JP2016131836A - Blood flow profile measuring method - Google Patents

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JP2016131836A JP2015010439A JP2015010439A JP2016131836A JP 2016131836 A JP2016131836 A JP 2016131836A JP 2015010439 A JP2015010439 A JP 2015010439A JP 2015010439 A JP2015010439 A JP 2015010439A JP 2016131836 A JP2016131836 A JP 2016131836A
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康雄 竹原
Yasuo Takehara
康雄 竹原
将隆 杉山
Masataka Sugiyama
将隆 杉山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for precisely measuring a blood flow profile of a blood vessel on the basis of data acquired by 3D cine PC MR, and to provide a blood flow rate measuring device that executes the method.SOLUTION: A blood flow profile measuring method includes: a step (1) of constructing a blood vessel image that visualizes a three-dimensional vascular structure, from a magnitude image of 3D cine PC MR; a step (2) of measuring a blood flow vector at each coordinate in a blood vessel within the blood vessel image from a phase image of the 3D cine PC MR; a step (3) of measuring each AWSS or OSI at boundary coordinates of vascular walls in the blood vessel image, on the basis of the blood flow vector; a step (4) of extracting a measured cross-section only consisting of the boundary coordinates, at which each AWSS is a prescribed first threshold or more or each OSI is a prescribed second threshold or less, out of the vascular walls in the blood vessel image; and a step (5) of measuring a blood flow profile in the measured cross-section.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法(3D cine PC MR)により取得されたデータに基づいて、血管の血流プロファイル(血管断面における血流速度の時間的プロファイル)をより正確に測定するための方法に関する。   The present invention more accurately measures a blood flow profile of blood vessels (temporal profile of blood flow velocity in a blood vessel cross section) based on data acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method (3D cine PC MR). Related to the method.

非侵襲的に臓器の血流量を知ることは、臨床的に大きな意義があり、超音波ドプラ法、核医学のトレーサーを用いた計測法、MRI(Magnetic Resonanse Imaging)によるシネ位相コントラスト法等の様々な方法で試みられている。シネ位相コントラスト磁気共鳴法は、双極傾斜磁場中で流速によって誘発されるMR信号の位相シフトを利用して流れている血液と静止組織を識別することにより画像化する位相コントラスト法において、撮像のタイミングを心電図同期し、心周期の各時点において撮像する方法である。当該方法には、2次元断面での計測を行う2次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法と、3次元の血流ベクトルを測定する3次元シネ位相コントラスト法がある。   Knowing the blood flow of an organ non-invasively has great clinical significance, such as ultrasonic Doppler method, measurement method using nuclear medicine tracer, cine phase contrast method by MRI (Magnetic Resonanse Imaging), etc. Has been attempted in various ways. The cine phase contrast magnetic resonance method is a phase contrast method in which imaging is performed by discriminating between flowing blood and stationary tissue using a phase shift of an MR signal induced by a flow rate in a bipolar gradient magnetic field. Is synchronized with the electrocardiogram and images are taken at each time point of the cardiac cycle. The method includes a two-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method for measuring in a two-dimensional section and a three-dimensional cine phase contrast method for measuring a three-dimensional blood flow vector.

これらの計測方法のうち、超音波ドプラ法では、血流の流速を計測可能であるが、客観性に乏しく、観測者によって再現性がやや悪いという問題点がある。また、核医学による方法は、放射性トレーサーの静脈注射が必要であること、患者や検査施行者に電離放射線被曝を伴うこと等の問題がある。2次元シネ位相コントラスト法では、至適な測定断面を検査開始前から知ることはできないため、測定血管上に盲目的に多数の断面の設定を行う必要がある。これらの制約のため、これらの方法による臓器血管血流量測定の普及が妨げられている。   Among these measuring methods, the ultrasonic Doppler method can measure the blood flow velocity, but has a problem that the objectivity is poor and the reproducibility is somewhat poor by an observer. In addition, the nuclear medicine method has problems such as the need for intravenous injection of a radioactive tracer and exposure of patients and examination operators to ionizing radiation. In the two-dimensional cine phase contrast method, it is not possible to know an optimal measurement cross section before the start of the examination, so it is necessary to blindly set a large number of cross sections on the measurement blood vessel. These restrictions prevent the spread of organ vascular blood flow measurement by these methods.

3次元シネ位相コントラスト法によって測定されたデータと血流解析アプリケーションにより、解析目的の血管領域内の血液の流速及び流量の定量や、流線、血管壁の剪断応力等の解析が可能である。3次元シネ位相コントラスト法では、2次元シネ位相コントラスト法とは異なり、データ収集後に任意の測定断面を設定できるため、より正確な血流量をレトロスペクティブに測定することができる。さらに、空間分解能が高く、複雑な血管走行の描出に優れるという利点もある(例えば、非特許文献1参照。)。一方で、3次元シネ位相コントラスト法は、撮像時間が長いため、血管内に生ずる乱流の影響を受けやすいという問題がある。このため、例えば選択した測定断面によっては、乱流の影響により測定流量が大きく変動し、測定結果が不正確となるという問題がある(例えば、非特許文献2参照。)。   With the data measured by the three-dimensional cine phase contrast method and the blood flow analysis application, it is possible to quantify the blood flow velocity and flow rate in the blood vessel region to be analyzed, and to analyze the flow line, the shear stress of the blood vessel wall, and the like. In the three-dimensional cine phase contrast method, unlike the two-dimensional cine phase contrast method, an arbitrary measurement cross section can be set after data collection, so that more accurate blood flow can be measured retrospectively. Furthermore, there is an advantage that the spatial resolution is high and the imaging of complex blood vessels is excellent (see, for example, Non-Patent Document 1). On the other hand, the three-dimensional cine phase contrast method has a problem that it is easily affected by the turbulent flow generated in the blood vessel because the imaging time is long. For this reason, for example, depending on the selected measurement cross section, there is a problem that the measurement flow rate greatly fluctuates due to the influence of turbulent flow and the measurement result becomes inaccurate (for example, see Non-Patent Document 2).

Markl,et al.,‘Time-Resolved Three-Dimensional Phase-Contrast MRI’,JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING,2003,vol.17,p.499-506.Markl, et al., 'Time-Resolved Three-Dimensional Phase-Contrast MRI', JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING, 2003, vol.17, p.499-506. Ishikawa,et al.,‘Hemodynamic assessment in a child with renovascular hypertension using time-resolved three-dimensional cine phase-contrast MRI.’,JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING,2014 Feb 24,DOI: 10.1002/jmri.24522Ishikawa, et al., ‘Hemodynamic assessment in a child with renovascular hypertension using time-resolved three-dimensional cine phase-contrast MRI.’, JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING, 2014 Feb 24, DOI: 10.1002 / jmri.24522

本発明は、3D cine PC MRにより取得されたデータに基づいて、血管の血流プロファイルをより正確に測定するための方法、及び当該方法を実施する血流量測定装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for more accurately measuring a blood flow profile of a blood vessel based on data acquired by 3D cine PC MR, and a blood flow measurement device that implements the method. .

