脳血 管 分類手 法 の有 用性 評価
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(2) 研究論文. 2D/3Dレ. ジ ス ト レー シ ョン に は 大 別 し て2. 種 類 の 手 法 が あ る 、ひ とつ はPenneyら やITKに. の手 法. う に 画 像 の(対. 象 物 の)特. tureBasedMethodで Methodは3Dデ. 我 々の 手法 の よ. 分 類 し ラ ベ リソ グ す る 手 法 を 開 発 し た12)。 そ ジ. ス トレ ー シ ョソ に 用 い る こ とが 可 能 と な っ た 。 そ こ で 本 研 究 で は 、 開 発 した 分 類 手 法 を 組 み. 徴 量 を 用 い たFea‑. 合 わ せ た2D13Dレ. あ る。IntensityBased ー タ す べ て も し くは 抽 出 した. Volume・Of‑lnterest(VOI)内. セ グ メソ トに. れ に よ り必 要 な 血 管 の み を 抽 出 し2D13Dレ. 含 ま れ るIntensityBasedMethodで. あ り、 も う一 方 はKitaら11)や. 写 し 出 さ れ て い る脳 血 管 を12の. のす べ てのボ クセ. ジ ス トレ ー シ ョン 手 法 の 信. 頼 性 を 検 証 し、 そ の 分 類 手 法 の2D/3Dレ. ジス. トレー シ ョン に対 す る有 用 性 を 評 価 し た 。. ル を 用 い て 投 影 像 を 作 成 し、 そ の 投 影 像 の 画 素 値 と2D画. 像 の 画 素 値 を 比 べ 、2D画. 像 と同様. な投 影像 がで きる ように最適 化 を用 いて帰 納 的. 2.方 法 お よび 材 料 我 々の 開 発 した2D13Dレ. に 投 影 パ ラ メ ー タ を 調 整 し て い く。Feature. 手 法(「2.12D13Dレ. BasedMethodで. 照)を. は 、 画 素 値 で は な く対 象 物 の. ジ ス ト レー シ ョソ 法 」 参. 使 用 し、 臨 床 で 得 られ たMRAデ. 辺 縁 や 中 心 線 な どの 特 徴 点 を 用 い て 同 様 に 帰 納. 同 時 期 に 撮 影 さ れ たDSA画. 的 に3Dデ. 2D/3Dレ. ー タ の 投 影 パ ラ メ ー タ を 調 節 して い. ジ ス ト レー シ ョン. ータと. 像 を用い て. ジ ス ト レ ー シ ョソ を 行 い 、 レ ジ ス ト. 像 に写 さ. レー シ ョン が 正 し くで き て い る か を 評 価 す る こ. れ て い る レ ジ ス ト レ ー シ ョソ 対 象 物 の 形 状 と. とで 信 頼 性 を 評 価 し た.そ の 際 、 脳 血 管 の 分 類. 3Dデ. 手 法(「2。2脳. く。 い ず れ の 手 法 に お い て も、2D画. ー タ に 含 ま れ る対 象 物 の 形 状 の 違 い が 大. きな 誤 差 要 因 とな る。. MRAデ. レ ー シ ョソ を 行 っ た 場 合 と、 分 類 手 法 を 用 い ず. ー タ とDSA画. ジ ス ト レ ー シ ョソ を 行 う 場 合 、. ー タ とDSA画. 嫁 に写 し 出 さ れ て い る. 血 管 の 相 違 が レ ジ ス トレ ー シ ョソ の 精 度 、 信 頼 性 に 大 き く影 響 す る。 特 にMRAは. る。 そ の た め 、Hipwe11ら. 直 方 体 のVOIを. 抽 出 す る 方 法 で3Dデ. ータか. ら抜 き 出 した 領 域 を レ ジ ス ト レー シ ョソ した 場 合 と で 、 そ れ ぞ れ の 信 頼 性 を 比 較 した 。. 、DSAと. 異 な り一 度 に す べ て の 脳 動 脈 が 写 し 出 さ れ て い. 手 動 で 球 形 のVOIを. よ り血. 管 を 分 類 し必 要 な 血 管 の み 抽 出 した 後 レ ジ ス ト. 脳 動 脈 を 対 象 と したMRAデ 像 の2D/3Dレ. 血 管 分 類 手 法 」 参 照)に. はMRAデ. 設 定 し そ のVOI内. ー タ内 に のデー. 2」,2D13Dレ. ジ ス トレー シ ョン 法. 使 用 す る2D/3Dレ. 細線 化 され た 血 管 像 を特 徴 点 と して使 用 す る. タ を 用 い て レ ジ ス トレ ー シ ョソ を 行 って い る 。. FeatureBasedMethodで. ま た 我 々 の 手 法 で もDSA画. 2D13Dレ. 嫁 が 左 右 どち ら の. ジ ス ト レ ー シ ョソ 法 は 、. あ る(Fig.1)、. ジ ス トレー シ ョン で は 、2D画. 嫁 と同. 内 頸 動 脈 造 影 な の か も し くは 椎 骨 動 脈 造 影 な の. じ投 影 画 像 が で き る よ う に3Dデ. か を 指 定 す る こ とで 自動 検 出 さ れ たWills輪. を. ラ メ ー タ を 調 整 し最 適 な 投 影 パ ラ メー タの セ ッ. 自動 で 抜. トを 求 め る 。 そ の 際 の 各 投 影 パ ラ メ ー タ は 、. 起 点 と して 対 応 す る 直 方 体 のVOIを. ー タの投 影パ. き 出 す よ う に す る こ とで 実 際 の 臨 床 画 像 に 対 応. XYZの. で きる ように してい る。. 沿 った 平 行 移 動 量 お よび 焦 点 一被 写 体 間 距 離 の. し か し な が ら、 そ の よ うな 領 域 を 抜 き 出 す 操. 各 軸 を 中 心 とす る 回 転 角 度 量 、 各 軸 に. 7パ ラ メ ー タ か らな る(Fig.2)。 また 、MRAデ. ー. 作 で は、必 要な 血管 のみ を抜 き出す こ とが難 し. タ は 事 前 に リー ジ ョソ グ ロ ー イ ソ グ法 に よ り血. く、 レジ ス トレ ー シ ョソ に 不 必 要 な 血 管 が 含 ま. 流 信 号 を 抜 き 出 し 、 か つ2値. 化 した 後 レ ジ ス. トレ ー シ ョン に 用 い た(2.3画. 徽 デ ー タ 参 照)。. れ る可 能 性 が 高 い 、 そ の た め 、 我 々 はMRAに. 7.
