JP4216366B2 - Left ventricle volume calculation method and left ventricle volume calculation device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核医学診断装置（ガンマカメラ）で心電図同期をかけて心筋のＳＰＥＣＴ画像（断面のＲＩの濃度分布）を使用して、左室内腔の容積を計算する方法及び左室内腔容積計算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定の医薬品は特定の臓器に集中する性質がある。この医薬品の体内での集中の様子（濃度分布）から臓器の機能を評価することができる。この医薬品のトレーサとして放射性同位元素（ＲＩ）が用いられている。核医学診断装置は、被検体内のＲＩから放出されるガンマ線を体外で検出し、この濃度分布を生成する。つまり、このＲＩの濃度分布は、医薬品の濃度分布を表している。従ってこのＲＩの濃度分布を観察することで、医薬品に対する体内での働き、つまり臓器の機能を評価することができる。
【０００３】
このような核医学診断装置で得た濃度分布から、診断に有効とされる様々な臓器機能状態を表すインデックスを求める様々なプログラムが開発されている。この１つに、ＱＧＳ（左室機能自動解析）プログラムがある。このＱＧＳプログラムが持つ機能の１つに、心電図同期による心筋のＳＰＥＣＴ画像から左室内腔の容積を計算するというものがある。この機能の原理は、心臓を輪切りにしたようなマルチスライスの画像各々に対してしきい値処理により左室内壁の輪郭を抽出し、この抽出した輪郭の内面積を全画像に関して求め、それらを積算するというものである。このしきい値としては、半径方向の濃度プロファイルの最大値の６５％に固定している。
【０００４】
しかし、このようなＱＧＳ等の自動解析プログラムで心筋ファントムの容積を求めてみると、その求めた容積には誤差があるが、この誤差の発生原理を特定できないのが現状であり、従って効果的な解決法については提案されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、精度の高い左室内腔容積計算方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積が、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケによる誤差を含んでいることを仮定して、この仮定のもとで、左室内腔容積の近似式としてよく用いられる楕円半球の体積計算式を展開し、この式を、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸との長さの“誤差の生じにくい”比を使って、真又はそれに近似的な長軸あるいは真又はそれに近似的な短軸の長さの３次式として解法することで、真又はそれに近似的な長軸と真とそれに近似的な短軸とを求め、これらの長さから楕円半球の体積計算式を使って真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。
【０００７】
また、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケに応じて、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭を拡大してから面積計算及びその積算を行うことにより、真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による左室内腔容積計算方法を好ましい実施形態により説明する。ここでは、ＱＧＳプログラムを例に説明する。図１に本実施形態による計算方法の手順について示している。
【０００９】
まず、ＱＧＳプログラムでは、内腔抽出処理において半径方向の濃度プロファイルの最大値の６５％の値を、しきい値として使っている。このためＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）がある程度高く画像にボケが殆ど無ければ、比較的高精度に左室内腔容積を算出できるが、それよりＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）が悪ければ、画像がボケるので、真の左室内腔よりも内側に、その輪郭を抽出してしまい、これによりＱＧＳプログラムは、左室内腔容積を過小評価しているのではと発明者は推論した。
【００１０】
ここでＳＰＥＣＴ画像のボケの程度は、ＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ）の１／２で推定できる。これは、真の左室内腔の輪郭より内外の２方向に関するボケのトータルである。従って、内側へのボケとしては、ボケの発生原因である真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４に近似すると考えた。
【００１１】
ここで、左室内腔は、楕円半球で近似できる。従って、左室内腔の容積は、楕円半球の体積計算式から次の式（１）で近似的に与えられる。
Ｖ＝（４／３・π・α2 ・β）／２ …（１）
α：左室内腔を楕円半球に近似したときの短軸長さ
β：左室内腔を楕円半球に近似したときの長軸長さ
従って、真又はそれに近い短軸長αtrue、長軸長βtrueが得られれば、
Ｖtrue＝４／３・π・αtrue 2 ・βtrue／２ …（２）
により、真又はそれに近い左室内腔容積Ｖtrueを得ることができる。
【００１２】
そこで、本発明では、αtrue、βtrueを次のように求める。
まず、ＱＧＳプログラムで計算した誤差を含む容積をＶfalse とすると、式（２）と同様に、誤差を含む短軸長αfalse と誤差を含む長軸長βfalse とから、
Ｖfalse ＝４／３・π・αfalse 2 ・βfalse ／２ …（３）
で与えられることになる。
【００１３】
誤差を含む短軸長αfalse と誤差を含む長軸長βfalse は、真の左室内腔容積を算出できる程度の最低限のＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ１）をａ、測定時の実際のＳＰＥＣＴ空間分解能（ＦＷＨＭ２）をｂで表すと、ａとｂの差の影響を受けているので、
αfalse ＝αtrue−（ｂ−ａ） （４）
βfalse ＝βtrue−（ｂ−ａ） （５）
で与えられる。
【００１４】
これらから、（３）式は、
Ｖfalse
＝４／３・π・（αtrue−（ｂ−ａ））2 ・（βtrue−（ｂ−ａ））／２ …（６）