本発明は、以下の血流プロファイルの測定方法及び血流量測定装置を提供するものである。
[1] (1) 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得されたマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する工程と、
(2) 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得された位相画像から、前記血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する工程と、
(3) 前記血流ベクトルに基づいて、前記血管画像中の血管壁の境界座標における時間平均壁面剪断応力又は振動剪断インデックスを測定する工程と、
(4) 前記血管画像中の血管壁のうち、時間平均壁面剪断応力が所定の第1の閾値以上である、又は振動剪断インデックスが所定の第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する工程と、
(5) 前記測定断面における血流プロファイルを測定する工程と、
を有する、血流プロファイルの測定方法。
[2] 前記工程(4)において、間平均壁面剪断応力が前記第1の閾値以上であり、かつ振動剪断インデックスが前記第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する、前記[1]の血流プロファイルの測定方法。
[3] 前記工程(4)において、複数の測定断面を抽出し、
抽出された複数の測定断面から任意に選択された1つについて、前記工程(5)を行う、前記[1]又は[2]の血流プロファイルの測定方法。
[4] 前記血管画像が、前記マグニチュード画像から、最大強度投影法によって3次元の血管構造が再構築されたものである、前記[1]〜[3]のいずれかの血流プロファイルの測定方法。
[5] 前記第1の閾値が、0.2〜0.8Paの範囲内の数値である、前記[1]〜[4]のいずれかの血流プロファイルの測定方法。
[6] 前記第2の閾値が、0.2〜0.4の範囲内の数値である、前記[1]〜[5]のいずれかの血流プロファイルの測定方法。
[7] さらに、前記工程(5)において測定された血流プロファイルに基づいて、前記測定断面における血流量を測定する、前記[1]〜[6]のいずれかの血流プロファイルの測定方法。
[8] 前記測定断面における血流量が、前記測定断面における1心拍当たりの血流量である、前記[7]の血流プロファイルの測定方法。
[9] 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得されたマグニチュード画像及び位相画像を取得するデータ取得部と、
前記データ取得部において取得したマグニチュード画像及び位相画像、時間平均壁面剪断応力の計測値について設定された第1の閾値、並びに、振動剪断インデックスの計測値について設定された第2の閾値を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納されたマグニチュード画像、位相画像、第1の閾値、及び第2の閾値に基づき、血流プロファイル及び血流量を測定する制御部と、
血流プロファイル及び血流量を測定した測定断面、血流プロファイル、並びに血流量を表示する表示部とを備え、
前記制御部が、
前記記憶部のマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する血管画像構築部と、
前記記憶部の位相画像と前記血管画像構築部により構築された血管画像から、前記血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する血流ベクトル計測部と、
前記血流ベクトル計測部により得られた血流ベクトルと前記血管画像構築部により構築された血管画像から、前記血管画像中の血管壁の境界座標における時間平均壁面剪断応力及び振動剪断インデックスを計測するAWSS/OSI計測部と、
前記血管画像中の血管壁のうち、時間平均壁面剪断応力が前記記憶部に格納されている第1の閾値以上である、又は振動剪断インデックスが前記記憶部に格納されている第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する測定断面抽出部と、
前記測定断面抽出部により抽出された測定断面における血流プロファイル及び血流量を測定する血流量測定部とを含む、血流量測定装置。
The present invention provides the following blood flow profile measuring method and blood flow measuring device.
[1] (1) A step of constructing a blood vessel image depicting a three-dimensional blood vessel structure from a magnitude image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
(2) measuring a blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image from a phase image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
(3) measuring a time-average wall shear stress or a vibration shear index at a boundary coordinate of a blood vessel wall in the blood vessel image based on the blood flow vector;
(4) Among the blood vessel walls in the blood vessel image, a measurement cross section consisting only of boundary coordinates whose time average wall shear stress is equal to or greater than a predetermined first threshold value or whose vibration shear index is equal to or smaller than a predetermined second threshold value. Extracting the
(5) measuring a blood flow profile in the measurement cross section;
A method for measuring a blood flow profile.
[2] In the step (4), a measurement cross section including only boundary coordinates in which the inter-average wall shear stress is not less than the first threshold and the vibration shear index is not more than the second threshold is extracted. [1] The method for measuring a blood flow profile.
[3] In the step (4), a plurality of measurement cross sections are extracted,
The blood flow profile measurement method according to [1] or [2], wherein the step (5) is performed on one arbitrarily selected from a plurality of extracted measurement cross sections.
[4] The blood flow profile measurement method according to any one of [1] to [3], wherein the blood vessel image is obtained by reconstructing a three-dimensional blood vessel structure from the magnitude image by a maximum intensity projection method. .
[5] The blood flow profile measurement method according to any one of [1] to [4], wherein the first threshold value is a numerical value within a range of 0.2 to 0.8 Pa.
[6] The blood flow profile measurement method according to any one of [1] to [5], wherein the second threshold value is a numerical value within a range of 0.2 to 0.4.
[7] The method for measuring a blood flow profile according to any one of [1] to [6], wherein the blood flow volume in the measurement cross section is measured based on the blood flow profile measured in the step (5).
[8] The blood flow profile measurement method according to [7], wherein the blood flow volume in the measurement cross section is a blood flow volume per heartbeat in the measurement cross section.
[9] A data acquisition unit that acquires a magnitude image and a phase image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
A memory for storing a magnitude image and a phase image acquired by the data acquisition unit, a first threshold value set for a measurement value of a time average wall shear stress, and a second threshold value set for a measurement value of a vibration shear index. And
A control unit for measuring a blood flow profile and a blood flow volume based on the magnitude image, the phase image, the first threshold value, and the second threshold value stored in the storage unit;
A blood flow profile and a measurement section for measuring blood flow, a blood flow profile, and a display unit for displaying the blood flow,
The control unit is
A blood vessel image constructing unit that constructs a blood vessel image depicting a three-dimensional blood vessel structure from the magnitude image of the storage unit;
A blood flow vector measurement unit that measures a blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image from the phase image of the storage unit and the blood vessel image constructed by the blood vessel image construction unit;
From the blood flow vector obtained by the blood flow vector measurement unit and the blood vessel image constructed by the blood vessel image construction unit, the time average wall shear stress and the vibrational shear index at the boundary coordinates of the blood vessel wall in the blood vessel image are measured. An AWS / OSI measurement unit;
Among the blood vessel walls in the blood vessel image, the time-average wall shear stress is not less than the first threshold stored in the storage unit, or the vibration shear index is not more than the second threshold stored in the storage unit. A measurement cross-section extraction unit that extracts a measurement cross-section consisting only of boundary coordinates,
A blood flow measurement device including a blood flow profile and a blood flow measurement unit that measures a blood flow in the measurement cross section extracted by the measurement cross section extraction unit.

本発明に係る血流プロファイルの測定方法及び血流量測定装置により、3D cine PC MRにより取得されたマグニチュード画像及び位相画像のデータに基づいて、より正確に血流プロファイル及び血流量を測定することができる。   The blood flow profile measuring method and the blood flow measuring device according to the present invention can measure the blood flow profile and the blood flow more accurately based on the magnitude image and phase image data acquired by the 3D cine PC MR. it can.

本発明に係る血流量測定装置の構成の一態様を示す図である。It is a figure showing one mode of composition of a blood flow rate measuring device concerning the present invention. 本発明に係る血流量測定装置が有する制御部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the control part which the blood flow rate measuring apparatus which concerns on this invention has. 本発明に係る血流量測定装置が有する制御部の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the control part which the blood flow rate measuring apparatus which concerns on this invention has. 実施例1において、血管表面にOSIの計測値を濃淡表示した血管画像である。In Example 1, it is the blood vessel image which displayed the measured value of OSI on the blood vessel surface lightly. 実施例1において、血管表面にAWSSの計測値を濃淡表示した血管画像である。In Example 1, it is the blood vessel image which displayed the measured value of AWSS on the blood vessel surface lightly. 実施例1において、測定断面A〜Dにおける流速カーブ(縦軸:平均流速(cm/秒)、横軸:時間(秒))を示した図である。In Example 1, it is the figure which showed the flow velocity curve (vertical axis: average flow velocity (cm / second), horizontal axis: time (second)) in the measurement cross sections AD.

位相コントラスト磁気共鳴法は、MRIの撮像を、撮影断面に傾斜磁場をかけて行う方法であり、プロトンの歳差運動の位相差から水分子の運動速度の分布を推定できる。3次元位相コントラスト磁気共鳴法では、位相コントラスト磁気共鳴法を3次元的に撮像する方法であり、具体的には、XYZ軸方向に双極傾斜磁場をかけて位相差を信号の差として計測する。このため、XYZ軸方向の位相データから取得された位相画像の各ピクセルは、当該ピクセルにおける血流の方向と血流速度の大きさのデータを有している。一方で、3次元位相コントラスト磁気共鳴法により取得されたマグニチュード画像(信号強度によって血管等が描出される形態画像)を積層することにより、血管形状を3次元的に描出した血管画像が得られる。そこで、位相画像を積層したものを、さらにマグニチュード画像から得られた血管画像と重ね合わせることにより、血流の速度分布の情報(血管内の任意の空間的位置における血流ベクトル(血液の流れの方向と速さ))が得られる。   The phase contrast magnetic resonance method is a method in which MRI imaging is performed by applying a gradient magnetic field to the imaging section, and the motion velocity distribution of water molecules can be estimated from the phase difference of proton precession. In the three-dimensional phase contrast magnetic resonance method, the phase contrast magnetic resonance method is a three-dimensional imaging method. Specifically, a phase gradient is measured as a signal difference by applying a bipolar gradient magnetic field in the XYZ axis directions. For this reason, each pixel of the phase image acquired from the phase data in the XYZ-axis directions has data on the direction of blood flow and the magnitude of blood flow velocity at the pixel. On the other hand, by stacking magnitude images acquired by the three-dimensional phase contrast magnetic resonance method (morphological images in which blood vessels and the like are depicted by signal intensity), a blood vessel image in which the blood vessel shape is depicted three-dimensionally is obtained. Therefore, by superimposing the layered phase images with the blood vessel image obtained from the magnitude image, information on blood flow velocity distribution (blood flow vector (blood flow vector at any spatial position in the blood vessel) is obtained. Direction and speed)).

