Transcript 要旨 - National Alliance for Medical Image Computing

要旨
1.
解剖学的なMRIデータの読み込み,可視化
2.
位置あわせされたfMRIデータと閾値を組み込む
3
腫瘍の３Dモデルを作成
4.
位置あわせ,脳アトラスを用いて,脳構造の位置を推測
5.
拡散強調画像から脳繊維tractographyを組み込む
6.
術前計画を注釈し,シーンを保存
Planning for Image Guided
Therapy using Slicer3 - D. Pace
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-1-
拡散テンソル画像(DTI)
拡散強調画像
Diffusion Sensitizing Gradient
(どれだけ,どの方向に拡散しているか)
• 各拡散強調画像は,diffusion sensitizing
gradientの方向においての水の拡散を表示
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Courtesy S. Pujol
and R. Gollub
拡散テンソル画像(DTI)
• 拡散強調画像と基準画像を得る
• 拡散テンソル画像を作成するための各ボクセ
ルにおけるテンソルを推定
– 拡散異方性指数値を計算
– (例 ： 異方性比率,不等方性拡散)
• tractographyを行う(繊維追跡)
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拡散テンソル画像(DTI)
• 画像誘導治療における拡散テンソル画像の有
用性
– 脳の機能的に重要な領域間を走っている主な神経
路は患者に後遺症が残ることを避けるために傷を
つけてはならない.
– これらの神経路がどこにあるか知ることで,可能な
限りそれらを避けるように手術計画を変更すること
が可能
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Diffusion Tensor Imaging (DTI)
• 処理ステップ
拡散テンソル画像の
読み込み,検証
Tractographyにおける
シード点を設置
Tractographyを行う
前処理されたMRMLシーンを用い
ているテンソルの作成,検証
前処理されたMRMLシーンを用い
ての位置あわせ
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• Slicerを起動する
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拡散強調画像の読み込み
Modulesより, Converters →
Dicom DWI Loader
モジュールを開く
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拡散強調画像の読み込み
Dicom DWI Loader
タグにおけ
る,Parameter set
で,Create a new
CommandLine
Moduleを選択
1
2
IOタグのDicom
Directoryにおいて,
フォルダアイコン
をクリック
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拡散強調画像の読み込み
patient datasetディレクトリ内
にある,DTIディレクトリを選択
し,OKをクリック
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拡散強調画像の読み込み
IOタグのdwiImage
欄をCreate New
Diffusion
Weighted Volume
に設定
1
2
Applyをクリック
この処理が完了す
るまでに,数分かか
る.
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拡散強調画像の読み込み
Volumesモジュー
ルを開く
Displayタブを閉
じ,Infoタブを開く
1
2
3
Infoタブ内の
Center Volumeを
クリック”
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拡散強調画像の読み込み
ボリュームデータ
同士のずれを確
認する
スライド41からの
アフィン位置あわ
せによる手動変換
を用いたボリュー
ムデータの調整の
処理ステップを行
う
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拡散強調画像の読み込み
以下の4つのvisibility
のチェック欄を外す
(右クリックからToggle
Visibilityを選択)
•tumourModel
•Left optic tract
•Right optic tract
•Left anterior
superior temporal
gyrus
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拡散強調画像の検証
Modulesより,
Volumesを選択
1
2
Displayタグを開く
Active Volume欄
に拡散テンソル画
像(Dicom DWI
loader Volume)を
設定
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拡散強調画像の検証
Background欄に
拡散テンソル画像
を設定
Backgroundアイコ
ンをクリックし,拡
散テンソル画像の
みを表示
fit to window
アイコンをクリック
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DWI
1
2
3
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拡散強調画像の検証
拡散テンソル画像
のボリュームデータ
には36個のボ
リュームが存在す
る.
•0-4は基準画
像
•5-35は拡散強
調画像
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拡散強調画像の検証
拡散強調画像を
読み込んだ際
に,Volumesモ
ジュール内に
は,Diffusion Editor
タグが作成される.
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テンソルの作成
ModulesよりDiffusion Imaging→Diffusion Tensor Estimation
モジュールを開く
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テンソルの作成
IOタグより,Output DTI
Volume, Output
Baseline Volume, Otsu
Threshold Maskの3つ
ともをCreate New
Diffusion Tensor
Volumeに設定
•Applyをクリック
→この処理が完了
するにはしばらく時
間がかかる.よって
前処理されたテン
ソルのMRMLシーン
をアップロードする
ほうが良い
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テンソルの作成
Modulesより,
Volumesを開く
Active Volumeを
Diffusion Tensor
Estimation Volume
に設定
Fractional
Anisotropyはデ
フォルトでDisplay
タグのScalar
Modeで設定され
ている.