に変形され得る。
【００１５】
ここで、真の短軸長に対する真の長軸長の比“βtrue／αtrue”を、ｄtrueとすると、（６）式は、
Ｖfalse
＝４／３・π・（αtrue−（ｂ−ａ））2 ・（ｄ・αtrue−（ｂ−ａ））／２ …（７）
のように、αtrueの３次式で与えられる。
【００１６】
この真の短軸長に対する真の長軸長の比ｄtrueは、心筋を縦割りにした縦断面のＳＰＥＣＴ画像からしきい値処理により自動抽出した内腔輪郭から又は当該ＳＰＥＣＴ画像に対するオペレータによるポインティング操作により、比較的誤差少なく高精度に求めることができる。なぜなら、求めた短軸長と長軸長には誤差成分が含まれるものであるが、この誤差成分は分子と分母との間で相殺されてその誤差の影響が低減されるし、また心筋中心の縦断面でも辺縁の縦断面でも当該比は余り変化しないからである。
【００１７】
上記（７）式において、Ｖfalse はＱＧＳプログラムにより計算された容積であるし、さらに、ａ，ｂ，ｄは知り得るので、これらの値を上記（７）式に代入することにより、真又はそれに近い短軸長αtrueを求めることができ、さらに真又はそれに近い長軸長βtrueは、ｄ・αtrueにより得られる。
【００１８】
こうして得られた真又はそれに近い短軸長αtrueと、真又はそれに近い長軸長βtrueとから、（２）式により、左室内腔容積Ｖtrueを、高精度に求めることができる。
【００１９】
なお、上述したようにＱＧＳプログラムの計算結果の誤差要因は、画像のボケにあり、さらに内側へのボケとしては、ボケの発生原因である真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４に近似するものであった。従って、上述した計算方法とは別に、ＱＧＳプログラムで、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭を、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異の１／４だけ拡大する輪郭抽出補正をかけ、補正した輪郭に対して輪郭各々の面積を計算し、そして積算することにより真又はそれに近似的な容積を計算できると考えられる。
（検証）
以上のような理論について、以下の条件の下で、心筋ファントムを使って検証した。
（Ａ）使用装置
まず、使用した装置としては、東芝製３検出器型ＳＰＥＣＴ専用装置ＧＣＡ−９３００Ａ／ＵＩと東芝製核医学画像処理装置ＧＭＳ−５５００ＵＩを用いてデータの収集、処理を行った。コリメータは、低エネルギー高分解能コリメータ（ＬＥＨＲ）を使用した。
【００２０】
（Ｂ）心筋ファントムＳＰＥＣＴイメージング
図２に示す心筋ファントム（ＲＨ２型、京都科学社製）の左室心筋部に 99mＴｃを１１１ＭＢｑ注入し、図３に示すように、心筋の長軸と検出器面が平行になる位置に心筋ファントムを固定した。これは、長軸縦断面の画像収集から短軸横断面の画像収集に切り替える時に発生し易い誤差を取り除くためにこのようなファントムと検出器の位置関係にした。また、ファントムでの吸収や散乱の影響が少ないように心筋ファントムは胸部ファントムには入れずに、心筋ファントム単体で測定した。
【００２１】
収集はマトリックスサイズ１２８×１２８、拡大率１倍（ピクセル実長３．２ｍｍ）、１方向当たり３０秒の収集時間で４度毎の３検出器同時１２０度ステップ収集を行った。ＳＰＥＣＴ空間分解能を変化させるために検出器の回転半径は１３２ｍｍ，１５５ｍｍ，１７５ｍｍ，１９５ｍｍ，２１５ｍｍ，２３５ｍｍ，２５５ｍｍ，２７５ｍｍ，２９５ｍｍ，３０５ｍｍの１０箇所で測定した。
【００２２】
（Ｃ）データ処理
心筋ファントムＳＰＥＣＴの投影データを５×５のスムージングで前処理し、ランプ（ｒａｍｐ）フィルターを用いてフィルター逆投影法により再構成を行った。
【００２３】
左室内腔容積の算出は、“Ｇｅｒｍａｎｏ”らによって開発された左室機能自動解析ソフト（ＱＧＳプログラム）を用いて行った。ＱＧＳプログラムは、概略的には、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより左室内腔容積を計算する。
【００２４】
（Ｄ）上述した理論に従って計算した左室内腔容積と心筋ファントムの真の左室内腔容積の比較
（７）式の左辺に、ＱＧＳプログラムで計算した左室内腔容積を代入し、さらに、真の左室内腔容積を算出できる程度の最低限のＳＰＥＣＴ空間分解能ａを“１．１１”とし、測定時の実際の検出器回転半径にに応じたＳＰＥＣＴ空間分解能ｂを求め、それぞれ代入した。また、左室内腔の短軸の長さと長軸の長さの比ｄはファントムの短軸と長軸の真の長さの比（９．９／２．８）を与えた。
【００２５】
以上により、真又はそれに近い短軸長αtrue、長軸長βtrueを求め、そしてこれらから（２）式により、真又はそれに近似的な左室内腔容積Ｖtrueを、計算した。
【００２６】
そして、データ収集時の実際の空間分解能ｂを変えながら、当該心筋ファントムの真の左室内腔容積に対する本発明の計算方法による左室内腔容積の比がどのように変動するかについて、ＱＧＳプログラムの場合と比較すると、その結果は、図４に示すようになった。勿論、図４において、計算した左室内腔容積が、全く誤差を含まない場合、つまり心筋ファントムの真の左室内腔容積に等しい場合、１．００になるものである。なお、検出器の回転半径と実際に計測した空間分解能ｂとの関係を次の表に示す。
【００２７】
【表１】
まず、ＱＧＳプログラムから測定される左室内腔容積は、真の左室内腔容積に対して、最近接位置（検出器の回転半径＝１３２ｍｍ）のとき、誤差０．４％以内になった。検出器の回転半径が大きくなるに従って、空間分解能ｂが低下してボケが拡大していくので、誤差は過小評価する傾向にあり、最離反位置（３０５ｍｍ）では真の左室内腔容積より１３％も過小評価する結果となった。
【００２９】
一方、本発明による左室内腔容積計算方法による場合、誤差は最大でも、１．４％に止まった。
ここで、本発明の計算方法の最大の誤差要因としては、左室内腔の短軸長に対する長軸長の比ｄにあると考えられる。発明者は、実際に測定する短軸の長さの２倍と長軸の長さがそれぞれ１ピクセル長の測定誤差を含む場合が最大誤差であると考えた。そこで１ピクセル長＝３．２ｍｍ（１２８×１２８）であるため、真の長軸と短軸の比は３．５４であるが、長軸と短軸の計算値の比は、
最小比３．２４（＝（９．９−０．３２）／（２．８＋０．１６））
から、
最大比３．８７（＝（９．９＋０．３２）／（２．８−０．１６））
まで変化すると考えられる。
【００３０】