血流量は、心臓の拍動により、1心拍内に流量と流速が周期的に変化する。このため、特に、血流を求める血管が大動脈や分配動脈である場合には、1心拍当たりの血流量を求めることが好ましい。3D cine PC MRは、3次元位相コントラスト磁気共鳴法を、心電図の心周期に沿って経時的に連続して撮像する方法であり、撮像範囲内の全ての時空間の速度ベクトル(血流ベクトル)を計測できる。3D cine PC MRは、1心拍の各心時相における3次元的な血流情報が得られるため、4D flow MRとも呼ばれる。   As for the blood flow rate, the flow rate and flow velocity periodically change within one heartbeat due to the pulsation of the heart. For this reason, in particular, when the blood vessel for which blood flow is to be obtained is an aorta or a distribution artery, it is preferable to obtain the blood flow per heartbeat. 3D cine PC MR is a method in which a three-dimensional phase contrast magnetic resonance method is continuously imaged over time along the cardiac cycle of an electrocardiogram, and velocity vectors (blood flow vectors) of all spatiotemporal regions within the imaging range. Can be measured. The 3D cine PC MR is also referred to as 4D flow MR because three-dimensional blood flow information is obtained in each cardiac time phase of one heartbeat.

目的血管の血流プロファイル及び血流量は血流ベクトルの情報から測定することができるが、目的血管に渦流等の乱流が生じている場合には、測定流量が大きく変動し、測定結果が不正確となる。このため、より正確な血流プロファイル及び血流量を測定するためには、測定断面を、目的血管のうち乱流が生じていない領域に設定することが好ましい。   The blood flow profile and blood flow volume of the target blood vessel can be measured from information on the blood flow vector, but when the target blood vessel has turbulent flow such as vortex flow, the measured flow rate fluctuates greatly, and the measurement result is inferior. Be accurate. For this reason, in order to measure a more accurate blood flow profile and blood flow volume, it is preferable to set the measurement cross section in a region of the target blood vessel where turbulence does not occur.

例えば、1心拍の各心時相における血管内の各空間座標(各ピクセル)における血流ベクトルの情報から、血流の流線画像を血管画像と重ね合わせ、直接目視することによって、目的血管のうち、乱流が生じておらず、層流が生じている部分に測定断面を設定することができる。しかしながら、測定断面を目視によって設定する場合には、細かい乱流は見落とし易く、測定者による差も大きくなるおそれがある。   For example, from the information of the blood flow vector in each spatial coordinate (each pixel) in the blood vessel in each cardiac time phase of one heartbeat, the blood flow streamline image is superimposed on the blood vessel image and directly viewed, thereby Among them, a turbulent flow is not generated, and a measurement cross section can be set in a portion where a laminar flow is generated. However, when the measurement cross section is set by visual observation, the fine turbulence is easily overlooked, and the difference between the measurers may be increased.

本発明に係る血流プロファイルの測定方法は、3D cine PC MRにより取得されたデータに基づいて目的血管の血流プロファイルを測定する方法であって、血流プロファイルを測定するための血管断面を、目的血管のうち、時間平均壁面剪断応力(time-averaged wall shear stress:AWSS)が低すぎない、又は振動剪断インデックス(oscillating shear index:OSI)が高すぎない領域に設定する方法である。乱流が生じている血管では、AWSSが低く、OSIが高い傾向にある。このため、血流プロファイルを測定する血管の測定断面を、AWSSが低い領域やOSIが高い領域を避けて設定することにより、乱流の影響が少なく、血流プロファイルが安定している部分で血流量を測定できるため、より正確な血流量が測定できる。   A blood flow profile measuring method according to the present invention is a method of measuring a blood flow profile of a target blood vessel based on data acquired by 3D cine PC MR, and a blood vessel cross-section for measuring a blood flow profile, In this method, the target blood vessel is set in a region where the time-averaged wall shear stress (AWSS) is not too low or the oscillating shear index (OSI) is not too high. In a blood vessel in which turbulent flow occurs, AWSS tends to be low and OSI tends to be high. For this reason, by setting the measurement cross section of the blood vessel for measuring the blood flow profile to avoid the region where the AWSSS is low or the region where the OSI is high, the blood flow profile is stable in the portion where the blood flow profile is stable. Since the flow rate can be measured, more accurate blood flow can be measured.

なお、本発明に係る血流プロファイルの測定方法では、3D cine PC MRにより取得されたデータに基づいて血流プロファイル及び血流量を測定するが、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析において流路をシミュレーションする場合にも、血流プロファイル及び血流量の測定断面を、血管壁のうちAWSSが低い領域やOSIが高い領域を避けて設定することにより、より正確な血流量が測定できる。   In the blood flow profile measurement method according to the present invention, the blood flow profile and the blood flow volume are measured based on the data acquired by the 3D cine PC MR, but the flow path is simulated in CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis. Even in this case, the blood flow profile and the blood flow measurement cross section can be set by avoiding the region where the AWSS is low or the region where the OSI is high in the blood vessel wall.

すなわち、本発明に係る血流プロファイルの測定方法は、下記の工程(1)〜(5)を有することを特徴とする。
(1) 3D cine PC MRにより取得されたマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する工程と、
(2) 3D cine PC MRにより取得された位相画像から、前記血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する工程と、
(3) 前記血流ベクトルに基づいて、前記血管画像中の血管壁の境界座標におけるAWSS又はOSIを計測する工程と、
(4) 前記血管画像中の血管壁のうち、AWSSが所定の第1の閾値以上である、又はOSIが所定の第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する工程と、
(5) 前記測定断面における血流プロファイルを測定する工程。
That is, the blood flow profile measuring method according to the present invention includes the following steps (1) to (5).
(1) a step of constructing a blood vessel image depicting a three-dimensional blood vessel structure from a magnitude image acquired by 3D cine PC MR;
(2) measuring a blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image from the phase image acquired by 3D cine PC MR;
(3) measuring AWSS or OSI at the boundary coordinates of the blood vessel wall in the blood vessel image based on the blood flow vector;
(4) extracting from the blood vessel wall in the blood vessel image a measurement cross section consisting only of boundary coordinates in which AWSS is equal to or larger than a predetermined first threshold or OSI is equal to or smaller than a predetermined second threshold;
(5) A step of measuring a blood flow profile in the measurement cross section.

工程(1)で用いられるマグニチュード画像及び工程(2)で用いられる位相画像を取得するための3D cine PC MRは、双極傾斜磁場をかけることが可能であり、かつ予め設定されたシークエンスに従い経時的に撮像可能なMRIシステムを用いて、血流プロファイルを測定する目的の血管が撮像範囲に含まれるようにして常法により実施することができる。このようなMRIシステムとしては、例えば、「Signa Advantage Exite 1.5T」、「Signa HDxt 3.0T」、「Discovery MR750 3.0T」、「Discovery MR750w 3.0T」(GEHC社製)、「MAGNETOM Verio 3T」(SIEMENS社製)、「Ingenia 3.0T」、「Ingenia 1.5T」、「Achieva 1.5T」(Philips Electronics社製)等が挙げられる。3D cine PC MRによる撮像を行う前に、予め、2次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法を行い、VENC(velocity encoding)を決定しておくことが好ましい。   The 3D cine PC MR for acquiring the magnitude image used in the step (1) and the phase image used in the step (2) can apply a bipolar gradient magnetic field, and can be applied over time according to a preset sequence. Using an MRI system capable of imaging the blood vessel, it can be carried out in a conventional manner so that the target blood vessel for measuring the blood flow profile is included in the imaging range. Such MRI systems include, for example, “Signa Advantage Exit 1.5T”, “Signa HDxt 3.0T”, “Discovery MR750 3.0T”, “Discovery MR750w 3.0T” (manufactured by GEHC), “MAGNETOM”. Verio 3T "(manufactured by SIEMENS)," Ingenia 3.0T "," Ingenia 1.5T "," Achieva 1.5T "(manufactured by Philips Electronics) and the like. Before performing imaging by 3D cine PC MR, it is preferable to perform a two-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method in advance to determine VENC (velocity encoding).

工程(1)で用いられるマグニチュード画像は、造影剤を使用せずに撮像されたものであってもよく、造影剤を使用して撮像されたものであってもよい。造影剤としては、ガドリニウム又はその誘導体が挙げられる。   The magnitude image used in step (1) may be an image taken without using a contrast agent, or may be an image taken using a contrast agent. Examples of the contrast agent include gadolinium or a derivative thereof.

