JP6713690B2 - Blood vessel shape constructing apparatus, method thereof, and computer software program - Google Patents

Blood vessel shape constructing apparatus, method thereof, and computer software program Download PDF

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Description

本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムに関するものである。 The present invention relates to a blood vessel shape construction device for blood flow analysis by computational fluid dynamics, a method thereof, and a computer software program.

循環器系疾患に血管の瘤化、硬化、狭窄などがある。これらの疾患は、血流の影響により正常部位が病変するもので、その後の進展により死に至るものも少なくないが、その治療は生命の危険を伴い困難な場合も多い。近年、このような難治性循環器系疾患の解明や診断、治療効果の予測のために、病変部位を含む血管の血流解析を行なう技術が求められている。 Cardiovascular diseases include vascular aneurysm, hardening, and stenosis. These diseases involve lesions in normal sites due to the influence of blood flow, and although many of these diseases die due to subsequent progress, their treatment is often life-threatening and difficult. In recent years, in order to elucidate and diagnose such refractory circulatory system diseases, and to predict the therapeutic effect, a technique for performing blood flow analysis of blood vessels including a lesion site has been demanded.

この血流解析を行う一つの手法には数値流体力学(Computationa Fluid Dynamics、CFD)を用いてコンピュータ処理により行う方法がある。数値流体力学とは、流体の流れをコンピュータによる演算解析により取得する技術である。例えば、特許第5596866号には、医用画像撮像装置等で撮像された医用画像データから血管形状を示す3次元血管形状データを構築し、その血管形状に基づいて数値流体力学による血流解析を行う技術が開示されている。特許第559866号では、治療方法の情報を選択し、当該情報に応じて血管形状を修正して数値流体力学による血流解析を行なうことにより、血管治療効果をシミュレートできることが記載されている。 One method of performing this blood flow analysis is a method of performing computer processing by using Computational Fluid Dynamics (CFD). Computational fluid dynamics is a technique for acquiring the flow of a fluid by computational analysis by a computer. For example, in Japanese Patent No. 5596866, three-dimensional blood vessel shape data indicating a blood vessel shape is constructed from medical image data captured by a medical image capturing apparatus or the like, and blood flow analysis by computational fluid dynamics is performed based on the blood vessel shape. The technology is disclosed. Japanese Patent No. 559866 describes that the blood vessel treatment effect can be simulated by selecting information on the treatment method, correcting the blood vessel shape according to the information, and performing blood flow analysis by computational fluid dynamics.

このような血流解析では、計算対象とする血管形状の質、すなわち三次元形状データの質が重要となる。血管形状の質が前述した血流解析の結果の精度に直接的に影響を及ぼすためである。 In such blood flow analysis, the quality of the blood vessel shape to be calculated, that is, the quality of the three-dimensional shape data is important. This is because the quality of the blood vessel shape directly affects the accuracy of the result of the blood flow analysis described above.

しかしながら、従来の血管形状構築では、血管形状構築に使用する医用画像データの選定や血管領域および病変部の特定・抽出などの各処理が、独立した多種の装置やソフトフェアを用いて行なわれ、またユーザーによりマニュアルで医用画像データの修正や確認、構築処理の諸パラメータの調整が行なわれていたため、装置・ソフトウェアの組み合わせやユーザーの知識・経験の程度によって出力される血管形状が異なってしまうという問題があった。すなわち、従来の血管形状構築法では、構築される血管形状にユーザー依存性があり、血管形状の質にばらつきが生じやかった。そして、このような従来の血管形状構築法による血管形状の質のばらつきは、血流解析の結果精度に影響を及ぼす可能性があり、特に膨大な解析結果の比較を行う大規模臨床実験において課題とされてきた。 However, in the conventional blood vessel shape construction, each processing such as selection of medical image data used for blood vessel shape construction and identification/extraction of a blood vessel region and a lesion area is performed using various kinds of independent devices and software, In addition, since the user manually modified and confirmed the medical image data and adjusted various parameters of the construction process, the blood vessel shape that is output may differ depending on the combination of the device and software and the degree of knowledge and experience of the user. There was a problem. That is, in the conventional blood vessel shape construction method, the blood vessel shape to be constructed has user dependence, and the quality of the blood vessel shape tends to vary. And, the variation in the quality of the blood vessel shape by such a conventional blood vessel shape construction method may affect the accuracy of the result of the blood flow analysis, and is a problem especially in a large-scale clinical experiment for comparing a huge amount of analysis results. It has been said.

血流解析が医療現場に普及するためには、血流解析の結果の精度を保証し標準化・共有化を行うことが不可欠であり、そのためには、ユーザー依存性がなく、血流解析の精度を保証するに足る品質の血管形状を構築する技術が重要である。 In order for blood flow analysis to spread to medical practice, it is essential to ensure the accuracy of blood flow analysis results and to standardize and share the results. Therefore, there is no user dependency and the accuracy of blood flow analysis is high. It is important to have a technique for constructing a blood vessel shape of sufficient quality to guarantee

特許第5596866号公報Patent No. 5596866

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血流シミュレーションのための血管形状構築の品質管理を行なうことを可能とする血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to eliminate the user dependency by fully processing each process of constructing a blood vessel shape and construct a blood vessel shape for blood flow simulation. To provide a blood vessel shape constructing apparatus, a method thereof, and a computer software program capable of performing quality control of the blood vessel.

この発明の第1の主要な観点によれば、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部とを有することを特徴とする装置が提供される。 According to the first main aspect of the present invention, a medical image is received, the image attribute of the medical image and the adequacy as the medical image are discriminated, and it is judged whether or not the medical image can be processed as an input image based on them. An input permission/inhibition determination unit, and a medical image determined to be processable as the input image is corrected/corrected based on the determined image attribute and adequacy, and the image quality of the medical image is standardized, and the correction is performed. An image standardization unit that outputs a correction degree indicating the degree of correction, a blood vessel shape construction unit that constructs a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image, and a blood vessel shape of the constructed three-dimensional blood vessel shape. A blood vessel shape quality evaluation unit that determines the construction accuracy and that calculates and outputs a comprehensive quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the adequacy, and the correction degree, and the three-dimensional blood vessel. A blood vessel shape data output unit that outputs blood vessel shape data indicating a shape together with the shape evaluation is provided.

ここで、この発明の一の実施態様によれば、前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、前記入力可否判断部は、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである。この場合、前記入力可否判別部は、医用画像を画像分析することでノイズレベルを判別するものであることが好ましい。さらにこの場合、前記入力可否判別部は画像分析により前記画像属性に応じて異なる種類のノイズ成分を算出し、それに基づいて各成分のノイズレベルを判別するものであることが好ましい。 Here, according to an embodiment of the present invention, the image attribute of the medical image is information including information on a maker and modality of an imaging device that has captured the medical image, and an imaging condition, and as the medical image. The adequacy is information including the noise level of the medical image, and the input propriety determination unit executes the input propriety determination by referring to the image attribute and the adequacy with a predetermined template. In this case, it is preferable that the input availability determination unit determines the noise level by analyzing the medical image. Further, in this case, it is preferable that the input availability determination unit calculates different types of noise components according to the image attributes by image analysis and determines the noise level of each component based on the calculated noise components.

また、この発明の別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記画像属性と適正度に基づいて、前記医用画像から特定のノイズ成分を除去する修正・補正を実行するものである。 Further, according to another embodiment of the present invention, the image standardization unit performs correction/correction for removing a specific noise component from the medical image based on the image attribute and the adequacy. is there.

さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、医用画像が有する互いに直交するXYZ座標系においてX方向、Y方向、及びZ方向の空間解像度を補間により等しくすることで等方化を行う修正・補正を実行するものである。 According to still another embodiment, the image normalization unit isotropic by equalizing spatial resolutions in the X-direction, Y-direction, and Z-direction by interpolation in an XYZ coordinate system of a medical image that is orthogonal to each other. The correction/correction is performed.

また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記医用画像の空間解像度を画像補間により増加させることで高解像度化を行う修正・補正を実行するものである。 Further, according to still another embodiment, the image standardization unit executes correction/correction for increasing the resolution by increasing the spatial resolution of the medical image by image interpolation.

また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである。この場合、前記画像標準化部は、前記画像属性の判別により非造影MRAと判別された医用画像に対して前記局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものであり、この画像標準化部は、この形状歪みの補正を非造影MRAの特性である血管内方と血管外周間での流速依存性を排除するように前記医用画像上の前記血管内方と外周間に対応する領域の輝度情報に基づいて行うものであることが好ましい。さらにこの場合、前記画像標準化部は、前記医用画像の流速依存性が所定より強い箇所を前記医用画像上の血管壁近傍に対応する箇所の輝度情報に基づいて検出し、血管の形態情報もしくは血流情報に基づいて前記検出された箇所の流速依存性を補正するものであることが好ましい。また、さらにこの場合、前記画像標準化部は、前記血管壁近傍における血管中心線に直交する各断面での輝度勾配値が閾値以下となる箇所を前記流速依存性が強い箇所として検出することが好ましい。また、前記画像標準化部は、前記血管の形態情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検出された箇所において、前記血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものであることが好ましい。この場合、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものであることが好ましい。また、前記画像標準化部は、前記血管の血流情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものであることが好ましい。この場合、前記血管の血流モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものであることが好ましい。 Further, according to still another embodiment, the image standardization unit performs correction of image distortion derived from imaging and correction of shape distortion of a local blood vessel shape to standardize the image quality. Is. In this case, the image standardization unit performs the correction of the local shape distortion of the blood vessel shape on the medical image determined as the non-contrast MRA by the determination of the image attribute, and the image standardization unit Luminance information of a region corresponding to the inside and outside of the blood vessel on the medical image so as to eliminate the flow velocity dependency between the inside and outside of the blood vessel, which is a characteristic of non-contrast MRA, in correcting the shape distortion. It is preferable to carry out based on. Further, in this case, the image standardization unit detects a portion of the medical image where the flow velocity dependency is stronger than a predetermined value based on the luminance information of the portion corresponding to the vicinity of the blood vessel wall on the medical image, and morphological information or blood It is preferable to correct the flow velocity dependency of the detected location based on the flow information. Further, in this case, it is preferable that the image standardization unit detects a portion where the brightness gradient value in each cross section orthogonal to the blood vessel center line in the vicinity of the blood vessel wall is equal to or less than a threshold value as a portion having a strong flow velocity dependency. .. When correcting the flow velocity dependency based on the morphological information of the blood vessel, the image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying the statistical model of the blood vessel at the detected location. It is preferably one. In this case, it is preferable that the statistical model of the blood vessel is a mathematical model of a change in the blood vessel cross section in the blood vessel running direction obtained from the blood vessel shape database. When correcting the flow velocity dependency based on the blood flow information of the blood vessel, the image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying a blood flow model of the blood vessel at the detected location. It is preferable that In this case, the blood flow model of the blood vessel is a mathematical model of blood flow information obtained by analyzing the actual blood flow information measured by the phase contrast MRI method or the spatial distribution depending on the flow velocity. Is preferred.

また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記画像属性の判別によりCTA(X線コンピュータ断層撮影画像)と判別された医用画像に対して、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨および/または石灰化を除去する修正・補正を実行するものである。この場合、前記画像標準化部は、骨の解剖学的特徴を用いて骨を除去するか、血管の統計モデルを複合的に用いて骨を除去するものであり、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものであることが好ましい。また、前記画像標準化部は、骨や血管にはない石灰化に特異的な輝度特性に基づいて石灰化を除去するものであることが好ましい。 Further, according to another embodiment, the image standardization unit identifies a blood vessel as a high-intensity signal with respect to a medical image determined to be CTA (X-ray computed tomography image) by the determination of the image attribute. The correction/correction is performed to remove bone and/or calcification that are easily misrecognized. In this case, the image standardization unit removes bone by using anatomical features of the bone or compositely uses statistical models of blood vessels, and the statistical model of blood vessels is It is preferable that the change in the blood vessel cross section in the blood vessel running direction obtained from the shape database is mathematically modeled. Further, it is preferable that the image standardization unit removes calcification based on a brightness characteristic specific to calcification that is not present in bones or blood vessels.

