(57)【要約】【課題】簡易な方法により、３次元的な心筋血流分布を生成する。【解決手段】血流分布生成プログラムを、コンピュータに、複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる血流造影像取得ステップと、前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤抽出ステップと、前記造影剤抽出ステップにより抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、を実行させるものとした。【選択図】  図５
2019111282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる血流造影像取得ステップと、
前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、
前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、
前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、
を実行させるための血流分布生成プログラム。
【請求項２】
コンピュータに、複数の角度から対象者の血流造影像を撮影装置により取得させる血流造影像取得ステップと、
前記血流造影像取得ステップにより血流造影像を取得する際の前記撮影装置の位置を取得する撮影装置位置取得ステップと、
前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、
前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素及び前記撮影装置位置取得ステップにより取得した前記撮影装置の位置に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、
前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、
を実行させるための血流分布生成プログラム。
【請求項３】
複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる血流造影像取得ステップと、
前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、
前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、
前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、
を有する血流分布生成方法。
【請求項４】
複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる撮影装置と、
前記撮影装置により取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出部と、
前記造影剤要素抽出部により抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成部と、
前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する表示装置と、
を備える血流分布表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血流分布生成プログラム、血流分布生成方法及び血流分布表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では血管造影撮影シーケンスの下で発生された複数の画像データに基づいて対象部位への血液供給領域に設定された基準領域に関する基準の時間濃度と、対象部位の被血液供給領域内に設定された複数の局所領域に関する複数の時間濃度曲線との相関を灌流値パラメータとして算出し、灌流分布を２次元のカラーマップとして提示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の灌流分布提示法は、冠動脈造影像に基づいて２次元画像として灌流分布を提示しており３次元空間における分布を表現できていない。臨床の使用を想定した場合に３次元的な血管走行に伴う心筋の血流解析が考慮できていないため、診断精度の低下につながる恐れがある。
【０００５】
また、心臓の機能的評価を行うために心臓核医学検査を行うことがあるが、心臓核医学検査を行う装置は高額であり、心臓核医学検査を行う際の患者の経済的、肉体的負担も大きいという課題がある。
【０００６】
本発明は、簡易な方法により、３次元的な血流分布を把握することができる血流分布生成プログラム及び血流分布表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの観点によると、上記課題を解決するために、血流分布生成プログラムを、コンピュータに、複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる血流造影像取得ステップと、前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、を実行させるものとした。
【０００８】
また、本発明の他の観点によると、血流分布生成プログラムを、コンピュータに、複数の角度から対象者の血流造影像を撮影装置により取得させる血流造影像取得ステップと、前記血流造影像取得ステップにより血流造影像を取得する際の前記撮影装置の位置を取得する撮影装置位置取得ステップと、前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素及び前記撮影装置位置取得ステップにより取得した前記撮影装置の位置に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップとを有するものとした。
【０００９】