また、マグニチュード画像からの3次元の血管構造を描出する血管画像の構築は、各種MIP(maximum intensity projection:最大値投影法)等の血管画像の構築に使用されている画像処理方法を利用して行うことができる。構築された血管画像中の血管壁の境界座標は、例えば、閾値法、領域拡張法等の画像のセグメンテーション処理に使用されている各種画像解析方法により決定することができる。   In addition, the construction of a blood vessel image for rendering a three-dimensional blood vessel structure from a magnitude image uses an image processing method used for construction of a blood vessel image such as various MIPs (maximum intensity projection). It can be carried out. The boundary coordinates of the blood vessel wall in the constructed blood vessel image can be determined by various image analysis methods used for image segmentation processing such as a threshold method and a region expansion method.

工程(2)で用いられる位相画像は、XYZ軸方向にそれぞれ双極傾斜磁場をかけて撮像された位相画像であることが好ましい。各方向の双極傾斜磁場の位相画像を重ね合わせ、さらに工程(1)で得られた血管画像と重ね合わせることにより、血管内の各空間座標における血流ベクトルが計測される。血流ベクトルは、例えば、X軸方向成分、Y軸方向成分、及びZ軸方向成分として表される。求められた血流ベクトルは、phase velocity mapping等の血流速度分布解析に使用されている画像処理方法を利用して可視化することができる。   The phase image used in the step (2) is preferably a phase image captured by applying a bipolar gradient magnetic field in the XYZ axis directions. By superimposing the phase image of the bipolar gradient magnetic field in each direction and further superimposing it on the blood vessel image obtained in step (1), the blood flow vector at each spatial coordinate in the blood vessel is measured. The blood flow vector is expressed as, for example, an X-axis direction component, a Y-axis direction component, and a Z-axis direction component. The obtained blood flow vector can be visualized using an image processing method used for blood flow velocity distribution analysis such as phase velocity mapping.

次いで、工程(3)として、工程(2)で求められた血流ベクトルと、工程(1)で求められた血管画像に基づき、血管壁の境界座標におけるAWSS又はOSIを計測する。AWSS及びOSIは、血流解析処理システム「GT Flow」(GyroTool社製)等の一般的に用いられる血流解析アプリケーションにより算出することができる。   Next, as step (3), based on the blood flow vector obtained in step (2) and the blood vessel image obtained in step (1), AWSS or OSI at the boundary coordinates of the blood vessel wall is measured. AWSS and OSI can be calculated by a commonly used blood flow analysis application such as a blood flow analysis processing system “GT Flow” (manufactured by GyroTool).

半径rの血管内を粘度μの血液が流れているとき、血管壁に近い血液は粘性によって引きずられて血流が中央に比べて遅くなる。そのため、血流の速度分布は流れの軸からの半径方向の距離r方向に速度勾配を生ずる。壁面剪断応力(WSS)は、血液の流速uと血管の半径rから下記式(1)で表され、AWSSは下記式(2)、OSIは下記式(3)で求められる。   When blood with a viscosity μ flows in a blood vessel of radius r, blood near the blood vessel wall is dragged by the viscosity and the blood flow becomes slower than the center. Therefore, the velocity distribution of the blood flow produces a velocity gradient in the radial direction r from the flow axis. The wall shear stress (WSS) is expressed by the following formula (1) from the blood flow velocity u and the radius r of the blood vessel, AWSS is calculated by the following formula (2), and OSI is calculated by the following formula (3).

工程(3)の後、工程(4)として、前記血管画像中の血管壁のうち、AWSSが第1の閾値以上である、又はOSIが第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する。測定断面は、目的血管に対して垂直に設定される。抽出される測定断面は、目的血管に対して1つのみであってもよく、2以上であってもよい。   After step (3), as step (4), among the blood vessel walls in the blood vessel image, a measurement cross section consisting only of boundary coordinates where AWSS is not less than the first threshold value or OSI is not more than the second threshold value. To extract. The measurement cross section is set perpendicular to the target blood vessel. Only one measurement cross section may be extracted for the target blood vessel, or two or more measurement cross sections may be extracted.

第1の閾値は、AWSSの計測値について設定されたものであり、AWSSの計測値は、乱流が生じている領域とそれ以外の層流領域とを区別するための境界値である。第2の閾値は、OSIの計測値について設定されたものであり、OSIの計測値を、乱流が生じている領域とそれ以外の領域とを区別するための境界値である。本発明においては、より乱流の影響の小さい測定断面を抽出できることから、AWSSが第1の閾値以上であり、かつOSIが第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出することが好ましい。   The first threshold value is set for the measured value of AWSS, and the measured value of AWSS is a boundary value for distinguishing a region where turbulent flow is generated from other laminar flow regions. The second threshold value is set for the OSI measurement value, and is a boundary value for distinguishing the OSI measurement value from the region where the turbulent flow is generated and the other region. In the present invention, a measurement cross section having a smaller influence of turbulent flow can be extracted, and therefore, a measurement cross section including only boundary coordinates in which AWSS is equal to or higher than the first threshold and OSI is equal to or lower than the second threshold is extracted. Is preferred.

第1の閾値及び第2の閾値は、解析に用いたマグニチュード画像や位相画像の撮像条件、血流プロファイルを測定する目的血管の種類や生体における部位、当該目的血管を有する動物の種類や病態等を考慮して適宜設定することができる。例えば、血管が分岐している部分や大きく屈曲している部分では乱流が生じ易い傾向にあることから、第1の閾値及び第2の閾値は、それぞれ、血管の分岐部や屈曲部が除かれるように設定することができる。また、血流の流線解析から乱流が生じている部位が除かれるように、経験に基づいて決定することもできる。例えば、第1の閾値としては、例えば、0.2〜0.8Paの範囲内の数値とすることができ、0.2〜0.4Paの範囲内の数値とすることが好ましい。また、第2の閾値としては、例えば、0.4以下の数値とすることができ、0.1〜0.4の範囲内の数値とすることが好ましく、0.1〜0.3の範囲内の数値とすることがより好ましい。   The first threshold value and the second threshold value are the imaging conditions of the magnitude image and phase image used for the analysis, the type of target blood vessel for measuring the blood flow profile, the part in the living body, the type of the animal having the target blood vessel, the disease state, etc. Can be set as appropriate. For example, since there is a tendency for turbulent flow to occur at a portion where a blood vessel is branched or a portion where the blood vessel is bent greatly, the first threshold value and the second threshold value are excluded from the blood vessel branch portion and the bent portion, respectively. Can be set to be. Moreover, it can also be determined based on experience so that the part where turbulent flow is generated is removed from the streamline analysis of blood flow. For example, the first threshold value can be a numerical value in the range of 0.2 to 0.8 Pa, for example, and is preferably a numerical value in the range of 0.2 to 0.4 Pa. Moreover, as a 2nd threshold value, it can be set as the numerical value below 0.4, for example, it is preferable to set it as the numerical value within the range of 0.1-0.4, and the range of 0.1-0.3 It is more preferable that the value be within the range.

第1の閾値及び第2の閾値は、工程(4)の前に設定されていればよく、工程(3)を実施する前に予め設定されていてもよく、工程(3)で得られたAWSS又はOSIの計測値に基づいて設定してもよい。例えば、構成された血管画像中の全ての血管壁におけるOSIの計測値の第1四分位値(計測値を小さい順に並べて25%目の値)や第2四分位値(計測値を小さい順に並べて50%目の値、中央値)を第2の閾値とすることができる。同様に、構成された血管画像中の全ての血管壁におけるAWSSの計測値の第1四分位値や第2四分位値を第2の閾値とすることができる。   The 1st threshold value and the 2nd threshold value should just be set before process (4), may be preset before performing process (3), and were obtained at process (3). You may set based on the measured value of AWSS or OSI. For example, the first quartile value (25% of the measured values are arranged in ascending order) or the second quartile value (the measured value is small) in all the blood vessel walls in the constructed blood vessel image. Arranged in order, the 50% value and the median value) can be used as the second threshold value. Similarly, the first quartile value and the second quartile value of the measured values of AWSS in all blood vessel walls in the constructed blood vessel image can be set as the second threshold value.