また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記血管形状構築部は、前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部とを有するものである。この場合、前記血管形状構築部は、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものであることが好ましい。 Further, according to still another embodiment, the blood vessel shape constructing unit performs a structural analysis on the coarsely dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image, and the roughly divided blood vessel region. A fine division unit that performs a fine division of a blood vessel region based on the result of the structural analysis, and a detection unit that detects the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis. In this case, it is preferable that the blood vessel shape construction unit re-executes the precision division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion.

また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記血管形状構築部は、前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部とを有するものであり、前記構造解析は血管の中心線を取得し、血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い、輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである。この場合、前記輝度値分析による内外判定は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とするものであることが好ましい。また、前記血管形状構築部は、前記血管領域分割・抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域分割・抽出の精度を高めるものであることが好ましい。 Further, according to still another embodiment, the blood vessel shape constructing unit performs a structural analysis on the coarsely dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image, and the roughly divided blood vessel region. , And a precision division unit that performs a precision division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis, and the structural analysis acquires the center line of the blood vessel, and when the center line of the blood vessel is obtained, Obtain an orthogonal image at each point, perform a luminance value analysis of the orthogonal image in each blood vessel, to determine the blood vessel site-specific inside and outside the blood vessel from the luminance value analysis, the precision dividing unit, the inside and outside of the blood vessel determination of The blood vessel region is divided based on the result. In this case, it is preferable that the inside/outside determination by the luminance value analysis is based on a half value of the maximum luminance value in the centerline orthogonal image. Further, it is preferable that the blood vessel shape constructing unit enhances the accuracy of the blood vessel region division/extraction by recursively performing the blood vessel inside/outside determination in the blood vessel region division/extraction.

この発明の第2の主要な観点によれば、コンピュータにより実行されるコンピュータソフトウエアプログラムであって、以下の記憶媒体に格納される各命令:コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部とを有することを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラムが提供される。 According to a second main aspect of the present invention, a computer software program executed by a computer, each instruction stored in the following storage medium: a computer receives a medical image, and an image of the medical image is received. An input acceptability determination unit that determines the attribute and the adequacy as a medical image and determines whether or not it can be processed as an input image based on them, and the computer determines the medical image that can be processed as the input image. The image standardization unit that corrects/corrects based on the determined image attributes and the adequacy, standardizes the image quality of the medical image, and outputs the correction degree indicating the degree of the correction/correction, and the computer, A blood vessel shape constructing unit that constructs a three-dimensional blood vessel shape based on a standardized medical image, and a computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and this blood vessel shape construction accuracy, the Adequacy, a blood vessel shape quality evaluation unit that calculates and outputs a comprehensive quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the correction degree, and a computer, together with the shape evaluation, the blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape. A computer software program is provided which has a blood vessel shape data output unit for outputting.

また、この発明の第3の主要な観点によれば、コンピュータにより実行される方法であって、コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断工程と、コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化工程と、コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築工程と、コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価工程と、コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力工程とを有することを特徴とする方法が提供される。 According to a third main aspect of the present invention, in a method executed by a computer, the computer receives a medical image and discriminates the image attribute of the medical image and the adequacy as the medical image. An input availability determination step of determining whether the image can be processed as an input image based on them, and a medical image determined to be processable as the input image by a computer based on the determined image attribute and adequacy. An image standardization step of correcting/correcting and standardizing the image quality of the medical image, and outputting a correction degree indicating the degree of the correction/correction, and a computer based on the standardized medical image And the computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and constructs the blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the adequacy, and the correction degree. A blood vessel shape quality evaluation step of calculating and outputting a comprehensive quality evaluation of the three-dimensional blood vessel shape; and a computer, a blood vessel shape data output step of outputting blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation. A characterizing method is provided.

なお、この発明の上記述べた以外の他の特徴については、次に説明する「発明を実施するための形態」及び図面を参照することにより当業者にとって容易に理解することができる。 It should be noted that other features of the present invention other than those described above can be easily understood by those skilled in the art by referring to the following "Description of Embodiments" and the drawings.

図1は、数値流体力学を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining computational fluid dynamics. 図2は、数値流体力学による血流解析のフローを示す図FIG. 2 is a diagram showing a flow of blood flow analysis by computational fluid dynamics. 図3は、血管形状構築プロセスを示す図FIG. 3 is a diagram showing a blood vessel shape construction process. 図4は、本発明の一実施形態を示す概略構成図FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態を示す血管形状構築のフローを示す図FIG. 5 is a diagram showing a flow of blood vessel shape construction showing an embodiment of the present invention. 図6は、医用画像の質的な違いをもたらす要因を説明するための図FIG. 6 is a diagram for explaining factors that cause qualitative differences in medical images. 図7は、画像判別部を示す構成図FIG. 7 is a block diagram showing the image discrimination unit. 図8は、画像標準化部を示す構成図FIG. 8 is a block diagram showing the image standardization unit. 図9は、血管形状構築部を示す構成図FIG. 9 is a configuration diagram showing a blood vessel shape construction unit. 図10は、癒着しているかのように見える現象を説明する図。FIG. 10: is a figure explaining the phenomenon which seems to have adhered. 図11は、血管構造のグラフ化及びグラフの深さ優先探索を説明するための図。FIG. 11 is a diagram for explaining a graph of a blood vessel structure and a depth-first search of the graph. 図12は、癒着分離処理を説明するための図。FIG. 12 is a diagram for explaining the adhesion separation process. 図13は、形状計測部と品質評価部の動作を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining the operations of the shape measuring unit and the quality evaluation unit. 図14は、血管形状データの品質判定を説明するための図。FIG. 14 is a diagram for explaining quality determination of blood vessel shape data.

まず、本発明の具体的な特徴を説明する。 First, the specific features of the present invention will be described.

(発明の特徴1:全自動制御機能をもつ血管形状構築装置)
1−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
1−2.特徴1−1の血管形状構築手段は、撮像した医用画像を入力する手段、医用画像を判別する手段、医用画像を標準化する手段、血管形状を構築する手段、血管形状を計測する手段、血管形状を品質評価する手段、血管形状および品質スコアを出力する手段、を有する。
1−3.特徴1−2の医用画像を判別する手段は、メーカー、モダリティーを判別する手段(機器判別)する手段、撮像条件を判別する手段(画像判別)、血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)、を有する。
1−4.特徴1−3の血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)は、血流解析に耐えうる医用画像として満たす条件をリスト化したテンプレートと比較すること可否を判断する。
1−5.特徴1−2の医用画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
1−6.特徴1−2の血管形状を構築する手段は、血管を領域分割する手段(領域分割)、血管を構造解析する手段(血管構造解析)、癒着の有無を検出する手段(癒着検出)、血管を領域設定する手段(領域設定)、血管を形状構築する手段(血管形状構築)、を有する。
1−7.特徴1−6の血管を領域分割する手段は、画像上で血管に相当する部位の輝度値の特性に基づいて血管内外判定を行うことにより血管を抽出する手段である。
1−8.特徴1−6の血管を構造解析する手段は、特徴1−7において抽出した血管に対して中心線抽出により血管を線分化することで各血管および病変部ごとに分割しラベリングを行う手段である
1−9.特徴1−7、1−8を最初に行うことを血管の粗抽出とし、粗抽出の結果をもとに、特徴1−7、1−8を繰り返すことで結果を補正していくことを精密抽出とする。精密抽出では、各血管の輝度値ごとに閾値を適応的に変化させた適応的血管領域分割、および、その結果に基づき血管構造解析を再度行う、もしくは、一定の閾値以下となるまで領域分割と血管構造解析を繰り返し行う再帰的血管領域分割を行うことができる。
1−10.特徴1−6の癒着の有無を検出する手段は、血管を全体で見た際に、通常では存在しえない血管のループの有無を確認する手段である。ループが確認された場合には、血管同士の癒着によるアーチファクトが発生していることとし、特徴1−9の精密抽出を再度行うことで癒着を分離する。
1−11.特徴1−6の血管を領域設定する手段は、特徴1−8においてラベリングを行った血管・病変に対して、領域設定として満たすべき条件をリスト化したテンプレートと比較することで血流解析に含める領域のみを抽出する手段である。
1−12.特徴1−6の血管を形状構築する手段は、特徴1−9において領域設定された血管に対して、マーチングキューブ法などの手段により血管の面を微小三角形要素から形成する手段である。
1−13.特徴1−2の血管形状を計測する手段は、特徴1−8で得られた中心線上の各点において血管の直交断面を作成し形状計測を行う手段である。
1−14.特徴1−2の血管形状を品質評価する手段は、得られた血管形状において血管壁近傍における輝度勾配に基づいて品質スコアを算出するものである。
(Characteristics of the Invention 1: Blood Vessel Shape Constructing Device with Fully Automatic Control Function)
1-1. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a blood vessel shape construction apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which eliminates user dependence by fully automating the process of inputting a medical image and outputting a blood vessel shape and quality evaluation. It is a blood vessel shape construction device characterized by the above.
1-2. The blood vessel shape constructing means of the feature 1-1 is a means for inputting a captured medical image, a means for discriminating a medical image, a means for standardizing a medical image, a means for constructing a blood vessel shape, a means for measuring a blood vessel shape, a blood vessel shape. And a means for outputting a blood vessel shape and a quality score.
1-3. The means for discriminating the medical image of the characteristic 1-2 is a maker, a means for discriminating modality (device discrimination), a means for discriminating imaging conditions (image discrimination), and discriminating whether the image is sufficient for blood flow analysis. Means (determination of input propriety).
1-4. The feature 1-3 is a means for determining whether or not the image is sufficient for blood flow analysis (input permission/inhibition determination), and determines whether or not it is possible to compare conditions satisfying a medical image that can withstand blood flow analysis with a listed template.
1-5. Characteristic 1-2 standardizing means for medical images includes means for removing noise (noise removal), means for making an image isotropic by interpolation (isotropic), means for increasing image resolution by interpolation (higher resolution). ), means for correcting an image (image correction).
1-6. The means 1-2 for constructing the blood vessel shape includes means for dividing the blood vessel into areas (area division), means for structurally analyzing the blood vessels (vascular structure analysis), means for detecting the presence or absence of adhesion (adhesion detection), and blood vessels. It has means for setting an area (area setting) and means for constructing a blood vessel shape (blood vessel shape construction).
1-7. The feature 1-6 that divides the blood vessel into regions is a means that extracts the blood vessel by performing the inside/outside determination of the blood vessel based on the characteristic of the brightness value of the portion corresponding to the blood vessel on the image.
1-8. The means for structurally analyzing the blood vessel having the feature 1-6 is a means for performing labeling by dividing the blood vessel extracted in the feature 1-7 by centerline extraction to divide the blood vessel into individual blood vessels and lesions. 1-9. Precisely correct the result by repeating the features 1-7 and 1-8 based on the result of the rough extraction by performing the features 1-7 and 1-8 first as rough extraction of the blood vessel. Extract. In the precision extraction, adaptive blood vessel region segmentation in which the threshold value is adaptively changed for each brightness value of each blood vessel, and the blood vessel structure analysis is performed again based on the result, or region segmentation is performed until the threshold value is equal to or less than a certain threshold value. It is possible to perform recursive blood vessel segmentation by repeatedly performing blood vessel structure analysis.
1-10. The feature 1-6 for detecting the presence or absence of adhesion is a means for confirming the presence or absence of a loop of a blood vessel that cannot normally exist when the blood vessel is viewed as a whole. If a loop is confirmed, it is determined that an artifact due to adhesion between blood vessels has occurred, and the adhesion is separated by performing the precise extraction of the feature 1-9 again.
1-11. The means for setting the region of the blood vessel of the feature 1-6 includes in the blood flow analysis by comparing the conditions to be satisfied as the region setting for the blood vessel/lesion labeled in the feature 1-8 with the listed template. This is a means for extracting only the region.
1-12. The means 1-6 for constructing the shape of the blood vessel is means for forming the surface of the blood vessel from the minute triangular elements by means such as the marching cube method for the blood vessel whose region is set in the characteristic 1-9.
1-13. The feature 1-2 measuring the blood vessel shape is a means for creating a cross-section orthogonal to the blood vessel at each point on the center line obtained in the feature 1-8 and measuring the shape.
1-14. The means for evaluating the quality of the blood vessel shape of the feature 1-2 calculates the quality score based on the brightness gradient in the vicinity of the blood vessel wall in the obtained blood vessel shape.

