JP2023171619A - 流体解析装置、方法およびプログラム - Google Patents

流体解析装置、方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】流体解析装置、方法およびプログラムにおいて、適切なサンプリング間隔で流速ベクトル等の流体情報を表示できるようにする。
【解決手段】プロセッサが、内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析して、管状構造物内の各画素位置における流体の流れに関する流体情報を導出する。プロセッサは、画像に含まれる管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定する。プロセッサは、設定されたサンプリング間隔により流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する。
【選択図】図２

Description

本開示は、流体の流れを解析して表示する流体解析装置、方法およびプログラムに関する。
近年、心臓および脳等を撮影した医用画像を用いて、血管内の血流を解析することが行われている。このような医用画像を用いた血流解析方法としては、例えば、実際の血流を４次元的に測定する４Ｄフローの手法が用いられている。４Ｄフローは、例えば３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像を用いて、ボクセル毎、ピクセル毎または領域毎に流速ベクトルを導出し、流速ベクトルを時間の流れと合わせて動的に表示する手法である。また、数値流体力学を用いた血流解析（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）により、血液の流れをシミュレーションする手法も用いられている。
また、上述した４ＤフローおよびＣＦＤによる解析結果を、例えば、流線、流跡線および流脈線等によって表示することにより、血液の流れを３次元的に表示する手法が提案されている。
ところで、血液の流れを実際の血管内の流れに近い状態で可視化するためには、ＭＲＩ画像の各ボクセルに対して流速ベクトルを表示すればよい。しかしながら、すべてのボクセルに流速ベクトルを描画すると、その情報量が膨大なものとなるため、描画の処理に膨大な時間を要する。また、すべてのボクセルに流速ベクトルを表示した場合、流速ベクトルの間隔が密になりすぎて、解析結果を把握することが困難なものとなる。
一方、流速ベクトルを表示するためのサンプリング間隔を増減させることによって、表示させる流速ベクトルの量を増減することができる。しかしながら、血管上の着目すべき部分で粗い流速ベクトルの描画になってしまったり、逆にそれほど多くの情報が必要ない部分で密な流速ベクトルの描画となってしまう等、一定のサンプリング間隔だと流速ベクトルの表示が見にくくなる場合がある。
このため、流速ベクトルのサンプリング間隔を設定する各種手法が提案されている。例えば、特許文献１には、超音波診断装置から得られた血流速度の情報に基づいて、流速ベクトルを表示する際に、表示部位、表示深度および関心領域の面積等に応じて、サンプリング間隔を設定する手法が提案されている。また、特許文献２には、超音波診断装置から得られた血流速度の情報に基づいて流速ベクトルを表示する際に、流速ベクトルを間引くことにより、適当な密度の流速ベクトルを表示する手法が提案されている。
特開平８－３３６２５号公報 特開２００６－０００４２１号公報
しかしながら、特許文献１に記載された手法のように、表示部位または表示深度に応じて流速ベクトルのサンプリング間隔を設定したのでは、血管上の着目すべき部分で粗い流速ベクトルの描画になってしまったり、逆にそれほど多くの情報が必要ない部分で密な流速ベクトルの描画となってしまったりする可能性がある。また、関心領域の面積に応じてサンプリング間隔を設定したのでは、ユーザによる関心領域の設定が必要となる。また、特許文献２に記載された手法は、流速ベクトルを間引いて表示するものであるが、間引く基準が明確でない。
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、ユーザに負担をかけることなく、適切なサンプリング間隔で流速ベクトル等の流体情報を表示できるようにすることを目的とする。
本開示による第１の流体解析装置は、少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示するように構成される。
本開示による第２の流体解析装置は、少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
前記流体情報をディスプレイに表示するように構成される。
「流体の流れに関する流体情報」としては、流速ベクトル、壁面せん断応力（ＷＳＳ(Wall Shear Stress)）および渦度等が挙げられる。
なお、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、前記大きさが小さいほど前記サンプリング間隔を小さくするように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、前記管状構造物の中心線と交わる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、前記管状構造物の中心線が延びる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、前記流体情報をベクトルとして表示するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、前記ベクトルの幅を前記サンプリング間隔が大きいほど太くするように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、画像は、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって前記被写体を撮影することにより取得された３次元画像であり、
