JP2020195787A - Medical image processing method, medical image processing device, and medical image processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、医用画像処理装置、医用画像処理方法および記録媒体に関する。 Embodiments of the present invention relate to medical image processing devices, medical image processing methods and recording media.
虚血性心疾患では、冠動脈の閉塞や狭窄等により、心筋への血流が阻害され、血液の供給が不足もしくは途絶えることにより、心臓に障害が生じる。患者は主に前胸部、時に、左腕や背中に痛みや圧迫感を感じるといった症状を訴える。虚血性心疾患の患者には大別して薬物療法、ＰＣＩ（カテーテル手術）、あるいはバイパス手術のいずれかの治療法が施される。 In ischemic heart disease, blood flow to the myocardium is obstructed due to occlusion or stenosis of the coronary arteries, and the supply of blood is insufficient or interrupted, resulting in heart damage. Patients complain of pain and pressure, mainly in the precordium, and sometimes in the left arm and back. Patients with ischemic heart disease are broadly treated with either drug therapy, PCI (catheter surgery), or bypass surgery.
薬物療法は、患者に薬物を投与して心臓の虚血を改善したり、血栓ができるのを予防したりする治療法である。ＰＣＩは、閉塞や狭窄を起こしている血管に細い管状構造の治療器具を直接挿入して強制的に血管を広げる治療法である。しかし冠状動脈に高度な三枝病変や慢性完全閉塞などがあるとＰＣＩを施行することは難しい。 Drug therapy is a treatment that administers a drug to a patient to improve cardiac ischemia or prevent the formation of blood clots. PCI is a treatment method in which a thin tubular structure treatment device is directly inserted into a blood vessel causing obstruction or stenosis to forcibly expand the blood vessel. However, it is difficult to perform PCI if the coronary artery has severe three-vessel lesions or chronic complete occlusion.
バイパス手術は、ＰＣＩによる治療が不可能な重度の患者に考慮される。バイパス手術はＣＡＢＧ（Coronary Artery Bypass Grafting）とも称される術式である。ＣＡＢＧは、図１４、１５に示されるように、狭くなっていたり閉塞していたりする血管に他の血管（グラフト血管）を繋げ、グラフト血管を介して虚血部位に血液が流れるようにする治療法である。グラフト血管は内胸動脈や大伏在静脈から取られる。内胸動脈を用いると再狭窄の率が低く、予後の良いことが知られている。 Bypass surgery is considered for severe patients who cannot be treated with PCI. Bypass surgery is also called CABG (Coronary Artery Bypass Grafting). CABG is a treatment that connects other blood vessels (grafted blood vessels) to narrowed or occluded blood vessels so that blood flows to the ischemic site via the grafted blood vessels, as shown in FIGS. 14 and 15. It is a law. Grafted vessels are taken from the internal thoracic artery and the great saphenous vein. It is known that the use of the internal thoracic artery has a low rate of restenosis and a good prognosis.
ＦＦＲ（Fractional Flow Reserve）は、ＰＣＩか薬物療法のどちらを適用するかを選択する指標の一つである。血管の狭窄の進行度は、例えばプレッシャーワイヤを直接血管に挿入して検査される。プレッシャーワイヤは血管内に図１６に示されるように挿入され、狭窄部の前後の圧力Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔを計測する。 FFR (Fractional Flow Reserve) is one of the indexes for selecting whether to apply PCI or drug therapy. The degree of stenosis of a blood vessel is examined, for example, by inserting a pressure wire directly into the blood vessel. Pressure wire is inserted as shown in Figure 16 into the vessel, to measure the pressure P in, P out before and after the constriction.
ＦＦＲはＰｏｕｔ／Ｐｉｎで定義される。ＦＦＲが０．８より低ければ、治療法としてＰＣＩが選択され、高ければ薬物療法が選択される。しかしながらプレッシャーワイヤを血管に挿入することは侵襲的なので、非侵襲的な計測法及びＦＦＲの推定法が望まれている。 FFR is defined by P out / P in . If the FFR is lower than 0.8, PCI is selected as the treatment, and if it is higher, drug therapy is selected. However, since inserting a pressure wire into a blood vessel is invasive, a non-invasive measurement method and an FFR estimation method are desired.
そこで、シミュレーションによりＦＦＲの推定値を計算する方法が考案されている。この種の技術では、モダリティから取得される血管の形状と、血液等のもつ粘性値等の物理パラメータとがシミュレータにインプットされる。そして、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）で用いられるナビエ・ストークスの式を用いて、流体解析によりＦＦＲが推定（計算）される。 Therefore, a method of calculating the estimated value of FFR by simulation has been devised. In this type of technology, the shape of the blood vessel acquired from the modality and the physical parameters such as the viscosity value of blood or the like are input to the simulator. Then, FFR is estimated (calculated) by fluid analysis using the Navier-Stokes formula used in CFD (Computational Fluid Dynamics).
既存のシミュレーションでは３Ｄ画像が用いられる。しかし３Ｄシミュレーションは多大な計算時間を要するので、３Ｄ画像を用いてのシミュレーションを２Ｄ近似することで、シミュレーションに要する時間を大幅に削減する手法がある。このような工夫によりＦＦＲをシミュレーションベースで素早く計算することができる。近似シミュレーションに基づくＦＦＲは、医師にとっては有効な指標として認知されている。 3D images are used in existing simulations. However, since 3D simulation requires a large amount of calculation time, there is a method of significantly reducing the time required for simulation by approximating the simulation using 3D images in 2D. With such a device, FFR can be calculated quickly on a simulation basis. FFR based on approximate simulation is recognized as an effective index for doctors.
