JP2011043489A - Image processing apparatus, program and method for evaluating local wall motion state of cardiac muscle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、心電図同期SPECTを初めとする心電図同期ダイナミック医用画像を処理する画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法に関する。より詳しくは、心電図同期ダイナミック医用画像を処理して、心筋の局所壁運動を反映した情報を得るための、画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing program, and an image processing method for processing an electrocardiogram-synchronized dynamic medical image including ECG-synchronized SPECT. More specifically, the present invention relates to an image processing apparatus, an image processing program, and an image processing method for processing an electrocardiogram-synchronized dynamic medical image to obtain information reflecting a myocardial local wall motion.
心疾患は死亡原因の上位を占めており、患者数も欧米を中心に年々増加傾向にある。このようなことを背景として、心疾患の予防や治療方針の決定に役立てるため、種々の画像診断法が考案され、臨床において応用されている。中でもSPECT等の核医学画像診断は、心臓の機能を画像化できるといった他のモダリティには無い優れた特徴を有しているため、心疾患の診断に広く用いられている。 Heart disease is the leading cause of death, and the number of patients is increasing year by year, mainly in Europe and the United States. Against this background, various diagnostic imaging methods have been devised and applied clinically to help prevent heart disease and determine treatment strategies. Among them, nuclear medicine image diagnosis such as SPECT is widely used for diagnosing heart disease because it has an excellent feature not found in other modalities such as imaging of the function of the heart.
核医学画像診断は、放射性同位元素で標識された薬剤(以下、放射性医薬品という)を被験者に投与してその分布を専用のカメラで捕らえ、画像を生成する事により行われる方法である。核医学画像診断では、用いる放射性医薬品の化学的性質や生体との相互作用の違いに応じ、種々の生体機能を反映した画像を得ることができる。 Nuclear medicine image diagnosis is a method performed by administering a radiolabeled drug (hereinafter referred to as a radiopharmaceutical) to a subject, capturing the distribution with a dedicated camera, and generating an image. In nuclear medicine image diagnosis, images reflecting various biological functions can be obtained in accordance with the chemical properties of the radiopharmaceutical used and the difference in interaction with the living body.
心疾患の診断において古くから用いられている核医学画像としては、心筋SPECT画像や、心電図同期心プールシンチグラフィーがある。前者は、被験者に塩化タリウム−201や99mTc−テトロホスミン等の心筋製剤を投与し、得られた断層画像から心筋バイアビリティー低下部位を欠損として検出する方法である。この方法により、心筋の局所的なバイアビリティーの評価が可能となる(例えば、非特許文献1)。
一方、後者の方法は、99mTc−HSAや99mTc−RBC等の血管滞留性の放射性医薬品を被験者に投与し、心電図同期シンチグラフィーを撮像して心臓内腔の運動状態を評価する方法である。この方法により、心筋の壁運動の異常を画像として捉えることが可能となると共に、タイム−ボリュームカーブの解析によって心筋の運動状態に対する種々のパラメータを得ることが可能となる(例えば、非特許文献2)。Nuclear medicine images that have been used for a long time in the diagnosis of heart disease include myocardial SPECT images and ECG-synchronized cardiac pool scintigraphy. The former is a method in which a myocardial preparation such as thallium chloride-201 or 99mTc-tetrofosmin is administered to a subject, and a myocardial viability reduction site is detected as a defect from the obtained tomographic image. This method makes it possible to evaluate the local viability of the myocardium (for example, Non-Patent Document 1).
On the other hand, the latter method is a method in which a vascular retention radiopharmaceutical such as 99mTc-HSA or 99mTc-RBC is administered to a subject, and an electrocardiogram synchronous scintigraphy is imaged to evaluate the motion state of the heart lumen. By this method, it is possible to capture abnormalities in the wall motion of the myocardium as an image and obtain various parameters for the motion state of the myocardium by analyzing the time-volume curve (for example, Non-Patent Document 2). ).
また最近では、被験者に心筋製剤を投与して心電図同期SPECT画像を撮像し、左心室全体を3次元的に再構成して心筋の運動を画像化することも行われている。この方法を用いると、再構成された3次元画像から壁運動の各位相における左心室の内腔の容積を算出する事が可能となるので、心電図同期シンチグラフィーと同様の方法を用いる事により、心筋の運動状態を反映した種々のパラメータを算出する事が可能となる(例えば、非特許文献3)。 Recently, a myocardial preparation is administered to a subject, an electrocardiogram-synchronized SPECT image is taken, and the entire left ventricle is three-dimensionally reconstructed to image the myocardial motion. Using this method, it is possible to calculate the volume of the lumen of the left ventricle at each phase of wall motion from the reconstructed 3D image, so by using a method similar to ECG synchronous scintigraphy, Various parameters reflecting the motion state of the myocardium can be calculated (for example, Non-Patent Document 3).