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1
2
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テンソルの表示
Window/Levelを
Manualに設定し,
テンソルを容易に
見られるように画
像の画素値を反
転させられるよう
にWindow/Levelを
設定
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テンソルの表示
Displayタグ内の
Glyphs On Slices
Display欄にある
Visibility Red,
Visibility Yellow,
Visibility Greenの
チェック欄にチェッ
クを入れる.
1
2
Scale Factorと
Spacingのスライ
ダーを適応させる.
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テンソルの表示
•Line direction :
テンソルの主な固有ベク
トル
•Line magunitude :
拡散の大きさ
•Line Colour :
異方性比率
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テンソルの表示
Displayタグ内の
Glyph Display
Properties欄の
Glyph Typeを
Ellipsoidsに設定
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テンソルの表示
Glyph TypeをLinesに
戻す
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Tractographyのシード点の設置
Modulesよ
り,Fiducialモジュー
ルを開く
1
2
Modify A Selected Fiducial List & Its Fiducialsタグの
Fiducial List欄においてCreate a new Fiducial Listを選択
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Tractographyのシード点の設置
同じタグ内におけ
る,Other List
Display Properties
を開く.
1
2
Glyph Typeを
Sphere3Dに設定
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Tractographyのシード点の設置
マウスモードをplace
itemsに設定
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Tractographyのシード点の設置
脳梁における基
準点を設定するた
めに脳梁の部分
にある点をクリッ
ク
2
1
マウスモードを
transform viewに
設定
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Tractography(繊維追跡)
Modulesよ
り,Tractography→F
iducial Seedingモ
ジュールを開く
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Tractography(繊維追跡)
ファイルの設定は以
下のように行う.
• Select DTI
Volume :Diffusion
Tensor Estimation
Volume
• Select FiducialList or
Model : FiducialList
• Output Fiber Bundle
Node : Create New
Fiber Bundle
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Tractography(繊維追跡)
Modulesよ
り,Volumesモ
ジュールを開く
Displayタグの
Glyphs On Slices
Display欄における
Visibility Red,
Visibility Yellow,
Visibility Greenの
チェック欄のチェッ
クを外す
1
2
3
3D Viewerにスライスを表示させるためのVisibilityアイコンをOffに
する.
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Tractography(繊維追跡)
設定した基準点
(fiducial)に対して,1
つの神経路が生成
される.
その神経路の色は
デフォルトによって
fractional anisotropy
で設定される
3D Viewerにおい
てピンクの球をク
リックし,ドラッグす
ることで,インタラク
ティブに神経路を
選択することが可
能
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Tractography(繊維追跡)
Modulesよ
り,Fiducialsモ
ジュールを開く
Fiducialのvisibility
をOff
にする
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1
2
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MRMLシーンの検証
Modulesより,Dataモ
ジュールを開く
1
新しく3つのノードが追加
されていることを確認
• anatomicalMRI：患者の
anatomical MRIデータの
コピー
• Baseline Node：患者の
DTI Baselineノードのコ
ピー
• anatomicalMRI_DTI_regis
trationTransform：
DTIデータをanatomical
MRIに調整するための変
換行列
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2
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anatomicalMRIとDTI間の位置あわせの検証
Foreground欄に
Baseline DTIデータ
を,background欄
にanatomicalMRI
を設定
atlasMRIと患者の
anatomicalMRI
データの重なりが
よく見えるようにオ
パシティを設定
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1
2
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今までのところにおける全体のシーンの検証
画像ボリューム
データがよく見える
ように各断面のスラ
イスをスクロールし
て設定
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今までのところにおける全体のシーンの検証
現在のシーンにおい
ては以下のデータが
含まれている
•Anatomical MRI
データ
•fMRIデータ
•セグメンテーション
された腫瘍モデル
•腫瘍以外の脳構
造の推定モデル
•脳繊維の
tractography
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要旨
1.
解剖学的なMRIデータの読み込み,可視化
2.
位置あわせされたfMRIデータと閾値を組み込む
3
腫瘍の３Dモデルを作成
4.
位置あわせ,脳アトラスを用いて,脳構造の位置を推測
5.
拡散強調画像から脳繊維tractographyを組み込む
6.
