理ユニット807は、806からのデジタル画像信号を標準画像ファイル形式（例えば、ＤＩＣＯＭ）で補正されたＸ線画像（例えば、反転させたおよび／またはコントラストが増強された画像）に変換する。補正されたＸ線画像は、次いで、ハード・ドライブ808に格納することが出来る。

さらに、図９のＸ線システムは、Ｃアーム809から構成されている。Ｃアームは、患者804および調整可能なテーブル805が、Ｘ線管801と画像検出器806との間に横たわるように、Ｘ線管801および画像検出器806を保持する。Ｃアームは、Ｃアーム・コントロール810を使用して制御状態で投影を取得するために、所望の位置に移動させる（回転させかつアンギュレートさせる）ことができる。Ｃアーム・コントロールにより、ある投影でのＸ線記録のために、所望の位置でＣアームを調整するための手動または自動入力が可能となる。

図９のＸ線システムは、単一面または二方向性画像処理システムの何れとすることが出来る。二方向性画像処理システムの場合には、各々が、Ｘ線管801、画像検出器806およびＣアーム・コントロール810から構成されている多数のＣアーム809が存在する。

これに加え、調整可能なテーブル805は、テーブル・コントロール811を使用して移動させることができる。調整可能なテーブル805は、ｘ、ｙおよびｚ軸に沿って移動させ、かつあるポイントの周りに傾けることができる。

汎用ユニット812は、Ｘ線システムにも存在する。この汎用ユニット812は、Ｃアーム・コントロール810、テーブル・コントロール811およびデジタル画像処理ユニット807と対話するために、使用することが出来る。

本発明の実施態様は、以下のように図９のＸ線システムによって実装される。臨床医または他のユーザは、Ｃアーム・コントロール810を使用して患者804に対して所望の位置にＣアーム809を移動させることにより、ある投影で患者804のＸ線血管造影画像を取得する。患者804は、テーブル・コントロール811を使用してユーザによってある位置に既に移動されている調整可能なテーブル805に横たわる。

次いで、上述した高電圧発生器802、Ｘ線管801、画像検出器806およびデジタル画像処理ユニット807を使用して、Ｘ線画像が、生成される。次いで、この画像は、ハード・ドライブ808に格納される。このＸ線画像を使用して、汎用処理ユニット812は、いくつかのパラメータを算出し、かつ可能性がある各血管造影投影に対してその投影が第二の投影としてどの程度適切であるかと言う尺度を含む適切投影のマップをユーザに提供する。

この結果を使用して、ユーザは、この適切な投影に属する画像を取得する（または表示する）ように作動させ、かつオブジェクトの情報量を最大にしかつその情報を見いだすために費やされる患者に対する時間および負担を最少にする処置を続けることが出来る。このような動作の間、汎用ユニット812は、適切な投影に対応する画像処理システムのアームの回転角およびアンギュレーション角を示すことができる。ユーザは、画像処理システムのアームを、選択された適切な投影に対応する位置へ手動で回転させることが出来、また、Ｃアームコントロール・モジュール810が、自動的に画像処理システムのアームを算出された適切な投影に回転させることも出来る。

本明細書では、短縮遠近を減少させかつ関連情報のもとで適切な画像視検方向を決定するいくつかの方法および装置の実施態様が、説明されかつ図示されて来た。本発明の特定の実施態様が記載されてきたが、本発明は、当業者の技術が許す範囲まで広くかつ本明細書から読める同様技術も含むことが意図されているので、本発明が、これらの実施態様に制限されることは意図されていない。例えば、データ処理動作は、医学画像技術で一般的に用いられるピクチャ記録交信システム（ＰＡＣＳ）のようなデジタル・ストレージに格納されている画像に対しオフラインで実行することができる。従って、請求されているその趣旨および範囲から逸脱すること無く、ここで提示された本発明に、さらに他の修正をすることができることは、当業者によって、理解されるであろう。

本明細書に記載されている実施態様は、上述した様々なデータ格納および他のメモリおよびストレージ媒体を含むことができる。これらは、一つ以上のコンピュータに付属する（および／またはその中に存在する）ストレージ媒体、またはネットワークに属する一部または全部のコンピュータから遠隔のストレージ媒体上のような様々な位置に存在させることができる。特定のセットの実施形態では、情報は、当業者には良く知られているストレージ−エリア・ネットワーク（「ＳＡＮ」）に存在させることができる。同様に、コンピュータ、サーバまたは他のネットワーク・デバイスに関係する機能を実行するために必要な如何なるファイルも、状況に応じて、ローカルにおよび／または遠隔に格納させることができる。システムがコンピュータ化されたデバイスを含む場合、このような各デバイスは、バスを介して電気的に結合させることができるハードウェア要素を含むことが出来、これらの要素には、例えば、少なくとも一つの中央処理ユニット（「ＣＰＵ」または「プロセッサ」）、少なくとも一つの入力デバイス（例えば、マウス、キーボード、コントローラ、タッチ・スクリーンまたはキーパッド）および少なくとも一つの出力デバイス（例えば、ディスプレイ・デバイス、プリンタまたはスピーカ）が含まれる。このようなシステムは、ディスク・ドライブ、光学ストレージ・デバイスおよびランダム・アクセス・メモリ（「ＲＡＭ」）または読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）のような固体物理ストレージ・デバイス、ならびに可換型媒体デバイス、メモリ・カード、フラッシュカード等のような一つ以上のストレージ・デバイスを含むこともできる。

