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公開番号2024055754
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-18
出願番号2023107311
出願日2023-06-29
発明の名称マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム
出願人か本(深せん)医療器械有限公司,Carbon (Shenzhen) Medical Device Co, Ltd.
代理人TRY国際弁理士法人
主分類A61B 8/14 20060101AFI20240411BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】マルチモーダル医用画像レジストレーション・融合によって、より正確な病変発見と位置特定を達成する。
【解決手段】3次元レンダリングを行って穿刺点を描くMRIシーケンス画像レンダリングユニットと、超音波ボリュームデータを再構成する超音波シーケンス画像再構成ユニットと、3次元レジストレーション操作を行ってレジストレーション変換係数を得るレジストレーションユニットと、系統穿刺点及び現在の超音波画像に基づいて穿刺計画画像を生成し、表示する穿刺計画ユニットと、を含む、マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システムを提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ヒト磁気共鳴シーケンス画像即ちＭＲＩシーケンス画像を受信し、前記ＭＲＩシーケンス画像を３次元レンダリングし穿刺点を描くＭＲＩシーケンス画像レンダリングユニットと、
ヒト超音波シーケンス画像を受信し、各フレームの超音波シーケンス画像の４頂点の３次元座標を抽出し、超音波ボリュームデータを再構成する超音波シーケンス画像再構成ユニットと、
ＩＣＰ反復アルゴリズムを使用して再構成後の超音波ボリュームデータ及びレンダリング後のＭＲＩデータに対して３次元レジストレーション操作を行い、超音波データに対応する３次元座標をＭＲＩデータに対応する３次元座標系へ変換するためのレジストレーション変換係数を得るレジストレーションユニットと、
超音波プローブで取得したヒト超音波画像を受信し、系統穿刺点及び現在の超音波画像に基づいて穿刺計画画像を生成し、表示する穿刺計画ユニットと、
を含むことを特徴とする、マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
前記ＭＲＩシーケンス画像は大型磁気共鳴装置により取得され、前記ＭＲＩシーケンス画像レンダリングユニットは、ＭＲＩシーケンス画像の医用デジタル画像と通信ＤＩＣＯＭ情報における患者位置情報に基づいて３次元再構成レンダリングを行って画像情報を取得し、画像情報に基づいて穿刺点を描くことを特徴とする、請求項１に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項３】
前記穿刺点は系統穿刺点及び／又はターゲット穿刺点を含み、系統穿刺点は１２個であり、３次元再構成レンダリングにより得られた画像情報において均一に分布しており、前記ターゲット穿刺点は疑い病変位置であることを特徴とする、請求項２に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項４】
前記ヒト超音波シーケンス画像は超音波プローブを連続的に回転させることで１組の超音波シーケンス画像が手動で収集され、前記超音波プローブに電磁センサが結び付けられ、該電磁センサは電磁位置特定システムに接続され、超音波シーケンス画像の頂点の３次元座標を取得するためのものであることを特徴とする、請求項１に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項５】
前記超音波プローブのハンドル位置に穿刺パッドが配置され、前記穿刺パッドにいくつかの均一に分布する針孔が設けられ、前記穿刺パッドは穿刺器官を覆い得る大きさのサイズであり、且つ超音波表示平面も穿刺パッドにおける各孔の実際位置、間隔距離に対応して番号付けされることを特徴とする、請求項４に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項６】
超音波ボリュームデータを再構成するステップは、具体的に、