(3) 得 ら れ たWillis輪. の 中心 座 標 を 基 準 に、 対. 象 と な る 領 域 に あ る血 管 を抜 き 出 す 。 レ ジ ス ト レ ー シ ョン す るDSA画. 像 が右 内頸動 脈 造影 の. 場合 の領 域 は、前後 の範 囲 は、 中心座標 を原 点 と し て0か. ら 前 方 に2.3cm、. 左 右範 囲 は左 に. 0,2cm、 右 に4,5cmの4,7×2.3cm2の. 範 囲 をす. べ て の ス ラ イ ス に対 し設 定 す る。 左 内頸 動 脈 造 影 の 場 合 は 右 内 頸 動 脈 造 影 の場 合 と左 右 対 称 と な る領 域 、 椎 骨 動 脈 の 場 合 は 、 同様 に 中 心 座 標 を 原 点 と し て 後 方 に4.Ocm、 2,0cmの. 範 囲 の4.0×4.Ocm2の. 左 右 にそ れ ぞ れ 範 囲 を全 ス ラ イ. ス に 設 定 し血 管 を 抜 き 出 す 領 域 とす る(Fig. 3)。 内頸 動 脈 造 影 を 対 象 と した 場 合 の 領 域 は 、 主 に 内 頸 動 脈 、 中 大 脳 動 脈 お よび 前 大 脳 動 脈 を Fig. 1. Scheme. of 2D / 3D. registration. method.. 抽 出 す る た め に 設 定 され た 領 域 範 囲 で あ り、 椎 骨 動 脈 造 影 に 対 す る領 域 は 、 左 右 後 大 脳 動 脈 お よび 脳 底 動 脈 を 抽 出 す る こ とを 目的 と し て い る 。 これ らの 抽 出 領 域 は 、 各MRAデ 大 値 投 影 法 に よ りZ軸. ー タを最. 方 向 に 投 影 した 画 像 を. 用 い て 、 各 造 影 で 対 象 とな る血 管 の 範 囲 を 矩 形 に よ り測 定 した 結 果 か ら得 られ た 平 均 的 な 値 で あ る。 脳 血 管 分 類 手 法 を 用 い る 場 合 に は 、 こ こ ま で の処 理 の 代 わ りに 分 類 手 法 を用 い て 必 要 な 血 管 を抜 き 出 す 。. Fig.. 2. Projection. Parameters.. 脳 血 管 分 類 手 法 を 用 い な い レ ジ ス トレ ー シ ョ ン の 場 合 、 ま ず レ ジ ス ト レ ー シ ョン に 必 要 な VOIを. 抽 出 す る 。 最 初 に 血 流 信 号 の み のMRA. デ ー タ をXY平. 面 に 投 影 し投 影 画 像 を 作 成 し、. この 画 像 を 用 い て テ ソ プ レ ー トマ ッチ ソ グ 法 に よ りWillis輪. 中 心 のXY座. レ ー トはWillis輪. 標 を得 る。 テ ン プ. の形 状 を模 した 五角 形 を示. して お り、 投 影 像 上 で 相 互 相 関 値 が 最 も高 い 位 置 をWillis輪. 8. 中心 としてい る。. Fig.. 3. Regions. for. responding responding slices used. to. extraction to region. obtain. for 2D/3D. DSA. on images.. is extracted VOl,. which. registration.. MRA. cor-. A corfrom. all. is then.
(4) 研究論文. 必 要 な 血 管 を 抜 き 出 し た 後 、3Dデ. ー タ に細. ど に 依 存 す る.今 回 場 合 に は 、810通. りの 初 期. 線 化 処 理 を 行 い 血 管 の 中 心 線 を 得 る.同 様 に. 投 影 パ ラ メ ー タ セ ッ トを 用 い て レ ジ ス トレ ー シ. DSA画. ョソ を行 っ た 。. 像 も閾 値 処 理 を 施 し た 後 、 細 線 化 処 理. を 行 い 血 管 像 の 中 心 線 を 得 る。 こ の 際 の 閾 値 は DSA画. 像 ご とに 手 動 で設 定 し た。. 次 に 、3Dデ. レ ジ ス ト レー シ ョソ の 結 果 と し て 、 最 終 的 に 最 も差 異 が少 な い と計 算 さ れ た 投 影 パ ラ メ ー タ. ー タ中 の 中心 線 デー タを なす ボ. と、 ま た 検 証 の た め 細 線 化 さ れ たDSA画. 像に. ク セ ル を 、 設 定 した 初 期 投 影 パ ラ メ ー タ セ ッ ト. 細 線 化 さ れ レ ジ ス トレ ー シ ョン さ れ た3D画. を用 い て 投 影 し投 影 画 像 を 作 成 す る 。 そ の 投 影. の 投 影 像 を重 ね 合 わ せ た 画 像 が 出 力 さ れ る 。. 画 像 と細 線 化 後 の2D画. 像 との 差 異 を 小 さ くす. る よ うに 最 適 化 手 法 を 用 い て 投 影 パ ラ メ ー タ を 調 整 して い く。 最 適 化 で は 最 終 的 に そ の 差 異 が 最 小(極. 小)と. 像. な る 投 影 パ ラ メー タ セ ッ トを 導. き出 し終 了 す る 。. 2.2.脳 血 管 分 類 手 法 脳 血 管 分 類 手 法 は 、 領 域 に 基 づ く分 類 手 法 で あ る(Fig,4a).MRAデ. ー タ上 各 血 管 が 一 般 的. に 分 布 す る 領 域 を表 した マ ップ を用 い て 、 脳 血. 我 々 の レ ジ ス トレ ー シ ョン 手 法 で は 、 初 期 投 影 パ ラ メ ー タセ ヅ トに ひ と つ ず つ パ ラ メー タの. 管 を12の. セ グ メ ソ トに 分 類 して い く。. 分 類 す る12の. セ グ メ ン トは 、MRAとDSA. 値 を変 えた 複 数 の 初 期 パ ラ メー タセ ッ トを用. の2D13Dレ. い 、 そ れ ぞ れ の 初 期 パ ラ メー タ セ ヅ トか ら差 異. こ とを 考 え 、 そ れ ぞ れ 、 右 前 大 脳 動 脈A1セ. グ. が 最 小 とな る 投 影 パ ラ メ ー タ を 探 す.最 終 的 に. メソ ト(R‑ACA(A1))、. グ. は そ の 内 か ら最 も 良 い もの を レ ジ ス トレ ー シ ョ. メ ン ト(L‑ACA(A1))、. ソ 結 果 とす る.