例えば、血管画像中の血管表面を、OSIの計測値又はAWSSの計測値により色分けし、血管表面の色を指標として、測定断面を抽出してもよい。例えば、血管画像中の血管表面を、OSIの計測値が大きいほど色が濃くなるようにOSIの計測値の大小に応じて濃淡で色分けしたOSI濃淡画像を作成することにより、OSIの計測値を可視化できる。測定断面は、OSI濃淡画像中の目的血管のうち、OSIが第2の閾値以下である淡色領域に設定する。また、血管画像中の血管表面を、OSIの計測値が第2の閾値以下の領域を白色に、第2の閾値超の領域を白色以外の色に、それぞれ色分けする2値化処理によって2色画像を作成した場合には、血管壁が白色の領域から測定断面を抽出する。AWSSについても同様に、AWSSの計測値の大小に応じて色分けした画像に基づいて測定断面を抽出することができる。   For example, the blood vessel surface in the blood vessel image may be color-coded according to the OSI measurement value or the AWSS measurement value, and the measurement cross section may be extracted using the color of the blood vessel surface as an index. For example, by creating an OSI grayscale image in which the blood vessel surface in the blood vessel image is color-coded according to the magnitude of the OSI measurement value so that the color becomes darker as the OSI measurement value increases, the OSI measurement value is obtained. It can be visualized. The measurement cross section is set in a light color region where the OSI is equal to or less than the second threshold among the target blood vessels in the OSI gray image. In addition, the blood vessel surface in the blood vessel image is color-coded by binarization processing in which a region where the measured value of OSI is less than or equal to the second threshold is white and a region where the OSI exceeds the second threshold is color-coded to a color other than white. When an image is created, a measurement cross section is extracted from an area where the blood vessel wall is white. Similarly, for AWSSS, a measurement cross section can be extracted based on an image color-coded according to the magnitude of the AWSWS measurement value.

最後に工程(5)として、工程(4)において抽出された測定断面における血流プロファイルを測定する。血流プロファイルは、測定断面における各心時相における血流速度に基づいて測定する。血流速度は、当該測定断面中の各ピクセルにおける血流ベクトルの当該測定断面に垂直方向(すなわち、血管と並行な方向)の成分の大きさの総和である。   Finally, as step (5), the blood flow profile in the measurement cross section extracted in step (4) is measured. The blood flow profile is measured based on the blood flow velocity at each cardiac phase in the measurement cross section. The blood flow velocity is the sum of the magnitudes of the components in the direction perpendicular to the measurement cross section of the blood flow vector at each pixel in the measurement cross section (that is, the direction parallel to the blood vessel).

工程(5)において測定された血流プロファイルに基づいて、前記測定断面における血流量を測定することができる。本発明においては、測定断面における1心拍当たりの血流量、又は1心拍当たりの血流量を1心拍の時間で除した血流量を測定する。具体的には、血流プロファイル曲線の曲線下面積(area under the curve:AUC)を、1心拍当たりの血流量とする。測定断面における、当該測定断面に垂直方向の平均血流速度と当該測定断面の面積の積として求めてもよい。なお、測定断面における血流プロファイル及び1心拍当たりの血流量等は、「GT Flow」(GyroTool社製)等の一般的に用いられる血流解析アプリケーションにより計測することができる。   Based on the blood flow profile measured in the step (5), the blood flow volume in the measurement cross section can be measured. In the present invention, the blood flow volume per heartbeat in the measurement cross section or the blood flow volume obtained by dividing the blood flow volume per heartbeat by the time of one heartbeat is measured. Specifically, the area under the curve (AUC) of the blood flow profile curve is the blood flow volume per heartbeat. You may obtain | require in a measurement cross section as a product of the average blood flow velocity of a perpendicular direction to the said measurement cross section, and the area of the said measurement cross section. In addition, the blood flow profile in the measurement cross section, the blood flow volume per one heartbeat, and the like can be measured by a commonly used blood flow analysis application such as “GT Flow” (manufactured by GyroTool).

前記工程(4)において、複数の測定断面を抽出した場合には、抽出された全ての測定断面について血流プロファイルを測定してもよく、抽出された複数の測定断面から任意に選択された1つについて血流プロファイルを測定してもよい。複数の測定断面から血流プロファイルを測定する1の測定断面の選抜は、OSIの計測値やAWSSの計測値に基づいて行ってもよく、血管形状等のその他の指標に基づいて行ってもよい。例えば、測定断面を構成する血管壁の境界座標のOSIの最大値が最も小さい測定断面を、血流プロファイルを測定する測定断面として選抜することができる。また、比較的細い血管や、湾曲部、分岐部では乱流が生じ易いことから、血流プロファイルを測定する1の測定断面は、これらの部分以外から抽出された測定断面の中から選抜されることが好ましい。例えば、分枝する前の本幹にあり、湾曲部ではなく、分岐部からある程度の助走距離のある部分にある測定断面を、血流プロファイルを測定する測定断面として選抜することができる。   In the step (4), when a plurality of measurement cross sections are extracted, the blood flow profile may be measured for all the extracted measurement cross sections, and 1 arbitrarily selected from the plurality of extracted measurement cross sections. The blood flow profile may be measured for one. The selection of one measurement cross-section for measuring a blood flow profile from a plurality of measurement cross-sections may be performed based on OSI measurement values or AWSS measurement values, or may be performed based on other indicators such as blood vessel shape. . For example, the measurement cross section having the smallest OSI maximum value of the boundary coordinates of the blood vessel wall constituting the measurement cross section can be selected as the measurement cross section for measuring the blood flow profile. In addition, since turbulent flow is likely to occur in relatively thin blood vessels, curved portions, and branch portions, one measurement cross section for measuring a blood flow profile is selected from measurement cross sections extracted from other than these portions. It is preferable. For example, a measurement cross section that is in the main trunk before branching and that is not in the curved portion but in a portion having a certain running distance from the branching portion can be selected as the measurement cross section for measuring the blood flow profile.

本発明に係る血流プロファイルの測定方法は、3D cine PC MRにより取得されたマグニチュード画像及び位相画像を取得するデータ取得部と、前記データ取得部において取得したマグニチュード画像及び位相画像、第1の閾値、及び第2の閾値を格納する記憶部と、前記記憶部に格納されたマグニチュード画像、位相画像、第1の閾値、及び第2の閾値に基づき、血流プロファイル及び血流量を測定する制御部と、血流プロファイル及び血流量を測定した測定断面、血流プロファイル、並びに血流量を表示する表示部とを備える血流量測定装置を用いても実施することができる。当該血流量測定装置の一態様を図1に示す。図1に示すように、血流量測定装置1は、制御部2、データ取得部3、記憶部4、及び表示部5を備える。   The blood flow profile measurement method according to the present invention includes a data acquisition unit that acquires a magnitude image and a phase image acquired by 3D cine PC MR, a magnitude image and a phase image acquired by the data acquisition unit, and a first threshold value. And a storage unit that stores the second threshold value, and a control unit that measures a blood flow profile and a blood flow rate based on the magnitude image, the phase image, the first threshold value, and the second threshold value stored in the storage unit The present invention can also be implemented using a blood flow measuring device including a blood flow profile and a measurement cross section for measuring the blood flow, a blood flow profile, and a display unit for displaying the blood flow. One mode of the blood flow measuring device is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the blood flow measuring device 1 includes a control unit 2, a data acquisition unit 3, a storage unit 4, and a display unit 5.

制御部2は、CPU等の演算手段を備え、血流量測定装置1を制御する処理部であり、記憶部4に格納されたプログラムに従って動作する。制御部2は、データ取得部3により取得した3D cine PC MRのデータに基づき、目的血管から血流プロファイル及び血流量を測定するための測定断面を抽出して血流プロファイル及び血流量を測定し、測定された結果を表示部5に示す。   The control unit 2 includes a calculation unit such as a CPU, and is a processing unit that controls the blood flow measurement device 1 and operates according to a program stored in the storage unit 4. Based on the data of 3D cine PC MR acquired by the data acquisition unit 3, the control unit 2 extracts a measurement cross section for measuring the blood flow profile and the blood flow volume from the target blood vessel, and measures the blood flow profile and the blood flow volume. The measured results are shown on the display unit 5.

データ取得部3は、3D cine PC MRにより取得されたマグニチュード画像及び位相画像を取得する処理部である。データ取得部3からは、その他にも、心電図データを取得することもできる。データ取得部3により取得されたデータは、制御部2の制御により記憶部4に格納される。データ取得部3は、3D cine PC MRが実施可能なMRI装置に直接接続されていてもよい。   The data acquisition unit 3 is a processing unit that acquires a magnitude image and a phase image acquired by 3D cine PC MR. In addition, electrocardiogram data can be acquired from the data acquisition unit 3. The data acquired by the data acquisition unit 3 is stored in the storage unit 4 under the control of the control unit 2. The data acquisition unit 3 may be directly connected to an MRI apparatus capable of performing 3D cine PC MR.