前記プロセッサは、前記３次元画像を解析することにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、プロセッサは、数値流体力学を用いた解析により前記流体の流れをシミュレーションすることにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による第１および第２の流体解析装置においては、管状構造物が血管であり、前記流体が血液であってもよい。
本開示による第１の流体解析方法は、内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する。
本開示による第２の流体解析方法は、内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
前記流体情報をディスプレイに表示する。
なお、本開示による第１および第２の流体解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本開示によれば、ユーザに負担をかけることなく、適切なサンプリング間隔で流体情報を表示できる。
本開示の第１の実施形態による流体解析装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図 本開示の第１の実施形態による流体解析装置の概略構成を示す図 ３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された第１の３次元画像を示す図 サンプリング間隔の設定を説明するための図 断面の大きさとサンプリング間隔とを対応づけたテーブルを示す図 流体情報の表示画面を示す図 第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 中心線が延びる方向におけるサンプリング間隔の設定を説明するための図 流体情報の表示画面を示す図 第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 流体情報の表示画面を示す図 流体情報の表示画面を示す図
以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図１は、本開示の第１の実施形態による流体解析装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、診断支援システムでは、本実施形態による流体解析装置１、３次元画像撮影装置２、および画像保管サーバ３が、ネットワーク４を経由して通信可能な状態で接続されている。
３次元画像撮影装置２は、被写体の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す３次元画像を生成する装置であり、具体的には、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、およびＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置等である。３次元画像撮影装置２により生成された３次元画像は画像保管サーバ３に送信され、保存される。なお、本実施形態では、患者の大動脈の３次元画像を取得する場合について説明するが、これに限らず、他の血管でもよい。また、本実施形態においては、３次元画像撮影装置２はＭＲＩ装置であり、ＭＲＩ装置において３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって被写体を撮影したＭＲＩ画像を３次元画像Ｇ０として取得するものとする。しかしながら、取得される３次元画像の種類はこれらに限定されるものではない。また、大動脈が本開示の管状構造物に、血液が本開示の流体にそれぞれ対応する。
画像保管サーバ３は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ３は、有線あるいは無線のネットワーク４を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には３次元画像撮影装置２で生成された３次元画像の画像データを含む各種データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、画像データの格納形式およびネットワーク４経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）等のプロトコルに基づいている。
流体解析装置１は、１台のコンピュータに、本開示の流体解析プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。流体解析プログラムは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、もしくはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。または、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）あるいはＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。
図２は、コンピュータに流体解析プログラムをインストールすることにより実現される流体解析装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、流体解析装置１は、標準的なワークステーションの構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ１２、ストレージ１３および通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１４を備える。また、流体解析装置１には、液晶ディスプレイ等のディスプレイ１５、並びにキーボードおよびマウス等の入力デバイス１６が接続されている。ＣＰＵ１１がプロセッサに対応する。