(発明の特徴2:画像標準化機能をもつ血管形状構築装置)
2−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像の質の違いを補正した画像標準化機能をもつ血管形状構築装置である。
2−2.特徴2−1の画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
2−3.特徴2−2のノイズを除去する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象に応じて異なる画像ノイズを除去する手段である。
2−4.特徴2−2の補間により画像を等方化する手段は、面内方向と面外方向で異なりうる医用画像の空間解像度を方向依存性のない立方体へと等方化する手段である。
2−5.特徴2−2の補間により画像解像度を増加させる手段は、画像補間により画像のもつ本来の空間解像度を人為的に倍増させる手段である。
2−6.特徴2−2の画像を補正する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件に応じて異なる画像の性質の違いを補正する手段である。
2−7.特徴2−6において、非造影MRAの場合においては、MRA画像の性質である輝度値の流速依存性を補正する手段を有する。
2−8.特徴2−7において、流速依存性を補正する手段は、流速依存性が強い箇所を検知する手段と、血管の形態情報もしくは血流情報により流速依存性を補正する手段を有する。
2−9.特徴2−8において、流速依存性が強い箇所を検知する手段は、血管中心線に直交する各断面上での血管壁近傍での輝度勾配値に基づくものである。輝度勾配値が低い箇所は流速が低下している箇所であるため、血管壁の形状を歪ませてしまう要因となる。
2−10.特徴2−8において、流速依存性を補正するために血管の形態情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2−11.特徴2−10において、血管の統計モデルとは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化の仕方を数理モデル化したものである。
2−12.特徴2−8において、流速依存性を補正するために血管の血流情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2−13.特徴2−12において、血管の血流モデルとは、位相コントラストMRI法などにより計測された実際の血流情報を用いてもよいし、流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報から補正してもよい。
2−14.特徴2−6において、CTAの場合においては、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨や石灰化を除去する手段を有する。
2−15.特徴2−14において、骨を除去する手段としては、骨の解剖学的特徴を利用した手段を用いてもよいし、特徴2−11に示される血管の統計モデルを複合的に利用してもよい。
2−16.特徴2−14において、石灰化を除去する手段としては、骨や血管にはない、石灰化に特異的な輝度特性を利用した手段を用いてもよい。例えば、石灰化は局所的に発生する現象であるため、高輝度信号が島状に孤立する。孤立した高輝度信号を抽出することで石灰化を検知・除去することができる。
(Feature 2 of the invention: blood vessel shape construction device having image standardization function)
2-1. The present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which has an image standardization function that corrects the difference in quality of medical images.
2-2. The means for standardizing the image of the characteristic 2-1 is a means for removing noise (noise removal), a means for making an image isotropic by interpolation (isotropic), and a means for increasing image resolution by interpolation (higher resolution). , Means for correcting an image (image correction).
2-3. The means for removing noise of feature 2-2 is a means for removing different image noise depending on the manufacturer, modality, imaging condition, and imaging target.
2-4. The means for making the image isotropic by the interpolation of the feature 2-2 is a means for making the spatial resolution of the medical image, which may be different in the in-plane direction and the out-of-plane direction, into a cube having no direction dependency.
2-5. The means for increasing the image resolution by the interpolation of the feature 2-2 is a means for artificially doubling the original spatial resolution of the image by the image interpolation.
2-6. The means for correcting the image of the characteristic 2-2 is a means for correcting the difference in the characteristics of the image which differs depending on the manufacturer, modality, and imaging condition.
2-7. In Feature 2-6, in the case of non-contrast MRA, a means for correcting the flow velocity dependence of the brightness value, which is the property of the MRA image, is provided.
2-8. In Feature 2-7, the means for correcting the flow velocity dependency has a means for detecting a portion having a strong flow velocity dependency, and a means for correcting the flow velocity dependency based on blood vessel morphology information or blood flow information.
2-9. In Feature 2-8, the means for detecting a place having a strong flow velocity dependency is based on a brightness gradient value in the vicinity of the blood vessel wall on each cross section orthogonal to the blood vessel center line. Since the location where the brightness gradient value is low is the location where the flow velocity is reduced, it becomes a factor that distorts the shape of the blood vessel wall.
2-10. In Feature 2-8, when the blood vessel morphology information is used to correct the flow velocity dependency, the flow velocity dependency of the image is corrected by applying the statistical model of the blood vessel at the location where the flow velocity dependency is detected. It is a thing.
2-11. In Feature 2-10, the blood vessel statistical model is a mathematical model of how the blood vessel cross-section changes in the blood vessel running direction obtained from the blood vessel shape database.
2-12. In Feature 2-8, when the blood flow information of the blood vessel is used to correct the flow velocity dependence, the blood flow model of the blood vessel is applied at the location where the flow velocity dependence is detected to determine the flow velocity dependence of the image. To correct.
2-13. In Feature 2-12, the blood flow model of a blood vessel may use actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or the like, or a blood flow obtained by analyzing a flow velocity-dependent spatial distribution. You may correct from information.
2-14. In Feature 2-6, in the case of CTA, a means for removing bone and calcification that are erroneously recognized as blood vessels as a high-brightness signal is provided.
2-15. In the feature 2-14, as a means for removing the bone, a means utilizing the anatomical feature of the bone may be used, or the statistical model of the blood vessel shown in the feature 2-11 may be used in combination. Good.
2-16. In Feature 2-14, as a means for removing calcification, a means which does not exist in bones or blood vessels and which utilizes luminance characteristics specific to calcification may be used. For example, since calcification is a phenomenon that occurs locally, high-brightness signals are isolated in islands. Calcification can be detected and removed by extracting an isolated high-brightness signal.

(発明の特徴3:適応的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置)
3−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において血管部位適応的に血管内外判定を行うことで血管部位特異的に異なる輝度特性の影響を排除した血管形状構築装置である。
3−2.特徴3−1は、血管の領域分割の粗抽出として、領域分割と血管構造解析を行う。領域分割は閾値で行い、血管構造解析により血管の中心線を取得する。血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行う。これにより各血管での輝度値のばらつきを数値化できる。
3−3.特徴3−2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
3−4.特徴3−2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
3−5.特徴3−2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
(Feature 3 of the Invention: Blood vessel shape construction device having adaptive blood vessel region dividing function)
3-1. The present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which eliminates the influence of different brightness characteristics in a blood vessel region-specific manner by performing blood vessel region adaptive determination of the blood vessel region in blood vessel region extraction. It is a device for constructing a blood vessel shape.
3-2. Feature 3-1 performs region segmentation and blood vessel structure analysis as rough extraction of region segmentation of blood vessels. The region division is performed with a threshold value, and the center line of the blood vessel is acquired by the blood vessel structure analysis. When the center line of the blood vessel is obtained, the orthogonal image is acquired at each point on the center line, and the brightness value analysis of the orthogonal image is performed for each blood vessel. This makes it possible to quantify the variation in the brightness value among the blood vessels.
3-3. The means for performing the blood vessel region-specific inside/outside blood vessel determination based on the luminance value analysis of the feature 3-2 includes means for setting a half value of the maximum luminance value in the centerline orthogonal image as a reference.
3-4. The means for performing the blood vessel site-specific inside/outside determination based on the brightness value analysis of the feature 3-2 is a means for using the maximum point of the brightness gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum brightness value in the centerline orthogonal image as a reference. Including.
3-5. The means for performing the blood vessel region-specific inside/outside blood vessel determination based on the luminance value analysis of feature 3-2 includes means for setting the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the centerline orthogonal image as a reference.

(発明の特徴4:再帰的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置)
4−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域抽出の精度を高めた血管形状構築装置である。
4−2.特徴4−1の血管領域抽出の精度を高める手段は、血管の粗抽出を行う手段、血管の精密抽出を行う手段を有する。
4−3.特徴4−2において血管の粗抽出を行う手段は、粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段、粗血管形状から粗中心線を抽出する手段を有する。
4−4.特徴4−3において粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段は、予め決められた値もしくは輝度値ヒストグラムから算出された基準値を用いた画像の二値化処理により粗血管形状を抽出する手段である。
4−5.特徴4−2において血管の精密抽出を行う手段は、粗中心線の各点で直交断面を作成する手段、画像補間により中心線直交画像を作成する手段、中心線直交画像の輝度値を分析する手段、輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段、精密血管内外判定した結果から精密中心線を作成する手段、を有する。
4−6.特徴4−5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
4−7.特徴4−5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4−8.特徴4−5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4−9.特徴4−2の粗抽出と精密抽出は単段で行ってもよいし、繰り返し行ってもよい。
(Feature 4 of the invention: blood vessel shape construction device having recursive blood vessel region dividing function)
4-1. The present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, in which the accuracy of blood vessel area extraction is improved by recursively determining the inside and outside of the blood vessel in blood vessel area extraction. ..
4-2. The means for improving the accuracy of blood vessel region extraction of feature 4-1 includes means for performing rough extraction of blood vessels and means for performing precise extraction of blood vessels.
4-3. In the feature 4-2, the means for roughly extracting blood vessels includes means for extracting a rough blood vessel shape by rough inside/outside determination, and means for extracting a rough center line from the rough blood vessel shape.
4-4. In the feature 4-3, the means for extracting the rough blood vessel shape by the rough inside/outside determination is a means for extracting the rough blood vessel shape by binarizing an image using a predetermined value or a reference value calculated from a luminance value histogram. Is.
4-5. In feature 4-2, the means for precisely extracting blood vessels is a means for creating an orthogonal cross section at each point of the rough centerline, a means for creating a centerline orthogonal image by image interpolation, and a luminance value analysis of the centerline orthogonal image. It has a means, a means for making a precision blood vessel inside/outside determination based on luminance value analysis, and a means for creating a precision center line from the result of the precision blood vessel inside/outside determination.
4-6. The means for performing the precision blood vessel inside/outside determination based on the luminance value analysis of the feature 4-5 includes means for setting a half value of the maximum luminance value in the centerline orthogonal image as a reference.
4-7. The means for performing precision blood vessel inside/outside determination based on the luminance value analysis of feature 4-5 includes means for setting the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum luminance value in the centerline orthogonal image.
4-8. The means for performing the precision blood vessel inside/outside determination based on the luminance value analysis of the feature 4-5 includes means for setting the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the centerline orthogonal image as a reference.
4-9. The rough extraction and the fine extraction of the feature 4-2 may be performed in a single stage or repeatedly.

(発明の特徴5:自動領域設定機能をもつ血管形状構築装置)
5−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、抽出された血管に対して血流解析領域を自動的に設定する機能をもつ血管形状構築装置である。
5−2.特徴5−1の血流解析領域を自動的に設定する手段は、血管の構造を解析する手段、解析領域に含めるか否かを判別する手段、を有する。
5−3.特徴5−2の血管の構造を解析する手段は、主要血管を決定する手段、主要血管の中心線から各血管の走行をトラッキングし解剖テンプレートと比較することで従属血管を決定する手段、主要血管と従属血管に血管名称をラベリングする手段を有する。
5−4.特徴5−2の解析領域に含めるか否かを判別する手段は、血流解析領域として主要血管と従属血管のセットを予めリスト化したテンプレートと参照することで行う。
(Characteristic 5 of the invention: Blood vessel shape construction device having automatic region setting function)
5-1. The present invention is a blood vessel shape building device for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which has a function of automatically setting a blood flow analysis region for an extracted blood vessel.
5-2. The means for automatically setting the blood flow analysis region of the characteristic 5-1 has a means for analyzing the structure of the blood vessel and a means for determining whether or not to include it in the analysis area.
5-3. Characteristic 5-2 is a means for analyzing the structure of a blood vessel, a means for determining a main blood vessel, a means for tracking the running of each blood vessel from the center line of the main blood vessel and comparing it with an anatomical template to determine a subordinate blood vessel, a main blood vessel. And a means for labeling the blood vessel name to the subordinate blood vessel.
5-4. The means for determining whether or not to include the feature 5-2 in the analysis region is performed by referring to a template in which a set of a main blood vessel and a dependent blood vessel is listed in advance as a blood flow analysis region.

