JP5624350B2

JP5624350B2 - 医用画像処理装置

Info

Publication number: JP5624350B2
Application number: JP2010086502A
Authority: JP
Inventors: 藤澤　恭子; 恭子藤澤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP2011217775A

Description

本発明は、心筋内の虚血領域を処理対象とした医用画像処理装置に関する。

ＭＲ心筋バイアビリティ診断方法の１つとして、低血流領域（虚血領域）の心筋内膜から外膜にかけての深度を評価する方法（Transmual Extent）がある。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）での心筋血流評価でも採用を検討されている。現在行われているTransmual Extentの表示方法には、ＭＰＲ（断面変換）による断面上に虚血範囲を重ねる方法、虚血領域をポーラーマップで表現する方法がある。

本発明の目的は、単一の画像で心筋に対する虚血領域の広がり程度及び進行程度を把握することを実現することにある。

本発明のある局面は、被検体の心臓に関する３次元の形態画像と心筋内血流に関する３次元の機能画像とを記憶する記憶部と、前記形態画像から心筋領域を抽出する心筋抽出部と、前記機能画像から心筋内の虚血領域を抽出する虚血抽出部と、前記抽出された心筋領域に基づいて心筋内膜に関する３次元のサーフェスモデルと心筋外膜に関する３次元のワイヤフレームモデルとを発生する心筋モデル発生部と、前記抽出された虚血領域の虚血深度を心筋厚で正規化したスコアを前記虚血領域内の画素毎に求めた深度マップを発生する虚血深度マップ発生部と、前記サーフェスモデルと前記ワイヤフレームモデルとに前記深度マップを合成して表示する表示部とを具備することを特徴とする医用画像処理装置を提供する。

本発明によれば、単一の画像で心筋に対する虚血領域の広がり程度及び進行程度を把握することを実現することができる。

図１は本発明の好ましい実施形態による医用画像処理装置を装備したＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。図２は本実施形態による画像処理手順を示すフローチャートである。図３は図１の心筋短軸像発生部で発生される心筋短軸像を示す図である。図４は図２の虚血深度の計算方法の説明図である。図５は図２の深度画像の一部分を虚血深刻度スコアの計算方法とともに示す図である。図６は図２の最終的な第１の表示画像例を示す図である。図７は図２の最終的な第２の表示画像例を示す図である。図８は図２の最終的な第２の表示画像例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、心臓に関する造影ＣＴボリュームデータを用いて虚血領域が心筋内でどの程度広がっているかを立体的且つ視覚的に把握することを可能にする単一画像を以下の処理により生成する。
（１）心筋の機能画像（心筋血液量画像（ＭＢＦ画像）、心筋血流量画像（ＭＢＶ画像）等）から低血流領域、つまり虚血領域を抽出する。
（２）心筋内膜から虚血領域内の各画素までの距離（虚血深度）を求める。
（３）虚血深度をそれぞれの心筋壁厚で正規化し、３次元の虚血深度マップを生成する。
（４）虚血深度マップに関する表面画像を生成しカラースケールでカラー化する。

（５）虚血深度画像を、心筋内膜の表面画像及び心筋外膜のワイヤーフレームモデルに重ねて表示する。

虚血領域が立体的にしかもその深度がカラーで表現される。心筋内膜の表面画像に重ねられた虚血領域を、心筋外膜のワイヤーフレームモデルを通して視認することができる。単一の画像で心筋に対する虚血領域の広がり程度及び進行程度を同時に正確に把握することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態に係る装置としては、医用画像処理装置、又は医用画像処理装置を装備したＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）若しくは磁気共鳴診断装置である。医用画像処理装置が処理対象とする医用画像は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）又は磁気共鳴診断装置によるボリュームデータである。ここではＸ線コンピュータ断層撮影装置によるボリュームデータとして説明する。

図１に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。架台部１００は、架台駆動部１０７により回転駆動される回転リング１０２を有する。回転リング１０２には、コーンビーム形Ｘ線管１０１とマルチスライス形又は２次元アレイ形のＸ線検出器１０３とが、撮影時に被検体が挿入される空洞Ｓを隔てて、対向して搭載されている。Ｘ線管４は、高電圧発生装置１０９から連続的又は周期的に発生される高電圧をスリップリング１０８を経由して印加される。それにより、Ｘ線が四角錐形に放射される。

Ｘ線検出器１０３は、同時に複数スライス分の投影データを検出できるように、Ｘ線管１０１の焦点（コーンビームの頂点）を中心として円弧状に形成された多チャンネル型の検出素子列が、回転リング１０２の回転軸と略平行な方向（スライス方向）に沿って複数器並列されてなり、または平面的又は球部分形にコーンビームの頂点を中心として複数のＸ線検出素子がマトリクス状に配列されている。