このようなデバイスは、コンピュータ可読ストレージ媒体読取器、通信デバイス（例えば、モデム、（無線または有線の）ネットワーク・カード）、赤外線通信デバイスおよび上述した作業メモリを含むこともできる。コンピュータ可読ストレージ媒体読取器は、遠隔の、ローカルの、固定されたおよび／または着脱可能なストレージ・デバイスを表すコンピュータ可読ストレージ媒体に、ならびにコンピュータ可読情報を一時的におよび／またはより永久的に含み、格納し、送信しおよび検索するストレージ媒体に、接続するまたはこれを受け入れるように構成することができる。システムおよび種々のデバイスは、典型的には、クライアント・アプリケーションまたはウェブ・ブラウザのようなオペレーティング・システムおよびアプリケーション・プログラムを含む少なくとも一つの作業メモリ・デバイス内に位置する、数多くのソフトウェア・アプリケーション、モジュール、サービスまたは他の要素も含むであろう。代替の実施態様が、上述された実施態様に対し多くの変更を有することができることは理解されるべきである。例えば、カスタマイズされたハードウェアが、使用されるかもしれずおよび／または特定の要素が、ハードウェアで、（アプレットのような高移植性ソフトウェアを含む）ソフトウェアでまたはこれらの両方により、実装されるかもしれない。更に、ネットワーク入力／出力デバイスのような他のコンピューティング・デバイスへの接続を、使用することもできる。

種々の実施態様は、更に、コンピュータ可読媒体に前述の記載に従って実装される命令および／またはデータを受信し、送信し、または格納するステップを含むことができる。コードまたはコードの部分を収容するためのストレージ媒体およびコンピュータ可読媒体は、任意の適切なメディア、または所望の情報を格納するために使用することができかつシステム・デバイスがアクセスすることができる任意の他のメディアを含むことができる。この任意の適切なメディアは、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラム・モジュールまたは他のデータのような情報の格納および／または転送のために、任意の方法または技術で実装される、揮発性および不揮発性の、着脱可能および着脱可能でないメディアのような、ストレージ媒体および通信媒体を含む（これらには限定されない）、この技術分野において知られているまたは使用されるメディアである。この任意の適切なメディアは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に消去／プログラム可能な読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリまたは他のメモリ技術、コンパクト・ディスク読取専用メモリ（ＣＤ―ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、または他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク・ストレージまたは他の磁気ストレージ・デバイスを含む。本明細書で提供される開示および教示に基づいて、当業者は、種々の実施態様を実装するための他の方法および／または手法を理解するであろう。

従って、明細書および図面は、限定するもののではなく例示するものであるとみなすべきである。しかしながら、請求項に記載される本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、種々の修正および変更をなすことが出来ることは、明らかであろう。

現在の開示の精神の範囲内において、他の変更も可能である。したがって、開示された技術には種々の変更および代替構成が可能であるが、これらの変更および代替構成の実施態様は図面に示されていてかつ既に詳細に上述されている。しかしながら、本発明が、開示された特定の形態に限定されることは、意図されていなく、反対に、添付の請求項で規定されている、本発明の精神および範囲に入る全ての変更、代替構成および等価物がカバーされることが、意図されていることは、理解されるべきである。

本明細書内で反対のことが示されている、またはコンテクストによって明確に否定されていない限り、用語「a」および「an」および「the」の使用および開示された実施態様（特に、後に続く請求項のコンテクストにおいて）を記述するコンテクストにおけるこれらの参照は、単数および複数の両方をカバーするものとされるべきである。用語「備える」、「有する」、「含む」および「収納する」は、特に明記しない限り、オープン・エンド用語（すなわち、「〜を含むが、これらに限定されるものではない」ことを意味する）として解釈されるべきである。修正されずかつ物理接続に言及している場合、「接続されている」という用語は、例え、何かがその間に介在しているとしても、部分的にまたは完全に、その中に含まれ、それに付属しまたはそれと共に、構成されていると解釈すべきである。本明細書における数値範囲の説明は、本明細書で特に明記されていない限り、その範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡略な方法として機能させることしか、意図されていなく、かつ各別個の値は、それがあたかも本明細書で個々に詳述されているかのように本明細書に組み込まれている。「セット」（例えば、「アイテムのセット」）または「サブセット」という用語の使用は、特に明記しない限りまたはコンテクストによって否認されていない限り、１個以上の部材を備える空でない集合と解釈すべきである。更に、特に明記しない限りまたはコンテクストと矛盾しない限り、対応するセットの「サブセット」という用語は、必ずしも対応するセットの適切なサブセットを意味するものではなく、このサブセットとこれに対応するセットが同一であっても良い。