また、本発明の他の観点によると、血流分布生成方法を、複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる血流造影像取得ステップと、前記血流造影像取得ステップにより取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出ステップと、前記造影剤要素抽出ステップにより抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成ステップと、前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する３次元血流分布表示ステップと、を有するものとした。
【００１０】
また、本発明の他の観点によると、血流分布表示装置を、複数の角度から対象者の血流造影像を取得させる撮影装置と、前記撮影装置により取得した複数の血流造影像に基づき造影剤要素を抽出する造影剤要素抽出部と、前記造影剤抽出部により抽出した造影剤要素に基づき３次元血流分布を生成する３次元血流分布生成部と、前記３次元血流分布ステップにより生成した３次元血流分布生成ステップにより生成した３次元血流分布を表示する表示装置と、を備えるものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、複数角度から取得した冠動脈造影像をもとに心筋への造影剤拡散分布を画像再構成することで３次元的な心筋血流分布を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Cアームの各回転軸に対する世界座標系を示す図である。
【図２】線源−検出器と物体の位置関係を示す図である。
【図３】灌流分布像再構成の適用画像を示す図である。
【図４】造影剤灌流分布の斜断断層表示を示す図である。
【図５】本実施形態による画像処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態の例、実施例を説明するが、本発明の実施形態は以下に説明する実施形態例、実施例に限定されるものではない。
【００１４】
本発明は、図５に示すように、冠動脈造影動画像における造影剤成分の抽出と造影灌流領域の３次元分布生成の２ステップで構成される。第１ステップの造影剤成分の抽出（ステップ５０２）では、一般に冠動脈造影検査で取得される造影動画像（ステップ５０１）を造影剤要素とその他の要素へと分解する。分解の手法は問わないが、例えばロバスト主成分分析に基づく手法などが挙げられる。第２ステップでは、第１ステップで取得した造影剤要素を用いて造影灌流領域の３次元分布生成を行う（ステップ５０３）。３次元的に造影剤が心筋に灌流する分布を生成することで、空間的な心筋灌流分布が把握可能となる。こうして得られた３次元的な灌流分布を表示装置に表示する（ステップ５０４）。表示装置の表示面は２次元であるため、３次元的な灌流分布を様々な角度から２次元的に表示することにより、観察者が３次元的な灌流分布を把握することになる。
【００１５】
すなわち、本実施形態では、一般的な診断・治療のルーチンで撮影される、複数の冠動脈造影像から造影剤の要素のみを抽出する(この抽出手法の技術的内容はここでは問わない。)。この造影剤要素を三次元再構成することで、灌流分布画像を生成する。
【００１６】
本実施形態により、複数角度から取得した冠動脈造影像をもとに心筋への造影剤拡散分布を画像再構成することで３次元的な心筋血流分布を生成することができる。本発明は一般的な検査で取得される造影画像を利用するため、術者は冠動脈造影検査を行った際の診断において血管内腔の狭窄度合いだけでなく狭窄病変が及ぼす心筋血流動態も把握可能となり、検査室における治療戦略にも有用であると考えられる。また３次元的な血流分布が把握可能であれば、心臓の機能的評価として一般に行われている心臓核医学検査実施の必要が無くなり、検査工程の削減やそれに伴う患者負担の軽減も見込まれる。
【実施例１】
【００１７】
１．本実施例の要旨
冠動脈疾患における診断ではX線造影による検査が行われる。冠動脈造影は血管内腔形状を描出可能なため病変診断能に優れる一方で、血管狭窄が及ぼす心筋虚血の程度を評価することは困難である。心筋虚血の評価方法として、心臓核医学検査などが挙げられるが、検査工程の増加に伴う患者の負担などが問題点として挙げられる。そこで本研究では冠動脈造影像から機能的情報の取得を目的として、灌流域を含めた造影血流分布の３次元的な可視化を行なった。まず画像取得に用いるX線血管造影装置の撮影ジオメトリのキャリブレーションを行った。形状既知の校正物体を寝台に配置し、アームを複数角度で回転させ撮影することでアームの２軸回転軸の算出を行った。臨床の冠動脈造影画像群に対して画像再構成を行った結果、心筋形状に沿った３次元的な灌流分布が確認できた。
【００１８】
２．はじめに
冠動脈疾患とは、動脈硬化などが原因で冠動脈に狭窄が生じ、心筋虚血状態となる疾患である。一般にX線による冠動脈造影検査が行われ、血管内腔形状を直接的に観察することで狭窄度合いの診断・評価を行っている。しかし、冠動脈造影像では狭窄病変が与える心臓の機能障害の評価が困難である。そこで、心臓核医学検査が用いられるが、撮影に時間を要するため患者への負担が増大する。
【００１９】
そこで本研究では、冠動脈造影検査の工程において取得される造影像に対して画像再構成を行うことにより、３次元的な灌流域を含めた心筋血流分布の可視化を目的とする。一般的に行われる冠動脈の造影検査では特定の少数方向から造影像を取得するため、算出する再構成像の画質劣化等の問題が想定される。そこで本実施例では、提案手法の実現可能性を評価した。
【００２０】
３．手法
本研究ではまず，画像取得に用いるCアーム型X線撮影装置におけるジオメトリキャリブレーションを行う。ここではアームにおける2軸回転軸の座標を線源からの相対的な位置として算出する。画像再構成においては、前処理として造影データに対してL+S行列分解を適用し、肋骨や胸膜などの背景成分の除去を行うことで造影成分のみの動画像を生成する。この造影動画像から血管に十分造影剤が充填された後の造影剤が心筋に拡散するフレームを選定し、灌流分布像を３次元再構成する。
