JP2005013729A - Ｃｔコロノグラフィ検査の精査を可能にする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結腸検査を実行する。
【解決手段】 本方法は、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、抽出した結腸のビューを合成し、結腸の複数の収集しかつ合成したビューを同時に表示し、該ビューを同期させるステップを含む。本発明の別の態様では、上記方法を実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読媒体が提供される。さらに別の態様では、放射線源と、放射線検出器と、該放射線源及び放射線検出器に連結されたコンピュータとを含み、コンピュータが、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、抽出した結腸のビューを合成し、収集しかつ合成したビューを同時に表示し、かつビューを同期させるように構成されている、コンピュータ断層撮影システムが提供される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、総括的にはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）検査の精査のための方法及び装置に関し、より具体的にはＣＴコロノグラフィ検査の精査のための方法及び装置に関する。

結腸癌（colon Cancer：大腸癌）は米国における癌が関連する死亡原因の第３位であり、２００３年には死亡者は５７０００人と推定される。結腸ポリープはこの疾患の前癌状態を形成し、これを除去すると患者の５年生存率は約９０％である。結腸癌を判別検査する１つの方法は、結腸鏡検査である。しかしながら、その侵襲的性質のため、結腸境検査を受診するのは約３７％である。ＣＴコロノグラフィの使用は有用であり、侵襲的な結腸境検査法の使用を最小限にしてＣＴコロノグラフィ検査により結腸境検査を受けるのが望ましいことが明らかになった患者に対してのみ使用することによって、結腸癌検査の受診を増やすことができる。

ＣＴコロノグラフィの検出感度は約６０〜７０％と報告されている。ＣＴコロノグラフィの検出感度を高めることが望ましい。

１つの態様では、結腸検査を実行する方法を提供する。本方法は、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集するステップと、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出するステップと、抽出した結腸のビューを合成するステップと、結腸の複数の収集しかつ合成したビューを同時に表示するステップと、ビューを同期させるステップとを含む。

別の態様では、コンピュータ可読媒体を提供する。本媒体は、プログラムでエンコードされており、このプログラムは、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、抽出した結腸のビューを合成し、収集しかつ合成したビューを同時に表示し、かつビューを同期させることをコンピュータに指令するように構成されている。

さらに別の態様では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを提供する。本システムは、放射線源と、放射線検出器と、該放射線源及び放射線検出器に連結されたコンピュータとを含む。コンピュータは、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、抽出した結腸のビューを合成し、収集しかつ合成したビューを同時に表示し、かつビューを同期させるように構成されている。

さらに別の態様では、結腸検査を実行する方法を提供する。本方法は、少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集するステップと、ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出するステップと、結腸の３Ｄビューを生成するステップと、抽出した結腸のビューを合成するステップとを含む。

少なくとも１つの公知の製品は、結腸を分析するツールを構成する。この製品は、腹臥配向（腹臥位）及び仰臥配向（仰臥位）において収集した検査を同時に分析可能にする単純精査モードと、出力として仮想解剖ビューを提供する高度精査モードとを含む。

本明細書で説明するのは、これら２つのモードの利点を融合させた結腸精査を実行する新規な完全自動化したワークフローを採用した方法及び装置である。つまり、本明細書で説明する方法及び装置は、腹臥及び仰臥及び仮想の解剖を同時に提供する。本明細書で説明するシステム及び方法の技術的作用には、腹臥位及び仰臥位の両方における初期ＣＴ検査の３Ｄデータセットを入力として取り込むことと、抽出した結腸の３Ｄビュー及び結腸の内壁の整合した３６０度アンフォールデッド（襞のない）・ビューを出力として表示することとが含まれる。１つの実施形態では、ユーザに処理の成果を伝えるために中間結果がスクリーンに表示される。さらに、１つの実施形態では、誤っている可能性がある結果をユーザが修正することができるようになっている。