複 数 の 初 期 投 影 パ ラ メ ー タ セ ッ. (ACA)、. トを 用 い る こ とで 、 差 異 の 極 小 を 最 小 と認 識 し. 脈(L・MCA)、. て し ま う可 能 性 を少 な くで き る。. 交 通 動 脈(L‑PcomA)、. 初 期 パ ラ メ ー タ セ ッ トの 数 は 対 象 と す る DSA画. 像 の 大 き さ に と焦 点 一 被 写 体 間 距 離 や. 焦 点 一ImageIntensifier(1.1.)間. Fig. 4. Scheme. of the. 距離 の制 限 な. cerebral. artery. classification. ジ ス トレ ー シ ョソ の た め に 用 い る. 左 前 大 脳 動 脈A1セ. そ の他 の 前 大 脳 動 脈. 右 中 大 脳 動 脈(R‑MCA)、. 左 中大脳 動. 右 後 交 通 動 脈(R‑PcomA)、. 左後. 右 後 大 脳 動 脈(R‑PCA)、. 左 後 大 脳 動 脈(L‑PCA)、 左 内 頸 動 脈(L‑ICA)、. 右 内 頸 動 脈(R・ICA)、 脳 底 動 脈(BA)で. あ る。. 分 類 手 法 で は 、 ま ず レ ジ ス トレ ー シ ョソ 手 法. method. (a) and. the. segment. map. (b).. 9.
(5) と 同様 に テ ソ プ レ ー トマ ッチ ン グ に よ りWillis. み を 抽 出 した 。 リー ジ ョソ グ ロー イ ソ グ で 用 い. 輪 中 心 のXY座. る閾 値 は 、 い くつ か の 値 で 試 行 し、 抽 出結 果 で. の3Dテ. 標 を 求 め る 。 そ の 後Willis輪. ソ プ レー トを 用 い てWillis輪. の3次. 元. 中心座 標 を得 る。. 血 流 信 号 以 外 の も の が 含 ま れ な い 値 で 最 も低 い 値 を用 い た。. ま た 、 抽 出 さ れ て い る 血 管 を 分 岐 点 ご とに 区. DSA画. 像 は 、東 芝 メデ ィカル シス テム ズ社. 分 け し、 区 分 け され た 血 管 の 枝 ご と に そ の 枝 の. 製CAS・8000VC‑armお. 全 ボ ク セ ル の 座 標 を 検 出 し たWillis輪. 処 理 装 置 に よ る 血 管 造 影 シ ス テ ム に よ り、IJ.. 中心か. よびDFP‑2000A画. 像. らの 位 置 に変 換 す る。そ れ らボ ク セ ル の 位 置 を 、. の10イ. 領 域 マ ッ プ を 参 照 し対 象 の 枝 の ボ ク セ ル が 最 も. 影 時 に シ ス テ ム に よ り 自動 設 定 さ れ る条 件 に て. 多 く含 ま れ る脳 血 管 の セ グ メ ソ トを 判 断 し、 そ. 撮 影 さ れ た 。 撮 影 条 件 は 管 電 圧70‑89kV、. の 判 断 され た 脳 血 管(の. 分 類す る、 つ. 電 流250‑400mA、. ま り、 ボ ク セ ル の 多 数 決 に よ り分 類 され る。 同. 間6.4‑27.2mAsの. 様 に す べ て の 血 管 の 枝 に つ い て 分 類 す る。ま た 、. トは す べ て3flsに. 一 部)に. 領 域 マ ッ プ は 、 そ の 原 点 がWillis輪. 中 心 とし. て 作 成 さ れ て い る(Fig.4b)。. 時 間16‑80ms、. 管. 管 電 流時. 範 囲 で あ り、 フ レ ー一ム レ ー て 撮 影 さ れ た.脳 梗 塞 の1. 例 に つ い て の みDSA画. 縁 が 直 接DICOM形. 式. に よ り得 られ た 、マ ト リ ッ ク ス サ イ ズ は1024. この 分 類 結 果 か ら、 例 え ば 、 レ ジ ス ト レー シ ョソ の 対 象 とな るDSA画. ン チ 視 野 モ ー ドを 用 い 、 撮 影 条 件 は 撮. 像 が右 内 頸 動 脈 造 影. ×1024の12bits画. 像 で あ る。 ピ ク セ ル サ イ ズ. は 約0.24×0.24mm3で. あ る。 また、 この症例. の 場 合 に は 、ACA、R‑ACA(A1)、R‑MCA、. に つ い て は 、 左 右 内頸 動 脈 造 影 お よ び 椎 骨 動 脈. R‑PcomA、R‑ICAを. 造 影 の3シ. 選 び 出 し レ ジ ス トレ ー シ. ョソ に 用 い る,椎 骨 動 脈 造 影 の 場 合 に は 、R‑P‑ CA、L・PCAお. よびBAを. そ の 他 の 脳 動 脈 瘤 の5例. 2.3.画 像 デ ー タ 使 用 した 画 豫 デ ー タ は 、 脳 動 脈 瘤 の あ る 患 者 、 計6名. から. ー タ と同 時 期 に 施 行 さ れ た 血 管 造 影. 検 査 のDSA画. 豫 を 用 い た 。 す べ て の 画 像 デ ー一. タは レ トロ ス ペ ク テ ィブ に得 られ た もの で あ る。 MRAデ. ー タ はGE横. 河 メデ ィカル シ ステ ム. ズ 社 製1。5TSignaHorizonに. に つ い て は 、MRA. よ り撮 影 され た 。. DSA画. 像 がDIC‑. 式 で 取 得 で き ず 、 そ の た め フ ィル ム に 出. 力 さ れ たDSA画. 5名 お よび 脳 梗 塞 の あ る 患 者1名. 像 を得 た。. が 撮 影 さ れ た の と 同 時 期 のDSA画. 用 いる。. OM形. のMRAデ. リー ズ のDSA画. 像 を デ ジ タ イズ す る こ とで. 像 を 得 た 。 そ れ ぞ れ のDSA画. 像は、. 富 士 フ ィル ム メ デ ィ カ ル 社 製 レー ザ ー プ リ ン タ FMP‑9000に. よ り半 切 サ イ ズ(約35×43cm). の フ ィル ム に6フ. レー ム ず つ 出力 され た フ ィ. ル ム をArrayCorporation製 Mode12905に. デ ジ タイザ. よ りス キ ャソ し デ ジ タ ル デ ー タ. と した 。 デ ジ タ イ ズ は 「 度100μmの. サンプリ. 