ストレージ１３は、ハードディスクドライブまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、ネットワーク４を経由して画像保管サーバ３から取得した３次元画像、並びに処理に必要な情報を含む各種情報が記憶されている。
通信Ｉ／Ｆ１４は、ネットワーク４を介した画像保管サーバ３等の外部装置と、流体解析装置１との各種情報の伝送制御を行うネットワークインターフェースである。
また、メモリ１２には、第１の実施形態による流体解析プログラムが記憶されている。流体解析プログラムは、ＣＰＵ１１に実行させる処理として、３次元画像撮影装置２において、被写体を撮影することによって取得された３次元画像Ｇ０を取得する画像取得処理、３次元画像Ｇ０を解析して、大動脈内の各画素位置における血液の流れに関する流体情報を導出する解析処理、３次元画像Ｇ０に含まれる大動脈の中心線と交わる領域の大きさに応じて、流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定するサンプリング処理、および設定されたサンプリング間隔により流体情報をサンプリングしてディスプレイ１５に表示する表示制御処理を規定する。
そして、ＣＰＵ１１がプログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータは、画像取得部２０、解析部２１、サンプリング部２２および表示制御部２３として機能する。
画像取得部２０は、３次元画像Ｇ０を画像保管サーバ３から取得する。なお、３次元画像Ｇ０が既にストレージ１３に記憶されている場合には、画像取得部２０は、ストレージ１３から３次元画像Ｇ０を取得するようにしてもよい。
解析部２１は、３次元画像Ｇ０を解析して、大動脈内の各画素位置における血液の流れに関する流体情報Ｒ０を導出する。本実施形態においては、解析部２１は、まず、３次元画像Ｇ０から血管領域を抽出する。具体的には、解析部２１は、３次元画像Ｇ０に対して多重解像度変換を行い、各解像度の画像に対してヘッセ行列の固有値解析を行い、各解像度の画像における解析結果を統合することによって、３次元画像Ｇ０に含まれる心臓領域中の様々なサイズの線構造（血管）の集合体として、大動脈弓の領域を血管領域として抽出する（例えばY Sato, et al.、「Three-dimensional multi-scale line filter for segmentation and visualization of curvilinear structures in medical images.」、Medical Image Analysis、1998年6月、Vol.2、No.2、p.p.143-168等参照）。さらに、解析部２１は、最小全域木アルゴリズム等を用いて、抽出された各線構造の中心点を連結することにより、大動脈を表す木構造のデータを生成し、抽出された大動脈の中心点を結ぶ芯線上の各点（木構造データの各ノード）において、芯線に直交する断面を求め、各断面において、グラフカット法等の公知のセグメンテーション手法を用いて大動脈の輪郭を認識し、その輪郭を表す情報を木構造データの各ノードに関連づけることによって、大動脈の領域を血管領域として抽出するようにしてもよい。
なお、血管領域の抽出方法としては上記の方法に限らず、領域拡張法等のその他の公知の手法を用いるようにしてもよい。
そして、解析部２１は、３次元画像Ｇ０から抽出された血管領域内の速度情報を用いて、血管内の各ボクセル位置における流速ベクトルを流体情報Ｒ０として導出する。
図３は、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元画像Ｇ０を示す図である。図３に示すように、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元画像Ｇ０の画像データは、マグニチュードデータＭ、Ｘ方向の位相データＰｈｘ、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚを、時間ｔに沿って所定の周期（例えば心周期）で得た３次元データを含む。Ｘ方向の位相データＰｈｘ、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚは、マグニチュードデータＭをＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にエンコード（ＶＥＮＣ：velocity encoding）することにより生成される。Ｘ方向の位相データＰｈｘ、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚは各軸方向の流速を表すデータである。解析部２１は、３つの位相データから３次元画像Ｇ０の各ボクセル位置の３次元流速ベクトル（以下、流速ベクトルとする）を流体情報Ｒ０として導出する。
なお、画像取得部２０において、ドップラー計測によって時系列に撮影された３次元の超音波画像を取得し、その超音波画像に基づいて取得された血管領域内の速度情報を用いて流速ベクトルを取得して、流体情報Ｒ０を導出するようにしてもよい。
サンプリング部２２は、３次元画像Ｇ０に含まれる大動脈の中心線と交わる領域の大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定する。本実施形態においては、解析部２１において、血管領域の抽出時に導出された芯線を中心線として使用し、中心線と交わる領域の大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定する。図４はサンプリング間隔の設定を説明するための図である。なお、図４においては、抽出された大動脈における大動脈弓３０、腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３を示している。図４に示すように、サンプリング部２２は、まず予め定められた初期基準位置Ｐ０において、大動脈弓３０の中心線Ｃ０に交わる断面Ｄ０を設定する。具体的には中心線Ｃ０に直交する断面Ｄ０を規定する。なお、初期基準位置Ｐ０は、抽出された大動脈のボリュームレンダリング画像等をディスプレイ１５に表示し、表示した大動脈の画像に対して、操作者が入力デバイス１６を用いて指定することにより設定すればよい。