治療法としてＣＡＢＧが選択されると、術前計画においてグラフト血管の継ぎ目を決定する必要がある。通常、医師はＣＴＡ（CT Angiography）などで得た画像を読影して血管の状態を確認し、血管の接合部を判断する。しかしながら血管の状態を細部まで詳しく読み取ることは難しいので読影医に大きな負担がかかる。また見落としなどの可能性もある。血管の継ぎ目よりも下流の狭窄が見落とされるとバイパスを形成しても心筋の機能が回復しないので、手術は失敗する。
目的は、適切なバイパス箇所を正確に示し得る医用画像処理装置、医用画像処理方法および記録媒体を提供することにある。
When CABG is selected as the treatment, it is necessary to determine the seams of the graft vessels in the preoperative planning. Usually, a doctor interprets an image obtained by CTA (CT Angiography) or the like to check the state of blood vessels and determine the junction of blood vessels. However, since it is difficult to read the state of blood vessels in detail, it imposes a heavy burden on the radiologist. There is also the possibility of oversight. If a stenosis downstream of the vascular seam is overlooked, the surgery fails because the formation of a bypass does not restore myocardial function.
An object of the present invention is to provide a medical image processing apparatus, a medical image processing method, and a recording medium capable of accurately indicating an appropriate bypass location.
実施形態によれば、医用画像処理装置は、計算部と、第１特定部と、第２特定部と、表示制御部とを具備する。計算部は、画像に描出された血管の血流指標を計算する。第１特定部は、血管における血流指標の分布に基づいて血管内の責任狭窄を特定する。第２特定部は、責任狭窄を迂回するバイパス血管を接続するための血管上のバイパス箇所を特定する。表示制御部は、特定されたバイパス箇所を表示部に表示させる。 According to the embodiment, the medical image processing apparatus includes a calculation unit, a first specific unit, a second specific unit, and a display control unit. The calculation unit calculates the blood flow index of the blood vessel depicted in the image. The first specific part identifies the responsible stenosis in the blood vessel based on the distribution of the blood flow index in the blood vessel. The second specific part identifies a bypass site on the vessel for connecting the bypass vessel that bypasses the responsible stenosis. The display control unit displays the specified bypass location on the display unit.
図１は、実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの一例を示す機能ブロック図である。図１に示される医用画像処理システム１は、医用画像処理装置１０、ＣＴ（Computed Tomography）装置２０およびＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）５０を備える。医用画像処理装置１０、ＣＴ装置２０およびＰＡＣＳ５０は、ネットワーク４０を介して通信可能に接続される。ネットワーク４０は例えばＬＡＮ（Local Area Network）や公衆電子通信回線などである。 FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a medical image processing system including the medical image processing device according to the embodiment. The medical image processing system 1 shown in FIG. 1 includes a medical image processing device 10, a CT (Computed Tomography) device 20, and a PACS (Picture Archiving and Communication System) 50. The medical image processing device 10, the CT device 20, and the PACS 50 are communicably connected via the network 40. The network 40 is, for example, a LAN (Local Area Network) or a public electronic communication line.
実施形態において医用画像処理装置１０は、解剖学的部位としての心臓の画像データに基づいて、ＣＡＢＧの術前計画を作成するために用いられることが可能である。ＣＡＢＧは、以下の条件を満たす虚血性心疾患患者に適用される。
（１）左冠動脈主幹病変（５０％以上の狭窄例）
（２）ＰＣＩの施行が困難（高度な三枝病変、慢性完全閉塞など）
（３）冠動脈末梢枝の血液の流れが良好（血管内径＞１．５ｍｍ）であるもの（狭窄・不整なし）
（４）左心肺機能が次の状態であるもの（駆出率（ＥＦ）２０％以上、左室拡張終期圧（ＬＶＥＤＰ）２０ｍｍＨＧ以下）
画像記憶部１０１は、ＣＴ装置２０またはＰＡＣＳ５０から制御部１０４の制御に基づいて送信されたボリュームデータを記憶する。処理画像としてのボリュームデータは、例えば、被検体の心臓を含む胸部領域に関する複数時相にわたる時系列の３次元造影ＣＴ画像データである。
In embodiments, the medical image processing apparatus 10 can be used to create a preoperative plan for CABG based on image data of the heart as an anatomical site. CABG is applied to patients with ischemic heart disease who meet the following conditions.
(1) Left coronary artery main lesion (cases with stenosis of 50% or more)
(2) Difficult to perform PCI (advanced three-vessel lesion, chronic complete occlusion, etc.)
(3) Good blood flow in the peripheral branches of the coronary arteries (blood vessel inner diameter> 1.5 mm) (no stenosis or irregularity)
(4) Left cardiopulmonary function is in the following states (ejection fraction (EF) 20% or more, left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) 20 mmHG or less)
The image storage unit 101 stores the volume data transmitted from the CT device 20 or the PACS 50 under the control of the control unit 104. The volume data as the processed image is, for example, three-dimensional contrast-enhanced CT image data of a time series over a plurality of time phases relating to the chest region including the heart of the subject.
テリトリーマップ記憶部１０２は、図２に示されるようなテリトリーマップを記憶する。テリトリーマップ（以下、支配マップと表記する）は、各冠動脈により栄養を供給される支配領域と冠動脈との関係を定義する、マッピングデータである。
通信インタフェース１０３はネットワーク４０に接続されて、ＣＴ装置２０あるいはＰＡＣＳ５０と医用画像処理装置１０との通信を可能にする。
心臓領域抽出部１０５は、心輪郭抽出処理などによりボリュームデータから心臓領域を抽出する。
The territory map storage unit 102 stores a territory map as shown in FIG. The territory map (hereinafter referred to as the control map) is mapping data that defines the relationship between the control area supplied by each coronary artery and the coronary artery.
The communication interface 103 is connected to the network 40 and enables communication between the CT device 20 or the PACS 50 and the medical image processing device 10.
The cardiac region extraction unit 105 extracts the cardiac region from the volume data by a cardiac contour extraction process or the like.
