(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積と、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異と、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸との長さの比とに基づいて、楕円半球の体積計算式から左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とを計算し、この計算した真又はそれに近似的な長軸と、真又はそれに近似的な短軸とに基づいて、楕円半球の体積計算式から真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することを特徴とする左室内腔容積計算方法。
【請求項２】
被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより左室内腔容積を計算する左室内腔容積計算方法において、
前記抽出した左室内壁の輪郭を、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異に応じたボケの大きさだけ外側に拡大し、その拡大した輪郭の面積を計算し、積算することにより左室内腔容積を計算することを特徴とする左室内腔容積計算方法。
【請求項３】
コンピュータにより実行可能なプログラムを記憶しているいる記憶媒体において、前記プログラムは、
被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積と、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異と、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸との長さの比とに基づいて、楕円半球の体積計算式から左室の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とを前記コンピュータに計算させる手段と、この計算した真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とに基づいて楕円半球の体積計算式から真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算する手段とを有することを特徴とする記憶媒体。
【請求項４】
被検体の心筋に関するＲＩ分布画像から左室内腔容積を計算する左室内腔容積計算方法において、
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求めるステップと、
前記輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求めるステップと、
前記パラメータと前記ＲＩ分布画像の空間分解能とに基づいて、前記空間分解能の影響による誤差を補正した左室内腔容積を計算するステップとを有することを特徴とする左室内腔容積計算方法。
【請求項５】
被検体の心筋に関するＲＩ分布画像から左室内腔容積を計算する左室内腔容積計算方法において、
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求めるステップと、
前記ＲＩ分布画像の理想的な空間分解能と実際の空間分解能の差異に基づいて、前記輪郭の位置を補正するステップと、
前記補正した輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求めるステップと、
前記パラメータに基づいて左室内腔容積を計算するステップとを有することを特徴とする左室内腔容積計算方法。
【請求項６】
被検体の心筋に関するＲＩ分布画像から左室内腔容積を計算する左室内腔容積計算装置において、
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求める手段と、
前記輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求める手段と、
前記パラメータと前記ＲＩ分布画像の空間分解能とに基づいて、前記空間分解能の影響による誤差を補正した左室内腔容積を計算する手段とを具備することを特徴とする左室内腔容積計算装置。
【請求項７】
被検体の心筋に関するＲＩ分布画像から左室内腔容積を計算する左室内腔容積計算装置において、
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求める手段と、
前記ＲＩ分布画像の理想的な空間分解能と実際の空間分解能の差異に基づいて、前記輪郭の位置を補正する手段と、
前記補正した輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求める手段と、
前記パラメータに基づいて左室内腔容積を計算する手段とを具備することを特徴とする左室内腔容積計算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核医学診断装置（ガンマカメラ）で心電図同期をかけて心筋のＳＰＥＣＴ画像（断面のＲＩの濃度分布）を使用して、左室内腔の容積を計算する方法及び左室内腔容積計算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定の医薬品は特定の臓器に集中する性質がある。この医薬品の体内での集中の様子（濃度分布）から臓器の機能を評価することができる。この医薬品のトレーサとして放射性同位元素（ＲＩ）が用いられている。核医学診断装置は、被検体内のＲＩから放出されるガンマ線を体外で検出し、この濃度分布を生成する。つまり、このＲＩの濃度分布は、医薬品の濃度分布を表している。従ってこのＲＩの濃度分布を観察することで、医薬品に対する体内での働き、つまり臓器の機能を評価することができる。
【０００３】
