JP4405002B2

JP4405002B2 - ステントグラフト設計装置

Info

Publication number: JP4405002B2
Application number: JP25797099A
Authority: JP
Inventors: 慎一浦山; 克也上野; 靖浩今井
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001079097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステントグラフト設計装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大動脈瘤は、動脈硬化症等の原因により生じ、動脈瘤部は破裂しやすく、一旦破裂すると、致命的となる症患である。一般的な治療は外科手術によって人工血管を埋め込むことにより行うが、患者は高齢者が大半を占め、他の症患を併発している例も少なくなく、患者によっては外科的手術が適さないこともある。
【０００３】
このような背景のもと、近年、より侵襲性の低い治療法として動脈血管切開部より、カテーテルを通じてステントグラフトを動脈瘤部に挿入して設置する方法が盛んに実施されるようになってきた。
【０００４】
ステントグラフトは、血管壁に縫合されて固定されるわけではないため、その設計は正確に行われる必要がある。現在では主に、ヘリカルＣＴにより得られる三次元ＣＴ像から必要となる断面を切り出し、その画像上で計測を行っている。
【０００５】
しかしながら、既存のソフトウエアでは、血管径を計測するために必要な血管軸に垂直な断面を三次元画像上で指定することは困難である。また、瘤のために９０度にまで曲がってしまった血管や、膨らんだ瘤部の中を走行するステントグラフトの長さを、切り出した断面のみで推定することは正確さに欠ける。さらに、設計したステントグラフトが血管内をどのように走行しているかを直観的に把握することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ステントグラフトが血管内に設置される様子を３次元的に観察しながらステントグラフトの設計を行えるステントグラフト設計装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によるステントグラフト設計装置は、グラフトとステントとからなるステントグラフトをステントグラフトモデルを用いて設計するステントグラフト設計装置であり、ステントグラフト設計装置は、患者から得られたＣＴ画像に基づいて患部の血管領域を抽出して、３次元血管モデルを生成する第１手段と、前記ＣＴ画像と前記３次元血管モデルとに基づいて血管中心軸を決定する第２手段と、前記ＣＴ画像と前記３次元血管モデルと前記血管中心軸と前記血管中心軸に垂直な複数のリングからなり予め定められた初期設定値に基づいて生成されるステントグラフトモデルとに基づいて、血管内に設置されるステントグラフトの設計を行う第３手段とを備え、前記第３手段は、前記３次元血管モデルを前記血管中心軸とともに表示させる手段と、前記３次元血管モデルの前記血管中心軸上において、操作者に基準となる前記リングの位置を指定させるとともに、前記リングの数および間隔を入力させる手段と、入力されたデータに応じた前記ステントグラフトモデルを前記３次元血管モデルに重ねて表示させる手段と、径を測定すべき前記リングを操作者に選択させるための手段と、選択された前記リングが存在する位置における前記血管中心軸に直交する横断面像を表示させる手段と、前記血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、前記操作者に前記リングの径に関する情報を入力させるための手段と、入力された前記リングの径に関する情報に基づいて当該リングの径を決定するとともに、それに応じて前記ステントグラフトモデルを変化させる手段と、得られた変化したステントグラフトモデルの長さを算出する手段と、得られた変化したステントグラフトモデルに関する情報を保存する手段とを備え、さらに、前記変化したステントグラフトモデルの長さを算出する手段は、各隣合う２個のリング毎に２個のリング上から選択した大湾側を通る２点の間の距離を求める手段と、各隣合う２個のリング毎に求められた大湾側を通る２点の間の距離の総和を算出する手段とを備えている。
【０００８】
第３手段は、位置を調整したいリングを操作者に選択させるための手段、選択されたリングが存在する位置における血管中心軸に直交する横断面像を表示させる手段、および血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、当該横断面上において、操作者にリングの位置を変更させるための手段を備えていることが好ましい。
【０００９】
横断面像に基づいて、操作者にリングの径に関する情報を入力させる手段では、操作者によってリング画像の径を血管画像の輪郭と一致するまで変化させることによってリングの径に関する情報を入力させる手段と、血管の輪郭を操作者によってトレースさせることによってリングの径に関する情報を入力させる手段とのうちのいずれかの手段を選択できるようになっていることが好ましい。
【００１１】
ステントグラフトモデルに関する情報を保存する手段は、ステントグラフトモデルの長さ、リングの個数、各リングの径およびリングの間隔を保存する。
【００１２】