(発明の特徴6:癒着検出および分離機能をもつ血管形状構築装置)
6−1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像から得られた血管形状を評価する際、血管の癒着の有無を自動検出および分離する機能をもつ血管形状構築装置である。
6−2.特徴6−1の血管の癒着の有無を自動検出および分離する手段は、血管構造解析において血管ループの有無を検出する手段、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段を有する。
6−3.特徴6−2において、血管ループの有無を検出する手段は、血管中心線と中心線端点を関連付けたデータを用意し、中心線端点を共有する複数の血管があるかないかを検出することで行う。
6−4.特徴6−2において、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段は、該当箇所において血管内外判定の基準を高精度化することにより行う。
6−5.特徴6−4において、血管内外判定の基準を高精度化する手段は、癒着のあった血管同士で血管同士が重複しないことを前提とした血管内外判定法を適用することによる。
(Feature 6 of the invention: blood vessel shape construction device having adhesion detection and separation functions)
6-1. The present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which has a function of automatically detecting and separating the presence or absence of adhesion of blood vessels when evaluating the blood vessel shape obtained from a medical image. It is a shape building device.
6-2. The means for automatically detecting and separating the presence or absence of adhesion of a blood vessel of the feature 6-1 has a means for detecting the presence or absence of a blood vessel loop in a blood vessel structure analysis, and a means for reconstructing a blood vessel shape from region division when adhesion is detected. ..
6-3. In the feature 6-2, the means for detecting the presence or absence of the blood vessel loop is performed by preparing data in which the blood vessel center line and the center line end point are associated with each other and detecting whether or not there are a plurality of blood vessels sharing the center line end point. ..
6-4. In Feature 6-2, when adhesion is detected, the means for reconstructing the blood vessel shape from the area division is performed by increasing the accuracy of the blood vessel inside/outside determination reference at the relevant location.
6-5. In the feature 6-4, the means for improving the accuracy of the blood vessel inside/outside judgment is to apply the blood vessel inside/outside judgment method on the assumption that the blood vessels do not overlap with each other.

次に、本発明の一実施形態を図面に基づき具体的に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

前述したように、この発明は、数値流体力学(computational fluid dynamics, CFD)による血流解析のための血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムに関するものであり、特に、医用画像を入力とし、血管形状モデル構築および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することにより、ユーザー依存性がない血管形状を生成する装置である。 As described above, the present invention relates to a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics (CFD), its method, and a computer software program, and in particular, a medical image as an input. An apparatus for generating a blood vessel shape having no user dependence by fully automating the steps of constructing a blood vessel shape model and outputting a quality evaluation.

(数値流体力学を用いた血流解析)
この実施形態の説明を簡単にするために、ここで、数値流体力学を用いた血流解析の概念を説明する。
(Blood flow analysis using computational fluid dynamics)
To simplify the description of this embodiment, the concept of blood flow analysis using computational fluid dynamics will now be described.

数値流体力学では、流体の流れをコンピュータによる演算解析により演算し出力する。より詳しくは、流れを記述する支配方程式(連続の式、ナビエストークス方程式)を代数方程式に置換して逐次演算により近似解を得る。 In computational fluid dynamics, the flow of a fluid is calculated and output by calculation analysis by a computer. More specifically, the governing equation (continuity equation, Navier-Stokes equation) that describes the flow is replaced with an algebraic equation to obtain an approximate solution by sequential calculation.

この実施形態では、図1に示すように、入力として血管形状1、血液物性2、境界条件3、計算条件4の4つを用いる。これらの入力に基づき数値流体解析演算(CFD)を実行し、空間における圧力場5・速度場(「流速場」とも言う)6を出力する。この例では、時間発展型として前記支配方程式を解法することで時空間での圧力場5・速度場6を算出する。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, four types of blood vessel shapes 1, blood physical properties 2, boundary conditions 3, and calculation conditions 4 are used as inputs. Based on these inputs, a computational fluid dynamics calculation (CFD) is executed, and a pressure field 5 and a velocity field (also called “velocity field”) 6 in space are output. In this example, the pressure field 5 and the velocity field 6 in space-time are calculated by solving the governing equation as a time evolution type.

図2は、上記数値流体力学による血流解析のフローを示したものである。血流解析のフローでは、まず、X線CTなどで得られる医用画像から血管形状を表す3次元形状データ(サーフェイスメッシュ)を構築する(図2(a)〜(b))。そして、構築された血管形状の3次元形状データに対して、血液物性2、境界条件3、及び計算条件4等を設定し数値流体解析演算を実行する(図2(c)〜(g))。ここで、血液物性2は具体的には血液の密度と粘度である。境界条件3は具体的には各血管の端面における流量、および血管壁面における拘束条件等である。例えば、血管壁を固定した場合、壁上での流体の滑りを無視することで速度をゼロとする、いわゆるノンスリップ条件が適用されるのが一般的であるが、これも境界条件の一部である。計算条件4は、計算対象の血管形状に対する計算格子生成、方程式解法に関する方程式離散化および連立方程式解法などが挙げられ、これらを階層立てして各条件を設定してもよい。 FIG. 2 shows a flow of blood flow analysis by the above-mentioned computational fluid dynamics. In the flow of blood flow analysis, first, three-dimensional shape data (surface mesh) representing a blood vessel shape is constructed from a medical image obtained by X-ray CT or the like (FIGS. 2A to 2B). Then, for the constructed three-dimensional shape data of the blood vessel shape, blood physical properties 2, boundary conditions 3, calculation conditions 4 and the like are set, and numerical fluid analysis calculation is executed (FIGS. 2C to 2G). .. Here, the blood property 2 is specifically the density and viscosity of blood. The boundary condition 3 is specifically the flow rate at the end surface of each blood vessel, the constraint condition at the blood vessel wall surface, and the like. For example, when the blood vessel wall is fixed, it is common to apply a so-called non-slip condition that makes the velocity zero by ignoring the slip of the fluid on the wall, but this is also part of the boundary condition. is there. The calculation condition 4 includes calculation grid generation for the blood vessel shape of the calculation target, equation discretization related to the equation solution method, and simultaneous equation solution method, and these conditions may be hierarchically set to set each condition.

次に、図3を参照して、血管形状を表す三次元形状データの構築プロセスの概念を説明する。血管形状構築では、まず医用画像を取得する(図3(a))。次に、前記医用画像から血管内外の判定を行い血管とそれ以外に領域分割する(図3(b))。次に、血流解析の対象とする領域を設定する(図3(c))。その後、マーチングキューブ法などにより血管壁のサーフェス形状を構築する(図3(d))。すなわち、画像のボクセル空間からポリゴン空間に移行する。従って、この時点で血管壁面は微小三角形要素などの微小多角形要素から構築されている。 Next, with reference to FIG. 3, the concept of the construction process of the three-dimensional shape data representing the blood vessel shape will be described. In the blood vessel shape construction, first, a medical image is acquired (FIG. 3(a)). Next, the inside/outside of the blood vessel is determined from the medical image, and the blood vessel and the other area are segmented (FIG. 3B). Next, an area to be subjected to blood flow analysis is set (FIG. 3(c)). After that, the surface shape of the blood vessel wall is constructed by the marching cube method or the like (FIG. 3D). That is, the voxel space of the image is transferred to the polygon space. Therefore, at this point the vessel wall is constructed from micro-polygonal elements such as micro-triangular elements.

このような血管形状構築では、図3に示す各工程が独立したシステムやソフトウェアによって行なわれた場合、ユーザーが選択する処理の違いにより、構築される血管形状にばらつきが生じる可能性がある。すなわち、ユーザー依存性を排除できない。種々の医用画像からユーザー依存性が排除された血管形状を構築するためには、例えば以下の点が具体的な課題として挙げられる。
(1)入力する医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変化するが、どのような医用画像であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(2)血管内の輝度値は場所により変化するが、どのような血管内外判定法であれば精度が保証された血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(3)領域設定の仕方に応じて血流解析結果は変化することが、どのような血管領域設定法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(4)微小三角形の大きさにより形状構築の精度そのものが変化するが、どのような形状構築法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
In such a blood vessel shape construction, when each process shown in FIG. 3 is performed by an independent system or software, the constructed blood vessel shape may vary due to a difference in processing selected by the user. That is, user dependency cannot be eliminated. In order to construct a blood vessel shape in which user dependence is eliminated from various medical images, the following points are given as specific problems.
(1) The quality of the medical image to be input varies depending on the manufacturer, modality, imaging condition, and imaging target, but it is not clear what kind of medical image can achieve blood flow analysis that can guarantee accuracy. ..
(2) Although the brightness value in the blood vessel changes depending on the place, it has not been clarified which method for determining the blood vessel inside and outside can achieve the blood flow analysis with guaranteed accuracy.
(3) The result of blood flow analysis changes depending on how the region is set, but it is not clear what kind of blood vessel region setting method can achieve accuracy of blood flow analysis.
(4) Although the accuracy of shape construction itself changes depending on the size of the minute triangle, it has not been clarified what kind of shape construction method can achieve blood flow analysis that guarantees accuracy.

上述したとおり、血管形状の質すなわち形状再現度は、血流解析結果に直接的に影響を及ぼす。そのため、質の高い血管形状を高い信頼性で構築することが重要であり、この実施形態における血管形状構築装置は、以下に説明する処理により、ユーザー依存性がない血流解析の結果精度を保証する品質の血管形状を構築するものである。 As described above, the quality of the blood vessel shape, that is, the shape reproducibility directly affects the blood flow analysis result. Therefore, it is important to construct a high-quality blood vessel shape with high reliability, and the blood vessel shape constructing apparatus in this embodiment guarantees the accuracy of the result of blood flow analysis having no user dependence by the processing described below. It is intended to construct a blood vessel shape with a certain quality.

(本実施形態の概略)
本願の発明者は、上記課題を鑑みて、以下の(I)〜(VI)の観点からなる発明を行った。
(Outline of this embodiment)
In view of the above problems, the inventor of the present application has made an invention from the following viewpoints (I) to (VI).

(I)全自動制御機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第1の特徴は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として血管形状構築の各工程を最適化し全体として品質管理を達成する血管形状構築専用装置を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(I) Blood vessel shape constructing device having fully automatic control function
A first feature of the present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics, which is a fully automated process of inputting a medical image and outputting a blood vessel shape and quality evaluation. A blood vessel shape construction device characterized by eliminating user dependence.
The present invention has solved the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from the blood flow analysis result. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and each process of vascular shape construction is optimized based on keeping the wall shear stress within a certain range to achieve quality control as a whole. We have developed a device for constructing blood vessel shapes. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

(II)画像標準化機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第2の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における画像標準化機能を提供するものである。
医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変わることが知られているが標準化はされていない。従来の血流解析では、入力された医用画像に対して補正を行わずに血管形状構築が行われていた。例えば、MRAでは信号強度が流速依存性、CTA、DSAでは造影剤の濃度依存性を強調した画像であり、前者の場合では、流速分布に応じて血管形状が歪んでしまうなどの課題があった。この本質的な原因は、画像同士を形状情報として比較したところで相対評価にすぎず真値に基づく精度評価を達成できないことである。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として医用画像の補正法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(II) Blood vessel shape construction device having image standardization function
The second feature of the present invention is to provide an image standardization function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependency by fully processing each step of blood vessel shape constructing and enables quality control of blood vessel shape constructing. It is a thing.
It is known that the quality of medical images varies depending on the manufacturer, modality, imaging condition, and imaging target, but has not been standardized. In the conventional blood flow analysis, the blood vessel shape is constructed without correcting the input medical image. For example, in MRA, the signal intensity is an image in which the flow velocity dependence is emphasized, and in CTA and DSA, the contrast agent concentration dependence is emphasized. In the former case, there is a problem that the blood vessel shape is distorted according to the flow velocity distribution. .. The essential cause of this is that when images are compared as shape information, they are only relative evaluations, and accuracy evaluations based on true values cannot be achieved. The present invention has solved the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from the blood flow analysis result. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and the medical image correction method has been developed on the basis of keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