【００２１】
３．１．ジオメトリキャリブレーション
各頂点に直径2mmの金属球を配置させた1辺80mmの立方体を校正物体として用い、キャリブレーションを行う。校正物体を寝台に配置し、LAO-RAO角度(Primary angle)における軸回転、CRA-CAU角度(Secondary angle)における軸回転を与え撮影する。各画像上の金属球の座標値より各回転軸の座標算出を行う。
【００２２】
まず、金属球の投影座標をもとに、線源からの校正物体の位置と姿勢を算出する。各投影方向において取得された金属球の投影座標と仮想投影座標から最小二乗的に並進・回転パラメータを求める。
【００２３】
次に各投影方向から算出した並進パラメータを用いて回転軸を算出する。Primary angleでの軸回転を例に挙げると、各投影角度における線源-校正物体の位置関係は式(1)（数１）のように表すことができる。Primary angleでの軸回転による模式図を図１、図２に示す。
【００２４】
【数１】
2019111282.tif 000003
【００２５】
Pobjectは校正物体の３次元ベクトル，Ryはy軸に対する回転行列、Vは線源から校正物体までの並進ベクトル、Psourceは線源座標を表す３次元ベクトルである。この関係式のx成分について着目すると式(2)（数２）が導出できる。
【００２６】
【数２】
2019111282.tif 000004
【００２７】
xdは線源-検出器中心線と回転軸間の距離、xs、zsは並進パラメータの各成分、Dは線源-回転軸間の垂線距離、θはアームの回転角度を表す。式(2)で表される等式条件は複数角度から取得でき、式(3)（数３）のように整理することができる。
【００２８】
【数３】
2019111282.tif 000005
【００２９】
Aについて解けば、線源-回転軸間の垂線距離D、線源-検出器中心線と回転軸間の距離xdが求められ、線源からの回転軸座標が取得できる。
【００３０】
３．２．造影成分抽出手法
本研究では背景成分の分離手法として冠動脈動画像にL+S行列分解を適用する。L+S行列分解では行列のランクとスパース性に着目して分解を行う。スパース性とは要素のほとんどが0で、非0成分が少数であるものを指す。フレーム番号tにおける造影像上の画素位置をx、その画素値をγ(x,t)と表す。行列をΓとすると、以下の式（4）（数４）のように定義される。
【００３１】
【数４】
2019111282.tif 000006
【００３２】
mは1フレーム目の画像の画素数、nはフレーム数である。画素値の時間的変化がなめらかな場合、行列Γは低ランク構造をもつ。ここで、冠動脈動画像を低ランク成分とスパース成分に分解する。以下の式(5)（数５）に示す最小化問題を解くことで分解する。
【数５】
2019111282.tif 000007
【００３３】
Lは低ランク成分、Sはスパース成分、Γは冠動脈動画像の行列を示す。また、数６、数７はそれぞれ核ノルム、l1ノルム、λは重みである。
【００３４】
【数６】
2019111282.tif 000008
【００３５】
【数７】
2019111282.tif 000009
【００３６】
３．３．画像再構成手法
逐次近似画像再構成手法の一つであるMaximum likelihood-expectation maximization(ML-EM)法を適用した。ML-EM法は統計学的な理論に基づいて反復式を算出しており、逐次式は以下に示す式(6)のように表される。
【００３７】
【数８】
2019111282.tif 000010
【００３８】
ここで、fは線源弱係数、yは取得した投影データ、Cは検出確率、iは検出器における座標、jは画素座標、mは積分経路、αは再構成パラメータである。逐次近似法を適用することで、少数データによる再構成アーチファクトの低減、低線量ノイズによる画質劣化の低減を図った。
【００３９】
４．実験と結果
臨床の冠動脈造影データ3例を対象に灌流分布像の画像再構成を行った。撮影装置にはX線撮影装置INFX-8000V(東芝メディカルシステムズ)を用いた。撮影方向は冠動脈造影検査で代表的な4方向(RAO=30°, CRA=30°，RAO=30°CUA=30°，CRA=30°，CAU=30°)を選択した。
【００４０】
再構成には造影剤が主要な血管系流入後に心筋に拡散していくフレームをマニュアルで選択し、使用した。分布像の再構成に使用する画像を図３に示す。(a)-(d)は元画像、(e)-(h)は前処理としてL+S行列分解で背景成分を除去した造影成分のみの画像である。フレームの選定は心臓の最大拡張期となるよう目視で行った。再構成した灌流分布像を心臓核医学検査による画像と同様に斜断断層法で表示したものを図４に示す。結果からおおよその心筋分布に沿った形状の断層像を確認した。しかし、再構成像においてアーチファクトによる影響が大きい。これは再構成に使用する造影画像群の心拍や呼吸の位相が完全に一致していないことや各投影方向での造影剤充填の不均一性による影響が理由として考えられる。よって、心電図同期を利用した画像取得方法の検討や、さらには各投影方向での造影像取得時の心拍に同期した造影剤注入手法が必要と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、血流分布生成プログラム、血流分布生成方法及び血流分布表示装置として産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
５０１  造影像取得ステップ
５０２  造影剤成分抽出ステップ
５０３  ３次元血流分布生成ステップ
５０４  ３次元血流分布表示ステップ
【図１】
2019111282.tif 000011
【図２】
2019111282.tif 000012
【図３】
2019111282.tif 000013
【図４】
2019111282.tif 000014
【図５】
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