この発明によるステントグラフト設計方法は、グラフトとステントとからなるステントグラフトを設計する方法において、患者から得られたＣＴ画像に基づいて患部の血管領域を抽出して、３次元血管モデルを生成する第１ステップ、ＣＴ画像と３次元血管モデルとに基づいて、血管中心軸を決定する第２ステップ、ならびにＣＴ画像と、３次元血管モデルと、血管中心軸および血管中心軸に垂直な複数のリングからなるステントグラフトモデルとに基づいて、血管内に設置されるステントグラフトの設計を行う第３ステップを備えており、第３ステップは、３次元血管モデルを血管中心軸とともに表示させるステップ、３次元血管モデルの血管中心軸上において操作者に基準となるリングの位置を指定させるとともに、リングの数および間隔を入力させるステップ、入力されたデータに応じたステントグラフトモデルを３次元血管モデルに重ねて表示させるステップ、径を測定すべきリングを操作者に選択させるステップ、選択されたリングが存在する位置における血管中心軸に直交する横断面像を表示させるステップ、血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、操作者にリングの径に関する情報を入力させるステップ、入力された径に関する情報に基づいて当該リングの径を決定するとともに、それに応じてステントグラフトモデルを変化させるステップ、得られたステントグラフトモデルの長さを算出するステップ、ならびに得られたステントグラフトモデルに関する情報を保存するステップを備えていることを特徴とする。
【００１３】
第３ステップは、位置を調整したいリングを操作者に選択させるステップ、選択されたリングが存在する位置における血管中心軸に直交する横断面像を表示させるステップ、および血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、当該横断面上において、操作者にリングの位置を変更させるステップを備えていることが好ましい。
【００１４】
横断面像に基づいて、操作者にリングの径に関する情報を入力させるステップでは、操作者によってリング画像の径を血管画像の輪郭と一致するまで変化させることによってリングの径に関する情報を入力させる方法と、血管の輪郭を操作者によってトレースさせることによってリングの径に関する情報を入力させる方法とのうちのいずれかを選択できるようになっていることが好ましい。
【００１５】
ステントグラフトモデルの長さを算出するステップは、たとえば、各隣合う２個のリング毎に２個のリング上から選択した大湾側を通る２点の間の距離を求め、各隣合う２個のリング毎に求められた大湾側を通る２点の間の距離の総和を算出することにより、ステントグラフトモデルの長さを算出する。
【００１６】
ステントグラフトモデルに関する情報を保存するステップは、ステントグラフトモデルの長さ、リングの個数、各リングの径およびリングの間隔を保存する。
【００１７】
この発明によるステントグラフト設計支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、グラフトとステントとからなるステントグラフトを設計するためのステントグラフト設計支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、患者から得られたＣＴ画像に基づいて患部の血管領域を抽出して、３次元血管モデルを生成する第１ステップ、ＣＴ画像と３次元血管モデルとに基づいて、血管中心軸を決定する第２ステップ、ならびにＣＴ画像と、３次元血管モデルと、血管中心軸および血管中心軸に垂直な複数のリングからなるステントグラフトモデルとに基づいて、血管内に設置されるステントグラフトの設計を行う第３ステップを、コンピュータに実行させるためのステントグラフト設計支援プログラムを記録しており、第３ステップは、３次元血管モデルを血管中心軸とともに表示させるステップ、３次元血管モデルの血管中心軸上において操作者に基準となるリングの位置を指定させるとともに、リングの数および間隔を入力させるステップ、入力されたデータに応じたステントグラフトモデルを３次元血管モデルに重ねて表示させるステップ、径を測定すべきリングを操作者に選択させるステップ、選択されたリングが存在する位置における血管中心軸に直交する横断面像を表示させるステップ、血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、操作者にリングの径に関する情報を入力させるステップ、入力された径に関する情報に基づいて当該リングの径を決定するとともに、それに応じてステントグラフトモデルを変化させるステップ、得られたステントグラフトモデルの長さを算出するステップ、ならびに得られたステントグラフトモデルに関する情報を保存するステップを備えていることを特徴とする。
【００１８】
第３ステップは、位置を調整したいリングを操作者に選択させるステップ、選択されたリングが存在する位置における血管中心軸に直交する横断面像を表示させるステップ、および血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、当該横断面上において、操作者にリングの位置を変更させるステップを備えていることが好ましい。
【００１９】
横断面像に基づいて、操作者にリングの径に関する情報を入力させるステップでは、操作者によってリング画像の径を血管画像の輪郭と一致するまで変化させることによってリングの径に関する情報を入力させる方法と、血管の輪郭を操作者によってトレースさせることによってリングの径に関する情報を入力させる方法とのうちのいずれかを選択できるようになっていることが好ましい。