本明細書で説明する方法及び装置は、結腸分析の目的に必要な全てのボリューム分析タスクを自動化する。これらのタスクの幾つかは、これまで放射線技師によって行われていた。本明細書で説明する自動化した方法及び装置を用いる場合には、放射線技師は、結果を確認しまた可能性のある誤りを修正するためだけに必要となる。この自動化は腹臥及び仰臥の両検査で実行され、精査の生産性を大きく改善する。さらに、腹臥及び仰臥の両方からの情報は、単純でかつユーザに使いやすい視覚化環境において同時に表示される。

一部の公知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム構成では、放射線源が扇状ビームを投射し、このビームは、通常「イメージング平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸ−Ｙ平面内に位置するようにコリメートされる。放射線ビームは患者などのイメージ化する被験体を透過する。ビームは被験体によって減弱された後に放射線検出器のアレイ上に衝突する。検出器アレイで受光する減弱した放射線ビームの強度は、被験体による放射線ビームの減弱度に応じて決まる。アレイの各検出器素子が、検出器位置でのビーム減弱の測定値である個別の電気信号を生成する。すべての検出器からの減弱測定値を個別に収集して透過プロファイルを形成する。

第３世代ＣＴシステムでは、放射線源及び検出器アレイは、放射線ビームが被験体と交差する角度が絶えず変化するようにイメージング平面内でイメージ化する被験体の周りをガントリと共に回転する。１つのガントリ角度における検出器アレイからの一群の放射線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。被験体の「走査」は、放射線源及び検出器が１回転する間に様々なガントリ角度、つまりビュー角度において形成されたビューの組を含む。

アキシアル走査では、投影データを処理して、被験体を通して取った２次元スライスに対応するイメージを再構成する。投影データの組からイメージを再構成する１つの方法は、当該技術分野ではフィルタ補正逆投影法と呼ばれる。この処理は、走査による減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハウンスフィールド（Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ）単位」と呼ばれる整数に変換し、これらの数値を用いてディスプレイ装置上の対応するピクセルの輝度を制御する。

総走査時間を短縮するために、「ヘリカル」走査を実行することができる。「ヘリカル」走査を実行するために、所定数のスライスにつてのデータを収集しながら、患者を移動させる。このようなシステムは、扇状ビームヘリカル走査による単一のヘリックス（ｈｅｌｉｘ）を生成する。扇状ビームによってマッピングしたヘリックスにより投影データを生成し、このデータから各所定のスライスにおけるイメージを再構成することができる。

本明細書で用いる場合、単数を表す数詞を付記していない要素又はステップは、排除することをはっきりと記載していない限り、複数のそのような要素又はステップを排除するものでないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」に対する引用は、記載した特徴をさらに組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない。

また本明細書で用いる場合、「イメージを再構成する」という語句は、イメージを表すデータを生成するが、目に見えるイメージは生成しないような本発明の実施形態を排除しようとするものではない。従って本明細書で用いる場合、「イメージ」と言う用語は、目に見えるイメージ及び目に見えるイメージを表すデータの両方を広く意味する。しかしながら、多くの実施形態では、少なくとも１つの目に見えるイメージを生成している（又は生成するように構成されている）。

図１は、ＣＴイメージングシステム１０の図式図である。図２は、図１に示すシステム１０の概略ブロック図である。例示的な実施形態では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム１０は、「第３世代」ＣＴイメージングシステムを代表するガントリ１２を含むものとして図示している。ガントリ１２は、Ｘ線の円錐ビーム１６を該ガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１８に向かって投射する放射線源１４を有する。

検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０を含む検出器列（図示せず）によって形成され、これら検出器素子２０は患者２２などの被験体を透過した投射Ｘ線ビームを一斉に感知する。各検出器素子２０は、放射線ビームの衝突強度、従ってビームが被験体又は患者２２を透過した時の該ビームの減弱度を表す電気信号を生成する。マルチスライス検出器１８を有するイメージングシステム１０は、被験体２２のボリュームを表す複数のイメージを提供することができる。複数のイメージの各イメージは、ボリュームの個別の「スライス」に対応する。スライスの「厚さ」すなわちアパーチュア（ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、検出器列の厚さに応じて決まる。