心筋解析部１０６は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から、造影剤濃度に対応するＣＴ値による閾値処理などにより心筋領域を抽出する。また、心筋解析部１０６は、心筋パフュージョン解析を実施する。つまり心筋解析部１０６は、抽出された心筋領域内の画素毎（または局所毎）に造影剤に関する時間濃度曲線を生成する。そして心筋解析部１０６は造影剤が流入してから流出するまでの期間に移動する血流の量を、その時間濃度曲線に基づいて、画素毎（または局所毎）に算出する。 The myocardial analysis unit 106 extracts the myocardial region from the cardiac region extracted by the cardiac region extraction unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast medium concentration or the like. In addition, the myocardial analysis unit 106 performs myocardial perfusion analysis. That is, the myocardial analysis unit 106 generates a time concentration curve for the contrast medium for each pixel (or local) in the extracted myocardial region. Then, the myocardial analysis unit 106 calculates the amount of blood flow that moves during the period from the inflow of the contrast medium to the outflow of the contrast medium for each pixel (or for each locality) based on the time concentration curve.
例えば、ＣＴ装置を用いた撮影では非イオン性造影剤を患者へ注入し、ＣＴ値の変化から臓器の灌流情報を描出することができる。よってＣＴパフュージョン解析では、例えば５１２×５１２ピクセルで構成されるＣＴ画像（ボリュームデータ）の経時変化を、各画素におけるＣＴ値の変化から測定し、血流量等を数値化することができる。このようにして臓器の灌流情報（例えば、血流量）を表す１枚のカラーマップが、複数時相のＣＴ画像から生成される。
さらに、心筋解析部１０６は、算出された血流量の空間分布から閾値処理により虚血領域を抽出する。
For example, in imaging using a CT device, a nonionic contrast medium can be injected into a patient, and perfusion information of an organ can be visualized from a change in CT value. Therefore, in the CT perfusion analysis, for example, the time-dependent change of the CT image (volume data) composed of 512 × 512 pixels can be measured from the change of the CT value in each pixel, and the blood flow rate and the like can be quantified. In this way, one color map showing perfusion information (for example, blood flow) of an organ is generated from CT images of a plurality of time phases.
Further, the myocardial analysis unit 106 extracts an ischemic region from the calculated spatial distribution of blood flow by threshold processing.
冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から複数の冠動脈を抽出する。そして冠動脈解析部１０７は、当該抽出された各冠動脈から少なくとも１つの狭窄部位を抽出する。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状を分析し、冠動脈に関するボリュームデータを抽出する。この処理により、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位が抽出される。 The coronary artery analysis unit 107 extracts a plurality of coronary arteries from the cardiac region extracted by the cardiac region extraction unit 105. Then, the coronary artery analysis unit 107 extracts at least one stenotic site from each of the extracted coronary arteries. Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque properties of the coronary artery along the blood vessel core line and the inner wall of the blood vessel of the coronary artery, and extracts volume data related to the coronary artery. By this treatment, the coronary artery and the stenotic site located on the inner wall of the coronary artery are extracted.
プラーク性状の具体例としては、脂質量、血清コレステロール濃度、硬さ、石灰化度、繊維性被膜（Thin-cap）の厚さ、及びＦＦＲ（但し、本実施形態では、ＦＦＲはＦＦＲ計算部１０９により算出されるものとする）などを挙げることができる。 Specific examples of plaque properties include lipid content, serum cholesterol concentration, hardness, degree of calcification, thickness of fibrous film (Thin-cap), and FFR (however, in this embodiment, FFR is FFR calculation unit 109. It is assumed that it is calculated by).
責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により抽出された虚血領域と支配マップ（テリトリーマップ記憶部１０２に記憶される）とを照合して責任血管を特定する。責任血管は、虚血領域に栄養供給責任を有する血管である。 The responsible blood vessel identification unit 108 identifies the responsible blood vessel by collating the ischemic region extracted by the myocardial analysis unit 106 with the control map (stored in the territory map storage unit 102). The responsible blood vessel is the blood vessel responsible for feeding the ischemic area.
ＦＦＲ計算部１０９は、ＦＦＲの値を、冠動脈解析部１０７により抽出された狭窄部位毎にシミュレーションベースで計算する。具体的には、先ず、ＦＦＲ計算部１０９は、狭窄部位の上流の組織血流量と下流の組織血流量とを、冠動脈解析部１０７により抽出された狭窄部位毎に、心筋解析部１０６により生成されたカラーマップに基づいて算出する。そしてＦＦＲ計算部１０９は、算出された下流の組織血流量を上流の組織血流量で除算して、狭窄部位毎のＦＦＲを算出する。 The FFR calculation unit 109 calculates the FFR value for each stenosis site extracted by the coronary artery analysis unit 107 on a simulation basis. Specifically, first, the FFR calculation unit 109 generates the tissue blood flow upstream and the tissue blood flow downstream of the stenosis site by the myocardial analysis unit 106 for each stenosis site extracted by the coronary artery analysis unit 107. Calculated based on the color map. Then, the FFR calculation unit 109 divides the calculated downstream tissue blood flow rate by the upstream tissue blood flow rate to calculate the FFR for each stenosis site.
責任狭窄特定部１１０は、冠動脈解析部１０７により抽出された狭窄部位のうち、責任血管特定部１０８により特定された責任血管の内壁に位置する狭窄部位（以下、責任狭窄と表記する）を特定する。つまり責任狭窄特定部１１０は、幾つかの責任狭窄候補のうちからＦＦＲが閾値未満である狭窄部位を、責任狭窄として特定する。 The responsible stenosis identification unit 110 identifies a stenosis site (hereinafter referred to as a responsible stenosis) located on the inner wall of the responsible blood vessel identified by the responsible blood vessel identification unit 108 among the stenosis sites extracted by the coronary artery analysis unit 107. .. That is, the responsible stenosis specifying unit 110 identifies the stenosis site where the FFR is less than the threshold value from among the several responsible stenosis candidates as the responsible stenosis.