【００２０】
ステントグラフトモデルの長さを算出するステップは、たとえば、各隣合う２個のリング毎に２個のリング上から選択した大湾側を通る２点の間の距離を求め、各隣合う２個のリング毎に求められた大湾側を通る２点の間の距離の総和を算出することにより、ステントグラフトモデルの長さを算出する。
【００２１】
ステントグラフトモデルに関する情報を保存するステップは、ステントグラフトモデルの長さ、リングの個数、各リングの径およびリングの間隔を保存する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
〔１〕ステントグラフトの説明
【００２４】
大動脈瘤内留置用ステントグラフトには、その構造、素材および血管内での固定方法などの異なるいくつかのタイプがあるが、大動脈瘤患者の大動脈形状には個人差があり、大きく蛇行していたり、腹部では総腸骨動脈部にも、動脈瘤がある例も少なくない。そのため、ステントグラフトはそのような血管にも対応しうるような柔軟な素材、ならびに形状でなければならない。
【００２５】
そこで、ここでは、様々な血管形状に適応可能な井上式ステントグラフトを設計対象とした。井上式ステントグラフトには、腹部または胸部大動脈瘤用のストレートタイプ（Ｉ型）と、腹部大動脈瘤用の分岐タイプ（Ｙ型）とがある。以下、この発明を、分岐タイプのステントグラフトを設計する場合に適用した場合の実施の形態について述べる。
【００２６】
図１は、分岐タイプの井上式ステントグラフトの外観を示している。
【００２７】
分岐タイプのステントグラフトは、大動脈部（主幹部）と、大動脈部の下端から２又状に分岐した右総腸骨動脈部および左総腸骨動脈部（分岐部）とからなる。主幹部および各分岐部は、ダクロンチューブでできた人工血管（グラフト）と、その外側に適当な間隔をおいて取り付けられた、柔軟性を持つ金属製のニチノールリング（ステント）からなる。主幹部の上端部の３つのニチノールリングと、各分岐部の下端部の３つのリングが固定用リングである。
【００２８】
分岐タイプのステントグラフトは、腎動脈分岐部直下、ならびに左右の総腸骨動脈が内および外腸骨動脈にそれぞれ分かれる前の正常血管径部の３か所において、ステントグラフトの内壁にかかる血圧と、固定用リングの形状復元力とによって、固定用リングが血管内壁に押しつけられることにより、血管内に固定される。固定用リング以外のリング（以下、中間リングという）は、人工血管の形状を保つために用いられている。
【００２９】
〔２〕ステントグラフトモデルの説明
【００３０】
図２は、分岐タイプのステントグラフトモデルを示している。
【００３１】
図２において、鎖線Ｃは血管中心軸を、１は主幹部の固定用リングを、２は主幹部の中間リングを、３は第１分岐部の固定用リングを、４は第１分岐部の中間リングを、５は第２分岐部の固定用リングを、６は第２分岐部の中間リングを、それぞれ示している。
【００３２】
また、Ｌ１は、大動脈部の長さを、Ｌ２は右総腸骨動脈部の長さを、Ｌ３は左総腸骨動脈部の長さを、それぞれ示している。
【００３３】
ステントグラフトの形状は、大動脈部と腸骨動脈部の血管壁に固定されるリングの径と位置とに依存しているため、ステントグラフトモデルを、それらのリングの大きさと位置を決めることで定義した。
【００３４】
〔３〕ステントグラフト設計装置についての説明
【００３５】
図３は、ステントグラフト設計装置の構成を示している。
【００３６】
パーソナルコンピュータ１０には、ディスプレイ２１、マウス２２およびキーボード２３が接続されている。パーソナルコンピュータ１０は、ＣＰＵ１１、メモリ１２、ハードディスク１３、ＣＤ−ＲＯＭのようなリムーバブルディスクのドライブ（ディスクドライブ）１４を備えている。
【００３７】
ハードディスク１３には、ＯＳ（オペレーティングシステム）、３次元可視化処理プログラム等の他、血管領域抽出用プログラム、血管中心軸決定用プログラムおよびステントグラフト設計用プログラムが格納されている。血管領域抽出用プログラム、血管中心軸決定用プログラムおよびステントグラフト設計用プログラムは、それが格納されたＣＤ−ＲＯＭ２０を用いて、ハードディスク１３にインストールされる。
【００３８】
また、ハードディスク１３には、複数の患者の血管画像（血管造影されたヘリカルＣＴ画像）が患者名毎に格納されているものとする。
【００３９】
〔４〕ステントグラフトを設計するための全体的な処理手順についての説明
【００４０】
図４は、血管領域抽出用プログラム、血管中心軸決定用プログラムおよびステントグラフト設計用プログラムに基づいて、ＣＰＵ１１によって行われる全体的な処理手順の概要を示している。
【００４１】
まず、動脈瘤部を含む血管領域の抽出処理が行われる（ステップ１）。つまり、患者の血管画像に基づいて、動脈瘤部を含む血管領域が抽出され、三次元血管モデルが生成される。
【００４２】
次に、血管中心軸の決定処理が行われる（ステップ２）。つまり、三次元血管モデルに基づいて、血管中心軸が決定される。
【００４３】
そして、ステントグラフトモデルを用いたステントグラフト設計処理が行われる（ステップ３）。つまり、患者の血管に応じたステントグラフトが設計される。
【００４４】
〔５〕動脈瘤部を含む血管領域の抽出処理についての説明
【００４５】
図５は、動脈瘤部を含む血管領域の抽出処理（図４のステップ１）の詳細な手順を示している。図５において、実線で囲まれた四角はＣＰＵ１１によって行われる処理を、二重線で囲まれた四角は操作者が行う処理を、それぞれ示している。