(III)適応的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第3の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における適応的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う。血管内の信号強度は部位に応じて異なることが知られている。より具体的には、比較的に径の大きい主要血管では信号強度が高い。したがって、主要血管に対する内外判定基準を血管系全体に適応すれば従属血管を過少評価してしまう。また、従属血管に対して行えば主要血管を過大評価してしまう。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として適応的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(III) Blood vessel shape constructing device having adaptive blood vessel region dividing function
A third feature of the present invention is that an automatic blood vessel shape segmentation function in a blood vessel shape construction apparatus that eliminates user dependence by fully processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is provided.
When extracting a blood vessel from a medical image by region division, the inside/outside determination of the blood vessel is performed. It is known that the signal intensity in blood vessels varies depending on the site. More specifically, the signal intensity is high in a main blood vessel having a relatively large diameter. Therefore, if the internal and external criteria for main blood vessels are applied to the entire vascular system, subordinate blood vessels will be underestimated. Also, if the subordinate blood vessels are used, the main blood vessels will be overestimated. The present invention has solved the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from the blood flow analysis result. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and we have developed an adaptive blood vessel segmentation method based on keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

(IV)再帰的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第4の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における再帰的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う必要がある。血管内外判定は、血管内から外への信号強度の変化に対してなんらかの閾値を設定することで行う。ここで、血管の走行方向は任意であり、ある部位では画像の撮像方向に対して垂直に近く、他部位では平行に近いなどの現象が現れる。信号強度は、血管走行方向により変化するため、血管走行方向からみた形状抽出が望ましいが、これまでの血管領域抽出においては血管走行方向を考慮した高精度な血管内外判定法は報告されていない。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管領域抽出を中心線にもとづき、粗抽出から精密抽出へと段階的に行うことにより、血管壁に作用する壁面せん断応力を一定の範囲に収めることができることが明らかとなった。すなわち、血管内外判定を再帰的に行う再帰的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(IV) Blood vessel shape constructing device having recursive blood vessel region dividing function
A fourth feature of the present invention is that the recursive blood vessel region segmentation function in the blood vessel shape constructing apparatus enables the quality control of the blood vessel shape constructing by eliminating the user dependency by fully performing each step of the blood vessel shape constructing. Is provided.
When extracting a blood vessel from a medical image by region segmentation, it is necessary to determine whether the blood vessel is inside or outside. The inside/outside determination of the blood vessel is performed by setting some threshold value with respect to the change in the signal intensity from the inside to the outside of the blood vessel. Here, the running direction of the blood vessel is arbitrary, and a phenomenon such that a certain part is close to being perpendicular to the image capturing direction and another part is close to being parallel appears. Since the signal intensity changes depending on the blood vessel running direction, it is desirable to extract the shape as viewed from the blood vessel running direction. However, in the extraction of the blood vessel region so far, a highly accurate blood vessel inside/outside determination method considering the blood vessel running direction has not been reported. The present invention has solved the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from the blood flow analysis result. More specifically, it became clear that the wall shear stress acting on the blood vessel wall can be kept within a certain range by performing the blood vessel region extraction stepwise from the coarse extraction to the fine extraction based on the center line. It was In other words, we have developed a recursive blood vessel region segmentation method that recursively determines the inside and outside of a blood vessel. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

(V)自動領域設定機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第5の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における自動領域設定機能を提供するものである。
領域分割により抽出された血管形状に対して解析領域を設定する必要がある。これまで解析領域はユーザーが恣意的に決定していたため、解析結果のばらつきを生む要因であった。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として、病変の部位に応じて、解析領域に含めるべき主要血管と従属血管を示すテンプレートを作成し、テンプレートをもとに領域設定を自動化することでユーザー依存性を排除した血管領域自動設定法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(V) Blood vessel shape construction device having automatic region setting function
The fifth feature of the present invention is to provide an automatic region setting function in a blood vessel shape construction apparatus that eliminates user dependence by fully processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. To do.
It is necessary to set an analysis area for the blood vessel shape extracted by the area division. Until now, the analysis area was arbitrarily determined by the user, and this was a factor that caused variations in analysis results. The present invention has solved the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from the blood flow analysis result. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and based on keeping the wall shear stress within a certain range, the main blood vessels to be included in the analysis region are We have created a template that shows dependent blood vessels, and have developed a method for automatically setting blood vessel regions that eliminates user dependence by automating region setting based on the template. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

(VI)癒着検出および分離機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第6の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における癒着検出および分離機能を提供するものである。
領域分割により抽出した血管形状には、本来癒着がないにもかかわらず、画像処理によるアーチファクトにより血管の癒着が発生する場合がある。この場合、ユーザーは癒着の有無を目視で確認し、癒着箇所を手作業により画像処理することで血管同士を分離する。このためユーザーによる恣意性が発生し、解析結果のばらつきの要因であった。そこで本発明では、血管の癒着の検出および分離を自動化した血管形状構築法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。
(VI) Blood vessel shape construction device having adhesion detection and separation functions
The sixth feature of the present invention is to perform adhesion detection and separation functions in a blood vessel shape construction device that eliminates user dependence by fully processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is provided.
Although the blood vessel shape extracted by the region division originally has no adhesion, blood vessel adhesion may occur due to an artifact due to image processing. In this case, the user visually confirms the presence or absence of adhesion, and manually images the adhesion site to separate blood vessels from each other. For this reason, the user's arbitrariness was generated, which was a cause of variation in the analysis results. Therefore, the present invention has developed a method for constructing a blood vessel shape that automates the detection and separation of blood vessel adhesions. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed, without depending on the experience and knowledge of the user.

以下、上記本発明の一実施形態をより詳しく説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in more detail.

(最良の実施形態)
図4は、この実施形態に係る血管形状構築装置を示す概略構成図である。
(Best embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a blood vessel shape construction device according to this embodiment.

血管形状構築装置10は、CPU18、RAM19及び入出力部20が接続されたバス50に、プログラム格納部60とデータ格納部70、71が接続されてなる。この装置は、さらに、各種外部参照データを格納するその他の機器に前記バス50が接続されてもよい。 The blood vessel shape construction device 10 includes a program storage unit 60 and data storage units 70 and 71 connected to a bus 50 to which a CPU 18, a RAM 19 and an input/output unit 20 are connected. In this device, the bus 50 may be connected to other devices that store various external reference data.

プログラム格納部60は、画像入力部11と、画像判別部12と、画像標準化部13と、形状構築部14と、品質評価部15と、形状測定部16と、血管形状データ出力部17とを備えている。データ格納部70は入出力部20で入力された医用画像データを格納する。データ格納部71は、血管形状データ21と、画像適正度22と、画像補正度23と、病変部位・種類24と、血管形状計測データ25と、品質スコア26とを格納する。 The program storage unit 60 includes an image input unit 11, an image discrimination unit 12, an image standardization unit 13, a shape construction unit 14, a quality evaluation unit 15, a shape measurement unit 16, and a blood vessel shape data output unit 17. I have it. The data storage unit 70 stores the medical image data input by the input/output unit 20. The data storage unit 71 stores blood vessel shape data 21, image appropriateness 22, image correction degree 23, lesion site/type 24, blood vessel shape measurement data 25, and quality score 26.

前記構成要件(画像入力部11と、画像判別部12と、画像標準化部13と、形状構築部14と、品質評価部15と、形状測定部16と、血管形状データ出力部17)は、実際にはハードディスクの記憶領域に格納されたコンピュータソフトウエアによって構成され、前記CPU18によって呼び出されRAM19上に展開され実行されることによって、この発明の各構成要素として構成され機能するようになっている。 The constituent elements (the image input unit 11, the image discrimination unit 12, the image standardization unit 13, the shape construction unit 14, the quality evaluation unit 15, the shape measurement unit 16, and the blood vessel shape data output unit 17) are actually Is constituted by computer software stored in the storage area of the hard disk, and is called by the CPU 18, expanded on the RAM 19 and executed, so that it is configured and functions as each component of the present invention.

図5は、この装置による血管形状構築のフローを示すものである。以下、この図に示される各工程について順に説明する。 FIG. 5 shows a flow for constructing a blood vessel shape by this device. Hereinafter, each step shown in this figure will be described in order.

(医用画像取得(ステップS1))
ステップS1で、このシステムの画像入力部11に医用画像が入力される。
(Medical image acquisition (step S1))
In step S1, a medical image is input to the image input unit 11 of this system.

この実施形態において、当該入力される医用画像は、例えばMRA(磁気共鳴画像)、CTA(X線コンピュータ断層撮影画像)、DSA(血管造影画像)などの対象血管部位の断層画像を取得可能な装置の他、US(超音波画像)、IVUS(血管内超音波画像)、OCT(近赤外画像)など、対象血管部位における画像データを取得可能な種々の装置により得られたものであってよい。 In this embodiment, the input medical image is a device capable of acquiring a tomographic image of a target blood vessel region such as MRA (magnetic resonance image), CTA (X-ray computed tomography image), and DSA (angiography image). In addition, it may be obtained by various devices such as US (ultrasonic image), IVUS (intravascular ultrasonic image), and OCT (near infrared image) capable of acquiring image data of a target blood vessel region. ..

対象血管部位としては、例えば脳動脈、冠動脈、頚動脈、大動脈、または被験者のその他の対象血管部位であってよい。 The target blood vessel portion may be, for example, a cerebral artery, a coronary artery, a carotid artery, an aorta, or another target blood vessel portion of the subject.

医用画像の質すなわち画像特性は、上述したように、使用した機器や撮像対象、撮像条件等によって変化する。以下に、医用画像の質的な違いをもたらす要因について体系的に説明する。 As described above, the quality of the medical image, that is, the image characteristic changes depending on the device used, the imaging target, the imaging condition, and the like. Below, the factors that cause qualitative differences in medical images will be explained systematically.

医用画像にはDICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)と呼ばれる画像の属性を示す規格があり、多くの医用画像がこの標準規格に準拠している。しかしながら医用画像の質に関する規格化はほとんど行なわれていない。従って、上記種々の装置で撮像された医用画像に対してそれぞれ適切な補正処理を施さないと、当該医用画像の画像特性に応じて異なる血管形状が構築されてしまう可能性がある。すなわち、異なる機器や撮像条件で得られた医用画像から図3(a)〜(d)に示すような手法で血管形状を構築すると、同一血管を撮像していたとしても、その形状が同一となるとは限らず、血流解析の結果が変化し解析結果の精度に影響を及ぼすことが予想される。 There is a standard for medical images, which is called DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine), which indicates image attributes, and many medical images comply with this standard. However, little standardization has been done on the quality of medical images. Therefore, if appropriate correction processing is not performed on the medical images captured by the various devices described above, different blood vessel shapes may be constructed according to the image characteristics of the medical images. That is, when a blood vessel shape is constructed from a medical image obtained with different devices and imaging conditions by a method as shown in FIGS. 3A to 3D, even if the same blood vessel is imaged, the shape is the same. Not necessarily, it is expected that the results of blood flow analysis will change and affect the accuracy of the analysis results.

このような医用画像の画像特性に違いをもたらす要因は、図6に示すように、「機器特性31」と「撮像特性32」に大別され、さらに機器特性31は「メーカー33」と「モダリティー34」とに、撮像特性32は「撮像条件35」と「撮像対象36」とに分けることができる。 As shown in FIG. 6, the factors that cause the difference in the image characteristics of medical images are roughly classified into “device characteristics 31” and “imaging characteristics 32”, and the device characteristics 31 are “maker 33” and “modality”. 34”, the imaging characteristic 32 can be divided into an “imaging condition 35” and an “imaging target 36”.

ここで、「メーカー33」とは、撮像機器を開発している企業である。また「モダリティー34」とは撮像機器であり、例えば上述したMRA、CTA、DSA、US、IVUS、OCTなどの装置である。種々の撮像機器の計測原理の違いは後述するように画像特性に強く影響を及ぼす。 Here, the "maker 33" is a company that develops an imaging device. The "modality 34" is an imaging device, and is, for example, the above-mentioned MRA, CTA, DSA, US, IVUS, or OCT device. The difference in the measurement principle of various imaging devices has a strong influence on image characteristics, as will be described later.