バイパス箇所特定部１１３は、責任血管におけるバイパス箇所を特定する。すなわちバイパス箇所特定部１１３は、責任血管上でのグラフト血管（バイパス血管）の継ぎ目の適切な位置を、ＦＦＲの降下度、血管内径、血管弾性などの指標値に基づいて特定する。 The bypass location identification unit 113 identifies the bypass location in the responsible blood vessel. That is, the bypass location identification unit 113 specifies an appropriate position of the seam of the graft blood vessel (bypass blood vessel) on the responsible blood vessel based on index values such as the degree of descent of FFR, the inner diameter of the blood vessel, and the elasticity of the blood vessel.
マーカ発生部１１１は、責任血管（責任血管特定部１０８により特定される）、責任狭窄（責任狭窄特定部１１０により特定される）、ＦＦＲ（ＦＦＲ計算部１０９により算出される）や責任狭窄候補（動脈解析部１０７により抽出される）などに加えて、バイパス箇所（バイパス箇所特定部１１３により特定される）を視覚的に表示するためのマーカのデータを発生する。マーカは、矢印や三角などのシンボル図形のほか、カラーマッピング表示や、グラデーションなどの視覚的効果を伴うものでもよい。 The marker generation unit 111 includes responsible blood vessels (specified by responsible blood vessel identification unit 108), responsible stenosis (specified by responsible stenosis identification unit 110), FFR (calculated by FFR calculation unit 109), and responsible stenosis candidates (specified by FFR calculation unit 109). In addition to (extracted by the arterial analysis unit 107) and the like, marker data for visually displaying the bypass location (specified by the bypass location identification unit 113) is generated. The marker may be a symbol figure such as an arrow or a triangle, or may have a visual effect such as a color mapping display or a gradation.
表示制御部１１４は、ボリュームデータからレンダリング等により生成された３次元画像や、断面変換（Multi-Planar Reconstruction）により生成された２次元画像を表示部１１２に表示させる。また表示制御部１１４は、マーカ発生部１１１により発生されたマーカを３次元画像や２次元画像に重ねて表示部１１２に表示させる。次に、本実施形態に係る医用画像処理装置１０における処理手順を説明する。 The display control unit 114 causes the display unit 112 to display a three-dimensional image generated by rendering or the like from the volume data and a two-dimensional image generated by cross-section transformation (Multi-Planar Reconstruction). Further, the display control unit 114 superimposes the marker generated by the marker generation unit 111 on the three-dimensional image or the two-dimensional image and displays it on the display unit 112. Next, the processing procedure in the medical image processing apparatus 10 according to the present embodiment will be described.
図３は、図１に示される医用画像処理装置１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。図３において、制御部１０４は、胸部領域に関する複数時相にわたる時系列のボリュームデータを、ＣＴ装置２０またはＰＡＣＳ５０から通信インタフェース１０３を介して取得する（ステップＳ１）。取得されたボリュームデータは画像記憶部１０１に書き込まれる。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the medical image processing apparatus 10 shown in FIG. In FIG. 3, the control unit 104 acquires time-series volume data relating to the chest region over a plurality of time phases from the CT device 20 or the PACS 50 via the communication interface 103 (step S1). The acquired volume data is written in the image storage unit 101.
次に、制御部１０４の制御に基づいて心臓領域抽出部１０５は、拍動の比較的少ない特定時相のボリュームデータを処理画像として画像記憶部１０１から読み出す。心臓領域抽出部１０５は、読み出されたボリュームデータから心臓領域を抽出する（ステップＳ２）。 Next, based on the control of the control unit 104, the heart region extraction unit 105 reads out the volume data of the specific time phase with relatively few beats from the image storage unit 101 as a processed image. The cardiac region extraction unit 105 extracts the cardiac region from the read volume data (step S2).
次に、冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域を対象にして冠動脈解析処理を実行する（ステップＳ３，Ｓ４）。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って、冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状を分析する。その結果に基づいて冠動脈解析部１０７は、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位を抽出する。 Next, the coronary artery analysis unit 107 executes the coronary artery analysis process for the heart region extracted by the heart region extraction unit 105 (steps S3 and S4). Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque properties of the coronary artery along the blood vessel core line of the coronary artery, the inner wall of the blood vessel, and the like. Based on the result, the coronary artery analysis unit 107 extracts the coronary artery and the stenotic site located on the inner wall of the coronary artery.
次に、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の解剖学的構造を心臓形態画像に重畳して３次元画像、または２次元画像を生成する。生成された３次元画像または２次元画像は表示部１１２に表示される。図４（ａ）は３次元画像ｇ１の一例を示す。図４（ｂ）はＣＰＲ（curved planar reconstruction）表示される２次元画像ｇ２の一例を示す。なお、操作者は、図４（ａ），（ｂ）に示される画像ｇ１，ｇ２を表示部１１２に表示させるタイミングを任意に設定することができる。つまり、各画像を処理途中に表示させてもよいし、処理結果と共に表示させてもよい。 Next, the coronary artery analysis unit 107 superimposes the anatomical structure of the coronary artery on the cardiac morphological image to generate a three-dimensional image or a two-dimensional image. The generated three-dimensional image or two-dimensional image is displayed on the display unit 112. FIG. 4A shows an example of the three-dimensional image g1. FIG. 4B shows an example of a two-dimensional image g2 displayed by CPR (curved planar reconstruction). The operator can arbitrarily set the timing for displaying the images g1 and g2 shown in FIGS. 4A and 4B on the display unit 112. That is, each image may be displayed in the middle of processing, or may be displayed together with the processing result.