撮 像 シ ー ケ ン ス は す ぺ て 通 常用 い られ て い る. ソ グ 間 隔 、12bits階 調 で 行 い 、 さ らに 脳 梗 塞 症. TOF法. 例 のDICOMデ. ×256マ. に よ るMRAに. て 撮 像 さ れ て お り、256. ト リ ッ ク ス の 横 断 像 が1mm間. 隔で. ー タ と同等 に な る よ う に視 野. 部 分 以 外 を 削 除 し、 マ ト リ ッ ク ス サ イ ズ を. 60枚 再 構 成 さ れ る。FOVは130×130mm2、. 1024×1024に. ボ ク セ ル サ イ ズ は0.507×0,507×1,0mm3で. の5例. あ る 。 こ れ らMRAデ. 画像 のみ であ る。. ー タ は 、 レ ジ ス ト レー シ. ョン や 分 類 手 法 に用 い る に あ た り、 事 前 に リー ジ ョソ グ ロ ー イ ソ グ 法13)を 用 い て 血 流 信 号 の. 10. しDICOM形. 式 で保 存 し た 。 こ. に つ い て は 患 側 の 血 管 造 影 に よ るDSA. 最 終 的 に得 られ たDSA画 造 影 の 撮 影 が4症. 像 は、右 内頸動 脈. 例 、 左 内頸 動 脈造 影 の撮 影.
(6) が3症. 例 、 椎 骨 動 脈 造 影 が1症. 例 で あ る。 ま. 合 わせ 画 像 は細 か な ズ レ を確 認 す る の に用 い. た 、 そ れ ぞ れ の 撮 影 に お い て 正 面 と側 面 の 撮 影. た 。 そ れ ら3D画. が あ る た め 、 合 計16組. わ せ 画 像 さ ら にDSA画. のDSA画. 像 とMRA. デ ー タ の 組 み 合 わ せ を 評 価 に用 い た 。 DICOM形. 式 で 取 得 し たDSA画. 像 お よび細 線化 画 像 の重 ね合 像 の元 画 像 を確 認 し レ. ジ ス トレ ー シ ョン の 結 果 をExcellent、Good、. 像 とフ ィル. Fair、Poorの4段. 階 に分 類 した。 評価 は放射. ム に 出 力 さ れ 、さ ら に デ ジ タ イ ズ し た 画 像 で は 、. 線 科 医2名. そ の 画 素 値 と コ ン トラ ス ト、 鮮 鋭 度 お よび 画 像. 制 で 決 定 した.判 定 基 準 は 以 下 の 通 りで あ る。 ・Exce11entl細 線 化 さ れ た デ ー タ の 重 ね 合 わ せ. ノ イ ズ が異 な る可 能 性 が あ る 、デ ジ タ イ ズ し た 画 像 の画素値 は、 出力 された フ ィルム の濃度 値 に依 存 す る もの で 、 か つ そ れ に よ る コ ン トラ ス トは 、 さ らに フ ィル ム に 出 力 す る 際 の ウ ィ ン ド ウ 幅 、 ウ ィ ン ドウ レ ベ ル に 依 存 す る も の で あ る.ま た 、 処 理 を 挟 む た め に ボ ケ や ノ イ ズ も加 わ る。し か し な が ら、我 々 が 用 い た レ ジ ス ト レー. と診 療 放 射 線 技 師1名. 画 像 で 、3Dデ. に よる合 議. ー タの 投 影 点 が ほ ぼ す べ て. DSA画 像 の細線 化 された線 上 に あ る。 ・Good:細 線 化 さ れ た デ ー タ の 重 ね 合 わ せ 画 像 で 、3Dデ. ー タ の 投 影 点 の 一 部 がDSA画. の細線 化 された線 上 に ない。 ・Fair:細 線 化 さ れ た デ ー・タ の 重 ね 合 わ せ 画{象. シ ョン 手 法 は 写 し 出 さ れ て い る血 管 の 形 状 を 特. で 、3Dデ. 徴 量 と し て 使 用 す る た め 、DSA画. 像 の細線 化 され た線 上 にな い。. 像 に対 す る. ー タ の 投 影 点 の 一 部 し かDSA画. 閾値 の 設定 が適 切で あれ ば、 デ ジ タイズ した画. Poor:3Dデ. 像 を 用 い る こ とで の 影 響 は な い と考 え る 。. の細線 化 された 血管 像 に一致 しな い。. 2.4.評 価 方 法 16組 のDSA画. ー タ の 投 影 点 が 、 全 くDSA画. 縁. 3.結 果 像 とMRAデ. ー タの組 み 合 わ. せ に よ り、 脳 血 管 分 類 法 を 用 い ずWillis輪 心 を 基 準 と し たVOIに. 中. よ る制 限 の み の 場 合 と、. 脳 血 管 分 類 手 法 を 用 いDSA画. 像 に合 わ せ て対. DSA画. 像 が 正 面 画 像 の 場 合 と側 面 撮 影 の 場. 合 で は、分 類手 法 を用 い な い場合 、用 いた場 合 どち ら も大 き な 差 は な か っ た 。 ま た 、 分 類 手 法 を 用 い な い 場 合 で は 、ExcellentとGoodと. 応 す る 血 管 を 抜 き 出 した 場 合 で レ ジ ス トレ ー シ. 価 さ れ た の が そ れ ぞ れ3組(18,8%)、Fairは. ョン を 行 っ た 。 レ ジ ス ト レー シ ョン 結 果 と し て. 4組(25.0%〉. は 、 最 も差 異 が な い と さ れ る投 影 パ ラ メー タ セ. が6組(37,5%)で. ッ トが 出 力 さ れ る。 ま た 検 証 用 に 、 細 線 化 さ れ. 手 法 を 用 い た 場 合 で は 、Excellentが11組. たDSA画. (68.7%)、Goodが3組(18.8%)、FairがO. 縁 上 に 細 線 化 さ れ レ ジ ス トレ ー シ ョ. ソ さ れ たMRAの. 像. デ ー タを投 影 した画像 、 お よ. び 、 出 力 さ れ た 投 影 パ ラ メー タの 回 転 角 度 量 に. で あ り、Poorと. 評 価 さ れ た もの. あ っ た.そ れ に 対 し て 分 類. i組(0.0%)、Poorが2組.(12.5%〉 able1)。. 評. 評 価 基 準 よ りGoodま. で あ っ た(T‑ で をレジス ト. 合 わ せ回 転 させ た3D画 像 を用 い て評価 を 行 っ た 。3D画 像 は投 影 像 の み で は回転角 度 の成 否が 分 か りづ らい場 合 もあ る ため投 影角度 量 の確認 に 使 用 し、細線 化像 の 重ね. 11.