心疾患の診断においては、心筋のバイアビリティー評価に加えて、壁運動の評価も重要である。心電図同期心プールシンチグラフィーを用いる事により、心筋の壁運動の状態を視覚的に評価すると共に、タイム−ボリュームカーブの解析から求められる種々のパラメータを用いて壁運動を定量的に評価する事が可能となる(非特許文献2)。しかしこの方法で用いられるタイム−ボリュームカーブは、左心室内腔全体の容積の経時変化を表す曲線であるので、その解析によって得られる種々のパラメータは、何れも左心室全体の運動状態を反映したパラメータとなる。 In the diagnosis of heart disease, in addition to the evaluation of myocardial viability, the evaluation of wall motion is also important. Using ECG-synchronized cardiac pool scintigraphy, it is possible to visually evaluate the state of myocardial wall motion and to quantitatively evaluate wall motion using various parameters obtained from time-volume curve analysis. (Non-patent document 2). However, since the time-volume curve used in this method is a curve that represents the change over time in the volume of the entire left ventricular lumen, the various parameters obtained by the analysis all reflect the motion state of the entire left ventricle. It becomes a parameter.
ところで、心疾患に伴う心筋の壁運動の低下は、ほとんどの場合で、局所的に起こる。心電図同期心筋SPECT画像を用いた解析により、局所的にバイアビリティーの低下している部位で、壁運動も低下している様子を観察する事が可能となる。この方法は心筋SPECT画像を用いているので、心筋の局所的なバイアビリティーに関しては、定量的な評価が可能である。しかし、壁運動の状態を表すパラメータは、左心室内腔全体に基づくタイム−ボリュームカーブにより求められるので、運動状態の定量評価を局所的に行う事はできない。 By the way, in most cases, the decrease in the wall motion of the myocardium accompanying heart disease occurs locally. The analysis using the ECG-gated myocardial SPECT image makes it possible to observe a state in which the wall motion is also reduced at a site where the viability is locally reduced. Since this method uses a myocardial SPECT image, the local viability of the myocardium can be quantitatively evaluated. However, since the parameter representing the wall motion state is obtained from a time-volume curve based on the entire left ventricular lumen, the motion state cannot be quantitatively evaluated locally.
心疾患における診断のばらつきを少なくして診断の精度を向上させるためには、局所的な壁運動についても定量的なパラメータを用いた評価を行う事が好ましいが、これまでにそのような方法は開示されていなかった。
本発明はこのような事実に鑑みてなされたものであり、心筋の局所壁運動状態を評価するための、画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法を提供する事を目的とした。In order to reduce the variability of diagnosis in heart disease and improve the accuracy of diagnosis, it is preferable to evaluate the local wall motion using quantitative parameters. It was not disclosed.
The present invention has been made in view of such a fact, and an object thereof is to provide an image processing apparatus, an image processing program, and an image processing method for evaluating the local wall motion state of the myocardium.
発明者は検討の結果、左心室全体の容積に基づくタイム−ボリュームカーブを用いずに、心電図同期心筋SPECTデータから再構成された断層画像上で分割されたセグメントについて心筋の運動状態を表現する事により、心筋の局所壁運動を定量的に評価する事を見出し、本発明を完成させた。 As a result of the study, the inventor expresses the motion state of the myocardium for the segment divided on the tomographic image reconstructed from the ECG-gated myocardial SPECT data without using the time-volume curve based on the volume of the entire left ventricle. Thus, the local wall motion of the myocardium was found to be quantitatively evaluated, and the present invention was completed.
本発明に係る画像処理装置は、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得部と、前記心電図同期心筋SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、前記各心筋断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割部と、前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出部と、を備える。 An image processing apparatus according to the present invention includes an image acquisition unit that acquires a series of ECG-synchronized myocardial SPECT image sets, and contour extraction that extracts a myocardial contour in each myocardial tomographic image that constitutes the ECG-synchronized myocardial SPECT image set. A division part that divides the myocardial part into a plurality of segments by a boundary line radially created from a predetermined center point in the myocardium toward the outline of the myocardium in each myocardial tomographic image; A parameter calculation unit that obtains a parameter representing the state of the wall motion of the myocardium based on a change with time of the distance from the predetermined center point to the contour of the myocardium.
本発明において、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットとは、心筋SPECTを心電図との同期をかけながら撮像し、心電図における位相ごとに積算された心筋SPECTデータを再構成することによって得られた、一連の心筋SPECT画像をいう。かかるSPECT画像セットは、心電図の各位相に対応した心筋SPECT画像により構成されているので、心電図の位相ごとに対応するSPECT画像を順次表示することにより、心筋の運動状態を、動画として再生することが可能となる。
心電図同期心筋SPECT画像は、本来局所情報を含んでいる。しかし、従来用いられていた心筋壁運動の解析法では、左心室内腔全体の容積を利用したタイム−ボリュームカーブを用いていたため、局所的な壁運動を反映したパラメータを得ることができなかった。本発明では、上記の様な構成とすることにより、心筋SPECTデータが本来供えている局所情報を損なうことなく、心筋の運動状態を表す種々のパラメータを求める事が可能となる。
なお本発明において心筋の壁運動の状態を示すパラメータを求めるための心筋部断層画像としては、心臓の短軸横断像を好ましく用いることができる。In the present invention, a series of electrocardiogram-synchronized myocardial SPECT image sets is a series of images obtained by imaging myocardial SPECT while synchronizing with the electrocardiogram, and reconstructing myocardial SPECT data accumulated for each phase in the electrocardiogram. The myocardial SPECT image. Since the SPECT image set is composed of myocardial SPECT images corresponding to the phases of the electrocardiogram, the motion state of the myocardium can be reproduced as a moving image by sequentially displaying the SPECT images corresponding to the phases of the electrocardiogram. Is possible.