「撮像条件35」とは、(1)計測条件と(2)注入条件とに細分化できる。「計測条件」とは、磁場やX線などの照射波の強度、空間や時間の分解能を含む意味である。計測条件のなかには、2次元の断層画像群を画像セットとして取得するための画像構築法が含まれる。この「画像構築法」は、撮像機器の計測原理によって異なる。すなわち、モダリティーに依存する。例えばMRAの場合は、体軸方向にスキャンしながら撮像・計測を行うため、通常、断層画像を直接取得できる。一方、CTAやDSAの場合は、ヘリカル法やトモグラフィー法を利用するため、測定データを特殊な再構成関数を用いて変換処理することにより断層画像を取得する。また、IVUSやOCTの場合は、カテーテル先端のセンサーを回転させながら血管内を走査イメージングするため、各々の撮像位置での局所座標系の違いを補正することにより血管走行方向の断層画像を取得する。さらに、画像構築法の中には、造影剤を用いるイメージングにおいて造影前と造影後の画像を差分することにより骨や石灰化を除去するサブトラクション法も含まれる。サブトラクション法は、骨や石灰化の影響を除去できる点で血管形状構築において極めて有用である。「注入条件」とは、血管の像を鮮明化させるために静脈ないしは動脈から注入される造影剤の注入条件である。造影剤の種類、濃度、注入速度、注入時間などは画像の質に影響を与える。 The "imaging condition 35" can be subdivided into (1) measurement conditions and (2) injection conditions. “Measurement conditions” are meant to include the intensity of irradiation waves such as magnetic fields and X-rays, and spatial and temporal resolution. An image construction method for acquiring a two-dimensional tomographic image group as an image set is included in the measurement conditions. This "image construction method" differs depending on the measurement principle of the imaging device. That is, it depends on modality. For example, in the case of MRA, since imaging/measurement is performed while scanning in the body axis direction, usually a tomographic image can be directly acquired. On the other hand, in the case of CTA or DSA, since the helical method or tomography method is used, a tomographic image is acquired by converting the measurement data using a special reconstruction function. Further, in the case of IVUS or OCT, since the inside of the blood vessel is scanned and imaged while rotating the sensor at the tip of the catheter, a tomographic image in the blood vessel traveling direction is acquired by correcting the difference in the local coordinate system at each imaging position. .. Further, the image construction method also includes a subtraction method that removes bones and calcification by subtracting the images before and after the contrast in imaging using a contrast agent. The subtraction method is extremely useful in constructing blood vessel shapes because it can remove the effects of bone and calcification. The “injection condition” is an injection condition of a contrast agent injected from a vein or an artery in order to make a blood vessel image clear. The type, concentration, injection rate, injection time, etc. of the contrast agent affect the image quality.

「撮像対象36」とは、「患者状況」や「撮像部位」に細分化できる。「患者状況」とは、血管病変の程度や治療の有無に関連する。「血管病変」とは、例えば動脈硬化によるものが挙げられる。動脈硬化が進行すると石灰化を伴うことが多いが、このような動脈硬化部位を含む画像では、石灰化(または高度石灰化)のために画像に局所的なハレーションが起きている場合があり、血管形状の構築に影響を及ぼす。「治療の有無」とは、例えば対象血管部位へのステント、コイル、クリップ等の治療機器が体内に留置されているかどうかである。このような治療機器の留置治療を受けた患者では、当該治療機器周辺にノイズが発生し画像の質を低下させる場合がある。「撮像部位」とは、部位依存的に画像の質に影響を与える因子を示す。例えば、鼻腔近傍はMRAで撮像する場合、空気層による磁場の空間変動が起こる傾向にある。また、骨などの硬組織周辺はCTAで撮像する場合、当該骨と血管との識別が困難な傾向にある。 The "imaging target 36" can be subdivided into "patient status" and "imaging site". The “patient situation” is related to the degree of vascular lesion and the presence or absence of treatment. Examples of the "vascular lesion" include those caused by arteriosclerosis. When arteriosclerosis progresses, it often accompanies calcification, but in an image including such an arteriosclerosis site, local halation may occur in the image due to calcification (or advanced calcification), Affects the construction of blood vessel shape. The “presence or absence of treatment” is, for example, whether or not a treatment device such as a stent, a coil, or a clip is indwelling in the target blood vessel site. In a patient who has undergone indwelling treatment with such a treatment device, noise may occur around the treatment device and the image quality may deteriorate. The “imaging region” refers to a factor that affects the image quality in a region-dependent manner. For example, in the case of MRA imaging in the vicinity of the nasal cavity, there is a tendency for spatial variation of the magnetic field due to the air layer. In addition, when imaging around a hard tissue such as a bone by CTA, it tends to be difficult to distinguish the bone from the blood vessel.

以上のように、画像特性の違いをもたらす要因は極めて多数のパラメータにより影響され、当該要因に応じた医用画像の質的な画像補正は血流解析の精度保証のために不可欠である。 As described above, the factors that cause the difference in the image characteristics are influenced by an extremely large number of parameters, and the qualitative image correction of the medical image according to the factors is indispensable for ensuring the accuracy of the blood flow analysis.

したがって、以下の各工程で、各種要因に応じた画像補正を行う。 Therefore, in each of the following steps, image correction is performed according to various factors.

(画像判別工程(ステップS2))
このステップS2では、画像判別部12が、「画像属性情報」および「画像分析情報」の2つを画像適正情報として符号化・数値化し、これに基づいて血流解析のための入力画像として処理可能かの入力可否判断を行う。
(Image discrimination step (step S2))
In this step S2, the image discriminating unit 12 encodes and digitizes two pieces of "image attribute information" and "image analysis information" as image proper information, and processes them as input images for blood flow analysis based on these. Whether or not input is possible is determined.

図7は、画像判別部12の構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram of the image determination unit 12.

この画像判別部12は、医用画像を入力とし、(1)機器特性判別部と、(2)撮像特性判別部と、(3)画像適正判別部とを有する構成となっており、医用画像と画像適正度を出力する。 The image discriminating unit 12 receives a medical image, and has a configuration including (1) a device characteristic discriminating unit, (2) an image capturing characteristic discriminating unit, and (3) an image proper discriminating unit. Outputs the image adequacy.

まず、医用画像が入力されると(ステップS2−0)、画像適正情報として機器特性の判別が、メーカー判別部とモダリティー判別部とによってなされる(ステップS2−1−1及びステップS2−1−2)。これにより、医用画像を与えた機器のメーカー及びモダリティーが判別される。メーカー及びモダリティーの情報は医用画像に付加されているのでそれに基づいて行う。 First, when a medical image is input (step S2-0), the device characteristics are discriminated as image adequacy information by the manufacturer discrimination unit and the modality discrimination unit (steps S2-1-1 and S2-1). 2). Thereby, the manufacturer and modality of the device that gave the medical image are determined. Since the manufacturer and modality information is added to the medical image, it is based on that.

次に、撮像特性の判別が撮像条件判別部と撮像対象判別部によってなされる(ステップS2−2−1及びステップS2−2−2)。撮像特性の情報は医用画像に付加されているのでそれに基づいて行う。撮像条件に関する情報は、医用画像に属性情報として付与されているのでそれに基づいて行う(ステップS2−2−1)。 Next, the image pickup characteristics are discriminated by the image pickup condition discriminating unit and the image pickup target discriminating unit (steps S2-2-1 and S2-2-2). Since the information on the imaging characteristic is added to the medical image, it is performed based on it. The information regarding the imaging condition is added as attribute information to the medical image, and is therefore based on the attribute information (step S2-2-1).

撮像対象判別部においては、画像分析を行い、各種のノイズを判別し、画像適正情報として定量して出力する(ステップS2−2−2)。具体的には、(1)機器由来ε、(2)造影剤由来ε、(3)血管由来ε、(4)硬組織由来ε、(5)部位由来ε、(6)治療由来εの各ノイズを算出する。この実施形態において、ノイズとは血流解析を行う上での誤差要因と定義する。In the image pickup target discriminating unit, image analysis is performed, various noises are discriminated, and quantitatively output as image adequacy information (step S2-2-2). Specifically, (1) device-derived ε 1 , (2) contrast agent-derived ε 2 , (3) blood vessel-derived ε 3 , (4) hard tissue-derived ε 4 , (5) site-derived ε 5 , (6). Each noise of the treatment-derived ε 6 is calculated. In this embodiment, noise is defined as an error factor in performing blood flow analysis.

以下に具体的な算出方法を説明する。
(1)機器由来ノイズ
機器由来ノイズとは、画像の背景に含まれる機器固有のバックグラウンドノイズである。画像全体に一様に分散したランダムノイズと画像局部に縞状等のパターンで現れるバイアスノイズがある。この実施形態では、これらノイズを、ファントムによる検定画像により特徴を数値化する。より具体的には、ランダムノイズはフーリエ変換による高周波成分として、バイアスノイズは低周波成分として定量化して出力、判別する。
(2)造影剤由来ノイズ
造影剤由来ノイズとは、造影剤と血液の混合不良による輝度値のむらとして検出する。造影剤と血液が良好に混合されている場合には、造影剤の輝度値の変化は場所によらず一定の特徴を示すことから判別可能である。例えば、輝度値にむらがない場合、血管直交方向において同等であり、走行方向において緩やかに減少するなどである。上記造影剤と血液の混合不良は、造影剤の輝度値の信号強度を分析することで定量化する。
(3)血管由来ノイズ
血管由来ノイズとは、血管形状の逸脱や癒着に関連するノイズである。瘤や狭窄などの病変部では、血管の形状が正常値から逸脱する。過度に逸脱した血管形状を用いた場合には、血流解析そのものの精度が保証されない場合がある。例えば、過度に狭窄した血管では狭窄部そのものを精度よく定量化することが困難となる。癒着に対しても同様である。血管由来ノイズとは血管形状の定量化をもとに算出されるものであり、血流解析不適とされた領域を血管由来ノイズと定義して、特定する。
(4)硬組織由来ノイズ
硬組織由来ノイズとは、骨や石灰化に関連するノイズである。骨や石灰化は造影剤の輝度値を超えた高輝度信号として観察される。高輝度信号であるがゆえに、血管壁内もしくは血管外にあるにも関わらず、血管内腔の一部として誤認識されてしまいがちである。そこで、ここでは骨と石灰化による信号をノイズとして検知する。骨は解剖学的に連続的な高輝度信号とし、石灰化は周囲から孤立した不連続高輝度信号とする。この信号強度の特性の違いに基づいて両者のノイズを検出・定量化して判別する。
(5)部位由来ノイズ
部位由来ノイズは、血管周囲領域の輝度変化の度合いで検出する。精度ある血管形状構築には、血管周囲において血管内と比べて十分なコントラストがあることが望ましい。一方で、血管周囲には骨や石灰化などの硬組織、脳実質組織などの軟組織、鼻腔周囲では空気層といったノイズ成分が存在する。ここでは、血管周囲領域の輝度値の変化を分析することで部位由来ノイズを定量化し、判別する。
(6)治療由来ノイズ
治療由来ノイズとは、例えばステント、コイル、クリップ等の各種治療機器がすでに体内に埋め込まれている場合、診断機器による照射波が治療機器に反射し治療機器特有のノイズとして現れる現象である。空間局在的に一定のパターンをもつ高輝度信号として観察される特徴があり、そのパターンを検知し、信号強度を定量化することでノイズを検知する。
The specific calculation method will be described below.
(1) Device-Derived Noise Device-derived noise is device-specific background noise included in the background of an image. There are random noise that is uniformly dispersed in the entire image and bias noise that appears in a striped pattern in the local area of the image. In this embodiment, the characteristics of these noises are digitized by a test image obtained by a phantom. More specifically, random noise is quantified and output as a high-frequency component by Fourier transform, and bias noise is quantified as a low-frequency component for output.
(2) Contrast agent-derived noise Contrast agent-derived noise is detected as uneven brightness values due to poor mixing of the contrast agent and blood. When the contrast agent and blood are mixed well, the change in the brightness value of the contrast agent shows a certain characteristic regardless of the location, and therefore it can be determined. For example, when there is no unevenness in the brightness value, it is the same in the direction orthogonal to the blood vessel, and decreases gradually in the traveling direction. The poor mixing of the contrast agent and blood is quantified by analyzing the signal intensity of the brightness value of the contrast agent.
(3) Blood vessel-derived noise Blood vessel-derived noise is noise associated with deviation or adhesion of blood vessel shape. In lesions such as aneurysms and stenosis, the shape of blood vessels deviates from the normal value. If a blood vessel shape that deviates excessively is used, the accuracy of blood flow analysis itself may not be guaranteed. For example, it is difficult to accurately quantify the stenosis itself in an excessively stenotic blood vessel. The same is true for adhesions. The blood vessel-derived noise is calculated based on the quantification of the shape of the blood vessel, and the region that is not suitable for blood flow analysis is defined as the blood vessel-derived noise and specified.
(4) Hard tissue-derived noise Hard tissue-derived noise is noise associated with bone and calcification. Bone and calcification are observed as high-brightness signals exceeding the brightness value of the contrast agent. Since it is a high-intensity signal, it is likely to be erroneously recognized as a part of the lumen of the blood vessel even though it is inside or outside the blood vessel wall. Therefore, here, a signal due to bone and calcification is detected as noise. Bone is an anatomically continuous high-intensity signal, and calcification is a discontinuous high-intensity signal isolated from the surroundings. Based on the difference in the characteristics of the signal strength, both noises are detected and quantified to make a determination.
(5) Site-originated noise Site-originated noise is detected by the degree of luminance change in the blood vessel surrounding area. For accurate blood vessel shape construction, it is desirable that there is sufficient contrast around the blood vessel as compared with the inside of the blood vessel. On the other hand, noise components such as hard tissues such as bone and calcification, soft tissues such as brain parenchyma tissue, and air layers around the nasal cavity exist around blood vessels. Here, the site-derived noise is quantified and discriminated by analyzing the change in the brightness value of the blood vessel surrounding region.
(6) Treatment-originated noise Treatment-originated noise is, for example, noise peculiar to the treatment device when the irradiation wave from the diagnostic device is reflected on the treatment device when various treatment devices such as stents, coils, and clips are already implanted in the body. It is a phenomenon that appears. There is a feature that it is observed as a high-luminance signal having a spatially constant pattern, and noise is detected by detecting the pattern and quantifying the signal intensity.