(7) レ ー シ ョン の 成 功 と考 え た 場 合 、 分 類 手 法 を 用 い な か っ た 方 法 で は37.5%(6組)の. レジ. ス トレ ー シ ョソ 成 功 率 に対 し、 分 類 手 法 を 用 い た 場 合 で は81.3%(14組)の り危 険 率0.01で. 成功率であ. 有 意 に差 が あ った。 ま た ど. ち らの 方 法 で も、 前 後 方 向 撮 影 のDSA画 を 用 い た 場 合 と側 面 撮 影 のDSA画. 像. 像 を用 い. た場合 で は、 明 らかな差 はな か った。 また 、 16の 組 み 合 わ せ の う ち11組(68.8%)で. 分. 類 手 法 を 用 い た 結 果 の 方 が よ り良 い 評 価 とな っ て お り、 両 手 法 が 同 等 に評 価 さ れ た もの は 4組(25%)で. あ り、 分 類 手 法 を 用 い な か っ た Fig. 5. 方 が 良 い 評 価 とな っ た の は1組(6.2%)の み で あ る。 分 類 手 法 を 用 い な い 方 が 良 い 評 価 と な っ た1組. で も、 分 類 手 法 を用 い た場 合. Examples of registration results. The three images on top are examples of "Poor" registration and those on the bottom are examples case of "Excellent" registration. The images on the. の 評 価 はGoodで. あ り レ ジ ス トレ ー シ ョン 自. 体 が失敗 したわけ では な かった。 Fig.5に. 、 分 類 手法 を用 い た手 法 に よ り. Excellentと. な っ た 一 例 とPoorと. 例 を 示 す 。 こ のPoorと. な った 一. な っ た 症 例 は 、脳 梗. 塞 の あ る症 例 で あ った 。 この 症 例 の 右 内頸 動 脈造 影 では梗 塞 のた め前大脳 動脈 が描 出され. left. are. DSA. images. after. the. thinning. process on which the center lines of vessels on 3D data were superimposed. The white curvilinear structures are the center lines of vessels on DSA images and gray dots around the centerlines are the voxels of vessel center lines on 3D data. The images in the middle row are volume rendered 3D data that were aligned along rotation angles in the resultant parameter set. The images original DSA images.. on the. right. are the. て い な か っ た が 、 前 大 脳 動 脈 自体 は左 前 大 脳 動. 例 で は 、 内 頸 動 脈 に 巨 大 動 脈 瘤 が あ り、 そ の た. 脈 よ り前 交 通 動 脈 を 介 し て 血 流 が あ り、MRA. めMRAデ. デ ー タ に は 右 の 前 大 脳 動 脈 のA1セ. か な く、 主 に そ の 巨 大 動 脈 瘤 の ボ ク セ ル が レ ジ. グ メ ン トを. ー タ でMCAの. 血流 信号 が わず か し. 除 き描 出 さ れ て い る。 レ ジ ス トレー シ ョソ に用. ス ト レー シ ョソ 時 に 影 響 した と考 え られ る.ま. い る に あ た り、 右 内頸 動 脈 造 影 に対 し て は 、 分. た さ ら に 、 分 類 手 法 の エ ラ ー に よ り後 大 脳 動 脈. 類 手 法 の 結 果 か らACAも. の 一 部 が 誤 っ て レ ジ ス トレ ー シ ョソ に 用 い られ. めDSA画. 含 めて 抽 出 され るた. 像 に は 写 さ れ て い な いACAが. 誤差. 要 因 とな り明 らか に 間 違 った レ ジ ス ト レー シ ョ ソ 結 果 と な っ た 。Excellentと. 評価 され た組 み. て お り、 そ の2つ. が 要 因 と な り レ ジ ス トレ ー. シ ョソ の 失 敗 とな った 。 巨 大 脳 動 脈 瘤 の 例 に もあ る よ う に、 分 類 手 法. 像 と比 べ 適. の 精 度 が レ ジ ス トレー シ ョン の 信 頼 性 に大 き な. 切 な 回 転 角 度 とな っ て い るの が 分 か り、 重 ね 合. 影 響 を 及 ぼ す こ とが 言 え る 。 今 回 、 分 類 手 法 で. わ せ 画 像 で も細 線 化 後 の3Dデ. は す べ て の3Dデ. 合 わ せ は 、3D画. の 点 がDSA画. 像 も 元 のDSA画. ー タを表 す灰 色. 像 上 の 血 管 の 中 心 線 を 表 す 白色. (平 均96.5±4.6%)の. ー タ に お い て84.8‑100% 正 分 類 率 で あ っ た.こ. の 曲 線 の 上 に ほ ぼ 一 致 して 分 布 して い る の が 確. の 正 分 類 率 は 、 レ ジ ス ト レー シ ョン に 必 要 な 血. 認 で き る。. 管 として抽 出 され るべ きボ クセ ル の うち 、 分. そ の 他 も う ひ とつ のPoorの. 12. 評 価 とな っ た 症. 類 手 法 で 正 し く分 類 さ れ 抽 出 さ れ た ボ クセ ル の.