各フレームの超音波シーケンス画像の４頂点の３次元座標及び画素座標に基づき、下記座標変換式を用いて各フレームの超音波シーケンス画像における各画素に対応する３次元座標を得、超音波データの３次元ソース点群を得、
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｕＨ（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｖＫ（ｘ，ｙ，ｚ）
式中、（ｕ，ｖ）は超音波シーケンス画像の画素座標であり、Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は変換後の３次元座標であり、Ｑは超音波画像における左上頂点の３次元座標であり、Ｈは３次元空間のｘ方向ベクトルであり、Ｋは３次元空間のｙ方向ベクトルであり、
そして各フレームの超音波画像に対して上記変換を行って各フレーム画像における全ての画素点の３次元座標を得、前後２フレームの画像の同じ画素位置に対応する３次元座標を計算し、続いて該３次元座標をボクセル位置に変換し、前後フレームの画像における同じ画素位置の点群の所在する断面に補間し、再構成後の超音波ボリュームデータを得ることを特徴とする、請求項４に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項７】
レジストレーションユニットは、
再構成後の超音波ボリュームデータに対して三角形メッシュ化処理を行い平滑化し、ダウンサンプリングして再構成後の超音波ボリュームデータの３次元ソース点群を得る操作と、
ＫＮＮツリーを用いて再構成後の超音波ボリュームデータの３次元ソース点群とＭＲＩシーケンスレンダリング後の画像情報の３次元ターゲット点群との構造マッチングを行い、３次元ソース点群と３次元ターゲット点群との対応する点対を決定し、ＩＣＰ反復を行ってレジストレーションを完了し、レジストレーション回転マトリクスＲ及びレジストレーション並進量Ｔを含むレジストレーション変換係数を得る操作と、を実行することを特徴とする、請求項１に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項８】
穿刺計画ユニットは、
各系統穿刺点に対して半径ｒの球体を構築し、球体表面に対していくつかの点を一様にサンプリングするステップと、
超音波プローブで取得したヒト超音波画像を受信し、該画像の４頂点の３次元座標を抽出するステップと、
各穿刺点に対して、穿刺点で構築された球体表面のサンプリング点と現在のプローブ平面との空間位置関係をトラバースし、現在の超音波画像における穿刺点を取得するステップと、
該穿刺点の３次元座標を超音波画像に投影し、超音波画像における該穿刺点の対応する針孔番号を抽出し、穿刺計画画像を生成する、即ち、２次元の現在の超音波画像において現在の穿刺点及び穿刺ガイドラインを描き及び対応する針孔をハイライトするステップと、
穿刺ガイドライン及び針孔番号に基づいて正確な穿刺を実現するステップと、を実行することを特徴とする、請求項１に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項９】
穿刺計画ユニットにおいて、
現在の超音波画像における穿刺点を取得するステップは、具体的に、
サンプリング点と超音波画像の左上頂点とからなる空間ベクトルを取得するステップと、
超音波画像空間即ち頂点ｐ０～ｐ３の法線ベクトルを取得するステップと、
前記空間ベクトルと法線ベクトルとの夾角のコサイン値を計算するステップと、
算出されたコサイン値と設定された閾値とを比較し、コサイン値が閾値より小さい場合、該穿刺点が現在の超音波画像にあると認めるステップと、を含み、前記閾値は０．０１～０．０２であり、
穿刺点の３次元座標を超音波画像に投影するステップは、具体的に、
レジストレーション変換係数に基づいて穿刺点ＭＲＩデータを超音波ボリュームデータに対応する３次元座標に変換するステップと、
穿刺点超音波ボリュームデータの３次元座標Ｐｉ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づき、それを現在の超音波画像の矢状面に投影するステップと、を含み、投影ステップは、
まず、穿刺点Ｐｉ（ｘ，ｙ，ｚ）と現在の超音波画像の左上頂点ｐ３（ｘ０，ｙ０，ｚ０）との方向ベクトルｖｅｃ（ｘ－ｘ０，ｙ－ｙ０，ｚ－ｚ０）を計算し、ｉは穿刺点の番号を表し、
次に、ベクトルｖｅｃの超音波平面ｘ方向での投影値を計算し、ｘ方向での穿刺点と超音波左上頂点との物理的距離Ｖａｌｕｅ：Ｖａｌｕｅ＝ｖｅｃ・Ｈを得、Ｈは超音波平面ｘ方向の単位ベクトルであり、