放射線投影データを収集するための走査中、ガントリ１２及び該ガントリに取り付けられた構成要素は、回転中心２４の周りで回転する。図２は、検出器素子２０の単一の列（つまり検出器列）のみを示す。しかしながら、マルチスライス検出器アレイ１８は、検出器素子２０の複数の平行検出器列を含み、複数の準平行又は平行スライスに対応する投影データが走査中に同時に収集できるようにする。

ガントリ１２の回転及び放射線源１４の作動は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、電力信号及びタイミング信号を放射線源１４に与える放射線コントローラ２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリモータコントローラ３０とを含む。制御機構２６におけるデータ収集システム（ＤＡＳ）３２が、検出器素子２０からアナログデータをサンプリングし、後続処理のために該データをデジタル信号に変換する。イメージ再構成装置３４が、サンプリングされかつデジタル化された放射線データをＤＡＳ３２から受信し、高速イメージ再構成を実行する。再構成されたイメージは、コンピュータ３６に対して入力として加えられ、コンピュータ３６は該イメージを大容量記憶装置３８内に格納する。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を通してオペレータからコマンドおよび走査パラメータを受信する。関連する陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成されたイメージ及び他のデータを観察することが可能になる。オペレータが与えるコマンド及びパラメータはコンピュータ３６によって使用され、コンピュータ３６は、ＤＡＳ３２、放射線コントローラ２８及びガントリモータコントローラ３０に制御信号及び情報を提供する。さらに、コンピュータ３６は、電動テーブル４６を制御してガントリ１２内に患者２２を位置決めするテーブルモータコントローラ４４を動作させる。具体的には、テーブル４６は、ガントリ開口部４８を通して患者２２の部分を移動させる。

１つの実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク又はＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体５２からの指令及び／又はデータを読み取るための例えばフレキシブル・ディスクドライブ又はＣＤ−ＲＯＭドライブのような装置５０を含む。別の実施形態では、コンピュータ３６は、ファームウェア（図示せず）に格納された指令を実行する。通常、図２に示すＤＡＳ３２、再構成装置３４及びコンピュータ３６の少なくとも１つにおけるプロセッサは、下記の処理を実行するようにプログラムされている。勿論、本方法は、ＣＴシステム１０での実施に限定されるものでなく、他の多数のタイプ及び変形のイメージングシステムに関して使用することができる。１つの実施形態では、コンピュータ３６は本明細書で説明する機能を実行するようにプログラムされており、従って本明細書で使用する場合コンピュータという用語は、当該技術分野においてコンピュータと呼ばれる単なる集積回路に限定されるものではなく、広範にコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理制御装置、特定用途向け集積回路及び他のプログラム可能回路を意味する。

図３は、本明細書で説明するイメージを生成するために１つの実施形態で用いた処理を示すフローチャート６０である。本明細書で説明する技術的作用の幾つかは、（ａ）結腸の自動抽出、（ｂ）結腸腔の完全な３Ｄの２Ｄへのマッピング、（ｃ）腹臥位及び仰臥位の解剖ビューの同時表示、（ｄ）結腸の分析及び位置確認を可能にする視覚化環境の提供、及び（ｅ）ユーザ制御によって達成される。

図４は、（ａ）仰臥データ７２及び腹臥データ７４を含む初期ＣＴデータと（ｂ）抽出仰臥結腸７６及び抽出腹臥結腸７８を含む抽出データとを含むデータ７０を示す。図４は、３Ｄイメージ分析アルゴリズムを用いて、腹臥位及び仰臥位の両方についての結腸及び結腸腔の中心経路（７６及び７８の点線）を自動的に抽出した初期ＣＴ検査の強度値に基づいて作成される。