The electrocardiogram-synchronized myocardial SPECT image originally includes local information. However, since the myocardial wall motion analysis method used in the past used a time-volume curve that uses the volume of the entire left ventricular chamber, parameters that reflected local wall motion could not be obtained. . In the present invention, by adopting the configuration as described above, it is possible to obtain various parameters representing the motion state of the myocardium without impairing the local information originally provided by the myocardial SPECT data.
In the present invention, as a myocardial tomographic image for obtaining a parameter indicating the state of the myocardial wall motion, a short-axis transverse image of the heart can be preferably used.
本発明に係る画像処理装置において、輪郭抽出部によって抽出される心筋の輪郭は、所定の分割中心点から放射状に作成した複数の直線上において、カウントの最大値を示すピクセルに基づいて、作成されたものとすることができる。すなわち本発明にかかる画像処理装置は、心筋部断層画像において所定の分割中心点を中心として心筋輪郭に向かって放射状に作成した複数の直線上におけるカウントの最大値を示すピクセルを代表ピクセルとして抽出する代表ピクセル抽出部をさらに備え、輪郭抽出部は、代表ピクセルの位置に基づいて心筋の輪郭を求めるものとすることができる。 In the image processing apparatus according to the present invention, the outline of the myocardium extracted by the outline extraction unit is created based on pixels indicating the maximum count value on a plurality of straight lines created radially from a predetermined division center point. Can be. That is, the image processing apparatus according to the present invention extracts, as a representative pixel, a pixel indicating the maximum count value on a plurality of straight lines created radially from the myocardial tomographic image centering on a predetermined division center point toward the myocardial contour. The image processing apparatus may further include a representative pixel extraction unit, and the contour extraction unit may obtain a myocardial contour based on the position of the representative pixel.
このような構成とすることにより、自動にて心筋の輪郭を抽出する事が可能となる。放射状に作成された上記直線の数は、多いほど滑らかな輪郭を作成できるが、多すぎると処理に時間がかかりすぎるので好ましくない。また、心筋SPECT画像の解像度よりも細かく走査しても、同じ部分を重複して走査することとなり、計算に無駄が生ずる。従って、当該放射状の上記直線の刻みは、対象とする心筋の大きさを勘案して心筋輪郭部の画素をもれなく走査できる程度とすれば十分である。
なお、上記所定の分割中心点は、断層画像上において目視で設定しても良いが、回転中心や重心等として計算により求めた点を用いるといった、特開2008−180555号公報に開示されたものと同様の方法を用いても良い。断層画像上で所定のカウント値よりも高いカウント値を有するピクセルによって囲まれた領域として心筋部位を抽出し、当該領域の回転中心や重心を、計算によって求めるといった方法をとることも可能である。With this configuration, it is possible to automatically extract the outline of the myocardium. As the number of the straight lines created in a radial pattern increases, a smooth contour can be created. However, if the number is too large, it takes too much time for processing, which is not preferable. Further, even if scanning is performed more finely than the resolution of the myocardial SPECT image, the same portion is scanned twice, resulting in wasteful calculation. Therefore, it is sufficient that the radial step is sufficient to scan all the pixels of the myocardial contour in consideration of the size of the target myocardium.
The predetermined division center point may be set visually on the tomographic image, but is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-180555 in which a point obtained by calculation is used as the rotation center, the center of gravity, or the like. The same method may be used. It is also possible to extract the myocardial region as a region surrounded by pixels having a count value higher than a predetermined count value on the tomographic image, and obtain the rotation center and center of gravity of the region by calculation.
また、上記構成における代表ピクセル抽出部は、心筋部断層画像を所定の分割中心点を中心とする放射状の分割境界によって仕切られた各領域上で、最大カウント値を示すピクセルを抽出するものであっても良い。このような構成とすることにより、ノイズによる欠損等の影響を受けにくくしつつ、簡単な計算にて代表ピクセルを抽出する事が可能となる。 In addition, the representative pixel extraction unit in the above configuration extracts a pixel indicating the maximum count value on each region partitioned from the myocardial tomographic image by a radial division boundary centered on a predetermined division center point. May be. By adopting such a configuration, it becomes possible to extract the representative pixel by simple calculation while being hardly affected by noise or the like.
本発明にかかる画像処理装置は、心筋の所定の中心点から前記代表ピクセルまでの距離が、隣接する代表ピクセル間において、滑らかに変化するように、各代表ピクセルの位置を補正するスムージング部をさらに備え、輪郭抽出部は、スムージング部により補正された代表ピクセルに基づいて心筋の輪郭を求めるものとすることもできる。ここで、心筋の所定の中心点は、代表ピクセルの抽出に用いた前記所定の分割中心点を用いても良いが、上述した方法と同様の方法によって、別に定めた中心点を用いても良い。
このような構成とすることにより、ノイズ等に基づく影響を、小さくすることが可能となる。The image processing apparatus according to the present invention further includes a smoothing unit that corrects the position of each representative pixel so that the distance from a predetermined center point of the myocardium to the representative pixel changes smoothly between adjacent representative pixels. The contour extraction unit may determine the contour of the myocardium based on the representative pixel corrected by the smoothing unit. Here, as the predetermined center point of the myocardium, the predetermined division center point used for extraction of the representative pixel may be used, or a center point separately determined by the same method as described above may be used. .