次に、心筋解析部１０６は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から心筋領域を、造影剤濃度に対応するＣＴ値を用いた閾値処理により解析する（ステップＳ５）。 Next, the myocardial analysis unit 106 analyzes the myocardial region from the cardiac region extracted by the cardiac region extraction unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast medium concentration (step S5).
次に、心筋解析部１０６は、ＣＴパフュージョン解析処理を、抽出された心筋だけに対して実行する（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８）。具体的には、心筋解析部１０６は、抽出された心筋領域内の画素毎（または局所毎）に、造影剤に関する時間濃度曲線を時系列のボリュームデータに基づいて生成する。そして心筋解析部１０６は、造影剤が流入してから流出するまでの期間に移動する血流量を、それらの時間濃度曲線に基づいて画素毎（または局所毎）に算出する。 Next, the myocardial analysis unit 106 executes the CT perfusion analysis process only on the extracted myocardium (steps S6, S7, S8). Specifically, the myocardial analysis unit 106 generates a time concentration curve for the contrast medium for each pixel (or local) in the extracted myocardial region based on time-series volume data. Then, the myocardial analysis unit 106 calculates the blood flow rate that moves during the period from the inflow of the contrast medium to the outflow of the contrast medium for each pixel (or for each locality) based on the time concentration curve.
これにより、例えば図５に示される、血流量の空間分布を示すカラーマップｇ３が生成される。そして心筋解析部１０６は、生成されたカラーマップｇ３（つまり算出された血流量の空間分布）に基づいて、血流量が既定の閾値未満の領域を虚血領域として抽出する。 As a result, for example, a color map g3 showing the spatial distribution of blood flow as shown in FIG. 5 is generated. Then, the myocardial analysis unit 106 extracts a region where the blood flow rate is less than a predetermined threshold value as an ischemic region based on the generated color map g3 (that is, the calculated spatial distribution of the blood flow rate).
続いて、責任血管特定部１０８は、特定された虚血領域と支配マップ（テリトリーマップ記憶部１０２に記憶される、例えば図２に示されるデータ）とを照合して責任血管を特定する（ステップＳ９）。 Subsequently, the responsible blood vessel identification unit 108 identifies the responsible blood vessel by collating the identified ischemic region with the control map (data stored in the territory map storage unit 102, for example, shown in FIG. 2) (step). S9).
次に、ＦＦＲ計算部１０９は、心筋解析部１０６により生成されたカラーマップｇ３に基づいて、ＦＦＲシミュレーションにより各狭窄部位の下流の組織血流量と、各狭窄部位の上流の組織血流量とを算出する。各狭窄部位は、責任血管特定部１０８により特定された責任血管の内壁にいずれも位置する。そしてＦＦＲ計算部１０９は、算出された狭窄部位の下流の組織血流量を、算出された狭窄部位の上流の組織血流量で除算してＦＦＲを算出する（ステップＳ１０）。 Next, the FFR calculation unit 109 calculates the tissue blood flow downstream of each stenosis site and the tissue blood flow upstream of each stenosis site by FFR simulation based on the color map g3 generated by the myocardial analysis unit 106. To do. Each stenotic site is located on the inner wall of the responsible blood vessel identified by the responsible blood vessel identification portion 108. Then, the FFR calculation unit 109 calculates the FFR by dividing the calculated tissue blood flow downstream of the stenosis site by the calculated tissue blood flow upstream of the stenosis site (step S10).
続いて、責任狭窄特定部１１０は、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲが閾値未満である狭窄部位を責任狭窄として特定する（ステップＳ１１）。さらに、バイパス箇所特定部１１３は、責任血管におけるＦＦＲの降下度、血管内径、血管壁の状態などに基づいて、バイパス箇所を責任狭窄の下流側において特定する（ステップＳ１２）。 Subsequently, the responsible stenosis specifying unit 110 identifies the stenosis site where the FFR calculated by the FFR calculation unit 109 is less than the threshold value as the responsible stenosis (step S11). Further, the bypass location identification unit 113 identifies the bypass location on the downstream side of the responsible stenosis based on the degree of FFR descent in the responsible blood vessel, the inner diameter of the blood vessel, the state of the blood vessel wall, and the like (step S12).
しかる後、表示部１１２は、例えば図６，７に示すように、マーカ発生部１１１により発生した責任血管、責任狭窄、ならびにＦＦＲを示すマーカを、ボリュームデータに由来する３次元画像ｇ４又は２次元画像ｇ５に重畳させて表示する（ステップＳ１３）。さらに表示部１１２は、例えば図８に示すように、マーカ発生部１１１により発生したバイパス箇所を示すマーカを、ボリュームデータに由来する３次元画像ｇ４又は２次元画像ｇ５に重畳させて表示する。
なお図８において、バイパス箇所よりも下流の部分は血管内径が基準を満たさない程度に細い（例えば１．５ｍｍ以下）のでバイパス不適箇所と判断され、カラーマッピング表示の対象から除外される。
After that, as shown in FIGS. 6 and 7, the display unit 112 displays the responsible blood vessel, the responsible stenosis, and the marker indicating the FFR generated by the marker generating unit 111 in a three-dimensional image g4 or two-dimensional derived from the volume data. It is superimposed on the image g5 and displayed (step S13). Further, as shown in FIG. 8, for example, the display unit 112 superimposes and displays a marker indicating the bypass portion generated by the marker generation unit 111 on the three-dimensional image g4 or the two-dimensional image g5 derived from the volume data.
In FIG. 8, the portion downstream of the bypass portion is thin enough that the inner diameter of the blood vessel does not meet the standard (for example, 1.5 mm or less), so that it is determined to be an unsuitable bypass portion and is excluded from the target of color mapping display.