そして、サンプリング部２２は、断面Ｄ０の大きさを導出する。断面Ｄ０の大きさとしては、断面Ｄ０の直径または半径、断面Ｄ０の面積、または断面Ｄ０を含む予め定められた厚さの体積を用いることができる。厚さとしては例えば１ｍｍとすることができるが、これに限定されるものではない。
そして、サンプリング部２２は、初期基準位置Ｐ０を基準として、中心線Ｃ０に沿って予め定められた間隔を空けて、サンプリング間隔を設定するための複数の基準位置Ｐｋ（ｋ＝１～ｎ）を設定する。予め定められた間隔としては、例えば５ｍｍ、１ｃｍおよび３ｃｍ等、任意の間隔とすることができる。そして、各基準位置にＰｋにおいて、断面Ｄｋの大きさを導出する。
サンプリング部２２は、腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３についても同様に初期基準位置Ｐ１－０，Ｐ２－０，Ｐ３－０を設定し、予め定められた間隔を空けて基準位置Ｐ１－１，Ｐ１－２…、Ｐ２－１，Ｐ２－２…、Ｐ３－１，Ｐ３－２…を設定し、初期基準位置および基準位置において、断面の大きさを導出する。
そして、サンプリング部２２は、断面Ｄｋの大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定する。具体的には、断面Ｄｋが小さいほどサンプリング間隔を小さくする。本実施形態においては、図５に示すように、断面Ｄｋの大きさとサンプリング間隔とを対応づけたテーブルＬＵＴ１がストレージ１３に保存されている。なお、図５においては、断面Ｄｋの大きさは直径としているが、半径、面積または体積であってもよい。また、図５における「０～１０」は、０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下であることを表す。また、サンプリング間隔の数値は、流体情報Ｒ０を表示する画素と画素との間に存在する画素の数を表す。なお、大動脈の直径は最大でも３５ｍｍ程度であるため、テーブルＬＵＴ１においては、大きさを３５ｍｍまで示している。図５に示すように、テーブルＬＵＴ１においては、断面Ｄｋの大きさが５ミリ刻みで大きくなり、サンプリング間隔が２画素刻みで大きくなっている。サンプリング部２２は、テーブルＬＵＴ１を参照して、断面Ｄｋの大きさに応じたサンプリング間隔を設定する。なお、サンプリング間隔はテーブルＬＵＴ１に示された値に限定されるものではない。
なお、テーブルＬＵＴ１を参照してサンプリング間隔を設定することに代えて、断面Ｄｋの大きさに比例させてサンプリング間隔を設定するようにしてもよい。
ここで、サンプリング間隔は、３次元画像Ｇ０上における３次元的なサンプリング間隔である。しかしながら、大動脈におけるある断面を２次元表示する場合を想定して、２次元のサンプリング間隔を設定してもよい。
表示制御部２３は、サンプリング部２２が設定したサンプリング間隔により流体情報Ｒ０をサンプリングしてディスプレイ１５に表示する。図６は、ディスプレイ１５に表示された流体情報Ｒ０の表示画面を示す図である。図６に示すように、表示画面４０には、腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３を含む大動脈弓３０の領域４１が表示されている。そして、領域４１内の図４における基準位置に直交する断面を始点として、サンプリング部２２が設定したサンプリング間隔により流体情報Ｒ０がサンプリングされて表示されている。なお、図６においては、説明のために腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３を含む大動脈弓３０を２次元画像として示しているが、実際にはボリュームレンダリング等の手法により、腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３を含む大動脈弓３０は３次元的に表示される。
図６に示すように、大動脈弓３０においては、流体情報Ｒ０のサンプリング間隔は比較的大きく、腕頭動脈３１、左総頚動脈３２および左鎖骨下動脈３３においては、大動脈弓３０よりも細いため、流体情報Ｒ０のサンプリング間隔は比較的小さいものとなっている。なお、図６においては、中心線Ｃ０が延びる方向についてのサンプリング間隔は、基準位置間の間隔となっている。
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図７は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部２０が３次元画像Ｇ０を画像保管サーバ３から取得する（画像取得；ステップＳＴ１）。そして、解析部２１が３次元画像Ｇ０を解析して、血管内の各位置における血液の流れに関する流体情報Ｒ０を導出する（ステップＳＴ２）。次いで、サンプリング部２２が、３次元画像Ｇ０に含まれる大動脈の中心線Ｃ０と交わる領域の大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定する（ステップＳＴ３）。さらに、表示制御部２３が、設定されたサンプリング間隔により流体情報Ｒ０をサンプリングしてディスプレイ１５に表示し（ステップＳＴ４）、処理を終了する。
このように、第１の実施形態においては、大動脈弓３０の中心線Ｃ０と交わる断面Ｄｋの大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定し、設定されたサンプリング間隔により流体情報Ｒ０をサンプリングして表示するようにした。このため、ユーザに負担をかけることなく、適切なサンプリング間隔で流体情報Ｒ０を表示できる。
なお、上記実施形態においては、血管の中心線Ｃ０が延びる方向においては、予め定められた基準位置の間隔をサンプリング間隔として流体情報Ｒ０を表示しているが、これに限定されるものではない。血管の中心線Ｃ０が延びる方向においても、中心線Ｃ０と交わる領域の大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定してもよい。以下、中心線Ｃ０が延びる方向におけるサンプリング間隔の設定について説明する。