従って、最小比の場合と最大比の場合とで、当該心筋ファントムの真の左室内腔容積に対する本発明の計算方法による左室内腔容積の比がどのように変動するかについて調べた。この結果を、図５に示している。長軸と短軸の比が誤差を含んでいるとしても、計算容量の誤差は、最大で０．２７％に止まっていることが証明された。
（考察）
本研究では初めにＧｅｒｍａｎｏらのＱＧＳプログラムの左室内腔容積の計算精度を心筋ファントムを用いて評価し、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能によっては左室内腔容積を過小評価するという結論を得た。これは、検出器の回転半径や使用するコリメータの種類によりＱＧＳプログラムの左室内腔容積の測定精度が変化することに起因している。臨床時の心筋ＳＰＥＣＴ収集では、検出器の回転半径は、２２０ｍｍから２５０ｍｍ付近で収集する場合が多いと考えられるため、図４より真の左室内腔容積より約７％の過小評価しているケースが多いと推定される。
【００３１】
そこで、発明者は、ＱＧＳプログラムの計算の誤差要因を、不十分なＳＰＥＣＴ空間分解能に求め、それを考慮した計算方法を開発し、ファントムでは真又はそれに近似的な左室内腔容積を測定することが可能であることを示した。この計算法を使用することによりコリメートの種類や患者の体型に依存しない真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することが可能になった。
【００３２】
本研究では、ＳＰＥＣＴ収集時におけるカウントは臨床時の１０倍以上を想定し、ＱＧＳプログラムで必要である短軸断層像を得る時に発生する誤差を極力押さえるように評価した。また、バターワース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）フィルターによる計算値の変化がないように前処理では５×５のスムージングを行った。しかし、臨床で得られる画像はカウントが少なく、バターワースフィルターによる計算値の変化は無視できない要因であると考えられる。また、本計算方法では、縦断面像から直接心筋の短軸長と長軸長の長さの比を手動を交えて測定するが、そこから発生すると考えられる測定誤差は本計算方法には大きく影響しないことがわかった。
【００３３】
実際の臨床では、心筋の形状を楕円半球に近似することによる誤差が発生する。また、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能がＬＶＥＦに与える影響は本研究では行うことができないため、今後、臨床評価が必要であると考えられる。
（結語）
心筋ファントムを使用してＱＧＳプログラムを用いて測定した左室内腔容積の測定精度と検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能の関係を評価した。左室内腔容積は、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能によって過小評価することがわかった。また、検出器のＳＰＥＣＴ空間分解能を用いた左室内腔容積の計算方法を開発し、図６に示すような良好な結果が得られた。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布の画像から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積が、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異とに応じたボケによる誤差を含んでいることを仮定して、この仮定のもとで、左室内腔容積の近似式としてよく用いられる楕円半球の体積計算式を展開し、この式を、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と、真又はそれに近似的な短軸との長さの“誤差の生じにくい”比を使って、真又はそれに近似的な長軸あるいは真又はそれに近似的な短軸との長さの３次式として解法することで、真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とを求め、これらの長さから楕円半球の体積計算式を使って真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算することができる。このようにボケの発生原因から真又はそれに近似的な長軸及び短軸の長さを求め、この長さより楕円半球体積計算式から精度の高い左室内腔容積を計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る左室内腔容積計算手順のフローチャート。
【図２】検証に使った心筋ファントムを示す図。
【図３】検証時の撮影状況を示す図。
【図４】本実施形態の計算方法の精度の検出器回転半径に対する依存性をＱＧＳプログラムの場合と比較して示す図。
【図５】本実施形態の計算方法の精度の短軸長に対する長軸長の比に対する依存性を示す図。
【図６】本実施形態の計算方法の精度の検出器回転半径に対する依存性を示す図。
【符号の説明】
Ｓ１…画像入力ステップ、
Ｓ２…ＱＧＳプログラムによる容積計算ステップ、
Ｓ３…空間分解能入力ステップ、
Ｓ４…短軸長に対する長軸長の比の入力ステップ、
Ｓ５…Ｓ２乃至Ｓ４の値の楕円半球計算式への代入ステップ、
Ｓ６…真又はそれに近似的な長軸長と短軸長の計算ステップ、
Ｓ７…真又はそれに近似的な左室内腔容積計算ステップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for calculating the volume of the left ventricle and the volume of the left ventricle using the SPECT image of the myocardium (concentration distribution of RI of the cross section) by synchronizing the ECG with a nuclear medicine diagnostic apparatus (gamma camera) Relates to the device .
[0002]
[Prior art]