(8) 割 合 で あ る 。ま た 、 抽 出 し た ボ ク セ ル の う ち 本. 態 で あ る。 そ の た め 解 析 や 我 々 が 開 発 して き て. 来 必 要 な1血管 で は な い ボ ク セ ル を誤 っ て 抽 出 し. い る シ ス テ ム に お い て は 誤 差 が 大 き く問 題 と な. た 割 合 を 表 す 誤 抽 出率 は0.0‑8.6%(平. る 。 そ の た めGoodま. ±3,3%)で. あ っ た.こ れ ら分 類 手 法 に よ る正. 分 類 率 と誤 抽 出 率 の 関 係 をFig。6に Fig.6に. 均2.4. あ る グ ラ フ の 中 で 比 較 的 大 きな 誤 抽. 出 率 と な っ て い る2つ. の 黒 い プ ロ ッ トは 、 と. も に 前 述 の レ ジ ス トレ ー シ ョ ソ の 評 価 に よ り Poorと. い ず れ に して も、 レ ジ ス ト レー シ ョン を 行 っ た 16組 中15組. 示 す。. 評 価 さ れ た 組 み 合 わ せ に 用 い られ た3D. で を成 功 とした。 た だ、. で、 分類 手法 を用 いた場 合 の 方が. 同 等 か も し くは よ り 良 い 評価 とな っ て お りそ の 有 用 性 は 明 ら か で あ る、 使 用 し た2D/3Dレ. ジ ス トレ ー シ ョソ 手 法 は. 複 数 の 投 影 パ ラ メ ー タ セ ッ トを 用 い て 、 そ の 中. デ ー タ で あ る。 最 も 誤 抽 出 率 の 高 い プ ロ ッ トが. か ら2D画. 脳 梗 塞 の 症 例 で あ り、 最 も低 い 正 分 類 率 の プ ロ. る パ ラ メ ー タ セ ッ トを 選 び 出 す 。1つ. ッ トが 巨 大 脳 動 脈 瘤 の 症 例 で あ る.そ. れぞれ. メ ー タ セ ッ トか ら最 適 化 を 行 い 正 しい 投 影 パ ラ. な っ た 症 例 の 正 分 類 率 と誤 抽 出 率 は 、. メー タを探 す場 合 は、初 期 のパ ラ メー タセ ヅ ト. Poorと. 脳 梗 塞 の 症 例 で は973%と8.6%で 脳 動 脈 瘤 の 症 例 で は84.8%お. あ り、巨 大 よび7、4%で. る 。特 に 脳 梗 塞 の 症 例 の 場 合 、ACAの を誤 抽 出 と考 え る と誤 抽 出. は20を. 像 に 最 も よ く似 た 投 影 像 を 作 成 で き のパ ラ. が正 しい パ ラ メ ー タ セ ッ ト と大 き く異 な る と、. あ. 適 正 な パ ラ メー タ セ ッ トま で 最 適 化 に よ り調 整. ボ クセル. で き な い 場 合 が あ る 。 そ れ と比 較 し複 数 の パ ラ. える. メ ー タ セ ッ トを 用 い た 場 合 に は そ の よ うな 失 敗 の 確 率 が 低 くな る、 レ ジ ス トレ ー シ ョソ に 正 面 画 像 のDSA画 DSA画. 像 を 用 い た 場 合 と側 面 画 像 の. 像 を用 い た 場合 に お いて そ の 成 功 率 に. 大 き な 差 が な か っ た の は 、 ど の よ う なDSA画 像 で も 同 等 の 結 果 を 出 す こ とが で き る使 用 し た レ ジ ス トレ ー シ ョソ 手 法 の 柔 軟 性 が 現 れ た 結 果 であ る。 5症 例 に お い て フ ィル ム を デ ジ タ イ ズ し た DSA画. 像 デ ー タ を用 い た 。 そ れ ら5症 例 で は 、. デ ジ タ イ ズ し た 画 像 をDICOM形. 式 の画像. デ ー タ と同 等 の マ ト リ ヅ ク ス サ イ ズ に な る よ う Fig.. 6. Distribution. of. correct. classified. voxel. ratio and wrong extracted voxel ratio. Circles mean the "Excellent" or "G ood" cases, black dots the "Poor" cases. There was no "Fair" case.. に 手 作 業 で 調 節 し た が 、 濱 接DICOM形 DSA画. 像 が 得 ら れ た 症 例(脳. 梗 塞 症 例)の. 式で 、. 左 内 頸 動 脈 造 影 と椎 骨 動 脈 造 影 に対 す る評 価 と 比 較 し て も 大 き な 違 い は な か っ た 。Intensity. 4.考 察. BasedMethodの. レ ジ ス トレー シ ョン の 評 価 でGoodま 功 と考 え た 場 合 、37.5%だ. 場 合 、 画 素 値 の 違 い を差 異 の. で を成. 指 標 と し て い るた め 、 こ の よ うな 画 像 ソ ー ス の. っ た レ ジ ス トレ ー. 違 い に よ り精 度 や 信 頼 性 に 大 き く影 響 を 及 ぼ す. シ ョソ 成 功 率 が 分 類 手 法 を 用 い る こ とで81.3. こ と が 考 え られ る が 、FeatureBasedMethod. %と. の 場 合 、 特 徴 点 とな る 対 象 物 が 抽 出 で き れ ば 問. な り信 頼 性 が 向 上 し た 。Fairは. 評価基準. に あ る よ う に 多 くの 血 管 に ズ レが 生 じ て い る 状. 題 とは な ら な い 。DSA画. 像 で は サ ブ トラ ク シ. 13.