図５は、３Ｄの２Ｄへのマッピング８０を用いて、フラット・ビュー上にボリュームレンダリング法によって結腸の内壁を表示するステップを示す。ここでは、ボリュームレンダリング法は、輝度情報に基づいてフォールド（襞）のうねりとポリープ状の突起とを区別するのに役立つが、このことは、Ｂａｒｔｒｏｌｉ Ａ．Ｖ．、Ｗｅｇｅｎｋｉｔｔｌ Ｒ．、Ｋｏｎｉｇ Ａ．及びＧｒｏｌｌｅｒ Ｅ．によって、ＩＥＥＥ議事録である２００１年Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎの４１１〜４１８ページにある「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｌｏｎ ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ」に説明されている。３Ｄの２Ｄへのマッピング８０は、結腸の内壁の非常に包括的な３６０度アンフォールデッド・ビューを形成する。重なった領域は、表示されかつ高輝度強調されている（図６参照）。

図６は、ステップ（ａ）及び（ｂ）の結果から取り込まれた寸法形状データに基づいた整合ステップの後に横に並べて同時に表示した腹臥及び仰臥の解剖ビューを示すユーザ・インタフェースを示し、任意の疑わしい領域を両検査について同時に分析できるようにする。互いに同期させた両検査をスライドさせる単一スライダ９４を用いて、同期ナビゲーションを利用できる。同期ボタン９６により、ユーザは必要に応じて走査を手動で整合させることが可能になる。

図７及び図８は、結腸分析のための簡単でかつ効果的な環境を提供するために、前述のステップの結果をスクリーン上で幾つかの相互参照ビューに融合させた実施例を示す。図７では、抽出した結腸の３Ｄビュー１００が３Ｄローカライザとして使用するために提供され、解剖ビュー１０４がポリープ検出目的での結腸の内壁のロードマップ（２Ｄローカライザ）として使用するために提供され、内視鏡ビュー１０６及び軸方向ビュー１０２が疑わしい領域の詳細分析に使用するために提供される。相互参照及び腹臥／仰臥整合により、ローカライザ及び詳細ビューは直接リンクされ、従って疑わしい領域を検出しかつ分析するための迅速かつ満足なツールを提供する。さらに、１つの実施形態では、本明細書に説明した方法及び装置により、ユーザは、該ユーザが表示されることを欲しかつこのレイアウトを更なる用途のための選好として保存するビューのタイプ及び配向を選ぶことが可能になる。図８は腹臥セクション１１０及び仰臥セクション１１２を含む。この実施例では、得られた視覚化及び分析環境は、腹臥及び仰臥ビューの両方についての軸方向ビュー、内視鏡ビュー及び解剖ビューを含む。

さらに、ステップ（ａ）、（ｂ）及び／又は（ｃ）の出力がユーザに許容可能でない場合、ユーザには次の対策が提供される。ユーザは、結腸抽出アルゴリズム（個別に各配向についての）に役立ち、結腸の中心経路（個別に各配向についての）を手動で編集しかつ結腸解剖ビューを手動で整合させることができる仲介点を再設定できる。

まとめると、図６、図７及び図８は、複数の結腸イメージ処理の自動化を示し、この自動化には、結腸セグメンテーションと、トラッキング及び３Ｄの２Ｄへのマッピングと、腹臥及び仰臥検査の全３６０度仮想解剖の同時表示と、再フォーマットビュー、３Ｄビュー、仮想解剖ビュー、並びにＣＴコロノグラフィ検査の精査を可能にする高性能でかつ容易な精査環境を作り出す腹臥及び仰臥ビュー用のナビゲータの組合せとが含まれる。例えば、ユーザが図８を精査しながらスライダ９４を調整すると、軸方向ビュー及び内視鏡ビューは、図６を参照して上記したように解剖ビューを備える状態に自動的に変更される。

本明細書に説明した方法及び装置の１つの技術的作用は、複数の同期させたビューを同時に表示して、容易かつユーザが使いやすい環境でユーザに検査結果を提供することを可能にすることである。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。