With such a configuration, it is possible to reduce the influence based on noise and the like.
スムージング部によって実行されるスムージング処理としては、種々の処理を適用する事ができるが、フーリエ級数等の周期関数を適用することが好ましい。この場合、本発明におけるスムージング部は、前記代表ピクセルを二次元座標上に表示した図形に、周期関数を適用する事によって各代表ピクセルの補正を行うものとなる。
このような構成とすることにより、抽出された代表ピクセルの数が少ない場合であっても隣接するピクセル間を適宜補完することが可能であるので、滑らかな輪郭を抽出する事が可能となる。Although various processes can be applied as the smoothing process executed by the smoothing unit, it is preferable to apply a periodic function such as a Fourier series. In this case, the smoothing unit according to the present invention corrects each representative pixel by applying a periodic function to a figure in which the representative pixel is displayed on two-dimensional coordinates.
By adopting such a configuration, even when the number of extracted representative pixels is small, it is possible to appropriately complement between adjacent pixels, so that a smooth contour can be extracted.
本発明に係る画像処理装置において、パラメータ算出部によって算出される心筋の壁運動の状態を表すパラメータは、分割部によって断層画像を所定数に分割したそれぞれのセグメントについて求めたタイム−ボリュームカーブに基づいて算出されたものとすることができる。例えば、断層画像上において適宜定めた心筋の中心点から放射状に境界線を引き、当該境界線と心筋の輪郭とにより形成されるセグメントの面積と当該断層画像のスライス厚との積を求める。これを当該セグメントの容積として用い、心電図の位相に対してプロットする。このようにして得られた図形をタイム−ボリュームカーブとして用いることにより、各セグメントにおける局所心筋の壁運動の状態を反映する種々のパラメータを算出する事が可能となる。 In the image processing apparatus according to the present invention, the parameter representing the state of the myocardial wall motion calculated by the parameter calculation unit is based on a time-volume curve obtained for each segment obtained by dividing the tomographic image into a predetermined number by the dividing unit. It can be calculated as follows. For example, a boundary line is drawn radially from the center point of the myocardium determined as appropriate on the tomographic image, and the product of the area of the segment formed by the boundary line and the outline of the myocardium and the slice thickness of the tomographic image is obtained. This is used as the volume of the segment and plotted against the ECG phase. By using the figure obtained in this way as a time-volume curve, it is possible to calculate various parameters reflecting the state of local myocardial wall motion in each segment.
この場合において、心筋の壁運動の状態を表すパラメータとしては、従来の方法においてタイム−ボリュームカーブから算出される、種々のパラメータとすることができる。具体的には、駆出率、最大駆出速度、最大充満速度、収縮末期到達時間、最大充満速度到達時間等のパラメータとすることができる。 In this case, the parameters representing the state of the myocardial wall motion can be various parameters calculated from the time-volume curve in the conventional method. Specifically, parameters such as ejection rate, maximum ejection speed, maximum filling speed, end-systolic arrival time, and maximum filling speed arrival time can be used.
本発明に係る画像処理装置において求めた種々のパラメータは、対応するセグメントと対比させて、表形式等の形態により出力しても良いが、例えば、ポーラーマップ表示などの様に、分割した各セグメントを短軸像上のスライス位置に対応させた同心円上に表し、対応するセグメントの位置に数値や輝度等の形式で表示するものであっても良い。
従って、本発明に係る画像処理装置は、心筋の壁運動の状態を表すパラメータを心筋のマップ上における対応する位置に表示する表示部を、さらに備えるものであっても良い。The various parameters obtained in the image processing apparatus according to the present invention may be output in the form of a table or the like in comparison with the corresponding segment. For example, each segment divided as in a polar map display or the like. May be displayed on concentric circles corresponding to the slice positions on the short-axis image and displayed in the form of numerical values, brightness, or the like at the corresponding segment positions.
Therefore, the image processing apparatus according to the present invention may further include a display unit that displays a parameter representing the state of the myocardial wall motion at a corresponding position on the myocardial map.
なお、上記態様においては、処理対象となる画像を心電図同期心筋SPECT画像としたが、本発明は他の心筋部医用画像に応用する事も可能である。すなわち、本発明に係る別の態様の画像処理装置は、心筋部の一連の心電図同期ダイナミック医用画像セットを取得する画像取得部と、前記心電図同期ダイナミック医用画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割部と、前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出部と、心筋の壁運動の状態を表すパラメータを心筋のマップ上における対応する位置に表示する表示部と、を備えるものとすることもできる。心電図同期ダイナミック医用画像データとしては、種々のものを用いる事ができ、具体的にはPET、MRI、CT等のデータを用いる事ができる。なお上述した心電図同期心筋SPECTデータを用いた画像処理装置における各種の構成を、本発明の画像処理装置に適用する事も可能である。In the above embodiment, the image to be processed is an ECG-synchronized myocardial SPECT image, but the present invention can also be applied to other myocardial medical images. That is, an image processing apparatus according to another aspect of the present invention includes an image acquisition unit that acquires a series of electrocardiogram-synchronized dynamic medical image sets of a myocardial part, and each myocardial tomographic image that constitutes the electrocardiogram-synchronized dynamic medical image set. The myocardial part is divided into a plurality of segments by a contour extracting unit that extracts a myocardial contour in the image, and a boundary line radially generated from a predetermined center point in the myocardium toward the myocardial contour in each myocardial tomographic image A division unit, a parameter calculation unit for obtaining a parameter indicating a state of myocardial wall motion based on a change over time of a distance from a predetermined center point of the myocardium to a contour of the myocardium for each segment, and a state of the myocardial wall motion And a display unit that displays a parameter representing the position at a corresponding position on the myocardial map. Various types of electrocardiogram-synchronized dynamic medical image data can be used. Specifically, data such as PET, MRI, and CT can be used. Various configurations in the image processing apparatus using the ECG-synchronized myocardial SPECT data described above can also be applied to the image processing apparatus of the present invention.