記憶部4は、データ取得部3において取得したマグニチュード画像及び位相画像、前記第1の閾値、並びに前記第2の閾値を格納する処理部である。第1の閾値及び第2の閾値は、予め設定された値が、入力されて記憶部4に格納されてもよく、制御部2による演算の結果から設定されたものが、記憶部4に格納されてもよい。制御部2により生成された画像データや、制御部2による演算結果等も格納される。記憶部4は、磁気ハードディスクや半導体記憶デバイス等の不揮発性記憶デバイスを用いて構成されており、制御部2のワークメモリとしても動作する。   The storage unit 4 is a processing unit that stores the magnitude image and phase image acquired by the data acquisition unit 3, the first threshold value, and the second threshold value. As the first threshold value and the second threshold value, preset values may be inputted and stored in the storage unit 4, and those set based on the result of calculation by the control unit 2 are stored in the storage unit 4. May be. The image data generated by the control unit 2 and the calculation result by the control unit 2 are also stored. The storage unit 4 is configured using a nonvolatile storage device such as a magnetic hard disk or a semiconductor storage device, and also operates as a work memory of the control unit 2.

表示部5は、記憶部4に格納されている画像データや、制御部2による演算結果等の各種情報を表示する処理部である。表示部5は、液晶表示パネル、有機EL表示パネル等の表示デバイスを用いて構成されている。   The display unit 5 is a processing unit that displays image data stored in the storage unit 4 and various types of information such as calculation results by the control unit 2. The display unit 5 is configured using a display device such as a liquid crystal display panel or an organic EL display panel.

図2は、制御部2の機能構成を示す図である。制御部2は、血管画像構築部21と、血流ベクトル計測部22と、AWSS/OSI計測部23と、測定断面抽出部24と、血流量測定部25とを含む。図3は、3D cine PC MRにより取得されたマグニチュード画像及び位相画像が、データ取得部3を介して記憶部4に格納された後、血流プロファイル及び血流量を測定するまでの制御部2の処理手順を示すフローチャートである。図3中のステップS1〜S5(本発明に係る血流プロファイルの測定方法の工程(1)〜(5))はそれぞれ制御部2が実施する動作である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the control unit 2. The control unit 2 includes a blood vessel image construction unit 21, a blood flow vector measurement unit 22, an AWSS / OSI measurement unit 23, a measurement cross section extraction unit 24, and a blood flow rate measurement unit 25. FIG. 3 shows the control unit 2 until the magnitude image and the phase image acquired by the 3D cine PC MR are stored in the storage unit 4 via the data acquisition unit 3 and the blood flow profile and the blood flow rate are measured. It is a flowchart which shows a process sequence. Steps S1 to S5 in FIG. 3 (steps (1) to (5) of the blood flow profile measuring method according to the present invention) are operations performed by the control unit 2, respectively.

まず、血管画像構築部21が、記憶部4からマグニチュード画像を読み出し、このマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する(ステップS1)。構築された血管画像については、血管壁の境界座標も決定する。血管壁の境界座標は、例えば、閾値法、領域拡張法等の画像のセグメンテーション処理に使用されている各種画像解析方法により決定することができる。構築された血管画像と血管壁の境界座標は、使用したマグニチュード画像と関連づけて記憶部4に格納される。次いで、血流ベクトル計測部22により、記憶部4から位相画像と血管画像構築部21により構築された血管画像を読み出し、血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する(ステップS2)。計測された各座標における血流ベクトルは、使用した血管画像と関連づけて記憶部4に格納される。   First, the blood vessel image construction unit 21 reads out a magnitude image from the storage unit 4, and constructs a blood vessel image that renders a three-dimensional blood vessel structure from the magnitude image (step S1). For the constructed blood vessel image, the boundary coordinates of the blood vessel wall are also determined. The boundary coordinates of the blood vessel wall can be determined by various image analysis methods used for image segmentation processing, such as a threshold method and a region expansion method. The constructed blood vessel image and the boundary coordinates of the blood vessel wall are stored in the storage unit 4 in association with the used magnitude image. Next, the blood flow vector measurement unit 22 reads the blood vessel image constructed by the phase image and the blood vessel image construction unit 21 from the storage unit 4, and measures the blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image (step S2). ). The blood flow vector at each measured coordinate is stored in the storage unit 4 in association with the used blood vessel image.

次に、AWSS/OSI計測部23が、血流ベクトル計測部22により得られた各座標の血流ベクトルと血管画像構築部21により構築された血管画像から、血管画像中の血管壁の境界座標におけるAWSS及びOSIを計測する(ステップS3)。AWSS/OSI計測部23によるAWSS及びOSIの計測は、例えば、AWSS及びOSIの計測に従来から用いられている血流解析アプリケーションと同様に行うことができる。計測された各境界座標におけるAWSS及びOSIは、使用した血管画像及び血流ベクトルと関連づけて記憶部4に格納される。   Next, the AWSS / OSI measurement unit 23 uses the blood flow vector of each coordinate obtained by the blood flow vector measurement unit 22 and the blood vessel image constructed by the blood vessel image construction unit 21 to determine the boundary coordinates of the blood vessel wall in the blood vessel image. Measure the AWSS and OSI at step S3. The measurement of AWSS and OSI by the AWSS / OSI measurement unit 23 can be performed, for example, in the same manner as a blood flow analysis application conventionally used for the measurement of AWSS and OSI. The measured AWSS and OSI at each boundary coordinate are stored in the storage unit 4 in association with the used blood vessel image and blood flow vector.

続いて、測定断面抽出部24が、記憶部4から血管画像と、各血管壁の境界座標におけるAWSSの計測値及び第1の閾値、又はOSIの計測値と及び第2の閾値とを読み出し、血管画像中の血管壁のうち、AWSSの計測値が第1の閾値以上である、又はOSIの計測値が第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する(ステップS4)。抽出される測定断面は、1つのみでもよく、2以上であってもよい。抽出された測定断面は、使用した血管画像と、AWSSの計測値及び/又はOSIの計測値と関連づけて記憶部4に格納される。   Subsequently, the measurement cross-section extraction unit 24 reads out the blood vessel image from the storage unit 4, the measured value of AWSS and the first threshold value or the measured value of OSI and the second threshold value at the boundary coordinates of each blood vessel wall, From the blood vessel wall in the blood vessel image, a measurement cross section consisting only of boundary coordinates in which the measured value of AWSS is equal to or greater than the first threshold value or the measured value of OSI is equal to or smaller than the second threshold value is extracted (step S4). Only one measurement cross section may be extracted, or two or more measurement cross sections may be extracted. The extracted measurement cross section is stored in the storage unit 4 in association with the used blood vessel image, the AWSSS measurement value, and / or the OSI measurement value.

第1の閾値及び第2の閾値を、予め設定せず、ステップS3において得られたAWSS及びOSIの測定値から設定する場合には、制御部2は、さらに閾値設定部を有し、ステップS3の後、ステップS4の前に、閾値設定部は、AWSSの計測値又はOSIの計測値に基づき、第1の閾値又は第2の閾値を設定する(図示せず。)。例えば、閾値設定部が、ステップS3において計測された全てのOSI計測値の第1四分位値や第2四分位値を算出し、これを第2の閾値として設定することができる。同様に、閾値設定部が、ステップS3において計測された全てのAWSS計測値の第1四分位値や第2四分位値を算出し、これを第1の閾値として設定することができる。   When the first threshold value and the second threshold value are not set in advance and are set from the measured values of AWSS and OSI obtained in step S3, the control unit 2 further includes a threshold value setting unit, and step S3 Then, before step S4, the threshold value setting unit sets the first threshold value or the second threshold value based on the measured value of AWSS or the measured value of OSI (not shown). For example, the threshold setting unit can calculate the first quartile value and the second quartile value of all the OSI measurement values measured in step S3, and set this as the second threshold value. Similarly, the threshold setting unit can calculate the first quartile value and the second quartile value of all the AWSS measurement values measured in step S3, and can set this as the first threshold value.

ステップS4において抽出された測定断面は、制御部2の制御により、血管画像と共に表示部5に表示させることができる。当該血管画像の血管壁表面は、OSI又はAWSSの計測値により色分けして表示することが好ましい。例えば、OSI計測値の最小値から最大値までをN等分割し、各分割に対してそれぞれ異なる色を割り当てて表示すること(例えば、計測値の大小による濃淡表示)により、測定断面のOSIが第2の閾値以下であることを表示できる。   The measurement cross section extracted in step S4 can be displayed on the display unit 5 together with the blood vessel image under the control of the control unit 2. It is preferable that the blood vessel wall surface of the blood vessel image is displayed in a color-coded manner according to OSI or AWSSS measurement values. For example, by dividing the OSI measurement value from the minimum value to the maximum value into N equal parts and assigning and displaying different colors for each division (for example, display of shades depending on the magnitude of the measurement value), the OSI of the measurement cross section can be changed. It can be displayed that it is below the second threshold.