(9) ヨソを行 うた め、 閾値処 理 で血管 を抽 出 す るの. 2D/3Dレ. に十 分な コソ トラス トが得 られ てい る党 め 、対. 上 で き る だ ろ う。. 象 物 であ る血管 、特 に レジス トレー シ ョン に影. 使 用 した2D/3Dレ. ジ ス ト レ ー シ ョン の 信 頼 性 を よ り向. ジ ス ト レー シ ョン 手 法 の. 響 す る内頸 動脈 や 中大脳 動脈 な どを容易 に抽 出. 精 度 お よび 信 頼 性 は 、DSA画. す る こ とが可能 で あ る。 故 に、今 回の評 価 で も. す る 際 の2値. 問題 とな らな か った。. 定 に よ っ て 、 血 管 で は な い 部 分 を誤 っ て 抽 出 す. 像 を細線 化処 理. 化 処 理 に も依 存 す る 。 閾 値 の 設. IJ.に よる画像 には、 特 に辺 縁部 分 で幾 何 学. る こ とで レジ ス トレ ー シ ョン の 際 の 誤 差 の 要 因. 的 な歪 み があ る.レ ジ ス トレー シ ョン処理 の 中. とな り え る 。 そ の た め 、 適 切 な 閾 値 が 必 要 とな. でMRAデ. る 。 今 回 、2値 化 の 際 の 閾 値 は 手 動 で 設 定 し た. ー タか ら作 成 す る投影 像 は当然 歪 み. 無 い もの で あ るた め 、 これ ら2つ を レジ ス ト. が 、 これ は 使 用 し たDSA画. レーシ ョン させ た場 合 に は、 そ の歪 みが レジス. ィル ム を デ ジ タ イ ズ す る こ とで得 られ た 画 像 で. トレー シ ョン の失 敗要 因 とな る可 能性 が あ る。. あ る た め で あ る。セ ク シ ョソ2.3で. 今 回の6例 のDSA画. フ ィル ム に 出 力 さ れ た 画 像 の 場 合 、 そ の コ ン ト. 像 も1.1.を 用 い て得 られ. 像 の ほ とん どが フ. も述 べ た が 、. た画像 で はあ るが、 本論 文で 行 った評価 が レジ. ラ ス トは ウ ィ ン ドウ 幅 ・ウ ィ ソ ドウ レベ ル 、レー. ス トレー シ ョソ結果 を主 観的 に比較 評価 した も. ザ ー ブ リン タ の ル ッ ク ア ッ プ テー ブ ル お よ び デ. ので あ り、 か つ分類 手法 有 り無 しどち らの場 合. ジ タ イズ す れ ば 、 デ ジ タ イ ズ の 際 の ル ッ ク ア ッ. に も同 じDSA画. 像 、 同 じレジス トレー シ ョン. プ テ ー ブ ル 等 に 依 存 し て くる 。 そ の た め 、 ヒ ス. 手 法 を用 いた ため評価 結果 に は影響 しない と判. トグ ラ ム 処 理 な ど を 用 い て も 自動 で 適 切 な 閾 値. 断 しDSA画. 像 は歪 み の補正 は しな か った。 ま. を 得 る こ とは 難 し く、 ま た 今 回 は 脳 動 脈 分 類 手. た 実際 の結果 におい て も、評価 結果 に影 響 した. 法 の 有 用 性 評 価 で あ る た め 、 手 動 に よ り適 切 な. の は脳梗 塞症 例 の よ うに描 出 され る血管 の違 い. 閾 値 を 設 定 した 。2値. や血 管分 類精 度 であ る と考 え る。. 類 手 法 有 り無 し両 方 の 評 価 に お い て も 同 じ 画 像. 脳 梗塞 症 例 の右 内頸動 脈 造影 の よ うに、 DSA画. 像 とMRA画. 像 に写 って い る血 管 が異. な る場 合 、2D/3Dレ. ジス トレーシ ョソ は失敗. す る可能 性 が高 い。MRAか. ら分 類 手法 の 結果. 化 さ れ たDSA画. 像 は分. が 用 い ら れ て お り、 閾 値 設 定 の 良 悪 が 、 分 類 手 法 有 りの 場 合 と無 しの 場 合 に 有 利 不 利 を も た ら す こ とは な い 。 Fig.6の. グ ラ フ よ り、 分 類 手 法 の 正 分 類 率 が. を用 いて抜 き 出 した血 管 は 、 内 頸動 脈 造影 や. 低 い も し くは 誤 抽 出 率 が 高 い 場 合 にPoorと. 椎 骨動 脈造 影 な ど造 影法 によ り一 般的 に描 出 さ. る 可 能 性 が あ る 。 グ ラ フ か らは 正 分 類 率90%. れ る血 管 を抽 出 してい る。逆 に、 そ の一 般 的 に. 程 度 、 誤 抽 出 率5%程. 描 出 され る血管 とDSAに. よ り写 し出 され た血. ソ の 成 否 を分 け る そ れ ぞ れ の 閾値 が 存 在 す る か. 管 が異 な って いれば 、 この血管 分 類手法 の効 果. も しれ な い 。 し か し現 時 点 症 例 が 少 な い た め 、. は少 ない。 そ のため 、今 回の脳 梗 塞症例 は 右前. Poorと. 大脳 動脈 起始 部 に梗塞 が見 られた が、病 変 の局. 例 も 正 分 類 率100%、. 在 よ りも病変 に よ り一 般 的 に描 出され る血管 と. ま っ て い る た め 明 ら か で は な く、 今 後 検 討 が必. の相 違 が どの程 度か に よ り血管 分類 手法 に よる. 要 で あ るo. 信頼 性 に影響 が出 る。 実際 にDSA画. 度 に レ ジス トレー シ ョ. の み で あ り、 ま た 成 功 誤 抽 出 率0%近. くに 集. 像 に描 出. された血 管 を認識 で きる技 術 が開発 されれ ば、. 5.結 論. この 脳 血 管 分 類 手 法 と組 み 合 わ せ る こ とで 、. MRAデ. 14. な っ た の は2例. な. ー タを対 象 とした脳 動脈 分類 手 法 を.