ＣＴイメージングシステムの実施形態の図式図。 図１に示すシステムの概略ブロック図。 フローチャートを示す図。 データを示す図。 ３Ｄの２Ｄへのマッピングを用いて、フラット・ビュー上にボリュームレンダリング法によって結腸の内壁を表示するステップを示す図。 ユーザ・インタフェースを示す図。 幾つかの相互参照ビューと図６に示すユーザ・インタフェースとを示す図。 幾つかの相互参照ビューと図６に示すユーザ・インタフェースとを示す図。

符号の説明

１０ コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム
１２ ガントリ
１４ 放射線源
１６ Ｘ線の円錐ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 被験体
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ 放射線コントローラ
３０ ガントリモータコントローラ
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ イメージ再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ ディスプレイ
４４ テーブルモータコントローラ
４６ 電動テーブル
５０ ドライブ装置
５２ コンピュータ可読媒体

Claims (10)

1. 結腸検査を実行する方法であって、
   少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集するステップと、
   前記ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出するステップと、
   前記抽出した結腸のビューを合成するステップと、
   前記結腸の複数の収集しかつ合成したビューを同時に表示するステップと、
   前記ビューを同期させるステップと、
   を含む方法。
2. 結腸を抽出するステップが、結腸の３Ｄビューを生成するステップを含む、請求項１記載の方法。
3. 結腸を抽出するステップが、
   一度目に結腸を抽出するステップと、
   前記一度目に抽出した結腸を表示するステップと、
   再設定した仲介点をユーザから受信するステップと、
   前記受信した再設定仲介点を用いて二度目に結腸を抽出するステップと、
   をさらに含む、請求項２記載の方法。
4. 結腸を抽出するステップが、
   一度目に結腸を抽出するステップと、
   前記一度目に抽出した結腸を表示するステップと、
   腹臥位及び仰臥位の両方における結腸の再較正した中心経路をユーザから受信するステップと、
   前記受信した再較正中心を用いて二度目に結腸を抽出するステップと、
   をさらに含む、請求項２記載の方法。
5. 前記結腸の収集しかつ合成したビューを同時に表示するステップが、結腸の腹臥ビュー及び仰臥ビューの両方を表示するステップを含む、請求項１記載の方法。
6. 前記結腸の収集しかつ合成したビューを同時に表示するステップが、
   前記抽出した結腸の３Ｄビュー（１００）を表示するステップと、
   前記結腸の２Ｄ腹臥解剖ビュー（１０４）及び２Ｄ仰臥解剖ビューを表示するステップと、
   前記結腸の内視鏡ビュー（１０６）及び軸方向ビュー（１０２）を表示するステップと、
   を含む、請求項１記載の方法。
7. 前記結腸の収集しかつ合成したビューを同時に表示するステップが、
   一度目に結腸の複数のビュー及び配向を表示するステップと、
   少なくとも１つの表示レイアウト選好に対する少なくとも１つの変更をユーザから受信するステップと、
   前記受信した変更を用いて二度目に複数のビュー及び配向を表示するステップと、
   を含む、請求項１記載の方法。
8. 少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、
   前記ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、
   前記抽出した結腸のビューを合成し、
   前記収集しかつ合成したビューを同時に表示し、
   前記ビューを同期させる、
   ことをコンピュータ（３６）に指令するように構成されたプログラムでエンコードされたコンピュータ可読媒体（５２）。
9. 放射線源（１４）と、
   放射線検出器（１８）と、
   前記放射線源及び放射線検出器に連結されたコンピュータ（３６）と、
   を含み、前記コンピュータが、
   少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集し、
   前記ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出し、
   前記抽出した結腸のビューを合成し、
   前記収集しかつ合成したビューを同時に表示し、
   前記ビューを同期させる、
   ように構成されている、
   コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム（１０）。
10. 結腸検査を実行する方法であって、
    少なくとも２つの初期コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データセットを収集するステップと、
    前記ＣＴデータセットから自動的に結腸を抽出するステップと、
    前記結腸の３Ｄビューを生成するステップと、
    前記抽出した結腸のビューを合成するステップと、
    を含む方法。