ステップS4の後、血流量測定部25が、測定断面抽出部24により抽出された測定断面における血流プロファイル及び血流量を測定する(ステップS5)。具体的には、測定断面における各心時相における血流速度に基づいて血流プロファイルを作成し、血流プロファイル曲線の曲線下面積を1心拍当たりの血流量とする。血流量測定部25による測定断面における血流プロファイル及び血流量の測定は、例えば、目的血管に設定された血管断面における血流プロファイル及び血流量の測定に従来から用いられている血流解析アプリケーションと同様に行うことができる。   After step S4, the blood flow measuring unit 25 measures the blood flow profile and the blood flow in the measurement cross section extracted by the measurement cross section extracting unit 24 (step S5). Specifically, a blood flow profile is created based on the blood flow velocity at each cardiac phase in the measurement cross section, and the area under the curve of the blood flow profile curve is defined as the blood flow volume per heartbeat. The blood flow profile and the blood flow measurement in the measurement cross section by the blood flow measurement unit 25 are, for example, a blood flow analysis application conventionally used for measuring the blood flow profile and the blood flow in the blood vessel cross section set in the target blood vessel. The same can be done.

ステップS4において複数の測定断面を抽出した場合には、抽出された全ての測定断面について血流プロファイル及び血流量を測定してもよく、抽出された測定断面から選抜された1の測定断面についてのみ血流量等を測定してもよい。複数の測定断面から血流プロファイル及び血流量を測定する1の測定断面の選抜は、ステップ3で得られたOSIの計測値やAWSSの計測値に基づいて行ってもよく、その他の指標に従って選抜してもよい。例えば、測定断面を構成する血管壁の境界座標のOSIの最大値が最も小さい測定断面を選抜して、血流プロファイル及び血流量を測定することができる。測定された血流プロファイル及び血流量は、使用した血管画像と測定断面と関連づけて記憶部4に格納される。   When a plurality of measurement cross sections are extracted in step S4, the blood flow profile and the blood flow volume may be measured for all the extracted measurement cross sections, and only one measurement cross section selected from the extracted measurement cross sections is measured. A blood flow rate or the like may be measured. Selection of one measurement cross section for measuring a blood flow profile and blood flow volume from a plurality of measurement cross sections may be performed based on the measured value of OSI or the measured value of AWSS obtained in step 3, or selected according to other indicators. May be. For example, the blood flow profile and blood flow volume can be measured by selecting the measurement cross section having the smallest OSI maximum value of the boundary coordinates of the blood vessel wall constituting the measurement cross section. The measured blood flow profile and blood flow volume are stored in the storage unit 4 in association with the used blood vessel image and the measurement cross section.

血流量測定部25により求められた目的血管の血流量は、制御部2の制御により、表示部5に表示される。縦軸を血流速度、横軸を時間(心時相)とする血流プロファイル曲線も、測定された血流量と共に表示してもよい。その他、測定された血流プロファイル及び血流量は、ステップ4で抽出された測定断面と共に表示することもできる。   The blood flow volume of the target blood vessel obtained by the blood flow volume measurement unit 25 is displayed on the display unit 5 under the control of the control unit 2. A blood flow profile curve with the vertical axis representing blood flow velocity and the horizontal axis representing time (cardiac phase) may also be displayed together with the measured blood flow. In addition, the measured blood flow profile and blood flow volume can be displayed together with the measurement cross section extracted in step 4.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
ヒト被検者(健常な29歳男性)の腹部動脈を3D cine PC MRにより撮像し、得られたデータから血流プロファイル及び血流量を測定した。
3D cine PC MRは、「Discovery MR750 3.0T」(GEHC社製)を用いて撮像した。撮像条件は下記の通りとした。
[Example 1]
An abdominal artery of a human subject (a healthy 29-year-old male) was imaged by 3D cine PC MR, and a blood flow profile and a blood flow were measured from the obtained data.
The 3D cine PC MR was imaged using “Discovery MR750 3.0T” (manufactured by GEHC). Imaging conditions were as follows.

TR (ms)/TE (ms)/FA (degree)/NEX :7.0-7.1/3.3-3.4/8/1,
field of view (cm) :32,
matrix : 256×256,
slice thickness (mm) : 1.25,
locs/slab : 8,
phases : 19,
projection : 10000,
velocity encoding (VENC) (cm/s) : 100-200,
撮像時間 (min) : 10.
TR (ms) / TE (ms) / FA (degree) / NEX: 7.0-7.1 / 3.3-3.4 / 8/1,
field of view (cm): 32,
matrix: 256 × 256,
slice thickness (mm): 1.25
locs / slab: 8,
phases: 19,
projection: 10000,
velocity encoding (VENC) (cm / s): 100-200,
Imaging time (min): 10.

3D cine PC MRにより得られたマグニチュード画像をMIP処理し、得られたMIP画像に対して領域拡張法を行って血管壁の境界座標を決定することにより、3次元の血管構造を再構築した。
次いで、血流解析処理システム「GT Flow」(GyroTool社製)により、得られた血管モデルの画像(血管画像)及び3D cine PC MRにより得られた位相画像データを解析し、血管画像中の血管壁の境界座標におけるAWSS及びOSIを計測した。
The magnitude image obtained by 3D cine PC MR was subjected to MIP processing, and the obtained MIP image was subjected to region expansion to determine the boundary coordinates of the vessel wall, thereby reconstructing a three-dimensional vessel structure.
Next, the blood flow analysis processing system “GT Flow” (manufactured by GyroTool) analyzes the obtained blood vessel model image (blood vessel image) and the phase image data obtained by 3D cine PC MR, and the blood vessels in the blood vessel image are analyzed. AWSS and OSI at the wall boundary coordinates were measured.

血管画像に、血管表面にOSIの計測値を、値が大きいほど色が濃くなるように濃淡表示した血管画像を図4に、同じく血管表面にAWSSの計測値を、値が大きいほど色が濃くなるように濃淡表示した血管画像を図5に、それぞれ示す。図4に示すように、血管が分岐している箇所や屈曲している箇所は色が濃く、OSIの測定値がより大きかった。また、図5に示すように、血管が分岐している箇所や屈曲している箇所は色が比較的薄く、AWSSの測定値が比較的小さかった。   FIG. 4 shows a blood vessel image in which the OSI measurement value is displayed on the blood vessel surface in a light and shaded manner so that the color becomes darker as the value increases, and the measurement value of AWSS is also displayed on the blood vessel surface. FIG. 5 shows blood vessel images displayed so as to be dark and light. As shown in FIG. 4, the portion where the blood vessel is branched or bent is dark in color, and the measured value of OSI is larger. Further, as shown in FIG. 5, the color of the portion where the blood vessel is branched or bent is relatively light, and the measured value of AWSS is relatively small.

この血管画像中の血管のうち、上下に走っている腹部動脈から分岐している血管を目的血管とし、この目的血管の4箇所に血流プロファイル及び血流量を測定するための測定断面を設定し、近位部から順に測定断面A〜D(図4及び5中、A〜D)とした。各測定断面の血管壁の境界座標におけるOSIの最大値とAWSSの最小値を表1に示す。OSIは、遠位側の測定断面ほど、値が低くなっていた。   Among the blood vessels in this blood vessel image, the blood vessels branching from the abdominal artery running up and down are set as target blood vessels, and the blood flow profile and the blood flow volume for measuring the blood flow volume are set at four locations of the target blood vessels. The measurement sections A to D (A to D in FIGS. 4 and 5) were sequentially formed from the proximal portion. Table 1 shows the maximum value of OSI and the minimum value of AWSS in the boundary coordinates of the blood vessel wall of each measurement section. The value of OSI was lower at the distal measurement cross section.