Certain drugs have the property of concentrating on specific organs. The function of the organ can be evaluated from the state (concentration distribution) of concentration of the pharmaceutical in the body. Radioisotope (RI) is used as a tracer for this medicine. The nuclear medicine diagnostic apparatus detects gamma rays emitted from the RI in the subject outside the body and generates this concentration distribution. In other words, this RI concentration distribution represents the concentration distribution of a pharmaceutical product. Therefore, by observing this RI concentration distribution, it is possible to evaluate the action of the medicine in the body, that is, the function of the organ.
[0003]
Various programs for obtaining indexes representing various organ function states effective for diagnosis from the concentration distribution obtained by such a nuclear medicine diagnostic apparatus have been developed. One of these is the QGS (left ventricular function automatic analysis) program. One of the functions of this QGS program is to calculate the volume of the left ventricular cavity from the SPECT image of the myocardium synchronized with the electrocardiogram. The principle of this function is that the contour of the left ventricular wall is extracted by threshold processing for each multi-slice image obtained by slicing the heart, and the inner area of the extracted contour is obtained with respect to the entire image. It is to add up. This threshold is fixed at 65% of the maximum value of the density profile in the radial direction.
[0004]
However, when the volume of the myocardial phantom is obtained by such an automatic analysis program such as QGS, there is an error in the obtained volume, but the generation principle of this error cannot be specified. No solution has been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a highly accurate left ventricular volume calculation method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention requires the left chamber volume obtained by integrating the area of the contour of the left chamber wall extracted from the image of the multi-slice RI concentration distribution regarding the myocardium of the subject to obtain the true volume. An ellipse often used as an approximate expression for the volume of the left ventricular cavity under this assumption, assuming that it contains an error due to blur depending on the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution. Expand the volume calculation formula of the hemisphere, and this formula is calculated by using the ratio of the length of the left ventricular true or approximate major axis to the true or approximate minor axis to be “error-free”. By solving as a cubic expression of the length of the true or approximate long axis or the length of the true or approximate short axis, the true or approximate long axis and true and the approximate short axis are obtained. From these lengths, using the volume calculation formula of an elliptical hemisphere, It can be calculated approximate left ventricular cavity volume in Les.