本発明の別の一側面に係る画像処理プログラムは、コンピュータに、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得ステップと、前記心電図同期SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割ステップと、前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出ステップと、を実行させる。 An image processing program according to another aspect of the present invention provides a computer with an image acquisition step of acquiring a series of ECG-synchronized myocardial SPECT image sets, and myocardium in each myocardial tomographic image constituting the ECG-synchronized SPECT image set. A contour extracting step for extracting the contour of the myocardium, and a dividing step for dividing the myocardial portion into a plurality of segments by a boundary line radially generated from a predetermined center point in the myocardium toward the myocardial contour in each myocardial tomographic image And a parameter calculating step for obtaining a parameter representing the state of the wall motion of the myocardium based on a change with time of the distance from the predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium for each segment.
このような構成とすることにより、心筋SPECTデータが本来供えている局所情報を損なうことなく、心筋の運動状態を表す種々のパラメータを求める事が可能となる。なお、上記した画像処理装置の各種の構成を、本発明のプログラムに適用することも可能である。 By adopting such a configuration, it is possible to obtain various parameters representing the motion state of the myocardium without damaging the local information originally provided by the myocardial SPECT data. Note that various configurations of the above-described image processing apparatus can be applied to the program of the present invention.
本発明のさらに別の一側面に係る画像処理方法は、コンピュータで、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得ステップと、前記心電図同期心筋SEPCT画像セットを構成する心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割ステップと、前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出ステップと、を順次実行する。 An image processing method according to yet another aspect of the present invention includes an image acquisition step of acquiring a series of electrocardiogram-synchronized myocardial SPECT image sets by a computer, and a myocardium in a myocardial tomographic image constituting the electrocardiogram-synchronized myocardial SEPCT image set. A contour extracting step for extracting the contour of the myocardium, and a dividing step for dividing the myocardial portion into a plurality of segments by a boundary line radially generated from a predetermined center point in the myocardium toward the myocardial contour in each myocardial tomographic image And, for each of the segments, a parameter calculation step for sequentially obtaining a parameter representing a state of the wall motion of the myocardium based on a change with time of a distance from a predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium.
このような構成とすることにより、心筋SPECTデータが本来供えている局所情報を損なうことなく、心筋の運動状態を表す種々のパラメータを求める事が可能となる。なお、上記した画像処理装置の各種の構成を、本発明の画像処理方法に適用することも可能である。 By adopting such a configuration, it is possible to obtain various parameters representing the motion state of the myocardium without damaging the local information originally provided by the myocardial SPECT data. Note that various configurations of the image processing apparatus described above can be applied to the image processing method of the present invention.
本発明により、心筋の局所的な壁運動の状態を、定量的に評価することが可能となった。 The present invention makes it possible to quantitatively evaluate the state of local wall motion of the myocardium.
以下、本発明に係る好ましい態様における画像処理装置および画像処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明は、あくまでも好ましい態様における説明であり、本発明の内容を限定する意図ではない。
図1は、本発明の好ましい実施態様における画像処理装置10の構成を示す図であり、図2〜5は、本発明に係る画像処理方法における処理の流れを示す図である。好ましい態様において、本発明に係る画像処理方法は、本発明に係る画像処理装置10を動作させることによって実行される。Hereinafter, an image processing apparatus and an image processing method according to preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following description is the description in a preferable aspect to the last, and does not intend to limit the content of this invention.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
図1に示すように、本実施の形態の画像処理装置10は、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得部12と、取得した心電図同期SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出部14と、輪郭抽出部14に内蔵されるスムージング部16と、タイムボリュームカーブに基づいて心筋の局所壁運動状態を表すパラメータを算出するパラメータ算出部18と、パラメータ算出部18に内蔵され、それぞれの心筋部断層画像を所定のセグメントに分割する分割部20と、パラメータ算出部18に内蔵され、分割された各セグメントにつきタイム−ボリュームカーブを作成するTVC作成部22と、算出されたパラメータを出力する表示部24を有している。 As shown in FIG. 1, the