ついで、画像適正の判別が画像適正度算出部と入力可否判別部によってなされる(ステップS2−3−1及びステップS2−3−2)。画像適正度算出部は、上記のノイズの総和をノイズ量と定義して算出する(ステップS2−3−1)。すなわち、総ノイズ量は

Figure 0006713690
Next, the image adequacy is discriminated by the image adequacy calculation unit and the input propriety discriminating unit (step S2-3-1 and step S2-3-2). The image adequacy calculating unit defines the sum of the above noises as the noise amount and calculates (step S2-3-1). That is, the total noise amount is
Figure 0006713690

となる。ここでα、βは係数・乗数であり、各々のノイズに対して固有の値である。これらの値は、この実施形態では、機械学習により症例数の増大に応じて最適化される仕組みとなっている。この機械学習は、院内で機械学習を行った場合には症例数の違いから最適化の程度が施設ごとに異なることになるので、画像分析結果を専用回線等により院外の外部データサーバーに転送し、外部データサーバーを通して多施設ネットワークにおいて機械学習を行うことで施設間での値の均質化を達成する。そして、ここで求められた係数・乗数α、βは適宜、画像分析情報テンプレートに書き込まれて更新され、下記のノイズ量の総和の算出及び画像適正度の算出に用いられるようになっている。 Becomes Here, α and β are coefficients and multipliers, which are unique values for each noise. In this embodiment, these values are optimized by machine learning according to the increase in the number of cases. In this machine learning, if machine learning is performed in the hospital, the degree of optimization will differ depending on the facility due to the difference in the number of cases, so the image analysis results will be transferred to an external data server outside the hospital via a dedicated line, etc. Achieve homogenization of values between facilities by performing machine learning in multi-institution network through external data server. The coefficients/multipliers α and β obtained here are appropriately written and updated in the image analysis information template, and are used for the calculation of the sum total of the noise amount and the calculation of the image adequacy described below.

一方、入力可否判別部は前述の画像属性情報(画像属性情報に基づく入力可否判別テンプレート40)および画像分析情報(画像分析情報に基づく入力可否判別テンプレート41)に基づいて入力可否判別を行う(ステップS2−3−2)。 On the other hand, the input permission/inhibition determination unit determines the input permission/inhibition based on the image attribute information (input permission determination template 40 based on the image attribute information) and the image analysis information (input permission determination template 41 based on the image analysis information) (step S2-3-2).

画像属性情報に基づく入力可否判別テンプレート(以下、「画像属性情報テンプレート」と言う)40は、入力可能とするメーカー、モダリティー、撮像条件をテンプレート化したものであり、入力可能であれば0、入力不可であれば1を出力する機能を有するテンプレートである。 An input permission/inhibition determination template (hereinafter, referred to as “image attribute information template”) 40 based on image attribute information is a template of inputtable manufacturers, modalities, and imaging conditions. This is a template having a function of outputting 1 if not possible.

画像分析情報テンプレート(以下、「画像分析情報テンプレート」と言う)41は、前記総ノイズ量で規格化した、すなわち、1未満の値を出力する機能を有するテンプレートである。具体的には、上記式で示したノイズ量の総和に関してノイズ種別毎の係数α及びβ、及び上記ノイズ総量に対するしきい値を格納する。そして、上記α、βは、上述したように、機械学習により常時更新されるようになっている。このしきい値と上記ノイズ量の比較を行うことで、画像適正度が、この実施形態では、A、B、Cのランク付けによりなされるようになっている。 The image analysis information template (hereinafter referred to as “image analysis information template”) 41 is a template that has a function of outputting a value that is standardized by the total noise amount, that is, less than 1. Specifically, the coefficients α and β for each noise type with respect to the sum of the noise amounts shown in the above equation, and the threshold value for the total noise amount are stored. Then, as described above, α and β are constantly updated by machine learning. By comparing the threshold value with the noise amount, the image adequacy is determined by the ranking of A, B, and C in this embodiment.

この入力可否判別部は、上記画像属性および画像適正度に基づいて医用画像の入力可否を判別する。例えば、上記画像属性については、特定のメーカーやモダリティーのものは入力拒否と判定する。また、画像適正度については、ランクCのものが入力拒否と判定されるようになっている。 The input availability determination unit determines whether the medical image can be input based on the image attribute and the image adequacy. For example, regarding the above-mentioned image attribute, it is determined that input is rejected for a specific manufacturer or modality. Regarding the image adequacy, those of rank C are judged to be input rejected.

その後、画像判別部12は医用画像および画像適正度を出力する(S2−4)。この実施形態では、入力可と判定された医用画像とその画像適正度を出力するが、これに限られるものではなく、例えば入力拒否と判定された場合でも、画像適正度を出力してもよい。また算出した各ノイズ量を出力してもよい。 After that, the image discrimination unit 12 outputs the medical image and the image adequacy (S2-4). In this embodiment, the medical image determined to be inputable and the image adequacy thereof are output. However, the present invention is not limited to this, and the image adequacy may be output even when it is determined that the input is rejected. .. Further, each calculated noise amount may be output.

(画像標準化工程(ステップS3))
図8は、画像標準化部13の構成図である。
(Image standardization process (step S3))
FIG. 8 is a configuration diagram of the image standardization unit 13.

この画像標準化部13は、医用画像と画像適正情報(画像適正度を含む)を入力とし、ノイズ除去部と、等方化部と、高解像度化部と、画像補正部とを有する構成となっており、標準医用画像、画像適正度、画像補正度とを出力する。 The image standardization unit 13 receives a medical image and image adequacy information (including image adequacy), and has a configuration including a noise removal unit, an isotropic unit, a resolution increasing unit, and an image correcting unit. The standard medical image, the image adequacy, and the image correction degree are output.

まず、この画像標準化部13に医用画像と画像適正度が入力されると(S3−0)、ノイズ除去部がオリジナルの医用画像に含まれるノイズを除去する(ステップS3−1)。ここでいうノイズとは、上述した(1)機器由来、(2)造影剤由来、(3)血管由来、(4)硬組織由来、(5)部位由来、(6)治療由来である。ノイズ箇所の特定は画像判別部12で画像適正情報の判別として既に完了しているので、このノイズ除去部は、原画像の特定箇所から各種のノイズ成分を除去する。 First, when the medical image and the image adequacy are input to the image standardization unit 13 (S3-0), the noise removal unit removes noise included in the original medical image (step S3-1). The noise here is derived from (1) device, (2) contrast agent, (3) blood vessel, (4) hard tissue, (5) site, and (6) treatment. Since the identification of the noise portion has already been completed by the image discrimination unit 12 as the discrimination of the image adequacy information, this noise removal unit removes various noise components from the specific portion of the original image.

上記ノイズは空間領域か周波数領域のいずれかで特定されている。この実施形態では、空間領域とは画像を直接解析することを示し、周波数領域とは、画像をフーリエ変換やウェーブレット解析を用いて周波数解析することを示している。ノイズ除去部は、各種ノイズの定量法の違いに応じて、空間領域もしくは周波数領域のいずれかにおいてノイズ成分を除去する。 The noise is specified in either the spatial domain or the frequency domain. In this embodiment, the spatial domain indicates that the image is directly analyzed, and the frequency domain indicates that the image is frequency-analyzed by using Fourier transform or wavelet analysis. The noise removing unit removes a noise component in either the spatial domain or the frequency domain according to the difference in the quantification method of various noises.

次いで、等方化部および高解像度化部が、それぞれ画像補間により等方化(ステップS3−2)および高解像度化(ステップS3−3)を行う。等方化では、空間解像度の異方性を修正し、立方体のボクセルからなる画像を取得する。高解像度化では、見かけの空間解像度を高める。 Next, the isotropic section and the high resolution section respectively perform the isotropic (step S3-2) and the high resolution (step S3-3) by image interpolation. In the isotropic process, anisotropy of spatial resolution is corrected and an image composed of cubic voxels is acquired. With higher resolution, the apparent spatial resolution is increased.

次いで、画像補正部が、画像補正を二段階に分けて行う(ステップS3−4)。 Next, the image correction unit performs the image correction in two stages (step S3-4).

まず、第一次画像補正として、機器特性および撮像特性に対する補正を行う(ステップS3−4−1)。この補正では、機器特性、すなわち機器由来の画像歪み、撮像特性、すなわち撮像由来の画像歪みを補正する。 First, as the primary image correction, the device characteristics and the imaging characteristics are corrected (step S3-4-1). In this correction, the device characteristic, that is, the image distortion due to the device, and the image pickup characteristic, that is, the image distortion due to the image pickup are corrected.

機器由来の画像歪みとは、メーカーもしくはモダリティーの違いが画像全体に与える歪みである。例えば、MRAは体軸方向に対して撮像断面をスキャンしながらスライス画像を取得し、CTAやDSAは機器を回転させながらトモグラフィー画像を、IVUSやOCTは血管内に留置したカテーテル式画像センサーを走査しながらスライス画像を取得する。これらモダリティーの違いは機器固有の画像歪みをもたらす。この実施形態では、このような画像歪みの特性を予めファントムによる画像検定から定量化し、当該ファントムによる検定画像から画像歪みを最小化するよう最適化された補正行例を用いて歪み補正を行う。 The image distortion caused by the device is the distortion given to the entire image by the difference in manufacturer or modality. For example, MRA acquires a slice image while scanning an imaging cross section in the body axis direction, CTA or DSA scans a tomographic image while rotating the device, and IVUS or OCT scans a catheter-type image sensor placed in a blood vessel. While acquiring the slice image. The difference in these modalities causes image distortion unique to the device. In this embodiment, the characteristics of such image distortion are quantified in advance from an image test using a phantom, and the distortion correction is performed using a correction line example that is optimized to minimize image distortion from the test image using the phantom.