[0007]
Also, extraction from multi-slice RI concentration distribution images related to the myocardium of the subject according to the blur according to the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution required to obtain the true volume By expanding the contour of the left chamber wall and performing area calculation and integration thereof, the true or approximate left chamber volume can be calculated.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a left ventricular volume calculation method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a QGS program will be described as an example. FIG. 1 shows the procedure of the calculation method according to the present embodiment.
[0009]
First, in the QGS program, 65% of the maximum value of the concentration profile in the radial direction is used as the threshold value in the lumen extraction process. For this reason, if the SPECT spatial resolution (FWHM) is somewhat high and the image has little blur, the left ventricular volume can be calculated with relatively high accuracy. However, if the SPECT spatial resolution (FWHM) is worse, the image will be blurred. The inventor inferred that the contour was extracted inside the true left ventricular lumen, which caused the QGS program to underestimate the left ventricular volume.
[0010]
Here, the degree of blur of the SPECT image can be estimated by 1/2 of the SPECT spatial resolution (FWHM). This is the total blur in two directions inside and outside the contour of the true left ventricle. Therefore, the inward blur is considered to approximate 1/4 of the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution required to obtain the true volume that is the cause of the blur.
[0011]
Here, the left chamber can be approximated by an elliptical hemisphere. Therefore, the volume of the left ventricular cavity is approximately given by the following equation (1) from the volume calculation formula of the elliptical hemisphere.
V = (4/3 · π · α 2 · β) / 2 (1)
α: minor axis length when the left ventricle approximates an elliptical hemisphere β: major axis length when the left ventricle approximates an elliptical hemisphere Therefore, the true or near minor axis length α true , the major axis length β If you get true ,
V true = 4/3 · π · α true 2 · β true / 2 (2)
Thus, the left chamber volume V true that is true or close thereto can be obtained.
[0012]
Therefore, in the present invention, α true and β true are obtained as follows.
First, assuming that the volume including the error calculated by the QGS program is V false , similarly to the equation (2), from the short axis length α false including the error and the long axis length β false including the error,
V false = 4/3 · π · α false 2 · β false / 2 (3)
Will be given.
[0013]
The short axis length α false including an error and the long axis length β false including an error are a minimum SPECT spatial resolution (FWHM1) that can calculate a true left ventricular volume, and an actual SPECT spatial resolution at the time of measurement. If (FWHM2) is represented by b, it is influenced by the difference between a and b.
α false = α true- (ba) (4)
β false = β true- (ba) (5)
Given in.
[0014]
From these, equation (3) is
V false
= 4/3 · π · (α true − (ba)) 2 · (β true − (ba)) / 2 (6)
Can be transformed into
[0015]
Here, when the ratio of the true major axis length to the true minor axis length “β true / α true ” is d true , the equation (6) becomes
V false
= 4/3 · π · (α true- (ba)) 2 · (d · α true- (ba)) / 2 (7)
As given by a true cubic expression of α true .
[0016]
The ratio of the true major axis length to the true minor axis length, d true, is pointed from the lumen contour automatically extracted by threshold processing from the SPECT image of the longitudinal section in which the myocardium is divided vertically, or pointing by the operator to the SPECT image By operation, it can be obtained with high accuracy with relatively little error. This is because the obtained short axis length and long axis length include an error component, but this error component is canceled out between the numerator and the denominator to reduce the influence of the error, and the myocardial center This is because the ratio does not change much in both the vertical cross section and the vertical cross section of the edge.
[0017]
In the above equation (7), V false is a volume calculated by the QGS program, and a, b, and d can be known. Therefore, by substituting these values into the above equation (7), A short axis length α true close thereto can be obtained, and a long axis length β true that is true or close thereto is obtained by d · α true .
[0018]
From the true or near short axis length α true thus obtained and the true or near long axis length β true , the left chamber lumen volume V true can be obtained with high accuracy by the equation (2).
[0019]
As described above, the error factor of the calculation result of the QGS program is the blur of the image. Further, as an inward blur, it is an ideal necessary for obtaining the true volume that is the cause of the blur. It approximates to 1/4 of the difference between the spatial resolution and the actual spatial resolution. Therefore, in addition to the calculation method described above, the QGS program is ideal for obtaining the true volume of the contour of the left ventricular wall extracted from each multi-slice RI concentration distribution image related to the myocardium of the subject. True or approximate volume by applying contour extraction correction that expands by 1/4 of the difference between the actual spatial resolution and the actual spatial resolution, calculating the area of each contour with respect to the corrected contour, and integrating Can be calculated.