画像取得部12は、例えば、SPECT装置によって取得された、一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する(ステップS1)。上述したように、本明細書において一連の心電図同期心筋SPECT画像セット(以下、本項においてSPECT画像セットという)とは、心筋SPECTを心電図との同期をかけながら撮像し、心電図における位相ごとに積算された心筋SPECTデータを再構成することによって得られた、一連の心筋SPECT画像である。当該SPECT画像セットにおける各位相の心筋SPECT画像は、連続した複数の断層画像により構成される。好ましい態様において、当該SPECT画像セットは、DICOM形式等のコンピュータで読み取り可能な形式で保存される。当該SPECT画像セットは、CD、DVD、ハードディスク、あるいは半導体メモリ等の、コンピュータで読み取り可能な媒体に保存された状態で提供されることができる。この場合、当該データを保存した媒体が、本画像処理装置を構成するコンピュータの読取装置によって読み込まれることにより、画像取得部12によって、当該データを取得することが可能となる。当該データはまた、ネットワークを介して直接本画像処理装置に取り込まれるものであっても良い。 For example, the
輪郭抽出部14は、画像取得部12によって取得された心電図同期心筋SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像につき、心筋の輪郭抽出を行う。輪郭抽出部14による心筋の輪郭抽出は、種々の方法にて行う事ができる。例えば、図3に例示した方法を用いることができる。まず、各心筋部断層画像につき、心筋内部に定めた所定の分割中心点(ステップS11)から心筋輪郭に向けて複数の直線を放射状に作成し(ステップS12)、それぞれの直線上でカウントの最大値を示すピクセルを抽出し、各直線上における代表ピクセルとする(ステップS13)。そして、各直線上で抽出された代表ピクセルにつき後述する方法にてスムージング処理を行い(ステップS14)、スムージング処理後の代表ピクセルにより形成される図形を、抽出された心筋の輪郭とする(ステップS15)。このとき、放射状に作成された上記直線の数は、多いほど滑らかな輪郭を作成できるが、多すぎると処理に時間がかかりすぎるので好ましくない。また、心筋SPECT画像の解像度よりも細かく走査しても、同じ部分を重複して走査することとなり、計算に無駄が生ずる。従って、当該放射線状の上記直線の刻みは、対象とする心筋の大きさを勘案して心筋輪郭部の画素をもれなく走査できる程度とすれば十分である。具体的には、解像度10mmの短軸断層像において、心筋の直径が最大で10cm程度である場合には、3°ステップで上記放射状の直線を作成し、最大値の走査を行えば十分である。 The
輪郭抽出の別の方法としては、特開2008−180555号公報に開示されたものと同様の方法を用いることができる(図4)。具体的には、心臓の短軸断層像を心筋の所定の分割中心点(ステップS21)から輪郭に向かって放射状に作成された境界線によって、複数のセグメントに分割する(ステップS22)。そして、それぞれのセグメント内で最も大きいカウント値を示すピクセルを代表ピクセルとして抽出し(ステップS23)、後述する方法によりスムージング処理を行う(ステップS24)。スムージング処理後の代表ピクセルによって形成される図形を、抽出された心筋の輪郭とする(ステップS25)。この方法は、セグメント内の全ピクセルの中から信号強度が最も大きいピクセルを抽出するので、セグメント内の一部のデータが欠損していても、適切なピクセルを選択することができる。 As another method of contour extraction, a method similar to that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-180555 can be used (FIG. 4). Specifically, the short-axis tomographic image of the heart is divided into a plurality of segments by boundary lines that are radially formed from the predetermined division center point (step S21) of the myocardium toward the contour (step S22). And the pixel which shows the largest count value in each segment is extracted as a representative pixel (step S23), and a smoothing process is performed by the method mentioned later (step S24). The figure formed by the representative pixels after the smoothing process is set as the extracted myocardial contour (step S25). Since this method extracts the pixel having the highest signal strength from all the pixels in the segment, an appropriate pixel can be selected even if some data in the segment is missing.
なお、輪郭抽出における心筋の所定の分割中心点は、ユーザーインターフェースを介して外部から手動で入力しても良いが、公知の方法、例えば、特開2008−180555号公報に開示された方法を用いて決定しても良い。 The predetermined division center point of the myocardium in contour extraction may be manually input from the outside via a user interface, but a known method, for example, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-180555 is used. May be determined.
なお、好ましい態様において、輪郭抽出部14は、内部にスムージング部16を有している。スムージング部は、上記の方法によって抽出された代表ピクセルについて予めスムージング処理を行い、所定の中心点から前記代表ピクセルまでの距離が、隣接する代表ピクセル間において滑らかに変化するように、各代表ピクセルの位置を補正する。輪郭抽出部は、スムージング後の代表ピクセルを用いて、輪郭抽出処理を行う。このような処理を行う事により、ノイズ等の影響によって抽出された輪郭の形状ががたつく事を、防ぐ事ができる。スムージング処理における所定の中心点は、輪郭抽出における心筋の分割中心点をそのまま用いても良いが、これとは別に定めた中心点を用いても良い。ただし、計算機の処理負担を考慮すると、心筋の分割中心点を用いることが好ましい。 In a preferred embodiment, the
スムージング処理としては、3点スムージング処理を行う方法や、データをフーリエ級数等の周期関数に近似するといった、種々の公知の方法を用いる事ができる。好ましい態様としては、フーリエ級数近似に代表される公知の周期関数を用いた処理によって、スムージング処理を行う。周期関数を用いた処理を適用することによって、抽出された代表ピクセルの数が少ない場合であっても隣接するピクセル間を適宜補完することが可能であるので、滑らかな輪郭を抽出する事が可能となる。 As the smoothing process, various known methods such as a method of performing a three-point smoothing process or approximating data to a periodic function such as a Fourier series can be used. As a preferred embodiment, the smoothing process is performed by a process using a known periodic function typified by Fourier series approximation. By applying processing using a periodic function, even if the number of extracted representative pixels is small, it is possible to complement between adjacent pixels as appropriate, so a smooth contour can be extracted It becomes.