本明細書に記述されるプロセスの動作は、本明細書において特に明記されない限り、またはコンテクストと明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行させることができる。本明細書に記述されるプロセス（またはこれらの変更および／または組合せ）は、実行可能命令によって構成される一つ以上のコンピュータ・システムのコントロールの下で実行させることができ、かつハードウェアまたはこれらの組合せによって、一つ以上のプロセッサに集合的に実行するコード（例えば、実行可能命令、一つ以上のコンピュータ・プログラムまたは一つ以上のアプリケーション）として実装させることができる。コードは、例えば、一つ以上のプロセッサによって実行可能な複数の命令を備えるコンピュータ・プログラムの形態で、コンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、非一時的とすることができる。

本明細書には、この開示の好ましい実施態様が、本発明を実行するための発明者に知られている最良のモードを含めて、記述されている。それらの好ましい実施態様の変更例は、前述の記載を読むことにより、当業者には、即座に、明らかになるであろう。本発明者は、当業者がこのような変更例を適切に採用することを期待し、かつ本発明者は、本開示の実施態様が、本明細書において明記されたもの以外でも実行されることを、意図する。したがって、本開示の範囲は、準拠法によって許される、本明細書に添付される請求項において記述される主題の全ての変更例および等価物を含む。さらに、これらの全ての可能性がある変更例の上記の要素の如何なる組合せも、本明細書において特に明記されない限り、またはコンテクストと明らかに矛盾しない限り、本開示の範囲に含まれる。

本明細書において引用されている論文、特許出願および特許を含む全ての参照文献は、あたかも、各参照文献が、個々にかつ特に参照によって組み込まれるべきであると示されかつその全部が本明細書において記載されているかのように、参照により本明細書に取込まれている。

Claims (18)