(Verification)
The above theory was verified using a myocardial phantom under the following conditions.
(A) Device Used First, data was collected and processed using a Toshiba 3-detector SPECT dedicated device GCA-9300A / UI and a Toshiba nuclear medicine image processing device GMS-5500UI. The collimator used was a low energy high resolution collimator (LEHR).
[0020]
(B) Myocardial phantom SPECT imaging 99m Tc was injected into the left ventricular myocardium of the myocardial phantom shown in FIG. 2 (RH2 type, manufactured by Kyoto Kagakusha). A myocardial phantom was fixed at a position where the two became parallel. This is the positional relationship between the phantom and the detector in order to remove an error that is likely to occur when switching from image acquisition of the long axis longitudinal section to image acquisition of the short axis cross section. In addition, the myocardial phantom was measured without using the chest phantom so that the influence of absorption and scattering by the phantom was small.
[0021]
Acquisition was performed at 120 degrees step by three detectors every 4 degrees with a matrix size of 128 × 128, an enlargement ratio of 1 (actual pixel length: 3.2 mm), and a collection time of 30 seconds per direction. In order to change the SPECT spatial resolution, the rotation radius of the detector was measured at 10 positions of 132 mm, 155 mm, 175 mm, 195 mm, 215 mm, 235 mm, 255 mm, 275 mm, 295 mm, and 305 mm.
[0022]
(C) Data processing The projection data of the myocardial phantom SPECT was preprocessed by 5 × 5 smoothing and reconstructed by a filter backprojection method using a ramp filter.
[0023]
The left ventricular cavity volume was calculated using the left ventricular function automatic analysis software (QGS program) developed by “Germano” et al. The QGS program roughly calculates the left ventricular cavity volume by integrating the area of the left ventricular wall contour extracted from each multi-slice RI density distribution image related to the myocardium of the subject.
[0024]
(D) Comparison of the left ventricular volume calculated according to the above theory and the true left ventricular volume of the myocardial phantom Substituting the left ventricular volume calculated by the QGS program into the left side of equation (7), The minimum SPECT spatial resolution a that can calculate the left ventricular cavity volume was set to “1.11”, and the SPECT spatial resolution b corresponding to the actual detector rotation radius at the time of measurement was obtained and substituted. The ratio d between the length of the short axis of the left ventricle and the length of the long axis gave the ratio of the true length of the short axis and the long axis of the phantom (9.9 / 2.8).
[0025]
From the above, the short axis length α true and the long axis length β true were calculated as true or close thereto, and the true left ventricular volume V true was calculated from these by the equation (2).
[0026]
In the QGS program, how the ratio of the left ventricular volume according to the calculation method of the present invention to the true left ventricular volume of the myocardial phantom varies while changing the actual spatial resolution b at the time of data collection. Compared to the case, the result is shown in FIG. Of course, in FIG. 4, when the calculated left ventricular volume does not include any error, that is, equal to the true left ventricular volume of the myocardial phantom, it is 1.00. The relationship between the rotation radius of the detector and the actually measured spatial resolution b is shown in the following table.
[0027]
[Table 1]
First, the left chamber volume measured from the QGS program was within an error of 0.4% at the closest position (detector rotation radius = 132 mm) with respect to the true left chamber volume. As the rotation radius of the detector increases, the spatial resolution b decreases and the blur increases, so the error tends to be underestimated, and 13% of the true left chamber volume at the farthest position (305 mm). Also underestimated.
[0029]
On the other hand, in the case of the left ventricular volume calculation method according to the present invention, the error is only 1.4% at the maximum.
Here, it is considered that the largest error factor of the calculation method of the present invention is the ratio d of the major axis length to the minor axis length of the left ventricular cavity. The inventor has considered that the maximum error is a case where twice the length of the actual short axis and the length of the long axis each include a measurement error of 1 pixel length. Therefore, since 1 pixel length = 3.2 mm (128 × 128), the ratio of the true major axis to the minor axis is 3.54, but the ratio of the calculated value of the major axis to the minor axis is
Minimum ratio 3.24 (= (9.9−0.32) / (2.8 + 0.16))
From
Maximum ratio 3.87 (= (9.9 + 0.32) / (2.8-0.16))
It is thought that it will change.
[0030]
Therefore, it was examined how the ratio of the left ventricular volume according to the calculation method of the present invention to the true left ventricular volume of the myocardial phantom varies in the case of the minimum ratio and the maximum ratio. The result is shown in FIG. Even if the ratio of the major axis to the minor axis includes an error, it has been proved that the error of the calculation capacity is only 0.27% at the maximum.