パラメータ算出部18は、局所壁運動の状態を反映する種々のパラメータの算出を行う(ステップS3)。好ましい態様において、パラメータ算出部18は、それぞれの心筋部断層画像を所定のセグメントに分割する分割部20と、分割された各セグメントにつきタイム−ボリュームカーブを作成するTVC作成部22を内蔵している。 The
図5に、パラメータ算出部18を動作させることにより行われる、パラメータ算出方法のフローチャートを示す。好ましい態様において、パラメータ算出部18は、輪郭抽出の完了した各心筋部断層画像につき、心筋部における所定の中心点を決定し(ステップS31)、分割部20を動作させ、当該中心点から心筋輪郭に向けた複数の境界線によって当該断層画像上の心筋部を複数のセグメントに分割する(ステップS32)。ここで、所定の中心点は、ユーザーインターフェース等を介して外部から入力しても良いが、公知の方法、例えば、特開2008−180555号公報に開示された方法を用いて決定しても良い。上述した輪郭抽出処理における、所定の分割中心点を用いることも、もちろん可能である。図6に、画像分割の一例を示す。図6に示す例では、中心点O(図示せず)から心筋輪郭(図6ではCと表示)に向けた放射状の境界線b1〜b16によって、心筋をSeg1〜Seg16の16個のセグメント(図6では、Seg1のみ図示)に分割している。画像の分割数は、多いほど細かい局所壁運動の定量解析が可能となるが、多すぎると計算負担が増大するので、注意を要する。 FIG. 5 shows a flowchart of a parameter calculation method performed by operating the
次いで、パラメータ算出部18は、TVC作成部22を動作させ、分割部20によって作成した各セグメントのタイム−ボリュームカーブを作成する(ステップS33)。各セグメントのタイム−ボリュームカーブの作成は、以下の要領で行う。まず、分割された各セグメント、すなわち、二本の境界線と当該境界線によって区分された心筋の輪郭線により囲まれた部分の、面積を求める。求めたセグメントの面積に、各断層画像のスライス厚を乗じ、セグメント部分の体積とする。得られた各セグメントの体積を、心電図の位相に対してプロットすることにより、各セグメントのタイム−ボリュームカーブを作成することができる。 Next, the
パラメータ算出部18は、TVC作成部22によって作成されたタイム−ボリュームカーブを用い、心筋の壁運動の状態を反映する種々のパラメータを算出する(ステップS34)。図7に、タイム−ボリュームカーブの一例を示す。この図において、図7(a)は、タイム−ボリュームカーブであり、図7(b)はその微分グラフである。心筋の壁運動の状態を反映するパラメータとしては、心筋の壁運動の解析において通常用いられる種々のパラメータを用いることができる。好ましくは、駆出率(EF)、最大駆出速度(PER)、最大充満速度(PFR)、収縮末期到達時間(TES)、及び、最大充満速度到達時間(TPF)が、用いられる。これらのパラメータは、タイム−ボリュームカーブまたはその微分グラフから、公知の方法を用いて算出する事ができる。例えば、駆出率(EF)は、タイム−ボリュームカーブから拡張末期容積及び収縮末期容積を読み取り、拡張末期容積を、拡張末期容積と収縮末期容積との差で除すことによって、求める事ができる。最大駆出速度(PER)、最大充満速度(PFR)、収縮末期到達時間(TES)及び最大充満速度到達時間(TPF)は、図7に図示した通り、タイム−ボリュームカーブまたはその微分グラフから、直接読み取ることができる。 The
表示部24は、算出されたパラメータを、ディスプレイ等に表示する(ステップS4)。表示の方法は、種々の方法を用いることができる。例えば、各セグメントを予め番号等で分類し、その番号等に対応させて表形式で表示する方法や、ポーラーマップ表示等における各セグメントに対応する部位に、数値や、数値に対応した輝度等で表示する方法を用いることができる。図8及び図9に、ポーラーマップ上に輝度によって表示した例を示す。ここで、図8は最大駆出速度、図9は駆出率について、ポーラーマップ上に表示した例である。図8、図9共に、マトリックスサイズ64×64、ピクセルサイズ6mmの短軸像を用いた。処理スライス数は14スライスとし、各スライスについて3°ステップ毎にタイムボリュームカーブを作成して各パラメータを算出した。このパラメータを、円周方向36分割のポーラーマップ上に補完処理を行って表示した。このように、本発明に係る画像処理方法によって、心筋の局所壁運動状態を定量的に評価する事が可能であることがわかる。 The
上記した実施の形態では、画像処理装置および画像処理方法の例について説明したが、上記した画像処理装置の各構成を実現するモジュールを有するプログラム、上記した画像処理方法の各ステップを実行するモジュールを有するプログラムも本発明の範囲に含まれる。 In the above-described embodiments, examples of the image processing apparatus and the image processing method have been described. However, a program including a module that implements each configuration of the above-described image processing apparatus, and a module that executes each step of the above-described image processing method are provided. The program which has is also included in the scope of the present invention.
本発明は、医用画像処理装置の製造分野において、利用することができる。 The present invention can be used in the field of manufacturing medical image processing apparatuses.