最後に、超音波画素の物理的間隔ｐｉｘｅｌＳｐａｃｅに基づいて穿刺点の超音波平面でのｘ方向画素座標Ｘ：Ｘ＝Ｖａｌｕｅ／ｐｉｘｅｌＳｐａｃｅを計算すること、を含み、
同様に、穿刺点の超音波平面ｙ方向での投影座標も上記と同様に計算することを特徴とする、請求項８に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。
【請求項１０】
超音波プローブで取得したリアルタイムのヒト超音波画像をリアルタイムに受信し、穿刺計画ユニットを作動させて穿刺計画を実行し、超音波画像及び穿刺計画画像をリアルタイムに表示することができる穿刺ガイドユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理の技術分野に属し、特にマルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
科学技術の発展に伴い、近年、ＣＴ画像技術、ＭＲＩ画像技術及び超音波画像技術を主とする医用画像技術は急速に抬頭してきている。各画像のそれぞれの特性により、ＣＴ画像は骨構造の撮像に優れ、ＭＲＩ画像は軟組織の撮像に優れ、超音波画像はリアルタイムフィードバックを特徴としている。したがって、マルチモーダル医用画像レジストレーション・融合によって、より正確な病変発見と位置特定を達成することは、ますます多くの注目を集めている。
【０００３】
超音波が人体内部の組織構造をリアルタイムに表示できるため、超音波穿刺ガイド技術はそれによって活用されている。該技術はリアルタイム超音波画像による監視とガイド下で、体内のターゲットに穿刺する臨床技術である。治療又は細胞もしくは組織の少量吸引による病理検査のためにどのように針をターゲットに正確に刺すか、どのように周辺組織の穿刺による損傷を減少させるか、どのように穿刺等の時間を最短にして重篤な合併症の発症を回避するかは、臨床において煩雑で困難なところである。
【０００４】
超音波穿刺ガイドは、組織内での穿刺針の運動状況をリアルタイムに表示し、穿刺経路の選択に根拠を提供することができ、超音波補助治療の重要な手段である。しかし、従来の超音波ガイド穿刺は操作者の経験及び超音波装置の性能にひどく依存するものであり、多い穿刺回数及び長い操作時間等の問題が存在し得ることにより、合併症の発症率が増加する。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システムを提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来の超音波ガイド穿刺が操作者の経験及び超音波装置の性能に大きく依存し、多い穿刺回数及び長い操作時間になり得、合併症の発症率増加をきたしやすいという問題に対して、マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の技術的解決手段は以下のとおりである。
【０００８】
本発明は、
ヒト磁気共鳴シーケンス画像即ちＭＲＩシーケンス画像を受信し、前記ＭＲＩシーケンス画像を３次元レンダリングし穿刺点を描くＭＲＩシーケンス画像レンダリングユニットと、
ヒト超音波シーケンス画像を受信し、各フレームの超音波シーケンス画像の４頂点の３次元座標を抽出し、超音波ボリュームデータを再構成する超音波シーケンス画像再構成ユニットと、
ＩＣＰ反復アルゴリズムを使用して再構成後の超音波ボリュームデータ及びレンダリング後のＭＲＩデータに対して３次元レジストレーション操作を行い、超音波データに対応する３次元座標をＭＲＩデータに対応する３次元座標系へ変換するためのレジストレーション変換係数を得るレジストレーションユニットと、
超音波プローブで取得したヒト超音波画像を受信し、系統穿刺点及び現在の超音波画像に基づいて穿刺計画画像を生成し、表示する穿刺計画ユニットと、を含む、マルチモーダル医用画像レジストレーションによる超音波穿刺ガイドと計画システムを提供する。
【０００９】
さらに、前記ヒトＭＲＩシーケンス画像は大型磁気共鳴装置により取得される。
【００１０】
さらに、前記ＭＲＩシーケンス画像レンダリングユニットは、ＭＲＩシーケンス画像の医用デジタル画像と通信ＤＩＣＯＭ情報における患者位置情報に基づいて３次元再構成レンダリングを行って画像情報を取得し、画像情報に基づいて穿刺点を描く。
（【００１１】以降は省略されています）

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