1. オブジェクト、特に、非対称オブジェクトの適切な投影画像を得るために、投影透視の選択をガイドするための装置の作動方法であって、前記装置が、前記作動方法を実施するようにプログラムされているデータ処理モジュールを備え、以下のステップ、
   ａ）前記データ処理モジュールが、座標系に対して第一の空間方位を有する第一の透視から既に得られている前記オブジェクトの二次元画像を提供するステップと、
   ｂ）前記データ処理モジュールが、第二の透視のセットを定義するステップと、
   ｃ）前記データ処理モジュールが、第一のパラメータを定義するステップと、
   ｄ）前記データ処理モジュールが、前記第一のパラメータに対し最小値と最大値の間の値の少なくとも一つのスケールを定義するステップであって、前記最大値が最適な透視に関連付けられていてかつ前記最小値が最も適切でない透視に関連付けられている、またはこれらが逆の関係にある、ステップと、
   ｅ）前記データ処理モジュールが、前記第二の透視の各々に対し、このようなスケール上のこのような第一のパラメータに、値を関連付けるステップと、
   ｆ）前記データ処理モジュールが、前記座標系による前記第一のパラメータの前記値を、適切な透視を選択するためのガイダンスとして表示するステップと、
   を備える、装置の作動方法。
2. 第二の透視が座標によって特定され、前記第一のパラメータが、カラーまたはグレー値がこのような座標の組合せに関連づけられているマップの形態で表示される、請求項１に記載の、装置の作動方法。
3. 前記第一の透視の前記第一の空間方位が、前記第一の二次元画像を得るために使用される前記Ｘ線マシンの回転およびアンギュレーションの形態で表され、前記第二の透視の前記空間方位が、前記同じ座標系による回転角およびアンギュレーション角の形態で表されている、請求項２に記載の、装置の作動方法。
4. ｇ）前記データ処理モジュールが、前記セットの各透視と前記第一の透視との間の空間角を計算するステップと、
   ｈ）前記データ処理モジュールが、各空間角に対し当該第一のパラメータに値を関連づけるステップと、
   ｉ）前記データ処理モジュールが、第二のパラメータを定義するステップと、
   ｊ）前記データ処理モジュールが、投影された透視のセットを得るために前記セットの各透視を前記画像上に投影するステップと、
   ｋ）前記データ処理モジュールが、前記投影された各透視と前記画像に位置する参照線との間の差角を決定するステップと、
   ｌ）前記データ処理モジュールが、当該第二のパラメータへの値を各差角に関連付けるステップと、
   ｍ）前記データ処理モジュールが、前記空間角と前記差角を出力パラメータに結合するステップと、
   ｎ）前記データ処理モジュールが、適切な透視を選択するためのガイダンスとして前記座標系による前記出力パラメータの前記値を表示するステップとを、
   更に、備える、請求項１−３の何れかに記載の、装置の作動方法。
5. 前記投影された透視が、前記画像に投影される前記セットの各々の透視に対応するエピポーラ線である、請求項4に記載の、装置の作動方法。
6. 前記器官が、管状器官であるまたは管状器官を含む領域を備え、前記参照線がこのような管状器官または器官の中心線である、請求項４または5に記載の、装置の作動方法。
7. 前記器官が複数の管状器官を備え、前記参照線が、当該管状器官の少なくとも一部分の中心線であり、
   重みづけ関数が、平均差角を決定するために各々の器官の寄与を重み付けするように定義されている、請求項６に記載の、装置の作動方法。
8. 最小値と最大値との間の更なるスケールが、第二のパラメータに対して定義されるステップであって、
   前記最大値が前記最適な透視に関連づけられかつ前記最小値が、前記最も適切でない透視に関連付けられ、または逆の関係にあり、
   前記第一のパラメータに対する最も適切でない投影値が、30°未満および150°を超える空間角、好ましくは、20°未満および160°を越える空間角、より好ましくは、15°未満および175°を超える空間角に割り当てられ、
   他方、前記第二のパラメータに対する最も適切でない投影値が、最適な投影値に対応する90°未満の差角および最も適切でない投影値に対応する0°に割り当てられる、
   請求項１−７の何れかに記載の、装置の作動方法。
9. 前記器官が、複数の器官を備え、
   前記方法が、更に、前記セットの第二の透視が、対応する投影像を得るために使用されるときに、器官の間の重なりの程度の関数として前記第一のパラメータに値を関連付けるために使用される前記器官の３Ｄまたは３Ｄ＋ｔモデルを入力するステップを備える、
   請求項１−８の何れかに記載の、装置の作動方法。
10. 前記パラメータに値を割り当てる前に、登録が、前記二次元画像と前記３Ｄモデルとの間で実行される、請求項９に記載の、装置の作動方法。
11. 前記３Ｄモデルが３Ｄ＋ｔモデルであり、前記方法が、更に、登録の前にＥＣＧ信号を用いて、多重心臓位相を含む二次元の血管造影画像を、前記３Ｄ＋ｔモデルの前記心臓位相に同期させるステップを備える、請求項９または１０に記載の、装置の作動方法。
12. 器官の重なりを含む透視には、最も適切でない値が割り当てられ、重なりが無い透視は、前記パラメータの前記最適投影値に対応する、請求項９−１１の何れかに記載の、装置の作動方法。
13. 最適な透視を選択するためのガイダンスとして表示されるべき出力パラメータを得るために、空間角パラメータ、差角パラメータおよび重なりパラメータが、結合される、請求項１−１２の何れかに記載の、装置の作動方法。
14. 前記第二の透視のアンギュレーションおよび回転角が、このような視野に従って投影を得るために使用される前記装置の回転角およびアンギュレーション角の可能な範囲に制限される、請求項１−１３の何れかに記載の、装置の作動方法。
15. デジタル・コンピュータのメモリに直接ロード可能であるコンピュータ・プログラムであって、前記プログラムがコンピュータで実行されると請求項１−１４の何れかに記載の方法を実施するためのソフトウエア・コード部分を備える、コンピュータ・プログラム。
16. 三次元のオブジェクトの二次元の投影画像を得る装置であって、前記オブジェクトの適切な投影画像を得るための透視を決定するために、請求項１−１４の何れかに記載の方法を実施するようにプログラムされているデータ処理モジュールを備える、装置。
17. アームの両側にそれぞれ配置されているＸ線源および画像増幅器を有する血管造影装置であって、
    このようなアームが、異なる透視から二次元画像を得るために患者に対し少なくとも回転角およびアンギュレーション角に従って移動可能であり、
    前記データ処理モジュールが、適切な投影画像を得るための前記アームの回転角およびアンギュレーション角を算出するようにプログラムされている、
    請求項１６に記載の装置。
18. 前記アームを、自動的にまたは半自動的に回転させる作動モジュール、および／または適切な投影画像を得るために算出された回転角およびアンギュレーション角に従って前記アームを手動で回転させるためにユーザ表示を提供するためのディスプレイ・モジュールを、更に、備える請求項１７に記載の装置。
    

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