このような核医学診断装置で得た濃度分布から、診断に有効とされる様々な臓器機能状態を表すインデックスを求める様々なプログラムが開発されている。この１つに、ＱＧＳ（左室機能自動解析）プログラムがある。このＱＧＳプログラムが持つ機能の１つに、心電図同期による心筋のＳＰＥＣＴ画像から左室内腔の容積を計算するというものがある。この機能の原理は、心臓を輪切りにしたようなマルチスライスの画像各々に対してしきい値処理により左室内壁の輪郭を抽出し、この抽出した輪郭の内面積を全画像に関して求め、それらを積算するというものである。このしきい値としては、半径方向の濃度プロファイルの最大値の６５％に固定している。
【０００４】
しかし、このようなＱＧＳ等の自動解析プログラムで心筋ファントムの容積を求めてみると、その求めた容積には誤差があるが、この誤差の発生原理を特定できないのが現状であり、従って効果的な解決法については提案されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、精度の高い左室内腔容積計算方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積が、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケによる誤差を含んでいることを仮定して、この仮定のもとで、左室内腔容積の近似式としてよく用いられる楕円半球の体積計算式を展開し、この式を、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸との長さの“誤差の生じにくい”比を使って、真又はそれに近似的な長軸あるいは真又はそれに近似的な短軸の長さの３次式として解法することで、真又はそれに近似的な長軸と真とそれに近似的な短軸とを求め、これらの長さから楕円半球の体積計算式を使って真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。
【０００７】
また、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケに応じて、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭を拡大してから面積計算及びその積算を行うことにより、真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による左室内腔容積計算方法を好ましい実施形態により説明する。ここでは、ＱＧＳプログラムを例に説明する。図１に本実施形態による計算方法の手順について示している。
【０００９】
まず、ＱＧＳプログラムでは、内腔抽出処理において半径方向の濃度プロファイルの最大値の６５％の値を、しきい値として使っている。このためＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）がある程度高く画像にボケが殆ど無ければ、比較的高精度に左室内腔容積を算出できるが、それよりＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）が悪ければ、画像がボケるので、真の左室内腔よりも内側に、その輪郭を抽出してしまい、これによりＱＧＳプログラムは、左室内腔容積を過小評価しているのではと発明者は推論した。
【００１０】
ここでＳＰＥＣＴ画像のボケの程度は、ＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）の１／２で推定できる。これは、真の左室内腔の輪郭より内外の２方向に関するボケのトータルである。従って、内側へのボケとしては、ボケの発生原因である真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４に近似すると考えた。
【００１１】
ここで、左室内腔は、楕円半球で近似できる。従って、左室内腔の容積は、楕円半球の体積計算式から次の式（１）で近似的に与えられる。
Ｖ＝（４／３・π・α2 ・β）／２          …（１）
α：左室内腔を楕円半球に近似したときの短軸長さ
β：左室内腔を楕円半球に近似したときの長軸長さ
従って、真又はそれに近い短軸長αtrue、長軸長βtrueが得られれば、
Ｖtrue＝４／３・π・αtrue2 ・βtrue／２          …（２）
により、真又はそれに近い左室内腔容積Ｖtrueを得ることができる。
【００１２】
そこで、本発明では、αtrue、βtrueを次のように求める。
まず、ＱＧＳプログラムで計算した誤差を含む容積をＶfalse とすると、式（２）と同様に、誤差を含む短軸長αfalse と誤差を含む長軸長βfalse とから、
Ｖfalse ＝４／３・π・αfalse 2 ・βfalse ／２          …（３）
で与えられることになる。
【００１３】
誤差を含む短軸長αfalse と誤差を含む長軸長βfalse は、真の左室内腔容積を算出できる程度の最低限のＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ１）をａ、測定時の実際のＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ２）をｂで表すと、ａとｂの差の影響を受けているので、
αfalse ＝αtrue−（ｂ−ａ）          （４）
βfalse ＝βtrue−（ｂ−ａ）          （５）
で与えられる。
【００１４】
これらから、（３）式は、
Ｖfalse
＝４／３・π・（αtrue−（ｂ−ａ））2 ・（βtrue−（ｂ−ａ））／２  …（６）
に変形され得る。
【００１５】
ここで、真の短軸長に対する真の長軸長の比“βtrue／αtrue”を、ｄtrueとすると、（６）式は、
Ｖfalse
＝４／３・π・（αtrue−（ｂ−ａ））2 ・（ｄ・αtrue−（ｂ−ａ））／２  …（７）
のように、αtrueの３次式で与えられる。
【００１６】
