JP5275049B2 - 解剖学的構造における応力を決める方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、解剖学的構造における応力を決める方法及び装置に関し、特に石灰化領域が存在している腹部大動脈の壁における応力を決める方法及び装置に関するがそれだけに限らない。

血管疾患の医療診断及び治療決定は主に病変した血管の解剖学的構造及び形態に基づいていて、それらに関する情報は医療画像から得られる。例えば、腹部大動脈の膨張であり、それが破裂すると通常は直接死に至る腹部大動脈瘤(AAA: Abdominal aortic aneurysm)の診断及び手術(surgical repair)を行う決定は、このＡＡＡの直径に基づいている。これは通常、超音波及び／又はＣＴＡ(Computed Tomography Angiography)画像に基づいて測定される。前記直径が５５ｍｍよりも大きい場合、通常はインターベンションが行われる。

しかしながら、僅かであるが重要なパーセンテージのＡＡＡは大動脈瘤の直径が５５ｍｍに達する前に破裂したり、（例えば心臓の状態の結果として）手術ができない患者の重要なパーセンテージは５５ｍｍよりもかなり大きい（８０ｍｍまでの）直径を持つ破裂していないＡＡＡに成長させたりする。従って、直径が破裂の危険性の不正確な指標であることが分かる。

ＡＡＡにおける最大壁応力(peak wall stress)は、このＡＡＡの直径よりも良好な破裂の危険性の指標であることが分かる。ＣＴＡ画像からＡＡＡの外壁の形状を得て、完全なＡＡＡに対し一定の材料特性を持つ一定の厚さの壁を推定することが知られている。次いで最大壁応力が計算され、ＡＡＡにおけるこの最大壁応力の位置が決められる。

この既知の方法は、患者固有の壁材料特性及び壁の厚さを使用していない欠点に悩まされ、これが達成される結果の精度を制限する。血管壁における石灰化の影響を取り入れる試みも行われたが、この手法は石灰化の形状を正確には表していない。さらに、石灰化は一般的に複雑な形状であり、ＡＡＡの構造に比べ小さいので、これら石灰化の正確な幾何学的モデリングは、計算上複雑な数値モデルとなる。

本発明の好ましい実施例は、従来技術の上記欠点を克服しようとしている。

本発明のある態様によれば、解剖学的構造における応力を決める方法を提供し、この方法は、
−解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の剛性（スチフネス）を持つ前記構造に基づいて決めるステップ、
−前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決めるステップ、及び
−前記第１の位置とは異なる複数の第２の前記位置において、前記第１の位置の少なくとも１つに前記第２の範囲内の剛性を持つ前記解剖学的構造を考慮するように補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決めるステップ
を有する。

第１の範囲にある剛性を持つ構造に基づいて第１の応力値を計算し、次いで前記第１の範囲とは異なる第２の範囲にある剛性の領域を考慮するように補正した第２の応力値を計算することにより、これが患者固有の第１の応力値と、より一般的な第２の応力値とを計算することを可能にする。例えば、ＡＡＡの場合、これは前記第１の剛性の範囲に基づく患者固有の第１の応力値が計算されることを可能にして、次いで一般的な補正に基づく第２の応力値が石灰化の領域を考慮することを可能にする。これは、大動脈の壁における応力が既知の方法と同じくらい正確であるが、かなり迅速に計算されることを可能にする利点を提供する。

この方法は、有限要素モデリングを用いてもよい。

この方法は、血管における壁応力を決める方法でもよい。

前記第２の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応してもよい。

前記位置は、ボリュームメッシュを用いて選択されてもよい。

前記第２の応力値は、メモリに記憶される値を用いて決められてもよい。

本発明のもう１つの態様によれば、解剖学的構造における応力を決める装置を提供することであり、この装置は、
−解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の剛性を持つ前記構造に基づいて決め、
−前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決め、及び
−前記第１の位置とは異なる複数の前記第２の位置において、前記第１の位置の少なくとも１つに前記第２の範囲内の剛性を持つ前記解剖学的構造を考慮するように補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決める
ための少なくとも１つのプロセッサを有する。