【００４６】
図６は、血管領域抽出用プログラムが起動された場合の、初期画面を示している。この初期画面は、操作パネル３１と画像表示用ウインドウ３２とからなる。
【００４７】
操作者は、操作パネル３１内の”Patient Name" と記された患者名入力ボックスに患者名を入力する。そして、操作者は、図７に示すように、[File]のプルダウンメニューから"Read"を選択する。これにより、入力した患者名に対応する血管画像（ＣＴデータ）が読み込まれ（ステップ１１）、画像表示用ウインドウ３２に血管画像（断面画像）が表示される（ステップ１２）。図８に、断面画像の一例を示す。
【００４８】
操作者は、表示画像を見ながら、操作パネル３１内の"Plane" と記された断面選択用スライダによって適当な断面を選択する（ステップ１３）。
【００４９】
操作者は、表示された断面画像上において、血管領域をマウスの右ボタンでクリックする。クリックされたピクセルの座標値と濃度値とが、図９に示すように操作パネル３１に表示される。図９の例では、座標値が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（２４４，２００，２９）であり、濃度値がＩ＝２９である。操作者は、血管領域内の複数の箇所において、クリック操作を数回繰り返し、血管領域の濃度値の変動幅を調べ、血管領域を抽出するための濃度値の幅αを決める。そして、"Extract Width" と記された濃度幅入力ボックスに決定した幅αを入力する（ステップ１４）。
【００５０】
操作者は、操作パネル３１内の"Extract" ボタンを押す。これにより、現断面上で血管領域の自動抽出が行われる（ステップ１５）。自動抽出された血管領域は、色付けされて表示される。操作者は、抽出結果が不十分であると判断した場合には、抽出したい部分をマウスの右ボタンでクリックして選択し、濃度幅を変化させた後、"Extract" ボタンを押す。そうすると、血管領域の自動抽出が再度行われる。ステップ１５で行われる血管領域の自動抽出の方法については後述する。
【００５１】
操作者は、操作パネル３１内の[Segment Region(Slice)] と記されたフレーム内の"Lower(From)" スライダと、"Upper(To)" スライダとにより、血管領域を自動抽出するスライスの範囲を設定する（ステップ１６）。
【００５２】
操作者は、上記ステップ１４と同様に、選択したスライス範囲の断層像にわたって、血管領域を抽出するための濃度幅βを設定する（ステップ１７）。そして、操作者は、操作パネル３１内の"Segment" ボタンを押す。これにより、選択されたスライス範囲の血管領域の自動抽出が行われる（ステップ１８）。ステップ１８で行われる血管領域の自動抽出の方法については後述する。
【００５３】
操作者は、操作パネル３１内の[Auto View Player]と記されたフレーム内のボタンを操作することにより、選択されたスライス範囲内の全ての断層像での血管領域抽出状況を見ることができる。操作者は、血管領域の抽出が十分であることを確認した場合には、[File]のプルダウンメニューの"Save"を選択する。これにより、血管抽出領域がセーブされる。
【００５４】
図１０は、ステップ１５で行われる血管領域の自動抽出方法を示している。
【００５５】
図１０（ａ）に示すように、血管領域内で指定されたピクセルをＰ₀とし、そのピクセルの濃度値をＩ₀とする。Ｐ₀の４近傍のピクセルを時計周りに見ていき、近傍ピクセルのうち、その濃度値Ｉが次の数式１を満たすピクセルがあれば、図１０（ｂ）に示すように、それをＰ₁とする。
【００５６】
【数１】

【００５７】
次に、Ｐ₁を中心として、同様にＰ₀を除く３近傍のピクセルを時計周りに見ていき、数式１を満たせば、図１０（ｃ）に示すように、そのピクセルをＰ₂とする。このように、数式１を満たす近傍ピクセルを探索することにより、選択領域を拡張し、連結成分を抽出する。
【００５８】
図１１は、ステップ１８で行われる血管領域の自動抽出方法を示している。
【００５９】
図１１に示すように、血管抽出が行われた断層像Ｓ₀よりも１つ下の断層像Ｓ₁上にあるピクセル（Ｘ，Ｙ，Ｓ₁）と、ＸＹ座標が等しい断層像Ｓ₀上のピクセル（Ｘ，Ｙ，Ｓ₀）が抽出領域内にあり（ここではＺ座標と各断層像Ｓ₀，Ｓ₁を同様に扱う）、かつピクセル（Ｘ，Ｙ，Ｓ₁）の濃度値Ｉが、次の数式２を満たせば、そのピクセル（Ｘ，Ｙ，Ｓ₁）を基準とし、図１０で説明した方法と同様な方法で血管領域の自動抽出を行う。この際には、数式１のαをβに置き換えた式が用いられる。
【００６０】
【数２】

【００６１】
数式２において、Ｉａは、１枚上の断層像Ｓ₀内での抽出領域の平均濃度値を示している。
【００６２】
この後、断層像Ｓ₀上の抽出領域内のピクセルとＸＹ座標が等しい断層像Ｓ₁上のピクセルで、数式２を満たしており、まだ抽出されていないピクセルがあれば、そのピクセルを基準として、再び図１０で説明した方法と同様な方法で血管領域の自動抽出を行う。これを繰り返すことにより、１枚の断層像の抽出領域を元にして、他の断層像上の血管領域の自動抽出を行う。
【００６３】
〔６〕血管中心軸の決定処理についての説明
【００６４】
図１２は、血管中心軸の決定処理（図４のステップ２）の詳細な手順を示している。図１２において、実線で囲まれた四角はＣＰＵ１１によって行われる処理を、二重線で囲まれた四角は操作者が行う処理を、それぞれ示している。
【００６５】