この真の短軸長に対する真の長軸長の比ｄtrueは、心筋を縦割りにした縦断面のＳＰＥＣＴ画像からしきい値処理により自動抽出した内腔輪郭から又は当該ＳＰＥＣＴ画像に対するオペレータによるポインティング操作により、比較的誤差少なく高精度に求めることができる。なぜなら、求めた短軸長と長軸長には誤差成分が含まれるものであるが、この誤差成分は分子と分母との間で相殺されてその誤差の影響が低減されるし、また心筋中心の縦断面でも辺縁の縦断面でも当該比は余り変化しないからである。
【００１７】
上記（７）式において、Ｖfalse はＱＧＳプログラムにより計算された容積であるし、さらに、ａ，ｂ，ｄは知り得るので、これらの値を上記（７）式に代入することにより、真又はそれに近い短軸長αtrueを求めることができ、さらに真又はそれに近い長軸長βtrueは、ｄ・αtrueにより得られる。
【００１８】
こうして得られた真又はそれに近い短軸長αtrueと、真又はそれに近い長軸長βtrueとから、（２）式により、左室内腔容積Ｖtrueを、高精度に求めることができる。
【００１９】
なお、上述したようにＱＧＳプログラムの計算結果の誤差要因は、画像のボケにあり、さらに内側へのボケとしては、ボケの発生原因である真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４に近似するものであった。従って、上述した計算方法とは別に、ＱＧＳプログラムで、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭を、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４だけ拡大する輪郭抽出補正をかけ、補正した輪郭に対して輪郭各々の面積を計算し、そして積算することにより真又はそれに近似的な容積を計算できると考えられる。
（検証）
以上のような理論について、以下の条件の下で、心筋ファントムを使って検証した。
（Ａ）使用装置
まず、使用した装置としては、東芝製３検出器型ＳＰＥＣＴ専用装置ＧＣＡ−９３００Ａ／ＵＩと東芝製核医学画像処理装置ＧＭＳ−５５００ＵＩを用いてデータの収集、処理を行った。コリメータは、低エネルギー高分解能コリメータ（ＬＥＨＲ）を使用した。
【００２０】
（Ｂ）心筋ファントムＳＰＥＣＴイメージング
図２に示す心筋ファントム（ＲＨ２型、京都科学社製）の左室心筋部に 99mＴｃを１１１ＭＢｑ注入し、図３に示すように、心筋の長軸と検出器面が平行になる位置に心筋ファントムを固定した。これは、長軸縦断面の画像収集から短軸横断面の画像収集に切り替える時に発生し易い誤差を取り除くためにこのようなファントムと検出器の位置関係にした。また、ファントムでの吸収や散乱の影響が少ないように心筋ファントムは胸部ファントムには入れずに、心筋ファントム単体で測定した。
【００２１】
収集はマトリックスサイズ１２８×１２８、拡大率１倍（ピクセル実長３．２ｍｍ）、１方向当たり３０秒の収集時間で４度毎の３検出器同時１２０度ステップ収集を行った。ＳＰＥＣＴ空間分解能を変化させるために検出器の回転半径は１３２ｍｍ，１５５ｍｍ，１７５ｍｍ，１９５ｍｍ，２１５ｍｍ，２３５ｍｍ，２５５ｍｍ，２７５ｍｍ，２９５ｍｍ，３０５ｍｍの１０箇所で測定した。
【００２２】
（Ｃ）データ処理
心筋ファントムＳＰＥＣＴの投影データを５×５のスムージングで前処理し、ランプ（ｒａｍｐ）フィルターを用いてフィルター逆投影法により再構成を行った。
【００２３】
左室内腔容積の算出は、“Ｇｅｒｍａｎｏ”らによって開発された左室機能自動解析ソフト（ＱＧＳプログラム）を用いて行った。ＱＧＳプログラムは、概略的には、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより左室内腔容積を計算する。
【００２４】
（Ｄ）上述した理論に従って計算した左室内腔容積と心筋ファントムの真の左室内腔容積の比較
（７）式の左辺に、ＱＧＳプログラムで計算した左室内腔容積を代入し、さらに、真の左室内腔容積を算出できる程度の最低限のＳＰＥＣＴ空間分解能ａを“１．１１”とし、測定時の実際の検出器回転半径にに応じたＳＰＥＣＴ空間分解能ｂを求め、それぞれ代入した。また、左室内腔の短軸の長さと長軸の長さの比ｄはファントムの短軸と長軸の真の長さの比（９．９／２．８）を与えた。
【００２５】
以上により、真又はそれに近い短軸長αtrue、長軸長βtrueを求め、そしてこれらから（２）式により、真又はそれに近似的な左室内腔容積Ｖtrueを、計算した。
【００２６】
そして、データ収集時の実際の空間分解能ｂを変えながら、当該心筋ファントムの真の左室内腔容積に対する本発明の計算方法による左室内腔容積の比がどのように変動するかについて、ＱＧＳプログラムの場合と比較すると、その結果は、図４に示すようになった。勿論、図４において、計算した左室内腔容積が、全く誤差を含まない場合、つまり心筋ファントムの真の左室内腔容積に等しい場合、１．００になるものである。なお、検出器の回転半径と実際に計測した空間分解能ｂとの関係を次の表に示す。
【００２７】
【表１】
0004216366.tif 000002
【００２８】
まず、ＱＧＳプログラムから測定される左室内腔容積は、真の左室内腔容積に対して、最近接位置（検出器の回転半径＝１３２ｍｍ）のとき、誤差０．４％以内になった。検出器の回転半径が大きくなるに従って、空間分解能ｂが低下してボケが拡大していくので、誤差は過小評価する傾向にあり、最離反位置（３０５ｍｍ）では真の左室内腔容積より１３％も過小評価する結果となった。
【００２９】
一方、本発明による左室内腔容積計算方法による場合、誤差は最大でも、１．４％に止まった。
ここで、本発明の計算方法の最大の誤差要因としては、左室内腔の短軸長に対する長軸長の比ｄにあると考えられる。発明者は、実際に測定する短軸の長さの２倍と長軸の長さがそれぞれ１ピクセル長の測定誤差を含む場合が最大誤差であると考えた。そこで１ピクセル長＝３．２ｍｍ（１２８×１２８）であるため、真の長軸と短軸の比は３．５４であるが、長軸と短軸の計算値の比は、