このような構成により、例えば、図８に示すように、ＣＡＢＧに際してのバイパス箇所を医師に視覚的に示すことができる。よって医師は適切な箇所にグラフト血管の継ぎ目を設定することができる。また、ヒューマンエラーの可能性を低減させることもできる。 With such a configuration, for example, as shown in FIG. 8, the bypass portion at the time of CABG can be visually indicated to the doctor. Therefore, the doctor can set the seam of the graft vessel at an appropriate place. It is also possible to reduce the possibility of human error.
また、本実施形態では、ＦＦＲ計算部１０９がシミュレーションベースでＦＦＲ値を算出する。つまり、プレッシャーワイヤなど侵襲性をもつ器具を要しないので、検査時に患者にかかる負担を低減させることができる。また医師は、ＣＡＢＧの術前計画を非侵襲で実施することができる。また、非侵襲な検査手法であるので、フォローアップとして術後の経過を確認するためにも本実施形態は有効である。 Further, in the present embodiment, the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value on a simulation basis. That is, since an invasive instrument such as a pressure wire is not required, the burden on the patient at the time of examination can be reduced. Physicians can also carry out CABG preoperative planning non-invasively. In addition, since it is a non-invasive examination method, this embodiment is also effective for confirming the postoperative course as a follow-up.
なお、本実施形態では、表示部１１２が表示する画像の一例として図６、図７あるいは図８を示したが、表示部１１２が表示する画像はこれらに限定されるものでない。例えば、図９に示されるＣＰＲ画像、あるいは図１０に示されるＳＰＲ（stretched CPR）画像が表示部１１２に表示されるとしてもよい。 In the present embodiment, FIG. 6, FIG. 7 or FIG. 8 is shown as an example of the image displayed by the display unit 112, but the image displayed by the display unit 112 is not limited to these. For example, the CPR image shown in FIG. 9 or the SPR (stretched CPR) image shown in FIG. 10 may be displayed on the display unit 112.
図９のＣＰＲ画像においては、ＦＦＲの値が血管に沿ってカラーマッピング表示される。マーカよりも下流側においてはその上流よりもＦＦＲの値が低いが、安定している、つまりＦＦＲの降下度に変化が少ないことが示される。よってこの部分はバイパス箇所の候補になる。しかし最も下流の部分においては血管内径が細すぎるので、バイパス箇所としては不適であることが示される。図１０のＳＰＲ画像においても同様である。医師はこれらの画像を参照して、グラフト血管の接続位置を開胸前に認識することができる。 In the CPR image of FIG. 9, the FFR value is color-mapped and displayed along the blood vessel. On the downstream side of the marker, the value of FFR is lower than that of the upstream side, but it is shown to be stable, that is, there is little change in the degree of descent of FFR. Therefore, this part is a candidate for a bypass location. However, since the inner diameter of the blood vessel is too small in the most downstream part, it is shown to be unsuitable as a bypass location. The same applies to the SPR image of FIG. The doctor can refer to these images to recognize the connection position of the grafted vessel before thoracotomy.
また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、血管の弾性力（血管弾性）をも考慮して、バイパス箇所をさらに絞り込むこともできる。弾性値の低すぎる血管は、つまり柔らかすぎるので、術時に破裂する可能性がある。逆に弾性値の高すぎる血管は硬すぎるので、動脈硬化の可能性が示唆され、グラフト血管の接続箇所としてはやはり適さない。 Further, according to the medical image processing apparatus 10 according to the present embodiment, the bypass portion can be further narrowed down in consideration of the elastic force of the blood vessel (vascular elasticity). Blood vessels with too low elasticity, that is, too soft, can rupture during surgery. On the other hand, blood vessels with too high elasticity are too hard, suggesting the possibility of arteriosclerosis, and are not suitable as connection points for grafted blood vessels.
図１１は、弾性力が基準を満たさない領域がバイパス箇所から除外されることを示す３次元画像の一例を示す図である。血管弾性は、ＦＦＲ計算部１０９によるＦＦＲシミュレーション時や、４Ｄ−ＣＴからのデータを解析することで判明する。この知見を考慮してバイパス箇所を特定することにより、ＦＦＲの値は良好であるが血管の接続箇所としては不適な箇所を避けることが可能になり、ひいては治療成績の向上を見込むことができる。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a three-dimensional image showing that a region whose elastic force does not satisfy the reference is excluded from the bypass portion. Vascular elasticity can be found during FFR simulation by FFR calculation unit 109 or by analyzing data from 4D-CT. By specifying the bypass site in consideration of this finding, it is possible to avoid a site where the FFR value is good but not suitable as a blood vessel connection site, and it is expected that the treatment result will be improved.
また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、バイパス箇所におけるリスク分布の詳細を、例えばカラーマッピングで表示することもできる。
図１２は、リスク分布を含むバイパス箇所を示す３次元画像の一例を示す図である。実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、ＣＴボリュームデータを解析することによりＦＦＲ、血管内径、血管壁の状態、あるいは血管と狭窄箇所の位置関係などの種々のリスク要素を求めることができる。
Further, according to the medical image processing apparatus 10 according to the present embodiment, the details of the risk distribution at the bypass portion can be displayed by, for example, color mapping.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a three-dimensional image showing a bypass portion including a risk distribution. According to the medical image processing apparatus 10 according to the embodiment, various risk factors such as FFR, blood vessel inner diameter, state of blood vessel wall, and positional relationship between blood vessel and stenotic portion can be obtained by analyzing CT volume data. ..
表示制御部１１４は、これらのリスク要素を含むリスク分布を、バイパス箇所において項目別に複数種色分けして表示部１１２に表示する。このような表示手法により、ここは安全だがバイパス箇所としてはあまりお勧めしない、などの、詳細な情報を医師は一目で認識できる。また、リスクを得点にしてカラーマップにしてもよい。
また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、バイパス箇所を、他の指標と組み合わせて表示することも可能である。
The display control unit 114 displays the risk distribution including these risk elements on the display unit 112 by color-coding a plurality of types for each item at the bypass location. With such a display method, doctors can recognize detailed information at a glance, such as that this is safe but not recommended as a bypass point. In addition, the risk may be used as a color map.