10 画像処理装置
12 画像取得部
14 輪郭抽出部
16 スムージング部
18 パラメータ算出部
20 分割部
22 TVC作成部
24 表示部DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記心電図同期心筋SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割部と、
前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出部と、
を備える、画像処理装置。An image acquisition unit for acquiring a series of ECG synchronized myocardial SPECT image sets;
A contour extracting unit for extracting a myocardial contour in each myocardial tomographic image constituting the ECG-synchronized myocardial SPECT image set;
In each of the myocardial tomographic images, a dividing unit that divides the myocardial part into a plurality of segments by a boundary line radially created from a predetermined center point in the myocardium toward the outline of the myocardium,
For each of the segments, a parameter calculation unit for obtaining a parameter representing a state of the wall motion of the myocardium based on a change over time of a distance from a predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium,
An image processing apparatus comprising:
前記輪郭抽出部は、前記代表ピクセルの位置に基づいて心筋の輪郭を求めるものである、
請求項1に記載の画像処理装置。In the myocardial tomographic image, further comprising a representative pixel extracting unit for extracting, as a representative pixel, a pixel indicating the maximum count value on a plurality of straight lines created radially around a predetermined division center point,
The contour extraction unit obtains the contour of the myocardium based on the position of the representative pixel.
The image processing apparatus according to claim 1.
請求項1に記載した画像処理装置。The representative pixel extraction unit extracts a pixel indicating a maximum count value on each region partitioned from a myocardial tomographic image by a plurality of radial division boundaries centered on a predetermined division center point.
The image processing apparatus according to claim 1.
前記輪郭抽出部は、スムージング部により補正された代表ピクセルに基づいて心筋の輪郭を求めるものである、
請求項2または請求項3に記載の画像処理装置。A smoothing unit that corrects the position of each representative pixel so that the distance from a predetermined center point of the myocardium to the representative pixel changes smoothly between adjacent representative pixels;
The contour extraction unit obtains the contour of the myocardium based on the representative pixel corrected by the smoothing unit.
The image processing apparatus according to claim 2.
前記心電図同期ダイナミック医用画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割部と、
前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出部と、
心筋の壁運動の状態を表すパラメータを心筋のマップ上における対応する位置に表示する表示部と、
を備える、画像処理装置。An image acquisition unit for acquiring a series of electrocardiogram-synchronized dynamic medical image sets of the myocardium;
A contour extraction unit that extracts a contour of the myocardium in each myocardial tomographic image constituting the electrocardiogram-synchronized dynamic medical image set;
In each of the myocardial tomographic images, a dividing unit that divides the myocardial part into a plurality of segments by a boundary line radially created from a predetermined center point in the myocardium toward the outline of the myocardium,
For each of the segments, a parameter calculation unit for obtaining a parameter representing a state of the wall motion of the myocardium based on a change over time of a distance from a predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium,
A display unit that displays a parameter representing a state of wall motion of the myocardium at a corresponding position on the myocardial map;
An image processing apparatus comprising:
一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得ステップと、
前記心電図同期心筋SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、
前記心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割ステップと、
前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出ステップと、
前記心筋の壁運動の状態を表すパラメータを心筋のマップ上における対応する位置に表示する表示ステップと、
を実行させる、画像処理プログラム。On the computer,
An image acquisition step for acquiring a series of ECG-synchronized myocardial SPECT image sets;
A contour extracting step for extracting a myocardial contour in each myocardial tomographic image constituting the electrocardiogram-synchronized myocardial SPECT image set;
In the myocardial tomographic image, a dividing step of dividing the myocardial part into a plurality of segments by a boundary line radially created from a predetermined center point in the myocardium toward the outline of the myocardium;
For each segment, a parameter calculation step for obtaining a parameter representing the state of the wall motion of the myocardium based on the change over time of the distance from the predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium;
A display step for displaying a parameter representing the state of wall motion of the myocardium at a corresponding position on a map of the myocardium;
An image processing program for executing
一連の心電図同期心筋SPECT画像セットを取得する画像取得ステップと、
前記心電図同期心筋SPECT画像セットを構成するそれぞれの心筋部断層画像における心筋の輪郭を抽出する輪郭抽出ステップと、
前記各心筋部断層画像において、心筋における所定の中心点から心筋の輪郭に向けて放射状に作成した境界線によって、心筋部を複数のセグメントに分割する分割ステップと、
前記各セグメントについて、心筋の所定の中心点から心筋の輪郭までの距離の経時変化に基づいて心筋の壁運動の状態を表すパラメータを求めるパラメータ算出ステップと、
前記心筋の壁運動の状態を表すパラメータを心筋のマップ上における対応する位置に表示する表示ステップと、
を順次実行する事を特徴とする、画像処理方法。By computer
An image acquisition step for acquiring a series of ECG-synchronized myocardial SPECT image sets;
A contour extracting step for extracting a myocardial contour in each myocardial tomographic image constituting the electrocardiogram-synchronized myocardial SPECT image set;
In each myocardial tomographic image, a dividing step of dividing the myocardial part into a plurality of segments by a boundary line radially created from a predetermined center point in the myocardium toward the outline of the myocardium;
For each segment, a parameter calculation step for obtaining a parameter representing the state of the wall motion of the myocardium based on the change over time of the distance from the predetermined center point of the myocardium to the contour of the myocardium;
A display step for displaying a parameter representing the state of wall motion of the myocardium at a corresponding position on a map of the myocardium;
An image processing method characterized by sequentially executing.
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