図１３は、血管中心軸決定用プログラムが起動された場合の、初期画面を示している。この初期画面は、操作パネル４１と、４つの画像表示用ウインドウ４２〜４５とからなる。
【００６６】
操作者は、操作パネル４１内の”Patient Name" と記された患者名入力ボックスに患者名を入力した後、[File]のプルダウンメニューから"Read"を選択する。これにより、入力した患者名に対応する血管画像（ＣＴ画像）および３次元血管モデルが読み込まれる（ステップ２１）。
【００６７】
そして、画像表示用ウインドウ４２に３次元血管モデルが表示されるとともに、画像表示用ウインドウ４３、４４、４５それぞれに３次元血管モデル上においてカーソルで指定されている箇所に対応する体軸断面（ＸＹ平面）、矢状断面（ＹＺ平面）および冠状断面（ＺＸ平面）の画像が表示される（ステップ２２）。３次元血管モデルは、血管領域抽出処理で抽出された血管領域に基づいて３次元可視化処理プログラムによって生成される。
【００６８】
操作者は、操作パネル４１内の[Axis Position] の内容を”Main" 、つまり主幹部( 大動脈部）に設定する（ステップ２３）。また、操作者は、操作パネル４１内の[Image Size]と記された入力ボックスに直交３断面（体軸断面（ＸＹ平面）、矢状断面（ＹＺ平面）および冠状断面（ＺＸ平面））の表示範囲（１辺の長さのピクセル数）を選択する。
【００６９】
操作者は、３次元血管モデル上で大動脈の血管中心軸の始点を選択する（ステップ２４）。これにより、図１４に示すように、選択された点に対応する直交３断面が、画像表示用ウインドウ４３、４４、４５に表示される（ステップ２５）。
【００７０】
そして、次のようにして、血管領域内の中心点を決定する（ステップ２６）。まず、選択直交３断面のいずれか１断面上でマウスの右ボタンを押すと半透明のカーソルが表示されるので、そのままマウスをドラッグして、血管領域内の中心点を選択する。ステップ２６で選択した点は、その他の２断面上にも位置が表示されるので、操作者は、選択された点が血管領域の中心でなければ、その断面上で中心点を選択し直し、選択された点が３断面のそれぞれで中心点となるまで、中心点の位置決めをやり直す。
【００７１】
選択された点が３断面のそれぞれで中心点となると、操作者は操作パネル４１内の"Enter" ボタンを押す。これにより、中心点の座標( 操作パネル４１内の[Cursor Position XYZ] と記された位置に表示されているカーソル座標位置) が、入力される。入力された中心点の座標は、操作パネル４１内の[Plot Data XYZ] の入力ボックス内に表示される。
【００７２】
操作者は、適当な間隔（比較的血管が真っ直ぐな部分でＺ座標の値が５〜１０、血管がかなり曲がっている部分でＺ座標の値が５以内の間隔）で、大動脈の血管中心軸の他の点を指定し（ステップ２８）、ステップ２５および２６と同様な方法により、中心点を選択することによって、中心点が入力される。
【００７３】
全ての中心点の入力が終了すると（ステップ２７でＹＥＳ）、操作者は、操作パネル４１内の[B-Spline Function] と記された選択ボックスを用いて、Ｂ−スプライン関数の種類を選択する（ステップ２９）。この例では、Ｂ−スプライン関数の種類として、"Normal Spline" 、"Normal Spline" よりやや鋭い曲線になる"1.5 Times Spline"、およびさらに鋭い曲線になる"2 Times Spline"が用意されている。
【００７４】
この後、操作者は、操作パネル４１内の"Math"ボタンを押す。すると、それまでに入力された血管中心点の座標と、ステップ２９で選択されたＢ−スプライン関数とに基づいて、大動脈の中心軸が計算される（ステップ３０）。つまり、それまでに入力された中心点を制御点として、Ｂ−スプライン曲線によって中心点間が補間されることにより、中心軸が求められる。
【００７５】
このようにして得られた中心軸が表示部４２に表示される。この表示例を図１５に示す。図１５において、Ｍが血管中心軸である。操作者は[File]メニューの"Save"を選択する。これにより、大動脈の中心軸データが保存される。
【００７６】
左右の総腸骨動脈の中心軸を上記と同様な処理により、続けて決定する（ステップ３１）。
【００７７】
〔７〕ステントグラフト設計処理についての説明
【００７８】
図１６は、ステントグラフト設計処理（図４のステップ３）の詳細な手順を示している。図１６において、実線で囲まれた四角はＣＰＵ１１によって行われる処理を、二重線で囲まれた四角は操作者が行う処理を、それぞれ示している。
【００７９】
図１７は、ステントグラフト設計用プログラム（分岐タイプ用）が起動された場合の、初期画面を示している。この初期画面は、操作パネル５１と画像表示用ウインドウ５２、５３、５４、５５とからなる。操作パネル５１内の[ Display Ring] と記されたフレーム内の６つのチェックボックスは全てチェックされた状態となっている。
【００８０】
操作者は、操作パネル５１内の”Patient Name" と記された患者名入力ボックスに患者名を入力した後、[File]のプルダウンメニューから"Read"を選択する。これにより、入力した患者名に対応するデータ（ＣＴ画像、３次元血管モデル、血管中心軸データ）が読み込まれる（ステップ４１）。
【００８１】