(10) 用 い て2D/3Dレ. ジ ス トレ ー シ ョソ に 必 要 な 血. 管 の み を 抽 出 し た 場 合 、DSA画. 縁 との レジ ス. ト レ ー シ ョン に お い て 、 成 功 率37.5%で た の が8L3%ま が2D/3Dレ. あっ. で 向上 し、本 脳動 脈 分 類 手 法 ジ ス トレ ー シ ョソ の 信 頼 性 向 上 に. al.: 2D —3D registration. of coronary. grams for cardiac procedure guidance.. Medical. 3737-3749,. 2005. 7)山 崎 隆 治,渡. 邉 哲,中. angio-. planning. Physics. and. 32(12):. 島 義 和,他:X線. 透. 有 用 で あ る こ と が 示 さ れ た 。 ま た 、2D/3Dレ. 視 画 像 を用 い た人工 膝 関 節 の三 次 元動 態 解. ジ ス ト レー シ ョン を 成 功 さ せ る た め に 必 要 な 分. 析 シ ス テ ム の 開 発.日. 類 手 法 の 精 度 は 、 お お よ そ 正 分 類 率 で90%以 上 、 誤 抽 出 率 で5%以. 誌61(1):79‑87,2005. 下 が示唆 された。. 8) Hipwell JH, Penney 2D-3D. 参考文献. Intensity. T, et al.: Integrating itk into a medical Proceedings. B, Jansen. the Insight Toolkit software. framework.. of CARS2002:. Measures.. Registration. MICCAI2002:. 9) Hipwell JH, Penney. 445-449,. tion of cerebral Med Imaging. 2) Weese. J, Penney. voxel-based. age-guided. GP, Desmedt. 2-D/3-D. fluoroscopy. images. of. and CT scan for im-. surgery. IEEE Trans Inf Tech-. 3) Penney GP, Weese comparison. of similarity. Tran.. 586-595,. 1997. measures. image. Medical. for use. registration.. Imaging. 17(4):. 1998 PG, Hill DLG, et. of a two- to three-dimen-. sional registration. algorithm. for aligning. Physics. in Medicine. 2697-2711,. Registration. of Preoperative. traoperative. Fluoroscopic. Aortic. Stent. CAI2002: 477-484, G, Lehmann. N, et al.:. CTA and InImages. for As-. Grafting.. MIC-. 2002 G, Guiraudon. registration. to the threein magnetic volume. and. data.. Biology. 48:. of 3D cerebral. vessels. to X-. 電子通信学会技術研究報. angiograms.. 告J83‑DL254‑262,20o0. 12) Takemura. A, Suzuki M, Harauchi. al.: Automatic divides. segmentation a cerebral. H, et method. artery. MR-angiography. Proceedings. ical Imaging. tree. in. into artery. of SPIE2006. Med-. 6144: 61443G1-61443G9,. 2006 13)佐 野 耕 一・,及 川 道 雄,磯. 部 義 明:リ. ージ ョ. ン グ ロー イソ グ法 に よる軟部 組 織 の抽 出 と 3次. G, et. 2003. 11) Kita Y, Wilson DL, Noble JA: Real-time. segments.. H, Ida N, Sugimoto. Trans. 2003. time-of-flight. 5) Imamura. IEEE. H, Suzuki M, et. angiography. images. 2001. angiograms.. position. fluoroscopy 1024-1032,. RA,. 2-D —3-D registra-. 22(11): 1417-1426,. dimensional. which. 28(6):. 2002. GP, Mclaughlin. tip position on a fluorograph. CT images and intraoperative Phys.. of Similarity. 501-508,. A, Harauchi. preoperative. Med.. of. al.: An algorithm for mapping the catheter. ray. GP, Batchelor. al.: Validation. 10) Takemura. resonance. J, Little JA, et al.: A. in 2-D —3-D medical. 4) Penney. P, et al.:. registration. nol Biomed 1(4): 284-293,. 6) Turgeon. Based. et al.: Intensity-based. 2002. sisting. GP, Cox TC, et al.:. DSA and MRA —Comparison. 1) Hanssen N, von Rymon-Lipinski. IEEE. 本 放 射線 技 術学 会 雑. 元 表 示MedicaHmaging. 189‑194,1995. 13(3):.
(11) Usefulness cerebral. of the. classification. artery. for. technique. 2D / 3D. of. registration. Akihiro Takemura1), Masayuki.Suzuki1), Yuzo Kikuchi1), Yusuke Okumura 2) Hajime Harauchi 3). 1) Division of Health Sciences , Graduate School of Medical Science, Kanazawa University 2) I shikawa Saiseikai Kanazawa Hospital 3) Department of Radiological Technology , Kawasaki College of Allied Health Professions Research Code No.:208.1 X-ray image processing Keywords: 2D / 3D registration, Anatomical. labeling, Reliability, MRA, DSA. Abstract Several papers have proposed 2D/ 3D registration ing magnetic. resonance. angiography. (DSA). Since differences cause registration. between. failure, we previously. this paper, we evaluated the reliability the cerebral. in a DSA image proposed. a method. based on classification. the usefulness. method.. structures. corresponding. data and DSA images. data. to extract vessels. from. technique. artery. In. by evaluating method. divides. According to the results of. to vessels on a DSA image can then be ex-. We applied the 2D /3D registration. MRA volume. and MRA volume. This classification. artery in MRA volume data into 12 segments.. angiography. of the cerebral. of this classification. of this 2D / 3D registration. the classification, tracted.. (MRA) and digital subtraction. vessels. MRA volume data using a technique. methods of the cerebral artery us-. with/without. obtained. classification. from six patients.. The. to 16 pairs of registration. results were scored into four levels (Excellent, Good, Fair and Poor). The rates of successful. registration. ( > fair) were 37.5% for registration. 81.3% for that with classification. centage Thus,. of incorrectly the classification. extracted technique. These findings suggested. 16. Oct.2,. classification. reliable registration.. was shown to be useful for feature-based. 2006; revision acceptedJun.4,. 2007. and. that there was a low per-. voxels and we could facilitate. registration. Received. without. 2D / 3D.
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