Ｘ線検出器１０３の出力には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。データ収集回路１０４には、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとがチャンネルごとに設けられている。前処理装置１０６は、データ収集回路１０４の出力（ディジタル信号（純生データと呼ばれる））を光又は磁気を媒介して非接触のデータ伝送を実現する非接触データ伝送装置１０５を経由して受け取り、純生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１０６から出力されるデータは、生データ又は投影データと呼ばれる。投影データは記憶装置１１２に記憶され、ホストコントローラ１１０の制御に従ってボリューム再構成処理部１１８に読み出される。ボリューム再構成処理部１１８は、記憶装置１１２からの投影データセットに基づいてフェルドカンプ法又は他の再構成法に従ってＣＴ値の３Ｄ（３次元）空間分布、つまりボリュームデータを再構成する。ボリュームデータは記憶装置１１２に記憶される。

ホストコントローラ１１０には、Ｘ線ＣＴ装置としての基本的な構成要素としての上記記憶装置１１２、ボリューム再構成処理部１１８、表示装置１１６、キーボードやポインティングデバイス等を有する入力装置１１５の他に、心筋機能画像発生部１１９、虚血領域抽出部１２１、心筋短軸像発生部１２３、心筋内外輪郭抽出部１２５、虚血深度スコア計算部１２７、虚血深刻度スコア計算部１２９、虚血ボリュームデータ発生部１３１、心筋内外膜ボリュームデータ発生部１３３、３Ｄ画像処理部１３５を有する。

心筋機能画像発生部１１９は、典型的には血管造影された被検体に関して安静時及び負荷時のように繰り返し収集されたボリュームデータのシリーズに基づいて心筋機能画像を発生する。心筋機能画像は典型的には心筋血液量画像（ＭＢＦ画像）、心筋血流量画像（ＭＢＶ画像）であり、血液量（血流量）又はそれに対応する指標値に関する３Ｄ空間分布を表す。

心筋短軸像発生部１２１は、心臓の心基部から心尖部を通る心軸に対して直交する典型的には一定間隔の複数の短軸断面に関して断面変換処理（ＭＰＲ）により、心筋機能画像から複数の心筋機能短軸像を生成する。同様に、心筋短軸像発生部１２１は、典型的には心筋機能短軸像と同じ複数の短軸断面に関して断面変換処理により、ボリュームデータから組織形態に関する複数の形態短軸像（図３参照）を生成する。

虚血領域抽出部１２３は、複数の心筋機能短軸像各々から虚血領域を抽出する。血液量と血流量との少なくとも一方がそれぞれに規定される所定の閾値未満を示す複数の画素が低血流領域、つまり虚血領域として抽出される。血液量がそれに対して規定される閾値未満を示し、かつ血流量がそれに対して規定される閾値未満を示す複数の画素を虚血領域として抽出してもよい。

心筋内外輪郭同定部１２５は、複数の形態短軸像各々から例えばトレース処理により心筋の内輪郭と外輪郭とを同定する。心筋内外膜ボリュームデータ発生部１３３は、複数の短軸断面に関する複数の心筋内輪郭から補間処理を伴って心筋内膜に関するボリュームデータを生成する。心筋内外膜ボリュームデータ発生部１３３は、複数の短軸断面に関する複数の心筋外輪郭から補間処理を伴って心筋外膜に関するボリュームデータを生成する。３Ｄ画像処理部１３５は、心筋内膜に関するボリュームデータから心筋内膜の表面画像（サーフェスモデル）を生成し、心筋外膜に関するボリュームデータから心筋外膜に関するワイヤフレーム画像（ワイヤフレームモデル）を生成する。

虚血深度スコア計算部１２７は、虚血領域抽出部１２３で抽出された虚血領域内の複数の画素について個々に虚血深度スコアを計算し、その３Ｄ空間分布としての３Ｄの虚血深度スコア（図５参照）を生成する。虚血深度スコアは、図４に示すように、心筋内輪郭から虚血領域内の各画素までの距離Ｄｉｓを、各画素の位置に対応する心筋内輪郭から心筋外輪郭までの距離、つまり心筋厚Ｄｃｍで正規化することにより計算される。虚血深度スコアは、心筋に対して虚血領域がどの程度の深度割合まで進行しているかを表す指標として与えられる。なお、距離（Ｄｉｓ、Ｄｃｍ）は、心軸から放射状に引かれる放射線、または心筋外輪郭から心筋内輪郭にかけての法線にそって特定される。