操作者は、操作パネル５１内の[Select Stent Graft Model] と記された選択ボックスによって、"Main Stent-Graft Model"を選択し、"Plane Number"と記されたスライダーをクリックする（ステップ４２）。これにより、画像表示用ウインドウ５２に、３次元血管モデルとともに、血管中心軸と血管中心軸に垂直な複数のリング（固定用リングおよび中間リング）とからなるステントグラフトモデルの大動脈部が表示される（ステップ４３）。
【００８２】
このとき表示されるステントグラフトモデルの大動脈部は、予め定められた初期設定値に基づいて生成されている。以下に、初期設定値の一例を示す。
【００８３】
固定用リング直径：２０ｍｍ
固定用リング間隔：１０ｍｍ
中間リング直径：２０ｍｍ
中間リング間隔：１５ｍｍ
リング開始位置：血管中心軸の最も上流部
リング終端位置：血管中心軸の最も下流部から２０ｍｍ上流部
【００８４】
操作者は、操作パネル５１内の[Select Stent Graft Model] と記された選択ボックスによって、"Bifur1 Stent-Graft Model"を選択して、"Plane Number"と記されたスライダーをクリックする。また、"Bifur2 Stent-Graft Model"を選択して、"Plane Number"と記されたスライダーをクリックする（ステップ４４）。これにより、画像表示用ウインドウ５２にステントグラフトモデルの総腸骨動脈部が表示される（ステップ４５）。ステントグラフトモデルの表示例を図１８に示す。
【００８５】
このとき表示されるステントグラフトモデルの総腸骨動脈部は、予め定められた初期設定値に基づいて生成されている。以下に、初期設定値の一例を示す。
【００８６】
固定用リング直径：１２ｍｍ
固定用リング間隔：８ｍｍ
中間リング直径：１２ｍｍ
中間リング間隔：１０ｍｍ
リング開始位置：血管中心軸の最も上流部
リング終端位置：血管中心軸の最も下流部
【００８７】
操作者は、操作パネル５１内の[Select Stent Graft Model] と記された選択ボックスの内容を、"Main Stent-Graft Model"に戻し、[ Display Ring] と記されたフレーム内の"Main"のチェックを消す（ステップ４６）。
【００８８】
これにより、画像表示用ウインドウ５２において、大動脈部のステントグラフトモデルが消え、図１９に示すように、操作パネル５１内の"First Point" と記されたスライダーによって指定されている箇所の中心軸に直交する断面位置（四角形で示される）が表示される（ステップ４７）。
【００８９】
操作者は、操作パネル５１内の"First Point" と記されたスライダーを動かして、血管中心軸に直交する断面位置を見ながら、ステントグラフトを挿入する上端の位置（通常は腎動脈分岐部直下）にあたる断面を選択する（ステップ４８）。
【００９０】
操作者は、操作パネル５１内の[ Display Ring] と記されたフレーム内の"Main"をチェックする（ステップ４９）。これにより、ステントグラフトモデルの大動脈部が表示される（ステップ５０）。この際表示されるステントグラフトモデルは、初期モデルの上端位置が、ステップ４８において選択された上端位置に一致するように表示される。
【００９１】
操作者は、ステントグラフトモデルの大動脈部の固定用リング数を操作パネル５１内の"Fix Ring Number" と記された入力ボックスに入力し、固定用リングの間隔を操作パネル５１内の"Fix Ring Space"と記された入力ボックスに入力する（ステップ５１）。
【００９２】
固定用リング数および固定用リングの間隔が入力されると、表示されているステントグラフトモデルは、入力された固定用リング数および固定用リングの間隔に応じて変化する。
【００９３】
操作者が、操作パネル５１内の”Ring Number"と記されたスライダーを操作することにより、１番目のリングを指定すると（ステップ５２）、画像表示用ウインドウ５３に、指定された固定リングが存在する断面（血管中心軸に直交する断面）が固定リングとともに表示される（ステップ５３）。図２０は、この際、画像表示用ウインドウ５３に表示される断面画像の一例を示している。
【００９４】
操作者は、この表示画面を見ながら、操作パネル５１内の”1st Diameter" と記されたスライダーを操作することにより、第１番目のリングの直径を決定する（ステップ５４）。つまり、”1st Diameter" と記されたスライダーを操作すると、表示画面内の円形の固定リングの径が変化するので、ちょうど血管の輪郭とあった所で、スライダーを止めればよい。”2nd Diameter" スライダーおよび”3rd Diameter" スライダーは、それぞれ２番目の固定用リング、３番目の固定用リングの直径を決定する際に用いられる。
【００９５】
なお、血管領域が真円でない場合などには、血管領域の輪郭をトレースすることにより、その外周を円周とみなして、リングの直径を算出する方法も用意されている。つまり、血管領域が真円でない場合などには、操作者は、[Edit]のプルダウンメニューの"Trace" を選択する。すると、図２１に示すようなトレースパレットが開く。操作者は、トレースパレット内の"Measure/Reset" ボタンを一度押して、トレース長(Trace Length)および直径(Diameter)の値を０にリセットし、"Main","Bifurl" または"Bifur2"でトレースしたい場所を選択する。血管中心軸の断面上で、血管領域の輪郭を、マウスの右ボタンをクリックすることによりトレースしていき、最後にCtrlキーとマウスの右ボタンとを同時に押すと、トレースの始点と終点が結ばれる。