術前計画を注釈し,シーンを保存
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アノテーションの計画
• 画像誘導診断におけ
るアノテーション計画
の有用性
– 外科医は手術計画を
立てる段階で重要な
点に印をつけることが
可能
• 外科的処置が可能な
点
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アノテーションの計画
• このセクションに関連される処理ステップ：
計画においての,処置開始点と腫瘍の
アクセス点に印をつける
2点間の距離を測定
シーンを保存
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アノテーションの計画
Modulesより,
Fiducialsモジュー
ルを開く
1
2
Modify A Selecter
Fiducial List & Its
Fiducialsタグよ
り,Fiducial List欄を
Create a new
Fiducial Listに設定
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アノテーションの計画
Other List Display
Properties欄の
Glyph typeを
Sphere3Dに設定
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アノテーションの計画
サジタル平面におい
て,腫瘍モデルをおお
よそ2等分するスライ
スに設定
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アノテーションの計画
3D Viewerにおいて,右
から見た状態に設定
(Manipulate 3D View
タグにおけるViewer
の設定においてRの
文字をクリック)
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アノテーションの計画
マウスモードを
place itemsに
設定
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アノテーションの計画
左前頭骨開頭術の
ための計画された
処置開始点を表す
サジタル平面上の
基準点を設置
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アノテーションの計画
作成されたFiducial
の点における名前
をentryPointに変更
(Name欄における
データの名前をダ
ブルクリックすると
変更可能)
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アノテーションの計画
計画された腫瘍の
アクセス点を表すサ
ジタル平面上で基
準点を設置
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アノテーションの計画
処置開始点のときと
同様に,名前を
tumourAccessに変
更
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2点間の距離
Fiducialsモジュー
ルの下部をスク
ロール見ると,先
ほど設置した2点
間の距離が測定
されている.
マウスモードを
transform view
に変更
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2
1
-51-
最終的なシーンの検証
画像ボリュームがよく
見えるように各断面
のスライスを設定
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最終的なシーンの検証
Choose viewアイコ
ンより,レイアウトを
3D only layoutに設
定
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最終的なシーンの検証
脳神経外科における
術前計画の結果
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シーンの保存
Fileメニューより,
Saveを選択
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シーンの保存
全てのデータを出力
するためのディレク
トリを指定するため
にChange
Destination for All
Selectedをクリック
Node TypeがScene
であるデータの
Filenameを記入
(対象となるデータ
のFilename欄にお
いてダブルクリック
すると編集可)
1
2
3
Save Selectedをク
リック
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全体を通して
• このチュートリアルにおける学習点
– 画像ボリュームの位置あわせ
– 関心のある構造をセグメンテーションし,モデル化
– 拡散強調画像を読み込み,テンソルを計測し,tractographyを行う
• 脳神経外科における術前計画
–
–
–
–
–
–
Anatomical MRI
fMRI
腫瘍モデル
位置あわせされたアトラスからの脳構造を表すモデル
Tractography
基準点の付与
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結論
• 画像誘導治療を支援することが可能
• オープンソースソフトウェア
– 画像誘導治療の研究者はアルゴリズム等を共有す
ることが可能
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詳細
• 画像位置あわせ
– →相互情報量による類似性測定について,以下の文献を参考：
Wells, S. et al., Multi-modal volume registration by
maximization of mutual information. Medical Image Analysis,
1(1):35-51 (1996).
Collignon, A. et al., Automated multimodality image registration
based on information theory. Proceedings of the International
Conference on Information Processing in Medical Imaging, 263274 (1995).
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詳細
• モデル作成
– →Slicer3では,マーチングキューブ法をモデル生成のために使用してい
る. (以下の文献を参考)
Lorensen, W.E. and Cline, H.E. Marching cubes: a high
resolution 3D surface construction algorithm. ACM SIGGRAPH
Computer Graphics 21(4):163-169, 1987.
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詳細
• 拡散テンソル画像
– DTIにおいての文献
Le Bihan, D. et al., Diffusion Tensor Imaging: concepts and
applications. Journal of Magnetic Resonance Imaging,
13:534-546 (2001)
– Tractographyにおける文献
Mori, S. and van Zijl, P.C.M., Fiber tracking: principles and
strategies - a technical review. NMR in Biomedicine,
15:468-480 (2002)
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翻訳
スライド翻訳：木西 基 **
監守：波多 伸彦 *
* Surgical Plannninng Laboratory, Harvard Medical School
** 知的画像処理研究室, 立命館大学
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