図８は、中心線Ｃ０が延びる方向におけるサンプリング間隔の設定を説明するための図である。なお、図８は説明を容易なものとするために、直径が徐々に小さくなる血管５０を示している。血管５０においては、径が小さくなる方向が血流の下流側となる。まず、サンプリング部２２は、図８に示すように、初期基準位置Ｐ０を基準として、中心線Ｃ０に沿って予め定められた初期間隔Ｌ０を空けて次の基準位置Ｐ１を設定する。初期間隔Ｌ０が初期基準位置Ｐ０と基準位置Ｐ１との間のサンプリング間隔となる。なお、初期間隔Ｌ０としては、例えば５ｍｍ、１ｃｍおよび３ｃｍ等、任意の間隔とすることができる。
そして、サンプリング部２２は、初期基準位置Ｐ０および基準位置Ｐ１にそれぞれ断面Ｄ０，Ｄ１を設定し、断面Ｄ０に対する断面Ｄ１の大きさの比率ａ１を導出する。サンプリング部２２は、初期間隔Ｌ０に比率ａ１を乗算することにより、基準位置Ｐ１と次の基準位置Ｐ２との間隔Ｌ１を決定する。すなわち、Ｌ１＝ａ１×Ｌ０により、間隔Ｌ１を設定する。間隔Ｌ１が基準位置Ｐ１と基準位置Ｐ２との間のサンプリング間隔となる。ここで、Ｄ１＜Ｄ０であるため、Ｌ１＜Ｌ０となる。
次いで、サンプリング部２２は、基準位置Ｐ２に断面Ｄ２（不図示）を設定し、断面Ｄ１に対する断面Ｄ２の大きさの比率ａ２を導出する。サンプリング部２２は、間隔Ｌ１に比率ａ２を乗算することにより、基準位置Ｐ２と次の基準位置Ｐ３との間隔Ｌ２を決定する。すなわち、Ｌ２＝ａ２×Ｌ１により、間隔Ｌ２を設定する。間隔Ｌ２が基準位置Ｐ２と基準位置Ｐ３との間のサンプリング間隔となる。ここで、Ｄ２＜Ｄ１であるため、Ｌ２＜Ｌ１となる。
以下、同様にして、サンプリング部２２は、基準位置Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…を設定することにより、血管５０における中心線Ｃ０が延びる方向のサンプリング間隔Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…を設定する。これにより、図８に示すように、血管５０が細くなる、すなわち中心線Ｃ０と交わる領域が小さくなるほど、中心線Ｃ０が延びる方向のサンプリング間隔が小さくなる。すなわち、初期間隔Ｌ０及びサンプリング間隔Ｌ１～Ｌ５の関係は、Ｌ５＜Ｌ４＜Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０となる。
なお、中心線Ｃ０が延びる方向のサンプリング間隔が小さくなりすぎると、表示される流体情報Ｒ０が見にくくなる。このため、サンプリング間隔が予め定められたしきい値以下となった場合には、中心線Ｃ０が延びる方向のサンプリング間隔を一定としてもよい。
図８においては、サンプリング間隔Ｌ５～Ｌ７が一定となっている。
一方、中心線Ｃ０が延びる方向のサンプリング間隔を設定する場合においても、中心線Ｃ０に交わる方向においては、上記実施形態と同様に、中心線Ｃ０に交わる領域の大きさに応じてサンプリング間隔を設定すればよい。なお、中心線Ｃ０が延びる方向にのみサンプリング間隔を設定し、中心線Ｃ０に交わる方向においては、予め定められたサンプリング間隔を設定するようにしてもよい。
図９は血管の中心線が延びる方向および中心線に交わる方向の双方においてサンプリング間隔を設定した場合における流体情報の表示画面を示す図である。なお、図９に示す破線の位置は、図８に示す初期基準位置Ｐ０および基準位置Ｐ１～Ｐ８に対応する。図９に示すように、血管５０の径が小さくなるほど、中心線Ｃ０が延びる方向および中心線Ｃ０に交わる方向の双方において、流体情報Ｒ０のサンプリング間隔が小さくなっている。
なお、上記第１の実施形態においては、解析部２１が流体情報Ｒ０を３次元画像Ｇ０の各ボクセル位置において導出しているが、これに限定されるものではない。流体情報Ｒ０を導出する前に、流体情報Ｒ０のサンプリング間隔をサンプリング部２２が設定し、設定したサンプリング間隔により、解析部２１が流体情報Ｒ０を導出するようにしてもよい。以下、これを第２の実施形態として説明する。なお、第２の実施形態による流体解析装置の構成は、図２に示す第１の実施形態による流体解析装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置についての詳細な説明は省略する。
図１０は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部２０が３次元画像Ｇ０を画像保管サーバ３から取得する（画像取得；ステップＳＴ１１）。次いで、サンプリング部２２が、３次元画像Ｇ０に含まれる大動脈の中心線Ｃ０と交わる領域の大きさに応じて、流体情報Ｒ０を表示する際のサンプリング間隔を設定する（ステップＳＴ１２）。そして、解析部２１が、３次元画像Ｇ０を解析して、血管内の各位置における血液の流れに関する流体情報Ｒ０を、サンプリング部２２が設定したサンプリング間隔で導出する（ステップＳＴ１３）。さらに、表示制御部２３が、導出された流体情報Ｒ０をディスプレイ１５に表示し（ステップＳＴ１４）、処理を終了する。
なお、上記各実施形態においては、血管の径が小さいほどサンプリング間隔を小さくしているため、径が比較的大きい血管においては、表示される流体情報Ｒ０が疎となる。この場合、血液の流れが速くても、表示画面においては血液の流れが遅く感じられてしまう。このため、径が予め定められたしきい値以上となる血管においては、表示される流体情報Ｒ０の線幅を太くしてもよい。図１１は、径が予め定められたしきい値以上となる血管においては、表示される流体情報Ｒ０の線幅を太くした表示画面を示す図である。図１１に示すように、表示画面４２においては、大動脈弓３０に表示される流体情報Ｒ０の線幅が太くなっている。