【００９６】
この後、トレースパレット内の"Measure/Reset" ボタンを押すと、トレース長と算出されたリングの直径とが表示される。この直径を保存したい場合には、トレースパレット内の"Enter" ボタンを押す。すると、断面の番号(No.) と、直径とが入力される。この後、トレースパレット内の"Save"ボタンを押すと、その値がファイルに出力される。
【００９７】
その他の固定用リングについても、”Ring Number"と記されたスライダーを操作することにより、固定用リングを指定した後（ステップ５６）、ステップ５３および５４の処理を行うことにより、その直径を決定する。それぞれの固定用リングが、血管領域からずれている場合には、操作者は、それぞれの固定用リングが存在する断面を表示させた後、操作パネル５１内の[ Ring Adjustment]と記されたフレーム内の"Translate i,j" と記されたスライダーによってリング位置を変更させる。
【００９８】
大動脈部の全て（最大３個）の固定用リングの直径が決定されると（ステップ５５でＹＥＳ）、操作者は、操作パネル５１内の[Select Stent Graft Model] と記された選択ボックスの内容を"Bifur1 Stent-Graft Model"、"Bifur2 Stent-Graft Model"とし、上記ステップ４６〜５５と同様な方法で、ステントグラフトモデルの右総腸骨動脈部および左総腸骨動脈部に対する固定用リングの直径を決定する（ステップ５７）。
【００９９】
次に、中間リングの設計を行う。つまり、大動脈部、右総腸骨動脈部および左総腸骨動脈部それぞれに対して、操作パネル５１内の"Normal Ring Space" と記されたスライダーで中間リングの間隔を決定し、"Normal Diamater" と記されたスライダーで中間リングの直径を決める（ステップ５８）。また、リング位置がずれていれば、"Ring Number" と記されたスライダーで、リングの存在する断面を表示させた後、操作パネル５１内の[ Ring Adjustment]と記されたフレーム内の"Translate i,j" と記されたスライダーによってリング位置を変更させる。
【０１００】
以上のようにして、ステントグラフトモデルの形状が決定されると、ステントグラフトの最終的な長さが算出される（ステップ５９）。実際には、モデルに変更がある毎に、ステントグラフトの長さが算出される。ステントグラフトの長さの算出方法については、後述する。
【０１０１】
操作者は、図２２に示すように、[File]のプルダウンメニューから"Save"を選択し、"Save"のプルダウンメニューから”Design Data"を選択する。これにより、ステントグラフトモデルの各寸法( 設計データ) がファイルに保存される。なお、設計したステントグラフトモデルの画像を保存する場合には、"Save"のプルダウンメニューから”Image"を選択すればよい。
【０１０２】
表１は、ステントグラフトモデルの設計データの一例を示している。
【０１０３】
【表１】

【０１０４】
表１におけるステントグラフト長としては、ステントグラフトモデルの大湾側長が用いられる。ステントグラフトモデルの大湾側長は、連続する２個のリング上から選択した大湾側を通る２点の間の距離の総和によって求められる。
【０１０５】
図２３は、連続する２個のリング上から大湾側を通る２点の選択方法を示している。
【０１０６】
（１）上流側のリングＲ_n（ｎは上流からつけたリングの番号）の円周を２０等分して、各等分点Ｐ_ni（ｉ＝１、２、…２０）を求める。
【０１０７】
（２）各等分点Ｐ_niに対し、リングＲ_nの中心、リングＲ_n+1の中心、および等分点Ｐ_niの３点を通る平面と、リングＲ_n+1との交点Ｑ_niを以下の（２−１）〜（２−３）の方法で求める。
【０１０８】
（２−１）：リングＲ_nの中心と各等分点Ｐ_niを結ぶ各ベクトルｒ_ni毎に、リングＲ_nの中心を始点とし、かつリングＲ_nとリングＲ_n+1の中心どうしを結ぶベクトルｃ_nとベクトルｒ_niとに直交するベクトルｒ’_niを求める。
【０１０９】
（２−２）：リングＲ_n+1の中心を始点とし、リングＲ_n+1の法線ベクトルｎ_n+1とベクトルｒ’_niとに直交し、かつ長さがリングＲ_n+1の半径と同じベクトルｒ”_niを求める。
【０１１０】
（２−３）：ベクトルｒ”_niの終点の座標をＱ_niとする。
【０１１１】
（３）ｉを１から２０まで変えて、Ｐ_niとＱ_niとの間の距離を測定し、最も距離の大きくなるペアを選択する。
【０１１２】
上記実施の形態では、井上式ステントグラフトを設計する場合について説明したが、この発明は井上式ステントグラフト以外のステントグラフトを設計する場合にも適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
この発明によれば、ステントグラフトが血管内に設置される様子を３次元的に観察しながらステントグラフトの設計を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分岐タイプの井上式ステントグラフトの外観を示す正面図である。
【図２】分岐タイプのステントグラフトモデルを示す模式図である。
【図３】ステントグラフト設計装置の構成を示す模式図である。