Further, according to the medical image processing apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to display the bypass portion in combination with another index.
図１３は、ＦＦＲの値と血管内径とをバイパス箇所に組み合わせて表示するＳＰＲ画像の一例を示す図である。図１３に示される画像は主に表示制御部１１４による制御のもとで表示部１１２に表示される。図１３に示されるように、バイパス箇所の表示と合わせて、ＦＦＲおよび血管内径が血管に沿ってグラフの形態で表現される。実線のグラフが血管内径を示し、点線のグラフはＦＦＲを示す。表示されるグラフはいずれか片方でも良い。 FIG. 13 is a diagram showing an example of an SPR image in which the FFR value and the inner diameter of the blood vessel are displayed in combination with the bypass portion. The image shown in FIG. 13 is mainly displayed on the display unit 112 under the control of the display control unit 114. As shown in FIG. 13, the FFR and the inner diameter of the blood vessel are represented in the form of a graph along the blood vessel together with the display of the bypass portion. The solid line graph shows the inner diameter of the blood vessel, and the dotted line graph shows the FFR. Either one of the displayed graphs may be used.
このように、ＳＰＲ画像に合わせて多様な情報を表示することで、医師に多くの情報を伝えることができる。このほか、血管壁に関する情報（厚さ、硬化度、プラークの厚みなど）を追加することも可能である。 In this way, by displaying various information according to the SPR image, a lot of information can be conveyed to the doctor. In addition, it is possible to add information about the vessel wall (thickness, degree of hardening, plaque thickness, etc.).
さらに、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、表示部１１２により所望の３次元画像を表示する際に、マウスやキーボード、タッチパネル等の図示しない入力インタフェースから責任血管、責任狭窄あるいはバイパス箇所を選択する旨の入力を受け付けると、当該選択された責任血管、責任狭窄、バイパス箇所を観察しやすい角度に３次元画像を自動で回転させることも可能である。 Further, according to the medical image processing apparatus 10 according to the present embodiment, when displaying a desired three-dimensional image on the display unit 112, a responsible blood vessel, a responsible stenosis or a bypass is performed from an input interface (not shown) such as a mouse, a keyboard or a touch panel. When an input to select a location is accepted, the three-dimensional image can be automatically rotated to an angle at which the selected responsible blood vessel, responsible stenosis, and bypass location can be easily observed.
なお本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば実施形態では心臓の冠状動脈に対するＣＡＢＧを考慮したが、脳動脈や他の動脈など、血管バイパス術を適用可能なあらゆる疾患の術前計画に本発明を適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, although CABG for the coronary arteries of the heart was considered in the embodiment, the present invention can be applied to preoperative planning of any disease to which vascular bypass grafting can be applied, such as cerebral arteries and other arteries.
また実施形態では、ＦＦＲ計算部１０９は、上記のような計算手法によりＦＦＲを算出するものとしたが、ＦＦＲの計算手法はこれに限定されるものではない。各狭窄部位に対応したＦＦＲを算出可能であれば、ＦＦＲ計算部１０９で用いるＦＦＲの計算手法として適宜適用可能である。例えばシミュレーションは２Ｄに限らず、３Ｄでも構わない。 Further, in the embodiment, the FFR calculation unit 109 calculates the FFR by the calculation method as described above, but the calculation method of the FFR is not limited to this. If the FFR corresponding to each stenosis site can be calculated, it can be appropriately applied as an FFR calculation method used by the FFR calculation unit 109. For example, the simulation is not limited to 2D, but may be 3D.
また、実施形態ではＦＦＲシミュレーションによりＦＦＲを算出するようにした。これに代えて、Gradient法で求められるＦＦＲを用いることが可能である。Gradient法とは血液の流れとＣＴ値とが互いに相関するという可能性を利用する方法である。この方法は、本願の出願時点では文献（例えば、［Intracoronary Transluminal Attenuation Gradient in Coronary CT Angiography for Determining Coronary Artery Stenosis, JACC, 2011, Jin - Ho Choi］）に紹介されているに留まるが、今後の研究によってはＦＦＲなどの定量的な値を求めるための有力な方法になる可能性が高い。 Further, in the embodiment, the FFR is calculated by the FFR simulation. Instead of this, it is possible to use the FFR obtained by the Gradient method. The Gradient method is a method that utilizes the possibility that blood flow and CT value correlate with each other. This method has been introduced in the literature (for example, [Intracoronary Transluminal Attenuation Gradient in Coronary CT Angiography for Determining Coronary Artery Stenosis, JACC, 2011, Jin --Ho Choi]) at the time of filing of the present application, but future research Depending on the case, it is likely to be a powerful method for obtaining a quantitative value such as FFR.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１…医用画像処理システム、１０…医用画像処理装置、２０…ＣＴ装置、５０…ＰＡＣＳ、４０…ネットワーク、１０１…画像記憶部、１０２…テリトリーマップ記憶部、１０３…通信インタフェース、１０４…制御部、１０５…心臓領域抽出部、１０６…心筋解析部、１０７…冠動脈解析部、１０８…責任血管特定部、１０９…ＦＦＲ計算部、１１０…責任狭窄特定部、１１１…マーカ発生部、１１２…表示部、１１３…バイパス箇所特定部、１１４…表示制御部。 1 ... Medical image processing system, 10 ... Medical image processing device, 20 ... CT device, 50 ... PACS, 40 ... Network, 101 ... Image storage unit, 102 ... Territory map storage unit, 103 ... Communication interface, 104 ... Control unit, 105 ... Cardiac region extraction unit, 106 ... Myocardial analysis unit, 107 ... Coronary artery analysis unit, 108 ... Responsible blood vessel identification unit, 109 ... FFR calculation unit, 110 ... Responsible stenosis identification unit, 111 ... Marker generation unit, 112 ... Display unit, 113 ... Bypass location identification unit, 114 ... Display control unit.