虚血深刻度スコア計算部１２９は、虚血領域抽出部１２１で抽出された虚血領域ごとに、虚血領域内の複数の虚血深度スコアに基づいて、一つの虚血深刻度スコアを計算する。１つの虚血領域には１つの虚血深刻度スコアが対応する。複数の虚血領域が抽出されたときは、複数の虚血領域にそれぞれ対応する複数の虚血深刻度スコアが計算される。虚血深刻度スコアは、図５に例示するように計算される。まず虚血領域内の複数の虚血深度スコアにそれぞれ深度に応じた重みをかけて積和を計算する。積和値を、虚血領域を含む心筋内輪郭（内膜）と心筋外輪郭（外膜）との間の心筋部分を構成する画素数又は画素数を重み付けした値で正規化する。それにより虚血深刻度スコアが計算される。虚血深刻度スコアは、虚血領域がそれを含む心筋部分に対してどの程度の容積割合を占めているかを表す指標として与えられる。

虚血ボリュームデータ発生部１３１は、虚血深度スコアから補間処理を伴って虚血深度スコアをボクセル値とするボリュームデータを生成する。また虚血ボリュームデータ発生部１３１は、虚血領域に対する虚血深刻度スコアから虚血深刻度スコアをボクセル値とするボリュームデータを生成する。

３Ｄ画像処理部１３５は、虚血深度スコアに関するボリュームデータからレンダリング処理により、所定のカラーテーブル（ルックアップテーブル）を用いて虚血深度スコアの変化を色相変化で表現した図７、図８に例示する虚血深度に関する立体的なカラー表面画像（立体的モデル）を生成する。３Ｄ画像処理部１３５は、虚血深度に関する立体的モデルを、心筋内膜に関するサーフェスモデルと心筋外膜に関するワイヤフレームモデルとに合成して、合成画像を発生する。合成画像は図７、図８に示すように表示装置１１６に表示される。

また３Ｄ画像処理部１３５は、虚血深度スコアに関するボリュームデータから図６に示すような虚血深度の３次元的分布を等高線で２次元的に表現した等高線平面モデルを生成する。また３Ｄ画像処理部１３５は、虚血深刻度スコアに関するボリュームデータから虚血深刻度に関するカラーの立体的モデルを生成する。操作者による選択的指示に従って、虚血深度に関する立体的モデルに代えて、虚血深度に関する等高線平面モデル又は虚血深刻度に関する立体的モデルが、心筋内膜に関する表面画像と心筋外膜に関するワイヤフレーム画像とに合成され表示される。

図２には本実施形態による虚血画像表示に関する処理手順を示している。典型的には造影剤を注入された被検体の心臓を含む領域を対象としてボリュームスキャンが繰り返される。それにより心臓を含む領域に関するダイナミックなボリュームデータが収集される。このボリュームデータに基づいて心筋機能画像発生部１１９により３Ｄの心筋機能画像が発生される（Ｓ１１）。発生された３Ｄの心筋機能画像から、心筋短軸像発生部１２１により複数の心筋機能短軸像が生成される。発生された複数の心筋機能短軸像各々から虚血領域が虚血領域抽出部１２３により抽出される（Ｓ１２）。また心筋短軸像発生部１２１により、造影ＣＴボリュームデータから組織形態に関する複数の形態短軸像が生成される。複数の形態短軸像各々から心筋の内輪郭と外輪郭とが心筋内外輪郭同定部１２５により同定される（Ｓ１３）。

虚血領域抽出部１２３で抽出された虚血領域内の複数の画素について個々に虚血深度スコアが計算される。ある短軸断面に関する心筋機能短軸像における虚血領域内のある画素に注目すると、図４に示すように、同じ短軸断面上で同定された心筋内輪郭から当該画素中心までの距離Ｄｉｓが計測され（Ｓ１４）、また当該画素中心を通る線上での心筋内輪郭から心筋外輪郭までの距離Ｄｃｍが計測される（Ｓ１５）。距離の計測線は、心軸から放射状に引かれた当該画素を通る線に設定される。または当該画素を通り且つ心筋内輪郭又は心筋外輪郭の接線に直交する線に設定される。心筋内輪郭から当該画素中心までの距離Ｄｉｓを、当該注目画素を通る線上の心筋厚Ｄｃｍで正規化することにより、当該画素の虚血深度スコアが計算される（Ｓ１６）。

次に深刻度スコアが虚血深刻度スコア計算部１２９により計算される。虚血深刻度スコアは、図５に例示するように、虚血領域内の全ての画素を対象として、各画素の虚血深度スコアに当該深度スコアに応じた重みｗnをかける。重みを掛けられた虚血深度スコアは、虚血領域内にわたって合計される（Ｓ１７）。その積和値は、虚血領域を含む心筋内輪郭（内膜）と心筋外輪郭（外膜）との間の心筋部分を構成する画素数Ｎ又は画素数を重み付けした値（ｗ0・Ｎ）で正規化される（Ｓ１８）。なお虚血領域を含む心筋部分は、虚血領域を包囲する心軸からの放射線により規定される。深刻度スコアは、虚血領域がそれを含む心筋部分に対してどの程度の容積割合を占めているか、かつ虚血領域が内膜から外膜にかけてどの程度進行しているかを表す指標として得られる。