【図４】血管領域抽出用プログラム、血管中心軸決定用プログラムおよびステントグラフト設計用プログラムに基づいて、ＣＰＵ１１によって行われる全体的な処理手順の概要を示すフローチャートである。
【図５】動脈瘤部を含む血管領域の抽出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図６】血管領域抽出用プログラムが起動された場合の、初期画面を示す模式図である。
【図７】 [File]のプルダウンメニューを示す模式図である。
【図８】血管画像（断面画像）の一例を示す模式図である。
【図９】操作パネルにクリックされたピクセルの座標値と濃度値とが表示されている状態を示す模式図である。
【図１０】図５のステップ１５で行われる血管領域の自動抽出方法を説明するための模式図である。
【図１１】図５のステップ１８で行われる血管領域の自動抽出方法を説明するための模式図である。
【図１２】血管中心軸の決定処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１３】血管中心軸決定用プログラムが起動された場合の、初期画面を示す模式図である。
【図１４】直交３断面の表示例を示す模式図である。
【図１５】血管中心軸の表示例を示す模式図である。
【図１６】ステントグラフト設計処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１７】ステントグラフト設計用プログラムが起動された場合の、初期画面を示す模式図である。
【図１８】ステントグラフトモデルの表示例を示す模式図である。
【図１９】断面の位置を示す画像の一例を示す模式図である。
【図２０】血管中心軸に直交する断面の表示例を示す模式図である。
【図２１】トレースパレットを示す模式図である。
【図２２】 [File]のプルダウンメニューを示す模式図である。
【図２３】連続する２個のリング上から大湾側を通る２点の選択方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０パーソナルコンピュータ
２１ディスプレイ
２２マウス
２３キーボード
１１ＣＰＵ
１２メモリ
１３ハードディスク
１４ディスクドライブ

Claims

グラフトとステントとからなるステントグラフトをステントグラフトモデルを用いて設計するステントグラフト設計装置において、
該ステントグラフト設計装置は、
患者から得られたＣＴ画像に基づいて患部の血管領域を抽出して、３次元血管モデルを生成する第１手段と、前記ＣＴ画像と前記３次元血管モデルとに基づいて血管中心軸を決定する第２手段と、前記ＣＴ画像と前記３次元血管モデルと前記血管中心軸と前記血管中心軸に垂直な複数のリングからなり予め定められた初期設定値に基づいて生成されるステントグラフトモデルとに基づいて、血管内に設置されるステントグラフトの設計を行う第３手段とを備え、
前記第３手段は、前記３次元血管モデルを前記血管中心軸とともに表示させる手段と、
前記３次元血管モデルの前記血管中心軸上において、操作者に基準となる前記リングの位置を指定させるとともに、前記リングの数および間隔を入力させる手段と、
入力されたデータに応じた前記ステントグラフトモデルを前記３次元血管モデルに重ねて表示させる手段と、
径を測定すべき前記リングを操作者に選択させるための手段と、
選択された前記リングが存在する位置における前記血管中心軸に直交する横断面像を表示させる手段と、
前記血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、前記操作者に前記リングの径に関する情報を入力させるための手段と、
入力された前記リングの径に関する情報に基づいて当該リングの径を決定するとともに、それに応じて前記ステントグラフトモデルを変化させる手段と、
得られた変化したステントグラフトモデルの長さを算出する手段と、
得られた変化したステントグラフトモデルに関する情報を保存する手段とを備え、
さらに、前記変化したステントグラフトモデルの長さを算出する手段は、各隣合う２個のリング毎に２個のリング上から選択した大湾側を通る２点の間の距離を求める手段と、各隣合う２個のリング毎に求められた大湾側を通る２点の間の距離の総和を算出する手段とを備えていることを特徴とするステントグラフトモデルを用いたステントグラフト設計装置。
前記第３手段は、位置を調整したいリングを前記操作者に選択させるための手段と、選択されたリングが存在する位置における前記血管中心軸に直交する横断面像を表示させる手段と、前記血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、当該横断面上において、前記操作者にリングの位置を変更させるための手段とを備えるものである請求項１に記載のステントグラフト設計装置。
前記血管中心軸に直交する横断面像に基づいて、前記操作者に前記リングの径に関する情報を入力させるための手段は、前記操作者によってリング画像の径を血管画像の輪郭と一致するまで変化させることによってリングの径に関する情報を入力させる手段と、血管の輪郭を操作者によってトレースさせることによってリングの径に関する情報を入力させる手段とのうちのいずれかの手段を選択できるようになっている請求項１および２のいずれかに記載のステントグラフト設計装置。
前記変化したステントグラフトモデルに関する情報を保存する手段は、変化したステントグラフトモデルの長さ、リングの個数、各リングの径およびリングの間隔を保存するものである請求項１ないし３のいずれかに記載のステントグラフト設計装置。