全ての測定断面について、「GT Flow」により平均流速(s/秒)を測定し、縦軸を平均流速、横軸を時間(秒)とする血流プロファイル曲線(流速カーブ)を作成した。各測定断面の流速カーブを図6に示す。この結果、測定断面Aの流速カーブでは0.833秒において、測定断面Bの流速カーブでは0.722秒において、血流速度が0s/秒付近にまで低下してしまっており、かなり強い乱流が生じていることが示唆された。測定断面Cの流速カーブでは血流速度の過度の低下は観察されなかったが、測定断面Dの流速カーブに比べて、ピーク時の流速が遅くなっていた。すなわち、OSI最大値が最も小さく、かつAWSS最小値が最も大きかった測定断面Dの流速カーブが、最も正常のパターンに近く、当該断面の血流量を測定することにより、測定断面A〜Cにおける血流量を測定するよりもより正確な血流量が測定できることがわかった。実際に、流線解析を行ったところ、測定断面A及びBでは強い乱流が観察されたが、測定断面Dには乱流は観察されなかった(図示せず。)。なお、この流速カーブのAUCに測定断面の面積を求めることにより、測定断面Dにおける1心拍当たりの血流量が算出できる。   With respect to all measurement cross sections, the average flow velocity (s / second) was measured by “GT Flow”, and a blood flow profile curve (flow velocity curve) with the average flow velocity on the vertical axis and time (second) on the horizontal axis was created. The flow velocity curve of each measurement cross section is shown in FIG. As a result, the blood flow velocity drops to near 0 s / second at 0.833 seconds in the flow velocity curve of the measurement cross section A and 0.722 seconds in the flow velocity curve of the measurement cross section B. It was suggested that occurred. In the flow velocity curve of the measurement cross section C, an excessive decrease in the blood flow velocity was not observed, but the peak flow velocity was slower than that of the measurement cross section D. That is, the flow velocity curve of the measurement cross section D having the smallest OSI maximum value and the largest AWSSS minimum value is closest to the normal pattern, and blood flow in the measurement cross sections A to C is measured by measuring the blood flow volume of the cross section. It was found that more accurate blood flow can be measured than measuring the flow rate. Actually, when streamline analysis was performed, strong turbulent flow was observed in the measurement cross sections A and B, but no turbulent flow was observed in the measurement cross section D (not shown). In addition, the blood flow volume per heartbeat in the measurement cross section D can be calculated by obtaining the area of the measurement cross section in the AUC of this flow velocity curve.

1…血流量測定装置、2…制御部、3…データ取得部、4…記憶部、5…表示部、21…血管画像構築部、22…血流ベクトル計測部、23…AWSS/OSI計測部、24…測定断面抽出部、25…血流量測定部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blood flow rate measuring apparatus, 2 ... Control part, 3 ... Data acquisition part, 4 ... Memory | storage part, 5 ... Display part, 21 ... Blood-vessel image construction part, 22 ... Blood flow vector measurement part, 23 ... AWSS / OSI measurement part 24 ... Measurement cross-section extraction unit, 25 ... Blood flow measurement unit.

Claims (9)

(1) 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得されたマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する工程と、
(2) 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得された位相画像から、前記血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する工程と、
(3) 前記血流ベクトルに基づいて、前記血管画像中の血管壁の境界座標における時間平均壁面剪断応力又は振動剪断インデックスを測定する工程と、
(4) 前記血管画像中の血管壁のうち、時間平均壁面剪断応力が所定の第1の閾値以上である、又は振動剪断インデックスが所定の第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する工程と、
(5) 前記測定断面における血流プロファイルを測定する工程と、
を有する、血流プロファイルの測定方法。
(1) constructing a blood vessel image for depicting a three-dimensional blood vessel structure from a magnitude image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
(2) measuring a blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image from a phase image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
(3) measuring a time-average wall shear stress or a vibration shear index at a boundary coordinate of a blood vessel wall in the blood vessel image based on the blood flow vector;
(4) Among the blood vessel walls in the blood vessel image, a measurement cross section consisting only of boundary coordinates whose time average wall shear stress is equal to or greater than a predetermined first threshold value or whose vibration shear index is equal to or smaller than a predetermined second threshold value. Extracting the
(5) measuring a blood flow profile in the measurement cross section;
A method for measuring a blood flow profile.
前記工程(4)において、間平均壁面剪断応力が前記第1の閾値以上であり、かつ振動剪断インデックスが前記第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する、請求項1に記載の血流プロファイルの測定方法。   In the step (4), a measurement cross section consisting only of boundary coordinates whose inter-average wall shear stress is not less than the first threshold and whose vibration shear index is not more than the second threshold is extracted. The blood flow profile measurement method described. 前記工程(4)において、複数の測定断面を抽出し、
抽出された複数の測定断面から任意に選択された1つについて、前記工程(5)を行う、請求項1又は2に記載の血流プロファイルの測定方法。
In the step (4), a plurality of measurement cross sections are extracted,
The blood flow profile measurement method according to claim 1 or 2, wherein the step (5) is performed for one arbitrarily selected from the plurality of extracted measurement cross sections.
前記血管画像が、前記マグニチュード画像から、最大強度投影法によって3次元の血管構造が再構築されたものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の血流プロファイルの測定方法。   The blood vessel profile measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein the blood vessel image is obtained by reconstructing a three-dimensional blood vessel structure from the magnitude image by a maximum intensity projection method. 前記第1の閾値が、0.2〜0.8Paの範囲内の数値である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の血流プロファイルの測定方法。   The blood flow profile measurement method according to any one of claims 1 to 4, wherein the first threshold value is a numerical value within a range of 0.2 to 0.8 Pa. 前記第2の閾値が、0.2〜0.4の範囲内の数値である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の血流プロファイルの測定方法。   The blood flow profile measurement method according to any one of claims 1 to 5, wherein the second threshold value is a numerical value within a range of 0.2 to 0.4. さらに、前記工程(5)において測定された血流プロファイルに基づいて、前記測定断面における血流量を測定する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の血流プロファイルの測定方法。   Furthermore, based on the blood flow profile measured in the said process (5), the blood flow rate in the said measurement cross section is measured, The blood flow profile measuring method as described in any one of Claims 1-6. 前記測定断面における血流量が、前記測定断面における1心拍当たりの血流量である、請求項7に記載の血流プロファイルの測定方法。   The blood flow profile measurement method according to claim 7, wherein the blood flow volume in the measurement cross section is a blood flow volume per heartbeat in the measurement cross section. 3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法により取得されたマグニチュード画像及び位相画像を取得するデータ取得部と、
前記データ取得部において取得したマグニチュード画像及び位相画像、時間平均壁面剪断応力の計測値について設定された第1の閾値、並びに、振動剪断インデックスの計測値について設定された第2の閾値を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納されたマグニチュード画像、位相画像、第1の閾値、及び第2の閾値に基づき、血流プロファイル及び血流量を測定する制御部と、
血流プロファイル及び血流量を測定した測定断面、血流プロファイル、並びに血流量を表示する表示部とを備え、
前記制御部が、
前記記憶部のマグニチュード画像から、3次元の血管構造を描出する血管画像を構築する血管画像構築部と、
前記記憶部の位相画像と前記血管画像構築部により構築された血管画像から、前記血管画像中の血管内の各座標における血流ベクトルを計測する血流ベクトル計測部と、
前記血流ベクトル計測部により得られた血流ベクトルと前記血管画像構築部により構築された血管画像から、前記血管画像中の血管壁の境界座標における時間平均壁面剪断応力及び振動剪断インデックスを計測するAWSS/OSI計測部と、
前記血管画像中の血管壁のうち、時間平均壁面剪断応力が前記記憶部に格納されている第1の閾値以上である、又は振動剪断インデックスが前記記憶部に格納されている第2の閾値以下である境界座標のみからなる測定断面を抽出する測定断面抽出部と、
前記測定断面抽出部により抽出された測定断面における血流プロファイル及び血流量を測定する血流量測定部とを含む、血流量測定装置。
A data acquisition unit for acquiring a magnitude image and a phase image acquired by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method;
A memory for storing a magnitude image and a phase image acquired by the data acquisition unit, a first threshold value set for a measurement value of a time average wall shear stress, and a second threshold value set for a measurement value of a vibration shear index. And
A control unit for measuring a blood flow profile and a blood flow volume based on the magnitude image, the phase image, the first threshold value, and the second threshold value stored in the storage unit;
A blood flow profile and a measurement section for measuring blood flow, a blood flow profile, and a display unit for displaying the blood flow,
The control unit is
A blood vessel image constructing unit that constructs a blood vessel image depicting a three-dimensional blood vessel structure from the magnitude image of the storage unit;
A blood flow vector measurement unit that measures a blood flow vector at each coordinate in the blood vessel in the blood vessel image from the phase image of the storage unit and the blood vessel image constructed by the blood vessel image construction unit;
From the blood flow vector obtained by the blood flow vector measurement unit and the blood vessel image constructed by the blood vessel image construction unit, the time average wall shear stress and the vibrational shear index at the boundary coordinates of the blood vessel wall in the blood vessel image are measured. An AWS / OSI measurement unit;
Among the blood vessel walls in the blood vessel image, the time-average wall shear stress is not less than the first threshold stored in the storage unit, or the vibration shear index is not more than the second threshold stored in the storage unit. A measurement cross-section extraction unit that extracts a measurement cross-section consisting only of boundary coordinates,
A blood flow measurement device including a blood flow profile and a blood flow measurement unit that measures a blood flow in the measurement cross section extracted by the measurement cross section extraction unit.
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