(Discussion)
In this study, we first evaluated the calculation accuracy of the left ventricular volume in the QGS program of Germano et al. Using a myocardial phantom, and concluded that the left ventricular volume was underestimated depending on the SPECT spatial resolution of the detector. This is due to the fact that the measurement accuracy of the left chamber volume in the QGS program varies depending on the rotation radius of the detector and the type of collimator used. In myocardial SPECT collection at the time of clinical practice, it is considered that the rotation radius of the detector is often collected in the vicinity of 220 mm to 250 mm. Therefore, the case is underestimated by about 7% from the true left ventricular volume from FIG. It is estimated that there are many.
[0031]
Therefore, the inventor finds an error factor in the calculation of the QGS program in an insufficient SPECT spatial resolution, develops a calculation method that takes it into account, and measures the volume of the left ventricular cavity that is true or approximate to it with a phantom. Showed that it is possible. By using this calculation method, it is possible to calculate the true left ventricular volume without depending on the type of collimator or the patient's body shape.
[0032]
In this study, the count at the time of SPECT collection was assumed to be 10 times or more of that at the time of clinical, and evaluation was performed so as to suppress errors generated when obtaining a short-axis tomogram necessary for the QGS program as much as possible. In addition, 5 × 5 smoothing was performed in the preprocessing so that there was no change in the calculated value due to the Butterworth filter. However, clinically obtained images have a small count, and the change in the calculated value by the Butterworth filter is considered to be a factor that cannot be ignored. In this calculation method, the ratio of the length of the short axis of the myocardium to the length of the long axis is directly measured from the longitudinal cross-sectional image manually. It turns out that it has no effect.
[0033]
In actual clinical practice, an error is generated by approximating the shape of the myocardium to an elliptical hemisphere. In addition, the effect of the SPECT spatial resolution of the detector on LVEF cannot be performed in this study, so it is considered that clinical evaluation will be necessary in the future.
(Conclusion)
The relationship between the measurement accuracy of the left ventricular volume measured using the myocardial phantom using the QGS program and the SPECT spatial resolution of the detector was evaluated. The left ventricular volume was found to be underestimated by the SPECT spatial resolution of the detector. In addition, a method for calculating the left ventricular volume using the SPECT spatial resolution of the detector was developed, and good results as shown in FIG. 6 were obtained.
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications.
[0034]
【The invention's effect】
The present invention requires the left chamber volume obtained by integrating the area of the contour of the left chamber wall extracted from the image of the multi-slice RI concentration distribution regarding the myocardium of the subject to obtain the true volume. An ellipse often used as an approximate expression for the volume of the left ventricular cavity under this assumption, assuming that it contains an error due to blur depending on the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution. Expand the volume calculation formula of the hemisphere, and use this formula to calculate the ratio of the long axis of the left ventricle to the true or its approximate long axis and the length of the true or its approximate short axis to the “error-free” ratio. By solving as a cubic expression of the length of the true or approximate long axis or the true or approximate short axis, the true or approximate long axis and the true or approximate short axis From these lengths, the volume calculation formula of the elliptical hemisphere is used. Or it can be calculated approximate left ventricular cavity volume to it. In this way, the lengths of the major axis and the minor axis that are true or approximate from the cause of the occurrence of blur can be obtained, and the left chamber volume can be calculated with high accuracy from the elliptical hemisphere volume calculation formula from this length.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a left ventricular cavity volume calculation procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a myocardial phantom used for verification.
FIG. 3 is a diagram illustrating a shooting state at the time of verification.
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the accuracy of the calculation method of the present embodiment on the detector rotation radius in comparison with the case of a QGS program.
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the accuracy of the calculation method of the present embodiment on the ratio of the long axis length to the short axis length.
FIG. 6 is a diagram showing the dependency of the accuracy of the calculation method of the present embodiment on the detector rotation radius.
[Explanation of symbols]
S1 ... Image input step,
S2 ... Volume calculation step by QGS program,
S3: Spatial resolution input step,
S4: Input step of ratio of major axis length to minor axis length;
S5 ... Substitution step of the values of S2 to S4 to the elliptical hemisphere calculation formula,
S6: Step of calculating true or short major axis length and minor axis length,
S7: True or approximate left ventricular volume calculation step.
Claims (7)
前記抽出した左室内壁の輪郭を、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異に応じたボケの大きさだけ外側に拡大し、その拡大した輪郭の面積を計算し、積算することにより左室内腔容積を計算することを特徴とする左室内腔容積計算方法。In the left ventricular volume calculation method for calculating the left ventricular volume by integrating the area of the contour of the left ventricular wall extracted from each of the multi-slice RI concentration distribution images related to the myocardium of the subject,
The contour of the extracted left interior wall is expanded outward by the size of the blur according to the difference between the ideal spatial resolution required to obtain the true volume and the actual spatial resolution. A left ventricular volume calculation method, characterized by calculating a left ventricular volume by calculating and integrating an area of a contour.