少なくとも１つの前記プロセッサは、有限要素モデリングを用いるのに適してもよい。

前記装置は、血管における壁応力を決めるのに適してもよい。

前記第２の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応してもよい。

前記位置は、ボリュームメッシュを用いて決められてもよい。

前記第２の応力値は、メモリに記憶される値を用いて決められてもよい。

本発明のもう１つの態様によれば、解剖学的構造における応力を決めるコンピューターシステムにより使用するためのデータ構造を提供し、このデータ構造は、
−解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の剛性を持つ前記構造に基づいて決めるのに実行可能な第１のコンピューターコード、
−前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決めるのに実行可能な第２のコンピューターコード、及び
−前記第１の位置とは異なる複数の第２の前記位置において、前記第１の位置の少なくとも１つに前記第２の範囲内の剛性を持つ前記解剖学的構造を考慮するように補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決めるのに実行可能な第３のコンピューターコード
を有する。

前記データ構造は、有限要素モデリングを用いるのに実行可能でもよい。

前記データ構造は、血管における壁応力を決めるのに実行可能でもよい。

前記第２の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応してもよい。

前記位置は、ボリュームメッシュを用いて決められてもよい。

前記第３のコンピューターコードは、メモリに記憶される値を用いて前記第２の応力値を決めるのに実行可能でもよい。

本発明の好ましい実施例は、添付される図面を参照して、単なる例として説明され、如何なる制限的な意味を持たない。

図１を参照すると、本発明を具現化している医用撮像装置２が開示されている。この装置２は、患者の心臓を撮像するＸ線源１０及び検出器１２からなる対向する対を持つ円形フレーム８内に患者を支えるプラットフォーム４を含んでいる。患者６を支えているプラットフォーム４は、モーター１４により矢印Ａの方向に移送され、Ｘ線源１０、検出器１２及びモーター１４はコンピュータ１６により制御され、このコンピュータは、Ｘ線源１０及び検出器１２により得られる画像データから患者の心臓の三次元モデルも再構成する。装置２の動作のこの態様は当業者によく知られ、それ故に詳細には説明されない。

図２を参照すると、石灰化地域２０を持つＡＡＡ１８の三次元ＣＴＡ画像のスライスが示される。このＡＡＡ１８における最大壁応力を決めるために、このＡＡＡの外壁の形状は最初に、当業者によく知られる幾つかの方法の１つを用いて、コンピュータ１６により自動的にセグメント化され、図３に示される画像を提供する。第１の応力値は、図３に示されるＡＡＡを一様な剛性であると仮定することにより決められ、この壁応力は、有限要素モデリングを用いてボリュームメッシュ上に配される多数の位置に対し計算される。これは図４に示されるような最大壁応力の図表示を提供する。

石灰化地域２０が壁応力に与える影響を考慮するために、前記壁応力が決められた前記位置の各々において応力の主方向が決められる。当業者により明らかであるように、有限要素モデリングを用いて壁応力を決める際、前記応力の主方向は、テンソル表現する応力の最大の固有ベクトルの方向である。

石灰化地域の位置が決められ、石灰化地域に対応していない各位置に対し、前記主応力方向において最も近い石灰化地域までの距離が測定される。これは様々なタイプの石灰化により引き起こされる追加の応力がテーブルに記憶された事前に計算された値に基づき、図５に説明されるように決められることを可能にする。この一般用途のテーブルは、第２の応力値を計算するのに使用され、図３及び図４に示される配列における石灰化を考慮する。

本発明の処理は、石灰化地域を持つ血管壁における応力の患者固有の有限要素法に基づく計算が標準的なコンピュータにおいて数時間で行われることができ、その結果として、達成される結果は、現在の方法の結果と同じ精度であるが、より素早く得られるという利点を持つ。