最小比３．２４（＝（９．９−０．３２）／（２．８＋０．１６））
から、
最大比３．８７（＝（９．９＋０．３２）／（２．８−０．１６））
まで変化すると考えられる。
【００３０】
従って、最小比の場合と最大比の場合とで、当該心筋ファントムの真の左室内腔容積に対する本発明の計算方法による左室内腔容積の比がどのように変動するかについて調べた。この結果を、図５に示している。長軸と短軸の比が誤差を含んでいるとしても、計算容量の誤差は、最大で０．２７％に止まっていることが証明された。
（考察）
本研究では初めにＧｅｒｍａｎｏらのＱＧＳプログラムの左室内腔容積の計算精度を心筋ファントムを用いて評価し、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能によっては左室内腔容積を過小評価するという結論を得た。これは、検出器の回転半径や使用するコリメータの種類によりＱＧＳプログラムの左室内腔容積の測定精度が変化することに起因している。臨床時の心筋ＳＰＥＣＴ収集では、検出器の回転半径は、２２０ｍｍから２５０ｍｍ付近で収集する場合が多いと考えられるため、図４より真の左室内腔容積より約７％の過小評価しているケースが多いと推定される。
【００３１】
そこで、発明者は、ＱＧＳプログラムの計算の誤差要因を、不十分なＳＰＥＣＴ空間分解能に求め、それを考慮した計算方法を開発し、ファントムでは真又はそれに近似的な左室内腔容積を測定することが可能であることを示した。この計算法を使用することによりコリメートの種類や患者の体型に依存しない真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することが可能になった。
【００３２】
本研究では、ＳＰＥＣＴ収集時におけるカウントは臨床時の１０倍以上を想定し、ＱＧＳプログラムで必要である短軸断層像を得る時に発生する誤差を極力押さえるように評価した。また、バターワース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）フィルターによる計算値の変化がないように前処理では５×５のスムージングを行った。しかし、臨床で得られる画像はカウントが少なく、バターワースフィルターによる計算値の変化は無視できない要因であると考えられる。また、本計算方法では、縦断面像から直接心筋の短軸長と長軸長の長さの比を手動を交えて測定するが、そこから発生すると考えられる測定誤差は本計算方法には大きく影響しないことがわかった。
【００３３】
実際の臨床では、心筋の形状を楕円半球に近似することによる誤差が発生する。また、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能がＬＶＥＦに与える影響は本研究では行うことができないため、今後、臨床評価が必要であると考えられる。
（結語）
心筋ファントムを使用してＱＧＳプログラムを用いて測定した左室内腔容積の測定精度と検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能の関係を評価した。左室内腔容積は、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能によって過小評価することがわかった。また、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能を用いた左室内腔容積の計算方法を開発し、図６に示すような良好な結果が得られた。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積が、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケによる誤差を含んでいることを仮定して、この仮定のもとで、左室内腔容積の近似式としてよく用いられる楕円半球の体積計算式を展開し、この式を、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と、真又はそれに近似的な短軸との長さの“誤差の生じにくい”比を使って、真又はそれに近似的な長軸あるいは真又はそれに近似的な短軸との長さの３次式として解法することで、真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とを求め、これらの長さから楕円半球の体積計算式を使って真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。このようにボケの発生原因から真又はそれに近似的な長軸及び短軸の長さを求め、この長さより楕円半球体積計算式から精度の高い左室内腔容積を計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る左室内腔容積計算手順のフローチャート。
【図２】検証に使った心筋ファントムを示す図。
【図３】検証時の撮影状況を示す図。
【図４】本実施形態の計算方法の精度の検出器回転半径に対する依存性をＱＧＳプログラムの場合と比較して示す図。
【図５】本実施形態の計算方法の精度の短軸長に対する長軸長の比に対する依存性を示す図。
【図６】本実施形態の計算方法の精度の検出器回転半径に対する依存性を示す図。
【符号の説明】
Ｓ１…画像入力ステップ、
Ｓ２…ＱＧＳプログラムによる容積計算ステップ、
Ｓ３…空間分解能入力ステップ、
Ｓ４…短軸長に対する長軸長の比の入力ステップ、
Ｓ５…Ｓ２乃至Ｓ４の値の楕円半球計算式への代入ステップ、
Ｓ６…真又はそれに近似的な長軸長と短軸長の計算ステップ、
Ｓ７…真又はそれに近似的な左室内腔容積計算ステップ。
【図１】
0004216366.tif 000003
【図２】
0004216366.tif 000004
【図３】
0004216366.tif 000005
【図４】
0004216366.tif 000006
【図５】
0004216366.tif 000007
【図６】
0004216366.tif 000008