被検体の心筋に関するマルチスライスのＲＩ濃度分布画像各々から抽出した左室内壁の輪郭の面積を積算することにより求めた左室内腔容積と、真の容積を得るために必要とされる理想的な空間分解能と実際の空間分解能との差異と、左室内腔の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸との長さの比とに基づいて、楕円半球の体積計算式から左室の真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とを前記コンピュータに計算させる手段と、この計算した真又はそれに近似的な長軸と真又はそれに近似的な短軸とに基づいて楕円半球の体積計算式から真又はそれに近似的な左室内腔容積を計算する手段とを有することを特徴とする記憶媒体。In a storage medium storing a program executable by a computer, the program is
The left ventricular volume obtained by integrating the area of the contour of the left ventricular wall extracted from each of the multi-slice RI density distribution images of the myocardium of the subject, and the ideal required to obtain the true volume Based on the difference between the spatial resolution and the actual spatial resolution and the ratio of the length of the left ventricular true or near major axis to the true or near minor axis, the volume calculation formula of the elliptical hemisphere Means for causing the computer to calculate the left ventricular true or approximate long axis and the true or approximate short axis, and the calculated true or approximate long axis and the true or approximate short axis. And a means for calculating a volume of the left ventricular cavity that is true or approximate from a volume calculation formula of an elliptical hemisphere based on the axis.
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求めるステップと、
前記輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求めるステップと、
前記パラメータと前記ＲＩ分布画像の空間分解能とに基づいて、前記空間分解能の影響による誤差を補正した左室内腔容積を計算するステップとを有することを特徴とする左室内腔容積計算方法。In the left ventricle volume calculation method for calculating the left ventricle volume from the RI distribution image relating to the myocardium of the subject,
Applying a threshold process to the RI distribution image to obtain a myocardial contour;
Obtaining a parameter indicating the major axis or minor axis of the left ventricular cavity from the contour;
And calculating a left ventricular volume based on the parameter and the spatial resolution of the RI distribution image, wherein a left ventricular volume corrected for an error due to the influence of the spatial resolution is calculated.
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求めるステップと、
前記ＲＩ分布画像の理想的な空間分解能と実際の空間分解能の差異に基づいて、前記輪郭の位置を補正するステップと、
前記補正した輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求めるステップと、
前記パラメータに基づいて左室内腔容積を計算するステップとを有することを特徴とする左室内腔容積計算方法。In the left ventricle volume calculation method for calculating the left ventricle volume from the RI distribution image relating to the myocardium of the subject,
Applying a threshold process to the RI distribution image to obtain a myocardial contour;
Correcting the position of the contour based on the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution of the RI distribution image;
Obtaining a parameter indicating the major axis or minor axis of the left ventricular cavity from the corrected contour;
And calculating a left chamber volume based on the parameter.
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求める手段と、
前記輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求める手段と、
前記パラメータと前記ＲＩ分布画像の空間分解能とに基づいて、前記空間分解能の影響による誤差を補正した左室内腔容積を計算する手段とを具備することを特徴とする左室内腔容積計算装置。In a left ventricular volume calculation device that calculates a left ventricular volume from an RI distribution image related to the myocardium of a subject,
Means for performing threshold processing on the RI distribution image to obtain a myocardial contour;
Means for obtaining a parameter indicating the major axis or minor axis of the left ventricular cavity from the contour;
A left ventricular volume calculating device, comprising: means for calculating a left ventricular volume corrected for an error due to the influence of the spatial resolution based on the parameter and the spatial resolution of the RI distribution image.
前記ＲＩ分布画像にしきい値処理を施して心筋の輪郭を求める手段と、
前記ＲＩ分布画像の理想的な空間分解能と実際の空間分解能の差異に基づいて、前記輪郭の位置を補正する手段と、
前記補正した輪郭から左室内腔の長軸又は短軸を示すパラメータを求める手段と、
前記パラメータに基づいて左室内腔容積を計算する手段とを具備することを特徴とする左室内腔容積計算装置。In a left ventricular volume calculation device that calculates a left ventricular volume from an RI distribution image related to the myocardium of a subject,
Means for performing threshold processing on the RI distribution image to obtain a myocardial contour;
Means for correcting the position of the contour based on the difference between the ideal spatial resolution and the actual spatial resolution of the RI distribution image;
Means for obtaining a parameter indicating the major axis or minor axis of the left ventricular cavity from the corrected contour;
Means for calculating a left chamber volume based on the parameter.
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