上記実施例は単なる例として説明され、如何なる制限的な意味を持たないこと、並びに添付される請求項により規定される本発明の範囲から外れることなく様々な変更及び修正が可能であることは当業者には明らかである。

本発明を具現化している医療撮像装置の概略的表現である。 石灰化地域の存在を示している腹部大動脈瘤（ＡＡＡ）の三次元ＣＴＡ画像収集のスライスである。 図２のＡＡＡの自動的にセグメント化されたＡＡＡの外壁形状を示す。 石灰化を考慮していないＡＡＡに対する最大壁応力の説明図を示す。 本発明を具現化している方法を用いて決められる、石灰化によりＡＡＡの壁に引き起こされる壁応力の説明図を示す。

Claims (18)

1. 解剖学的構造における応力を決める方法において、
   −解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の剛性を持つ前記構造に基づいて決めるステップ、
   −前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決めるステップ、及び
   −前記第１の位置とは異なる複数の第２の前記位置において、夫々の主応力方向を決め、前記主応力方向において最も近い前記第１の位置までの距離を測定し、前記測定された距離を考慮した追加の応力値を用いて補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決めるステップ
   を有する方法。
2. 前記方法は、有限要素モデリングを用いている請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、血管における壁応力を決める方法である請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応している請求項３に記載の方法。
5. 前記位置は、ボリュームメッシュを用いて決められる請求項１に記載の方法。
6. 前記追加の応力値は、メモリに記憶される値を用いて決められる請求項１に記載の方法。
7. 解剖学的構造における応力を決める装置において、
   −解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の剛性を持つ前記構造に基づいて決め、
   −前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決め、及び
   −前記第１の位置とは異なる複数の前記第２の位置において、夫々の主応力方向を決め、前記主応力方向において最も近い前記第１の位置までの距離を測定し、前記測定された距離を考慮した追加の応力値を用いて補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決める
   ための少なくとも１つのプロセッサを有する装置。
8. 前記少なくとも１つのプロセッサは、有限要素モデリングを用いるのに適している請求項７に記載の装置。
9. 前記装置は、血管における壁応力を決めるのに適している請求項７に記載の装置。
10. 前記第１の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応している請求項９に記載の装置。
11. 前記位置は、ボリュームメッシュを用いて決められる請求項７に記載の装置。
12. 前記追加の応力値は、メモリに記憶される値を用いて決められる請求項７に記載の装置。
13. 解剖学的構造における応力を決めるコンピューターシステムにより使用するためのデータ構造において、
    −解剖画像のデータから、前記構造における複数の位置での夫々の第１の応力値を、第１の範囲内の応力を持つ前記構造に基づいて決めるのに実行可能な第１のコンピューターコード、
    −前記解剖学的構造の剛性が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内にある複数の第１の前記位置を決めるのに実行可能な第２のコンピューターコード、及び
    −前記第１の位置とは異なる複数の前記第２の位置において、夫々の主応力方向を決め、前記主応力方向において最も近い前記第１の位置までの距離を測定し、前記測定された距離を考慮した追加の応力値を用いて補正した夫々の前記第１の応力値を表している夫々の第２の応力値を決めるのに実行可能なコンピューターコード
    を有するデータ構造。
14. 前記データ構造は、有限要素モデリングを用いるのに実行可能である請求項１３に記載のデータ構造。
15. 前記データ構造は、血管における壁応力を決めるのに実行可能である請求項１３に記載のデータ構造。
16. 前記第１の位置は、前記血管における石灰化の地域に対応している請求項１５に記載のデータ構造。
17. 前記位置は、ボリュームメッシュを用いて決められる請求項１３に記載のデータ構造。
18. 前記第３のコンピューターコードは、メモリに記憶される値を用いて前記追加の応力値を決めるのに実行可能である請求項１３に記載のデータ構造。

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