また、上記各実施形態においては、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって被写体を撮影したＭＲＩ画像を３次元画像Ｇ０として取得し、３次元画像Ｇ０を用いて流体情報Ｒ０を導出しているが、これに限定されるものではない。ＣＴ装置において造影剤を用いて被写体を撮影した造影ＣＴ画像を３次元画像Ｇ０として取得し、解析部２１において、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）による血流解析を行うことにより、３次元画像Ｇ０の各ボクセル位置における流速ベクトルを流体情報Ｒ０として導出するようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、大動脈等の血管における中心線Ｃ０と交わる断面が小さいほど流体情報Ｒ０を表示するサンプリング間隔を小さくしているが、これに限定されるものではない。図１２の表示画面４３に示すように、大動脈等の血管における中心線Ｃ０と交わる断面が小さいほど流体情報Ｒ０を表示するサンプリング間隔を大きくしてもよい。
また、上記各実施形態においては、血管内の各位置における流速ベクトルを流体情報Ｒ０として導出しているが、これに限定されるものではない。流速ベクトルの他、例えば壁面せん断応力（ＷＳＳ(Wall Shear Stress)）および渦度等を流体情報Ｒ０として用いてもよい。
また、上記各実施形態においては、内部に流体が流れる構造物として血管を用いているがこれに限定されるものではない。例えば、脳脊髄液の流れを可視化することを考えた場合、内部に髄液が流れる構造物として、頭蓋内での脳室、とくにくも膜下腔を、脊柱管内では脊髄くも膜下腔を、内部に流体が流れる構造物として用いてもよい。また、内部にリンパ液が流れるリンパ管を用いてもよい。
また、上記各実施形態においては、人体を対象とした画像を対象としているが、これに限定されるものではない。例えば、配管内を流れる流体の流れを解析する際にも、本開示の技術を適用できることはもちろんである。
また、上記各実施形態において、例えば、画像取得部２０、解析部２１、サンプリング部２２および表示制御部２３といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device :PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせまたはＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。
複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（Circuitry）を用いることができる。
１ 流体解析装置
２ ３次元画像撮影装置
３ 画像保管サーバ
４ ネットワーク
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ストレージ
１４ 通信Ｉ／Ｆ
１５ ディスプレイ
１６ 入力デバイス
２０ 画像取得部
２１ 解析部
２２ サンプリング部
２３ 表示制御部
３０ 大動脈弓
３１ 腕頭動脈
３２ 左総頚動脈
３３ 左鎖骨下動脈
４０，４２，４３ 表示画面
４１ 領域
５０ 血管
Ｃ０ 中心線
Ｄ０ 断面
ＬＵＴ１ テーブル
Ｍ マグニチュードデータ
Ｐｈｘ 位相データ
Ｐｈｙ 位相データ
Ｐｈｚ 位相データ
Ｐ０，Ｐ１－０，Ｐ２－０，Ｐ３－０ 初期基準位置
Ｐ１～Ｐ８，Ｐ１－１，Ｐ１－２，Ｐ２－１，Ｐ２－２，Ｐ２－３，Ｐ３－１，Ｐ３－２，Ｐ３－３ 基準位置
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（Circuitry）を用いることができる。
以下、本開示の付記項を記載する。
（付記項１）
少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示するように構成される流体解析装置。
（付記項２）
少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
前記流体情報をディスプレイに表示するように構成される流体解析装置。
（付記項３）
前記プロセッサは、前記大きさが小さいほど前記サンプリング間隔を小さくするように構成される付記項１または２に記載の流体解析装置。
（付記項４）
前記プロセッサは、前記管状構造物の中心線と交わる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成される付記項１から３のいずれか１項に記載の流体解析装置。（付記項５）
前記プロセッサは、前記管状構造物の中心線が延びる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成される付記項１から４のいずれか１項に記載の流体解析装置。（付記項６）
前記プロセッサは、前記流体情報をベクトルとして表示するように構成される付記項１から５のいずれか１項に記載の流体解析装置。
（付記項７）
前記プロセッサは、前記ベクトルの幅を前記サンプリング間隔が大きいほど太くするように構成される付記項６に記載の流体解析装置。
（付記項８）
前記画像は、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって前記被写体を撮影することにより取得された３次元画像であり、
前記プロセッサは、前記３次元画像を解析することにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成される付記項１から７のいずれか１項に記載の流体解析装置。
（付記項９）
前記プロセッサは、数値流体力学を用いた解析により前記流体の流れをシミュレーションすることにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成される付記項１から７のいずれか１項に記載の流体解析装置。
（付記項１０）
前記管状構造物が血管であり、前記流体が血液である付記項１から９のいずれか１項に記載の流体解析装置。
（付記項１１）
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する流体解析方法。
（付記項１２）
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
前記流体情報をディスプレイに表示する流体解析方法。
