要旨 解剖学的なMRIデータの読み込み,可視化 位置あわせされたfMRIデータと閾値を組み込む 腫瘍の３Dモデルを作成 位置あわせ,脳アトラスを用いて,脳構造の位置を推測 拡散強調画像から脳繊維tractographyを組み込む 術前計画を注釈し,シーンを保存 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Diffusion Sensitizing Gradient (どれだけ,どの方向に拡散しているか) 拡散テンソル画像(DTI) Diffusion Sensitizing Gradient (どれだけ,どの方向に拡散しているか) 拡散強調画像 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 Courtesy S. Pujol and R. Gollub Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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) Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 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 Tractographyを行う 前処理されたMRMLシーンを用いての位置あわせ Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Slicerを起動する Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

拡散強調画像の読み込み 1 2 3 Volumesモジュー ルを開く Displayタブを閉 じ,Infoタブを開く Infoタブ内の Center Volumeを クリック” Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

拡散強調画像の読み込み tumourModel Left optic tract Right optic tract 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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

拡散強調画像の検証 1 2 Modulesより, Volumesを選択 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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

拡散強調画像の検証 DWI 1 2 3 Background欄に 拡散テンソル画像 を設定 fit to window アイコンをクリック 2 3 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

テンソルの作成 ModulesよりDiffusion Imaging→Diffusion Tensor Estimation モジュールを開く Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

テンソルの作成 1 2 Modulesより, Volumesを開く Active Volumeを Diffusion Tensor Estimation Volume に設定 2 Fractional Anisotropyはデ フォルトでDisplay タグのScalar Modeで設定され ている. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

テンソルの表示 Displayタグ内のGlyph Display Properties欄のGlyph TypeをEllipsoidsに設定 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

テンソルの表示 Glyph TypeをLinesに 戻す Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Tractographyのシード点の設置 マウスモードをplace itemsに設定 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 マウスモードを transform viewに 設定 1 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Tractography(繊維追跡) Modulesよ り,Tractography→F iducial Seedingモ ジュールを開く Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Tractography(繊維追跡) 1 2 3 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 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. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

Tractography(繊維追跡) 1 2 Modulesよ り,Fiducialsモ ジュールを開く Fiducialのvisibility をOff にする Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

新しく3つのノードが追加されていることを確認 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_registrationTransform： DTIデータをanatomical MRIに調整するための変換行列 2 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 1 2 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

要旨 解剖学的なMRIデータの読み込み,可視化 位置あわせされたfMRIデータと閾値を組み込む 腫瘍の３Dモデルを作成 位置あわせ,脳アトラスを用いて,脳構造の位置を推測 拡散強調画像から脳繊維tractographyを組み込む 術前計画を注釈し,シーンを保存 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

アノテーションの計画 1 2 Modulesより, Fiducialsモジュー ルを開く Modify A Selecter Fiducial List & Its Fiducialsタグよ り,Fiducial List欄を Create a new Fiducial Listに設定 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

アノテーションの計画 Other List Display Properties欄のGlyph typeをSphere3Dに設定 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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) Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

アノテーションの計画 マウスモードを place itemsに 設定 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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) Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

2点間の距離 2 1 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 1 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

シーンの保存 Fileメニューより, Saveを選択 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

シーンの保存 1 2 3 Save Selectedをク リック 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 1 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) 2 3 Save Selectedをク リック Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

全体を通して このチュートリアルにおける学習点 脳神経外科における術前計画 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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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, 263- 274 (1995). Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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. Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

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) Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing

監守：波多 伸彦 * * Surgical Plannninng Laboratory, Harvard Medical School 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 Planning for Image Guided Therapy using Slicer3 - D. Pace National Alliance for Medical Image Computing