虚血深度スコアを用いて補間処理により虚血深度スコアをボクセル値とするボリュームデータが生成される。同様に、虚血深刻度スコアを用いて虚血深刻度スコアを虚血領域で一定のボクセル値とするボリュームデータが生成される。

３Ｄ画像処理部１３５により、虚血深度スコアが虚血深度スコアと色相とを予め対応付けたカラースケールを用いてカラー情報に変換され、そしてレンダリング処理により立体的なカラー表面画像（立体的モデル）が生成される（Ｓ１９）。また３Ｄ画像処理部１３５により、心筋内膜に関するボリュームデータから心筋内膜のサーフェスモデルが生成され、心筋外膜に関するボリュームデータから心筋外膜に関するワイヤフレームモデルが生成される（Ｓ２０）。

虚血深度に関する立体的モデルは、心筋内膜に関するサーフェスモデルと心筋外膜に関するワイヤフレームモデルとに合成され、図７、図８に示すように表示装置１１６に表示される（Ｓ２１）。虚血深度に関する立体的モデルがカラーでしかもその深度に応じた色相で立体的に表示され、心筋内膜に関するサーフェスモデル上に重ねられる。この虚血深度に関する立体的モデルは、心筋外膜に関するワイヤフレームモデルを通して視認することができる。虚血領域が発生している位置を心筋領域とともに把握することができる。しかもその虚血領域の深度程度を心筋内膜と心筋外膜との関係でしかもカラーで把握することができる。このように従来のように画像を切り換えることなく、単一の画像で心筋に対する虚血領域の広がり程度及び進行程度を任意に視点や視線方向を移動しながら正確に把握することができる。

なお、操作者の指示により、心筋外膜に関するワイヤフレームモデルを非表示にする、またはワイヤフレームモデルの透明度を高値にすることにより、心筋内膜と虚血領域との位置関係及び心筋領域の深度をより確認することもできる。また操作者指示に従って、図６に示すように虚血領域を立体モデルではなく、虚血深度スコアに応じた等高線平面モデルを心筋内膜に関するサーフェスモデルに重ねて、または心臓全体のサーフェスモデルに重ねて表示することも有効である。さらに、虚血深刻度スコアに関するカラーの立体的モデルを心筋内膜に関するサーフェスモデルと心筋外膜に関するワイヤフレームモデルとに合成表示することも有効である。

本実施形態によれば、単一の画像で心筋に対する虚血領域の広がり程度及び進行程度を把握することができ、診断効率及びその精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、心筋内の虚血領域を対象とした医用画像処理の分野に利用可能性がある。

１１０…ホストコントローラ、１１２…記憶装置、１１５…入力装置、１１６…表示装置、１１８…ボリューム再構成処理部、１１９…心筋機能画像発生部、１２１…虚血領域抽出部、１２３…心筋短軸像発生部、１２５…心筋内外輪郭抽出部、１２７…虚血深度スコア計算部、１２９…虚血深刻度スコア計算部、１３１…虚血ボリュームデータ発生部、１３３…心筋内外膜ボリュームデータ発生部、１３５…３Ｄ画像処理部１３５。

Claims

被検体の心臓に関する３次元の形態画像と心筋内血流に関する３次元の機能画像とを記憶する記憶部と、
前記形態画像から心筋領域を抽出する心筋抽出部と、
前記機能画像から心筋内の虚血領域を抽出する虚血抽出部と、
前記抽出された心筋領域に基づいて心筋内膜に関する３次元のサーフェスモデルと心筋外膜に関する３次元のワイヤフレームモデルとを発生する心筋モデル発生部と、
前記抽出された虚血領域の虚血深度を心筋厚で正規化したスコアを前記虚血領域内の画素毎に求めた深度スコア分布を発生する深度スコア分布発生部と、
前記サーフェスモデルと前記ワイヤフレームモデルとに前記深度スコア分布を合成して表示する表示部とを具備することを特徴とする医用画像処理装置。
前記深度スコア分布は、３次元モデルであることを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
前記深度スコア分布は、２次元の等高線モデルであることを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
前記抽出された虚血領域の虚血深度を心筋厚で正規化したスコアを前記虚血深度に応じた重みで積和し、前記虚血領域に対応する心筋部分の容積で正規化したスコアを計算する虚血範囲スコア計算部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
被検体の心筋内血流に関する機能画像を記憶する記憶部と、
前記機能画像に基づいて心筋領域から虚血領域の深度を心筋壁厚で正規化したスコアに対応する３次元の虚血深度マップを発生する虚血画像発生部と、
前記虚血深度マップを心筋に関する３次元の形態画像に合成して表示する表示部とを具備することを特徴とする医用画像処理装置。