（付記項１３）
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出する手順と、
前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定する手順と、
前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。
（付記項１４）
内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定する手順と、
前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出する手順と、
前記流体情報をディスプレイに表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。

Claims (14)

  1. 少なくとも１つのプロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
    前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
    前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示するように構成される流体解析装置。
  2. 少なくとも１つのプロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
    前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
    前記流体情報をディスプレイに表示するように構成される流体解析装置。
  3. 前記プロセッサは、前記大きさが小さいほど前記サンプリング間隔を小さくするように構成される請求項１または２に記載の流体解析装置。
  4. 前記プロセッサは、前記管状構造物の中心線と交わる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  5. 前記プロセッサは、前記管状構造物の中心線が延びる方向において、前記サンプリング間隔を設定するように構成される請求項１から４のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  6. 前記プロセッサは、前記流体情報をベクトルとして表示するように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  7. 前記プロセッサは、前記ベクトルの幅を前記サンプリング間隔が大きいほど太くするように構成される請求項６に記載の流体解析装置。
  8. 前記画像は、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって前記被写体を撮影することにより取得された３次元画像であり、
    前記プロセッサは、前記３次元画像を解析することにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成される請求項１から７のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  9. 前記プロセッサは、数値流体力学を用いた解析により前記流体の流れをシミュレーションすることにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記流体情報として導出するように構成される請求項１から７のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  10. 前記管状構造物が血管であり、前記流体が血液である請求項１から９のいずれか１項に記載の流体解析装置。
  11. 内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出し、
    前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
    前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する流体解析方法。
  12. 内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定し、
    前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出し、
    前記流体情報をディスプレイに表示する流体解析方法。
  13. 内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像を解析することにより、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を導出する手順と、
    前記画像に含まれる前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定する手順と、
    前記設定されたサンプリング間隔により前記流体情報をサンプリングしてディスプレイに表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。
  14. 内部に流体が流れる管状構造物を含む被写体を撮影することによって取得された画像に含まれる、前記管状構造物の中心線と交わる領域の大きさに応じて、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を表示する際のサンプリング間隔を設定する手順と、
    前記画像を解析して、前記管状構造物内の各画素位置における前記流体の流れに関する流体情報を、前記設定されたサンプリング間隔により導出する手順と、
    前記流体情報をディスプレイに表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。
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