本発明の実施形態は、医用画像処理方法、医用画像処理装置および医用画像処理システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to medical image processing methods , medical image processing devices and medical image processing systems .
治療法としてＣＡＢＧが選択されると、術前計画においてグラフト血管の継ぎ目を決定する必要がある。通常、医師はＣＴＡ（CT Angiography）などで得た画像を読影して血管の状態を確認し、血管の接合部を判断する。しかしながら血管の状態を細部まで詳しく読み取ることは難しいので読影医に大きな負担がかかる。また見落としなどの可能性もある。血管の継ぎ目よりも下流の狭窄が見落とされるとバイパスを形成しても心筋の機能が回復しないので、手術は失敗する。
目的は、適切なバイパス箇所を正確に示し得る医用画像処理方法、医用画像処理装置および医用画像処理システムを提供することにある。
When CABG is selected as the treatment, it is necessary to determine the seams of the graft vessels in the preoperative planning. Usually, a doctor interprets an image obtained by CTA (CT Angiography) or the like to check the state of blood vessels and determine the junction of blood vessels. However, since it is difficult to read the state of blood vessels in detail, it imposes a heavy burden on the radiologist. There is also the possibility of oversight. If a stenosis downstream of the vascular seam is overlooked, the surgery fails because the formation of a bypass does not restore myocardial function.
An object of the present invention is to provide a medical image processing method , a medical image processing apparatus, and a medical image processing system capable of accurately indicating an appropriate bypass location.
Claims (3)
被検体の３Ｄボリュームに含まれる冠動脈に基づいて求められた、前記冠動脈の狭窄部位、前記冠動脈の内径、及び前記冠動脈の血管壁に関する指標値の少なくともいずれかに基づき、前記冠動脈のうちバイパス接続に適さないバイパス不適箇所を特定する特定部と、
前記冠動脈及び前記血流指標の分布の少なくともいずれか一方に関する表示画像と、前記特定されたバイパス不適箇所の位置とを表示部に表示させる表示制御部と
を具備する、医用画像処理装置。 An acquisition unit that acquires the distribution of the blood flow index corresponding to the pressure ratio between two points in the coronary artery, which is obtained based on the coronary artery contained in the 3D volume of the subject.
Bypass connection of the coronary arteries based on at least one of the stenosis site of the coronary arteries, the inner diameter of the coronary arteries, and the index value regarding the blood vessel wall of the coronary arteries determined based on the coronary arteries contained in the 3D volume of the subject. A specific part that identifies an unsuitable bypass location and
A medical image processing apparatus comprising a display image relating to at least one of the distribution of the coronary arteries and the blood flow index, and a display control unit for displaying the position of the specified bypass unsuitable portion on the display unit.
前記医用画像処理装置が、被検体の３Ｄボリュームに含まれる冠動脈に基づいて求められた、前記冠動脈の狭窄部位、前記冠動脈の内径、及び前記冠動脈の血管壁に関する指標値の少なくともいずれかに基づき、前記冠動脈のうちバイパス接続に適さないバイパス不適箇所を特定する過程と、
医用画像処理装置が、前記冠動脈及び前記血流指標の分布の少なくともいずれか一方に関する表示画像と、前記特定されたバイパス不適箇所の位置とを表示部に表示させる過程と、
を具備する、医用画像処理方法。 A process in which a medical image processing apparatus acquires a distribution of a blood flow index corresponding to a pressure ratio between two points in the coronary artery, which is obtained based on the coronary artery contained in the 3D volume of the subject.
Based on at least one of the stenotic site of the coronary artery, the inner diameter of the coronary artery, and the index value regarding the blood vessel wall of the coronary artery, which was obtained by the medical image processing apparatus based on the coronary artery contained in the 3D volume of the subject. The process of identifying unsuitable bypass connections in the coronary arteries and
A process in which a medical image processing device displays a display image relating to at least one of the distributions of the coronary arteries and the blood flow index and the position of the specified bypass inappropriate portion on the display unit.
A medical image processing method comprising.
被検体の３Ｄボリュームに含まれる冠動脈に基づいて求められた、前記冠動脈における２点間の圧力比に対応する血流指標の分布を取得する取得部と、
被検体の３Ｄボリュームに含まれる冠動脈に基づいて求められた、前記冠動脈の狭窄部位、前記冠動脈の内径、及び前記冠動脈の血管壁に関する指標値の少なくともいずれかに基づき、前記冠動脈のうちバイパス接続に適さないバイパス不適箇所を特定する特定部と、
前記冠動脈及び前記血流指標の分布の少なくともいずれか一方に関する表示画像と、前記特定されたバイパス不適箇所の位置とを表示部に表示させる表示制御部として動作させるものである、記録媒体。
A computer-readable recording medium that stores a program executed by a medical image processing apparatus, wherein the program comprises the medical image processing apparatus.
An acquisition unit that acquires the distribution of the blood flow index corresponding to the pressure ratio between two points in the coronary artery, which is obtained based on the coronary artery contained in the 3D volume of the subject.
Bypass connection of the coronary arteries based on at least one of the stenosis site of the coronary arteries, the inner diameter of the coronary arteries, and the index value regarding the blood vessel wall of the coronary arteries determined based on the coronary arteries contained in the 3D volume of the subject. A specific part that identifies an unsuitable bypass location and
A recording medium that operates as a display control unit that displays a display image relating to at least one of the distributions of the coronary arteries and the blood flow index and the position of the specified bypass inappropriate portion on the display unit.
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