また、撮像由来の画像歪みとは、撮像条件もしくは撮像対象が画像全体に与える歪みである。撮像条件による画像歪みには画像最構成法によるものが含まれる。この歪みも、前述と同様に、ファントム実験による補正行列を用いて歪み補正を行う。 The image distortion derived from the image pickup is the image pickup condition or the image pickup target gives to the entire image. The image distortion due to the imaging condition includes that due to the image reconstruction method. Similar to the above, this distortion is also corrected by using the correction matrix obtained by the phantom experiment.

上記第一次画像補正を終了後、後述する第二次画像補正に移行する。第一次画像補正では画像全体の歪みを対象としたが、第二次画像補正では局所的な血管形状歪みを対象とする。この実施形態における血管形状構築では、後述するように血管内外の領域分割を行う。この領域分割とは血管内から血管外への輝度値の変化に対して何等かの基準を適用することで内外を判定するものであるが、血管内外の境界領域における輝度値の変化は対象血管中の位置によらず一定であることが望ましい。血管内外の境界付近(境界領域)における輝度値の変化が対象血管中の位置によって異なると、構築される血管形状に局所的な歪みを生じる場合があるためである。 After the above primary image correction is completed, the process proceeds to the secondary image correction described later. The primary image correction targets distortion of the entire image, whereas the secondary image correction targets local blood vessel shape distortion. In the blood vessel shape construction in this embodiment, the area inside and outside the blood vessel is divided as described later. This area division is to judge the inside and outside by applying some criterion to the change in the brightness value from inside the blood vessel to outside the blood vessel, but the change in the brightness value in the boundary area inside and outside the blood vessel is It is desirable to be constant regardless of the position inside. This is because when the change in the brightness value near the boundary between the inside and outside of the blood vessel (boundary area) differs depending on the position in the target blood vessel, local distortion may occur in the constructed blood vessel shape.

例えば、直線的な形状の血管部分と湾曲した形状の血管部分とで、上記血管内外の境界領域における輝度値変化が異なる場合があり、何ら補正処理を行なわずにこのような医用画像に基づいて血管形状構築を行なうと、構築された血管形状に位置によって異なる歪みが与えられることが予測される。より具体的には、非造影MRAの場合では、輝度値そのものが流速依存性となるため血管の外周と内周で輝度値が変化してしまい、構築された血管形状に歪みをもたらす場合がある。また、造影剤を用いたCTAやDSAでは、輝度値は濃度依存性である。すなわち、造影剤を用いたCTAやDSAでは、非造影MRAの場合のような流速による輝度値の変化は起こらないが、造影剤が血液と比して比重が高く血管断面において均質に分散しているとは限らないために、造影剤と血液の混合不良により血管内外の境界領域における輝度値の変化に場所依存性をもたらす場合がある。 For example, there may be a case where the blood vessel portion having a linear shape and the blood vessel portion having a curved shape have different brightness value changes in the boundary region inside and outside the blood vessel, and based on such a medical image without performing any correction processing. When the blood vessel shape is constructed, it is expected that the constructed blood vessel shape will be distorted differently depending on the position. More specifically, in the case of non-contrast MRA, the brightness value itself becomes flow rate-dependent, so that the brightness value changes between the outer circumference and the inner circumference of the blood vessel, which may cause distortion in the constructed blood vessel shape. .. Also, in CTA and DSA using a contrast agent, the brightness value is concentration-dependent. That is, in CTA or DSA using a contrast agent, the change in the brightness value due to the flow velocity does not occur as in the case of non-contrast MRA, but the contrast agent has a higher specific gravity than blood and is uniformly dispersed in the blood vessel cross section. Since it is not always the case, the poor mixing of the contrast medium and blood may bring place-dependence on the change of the brightness value in the boundary region inside and outside the blood vessel.

そこで、画像補正部は、第1の画像補正が行われた医用画像の血管壁周辺の輝度値から輝度勾配を算出し(ステップS3−4−2)、当該輝度勾配の変化量に基づき補正対象とする箇所を検知する(ステップS3−4−3)。画像補正部は、輝度勾配値を長軸・短軸の二軸に対して算出する。ここで長軸とは血管走行方向にとられた座標軸であり、短軸とは血管直交方向に取られた座標軸である。血管走行・直交方向の算出の仕方は、形状構築(ステップ4)で詳述する。この実施形態では、血管内外の輝度勾配値を算出し、当該輝度勾配値が閾値以下の箇所を要補正箇所として検知する。輝度勾配値が低い箇所は流速が低下している箇所であり、血管壁の形状を歪ませてしまう要因となるためである。 Therefore, the image correction unit calculates the brightness gradient from the brightness value around the blood vessel wall of the medical image subjected to the first image correction (step S3-4-2), and corrects the brightness based on the change amount of the brightness gradient. The location to be set is detected (step S3-4-3). The image correction unit calculates the brightness gradient value with respect to the two axes of the long axis and the short axis. Here, the long axis is a coordinate axis taken in the blood vessel running direction, and the short axis is a coordinate axis taken in the blood vessel orthogonal direction. A method of calculating the blood vessel traveling/orthogonal direction will be described in detail in the shape construction (step 4). In this embodiment, a brightness gradient value inside and outside the blood vessel is calculated, and a location where the brightness gradient value is equal to or less than a threshold value is detected as a correction required location. This is because the location where the brightness gradient value is low is the location where the flow velocity is reduced, which may distort the shape of the blood vessel wall.

ついで、要補正とされた箇所について、形態情報もしくは血流情報に基づき、第二次画像補正を行う(ステップS3−4−4)。この実施形態において、上記形態情報および血流情報は、統計平均値として算出された血管統計モデルおよび血流統計モデルである。血管統計モデルは、血管を流れ方向に対してのテーパ管とし、その形状変化を数理モデルで置き換えたものである。また、血流統計モデルは、血流依存的に現れる輝度値の変化様式を数理モデルで置き換えたものである。例えば、血流統計モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものである。これら統計モデルは、標準医用画像データベースから機械学習により取得する。この実施形態では、標準医用画像データベースは、施設間での違いをなくすために院外に配置され多施設共有型のネットワークから構成される。 Then, the secondary image correction is performed on the portion requiring correction based on the morphological information or the blood flow information (step S3-4-4). In this embodiment, the morphological information and the blood flow information are a blood vessel statistical model and a blood flow statistical model calculated as statistical average values. The blood vessel statistical model is a vessel in which the blood vessel is a tapered tube in the flow direction and its shape change is replaced by a mathematical model. Moreover, the blood flow statistical model is a model in which the change pattern of the brightness value that appears in a blood flow-dependent manner is replaced with a mathematical model. For example, the blood flow statistical model is a mathematical model of blood flow information obtained by analyzing the actual blood flow information measured by the phase contrast MRI method or the spatial distribution of flow velocity dependence. These statistical models are acquired by machine learning from a standard medical image database. In this embodiment, the standard medical image database is composed of a multi-institution shared network arranged outside the hospital in order to eliminate the difference between the facilities.

第二次画像補正が終了した段階で、標準医用画像、画像適正度、画像補正度を出力する(ステップS3−4−5)。尚、この実施形態において、画像補正度は補正箇所の領域の大きさである。 When the secondary image correction is completed, the standard medical image, the image adequacy, and the image correction degree are output (step S3-4-5). In this embodiment, the image correction degree is the size of the area of the correction portion.

(形状構築(ステップ4))
図9は、血管形状構築部14を示す構成図である。
(Shape construction (step 4))
FIG. 9 is a configuration diagram showing the blood vessel shape construction unit 14.

入力は、前記工程で標準化された医用画像、画像適正度、画像補正度であり、出力は、血管形状データ、病変部位・種類、画像適正度、画像補正度である。 Inputs are medical images standardized in the above process, image adequacy, and image correction, and outputs are blood vessel shape data, lesion site/type, image adequacy, and image correction.

血管形状構築部14は、領域分割(粗抽出)部と、構造解析部と、領域分割(精密抽出)部と、癒着検出・分離部と、領域設定部と、形状構築部とを有する。 The blood vessel shape construction unit 14 includes a region division (rough extraction) unit, a structure analysis unit, a region division (precision extraction) unit, an adhesion detection/separation unit, a region setting unit, and a shape construction unit.

領域分割部は、領域分割を血管ごとに設けた適応的な基準にもとづき行う適応的血管領域分割、及び、粗抽出から精密抽出または精密抽出を繰り返し行う再帰的血管領域分割を実行する。 The area dividing unit executes adaptive blood vessel area division that performs area division based on an adaptive criterion provided for each blood vessel, and recursive blood vessel area division that repeatedly performs fine extraction or fine extraction.

領域設定において、各血管および病変部位にラベリングを行い、解剖学的テンプレートを参照にして血流解析に必要な血管領域をコンピュータが設定することを自動血管領域設定と称す。 In the region setting, labeling each blood vessel and lesion site, and referring to the anatomical template, the computer sets the blood vessel region necessary for blood flow analysis is called automatic blood vessel region setting.

この血管形状構築部14は、まず、閾値を仮に算出し(ステップS4−1−1−1)、画像全体を二値化する(ステップS4−1−1−2)ことで粗抽出を行う。閾値は画像全体の輝度値のヒストグラムから所定の基準を設けて算出したものを用いる。ただし、この後述する癒着の検出の度合いが高いと判定された場合には閾値を厳格化して対応する。画像全体で二値化を行った段階である程度の血管形状を得ることができるが全体に対して一義的な閾値を与えているため血管抽出精度は粗いものである。 The blood vessel shape construction unit 14 first performs a rough extraction by temporarily calculating a threshold value (step S4-1-1-1) and binarizing the entire image (step S4-1-1-2). As the threshold value, one calculated from a histogram of brightness values of the entire image by setting a predetermined reference is used. However, when it is determined that the degree of adhesion detection, which will be described later, is high, the threshold value is made stricter. Although the blood vessel shape can be obtained to some extent when binarization is performed on the entire image, the blood vessel extraction accuracy is rough because a unique threshold is given to the entire image.

次に、血管形状構築部は、細線化を行う(ステップS4−2−1)。細線化とは、血管の中心線を取得する技術である。いくつかの手法がよく知られているが、この実施形態では、例えば、血管外周側から一皮ずつ中心へと皮を向いていくことで血管の芯を抽出し、血管走行方向にスプライン曲線などをフィティングすることで中心線とする。 Next, the blood vessel shape construction unit performs thinning (step S4-2-1). Thinning is a technique for acquiring the center line of a blood vessel. Although several techniques are well known, in this embodiment, for example, the core of the blood vessel is extracted by facing the skin from the outer peripheral side of the blood vessel to the center one skin at a time, and a spline curve in the blood vessel traveling direction, etc. Is fitted to form the center line.

その後、血管形状構築部14は、取得した血管の中心線を用いて血管構造をグラフ化する(ステップS4−2−2)。すなわち、すなわち、血管中心線においてその端部・分岐点を特定し、図11(b)に示すような節点(node)と辺(edge)の接続関係を示したグラフを取得する。以下、端点・分岐点間の中心線に対応する各血管部分を血管要素と言う。 After that, the blood vessel shape construction unit 14 graphs the blood vessel structure using the acquired center line of the blood vessel (step S4-2-2). That is, that is, the end portion/branch point of the blood vessel center line is specified, and a graph showing the connection relationship between the node (node) and the side (edge) as shown in FIG. 11B is acquired. Hereinafter, each blood vessel portion corresponding to the center line between the end points/branching points is referred to as a blood vessel element.

次に、グラフ化した各辺の走行方向を基準にして画像分析を行う(ステップS4−2−3)。より具体的には、血管走行方向の各点において血管走行方向に垂直な断層画像を特定し、各節点間の断層画像群から血管要素ごとに血管内外の境界領域における輝度値の変化特性を取得する。すなわち、血管要素ごとに適応的な内外判定基準を得る。この実施形態では、血管中心線上の輝度値と背景輝度値の差の半値を内外判定基準とする。この血管要素ごとの内外判定基準を用いることで以後の抽出処理では、各血管適応的に二値化を行うことができる。尚、この構造解析は、血管要素ごとに輝度値の変化特性を取得してもよいし、一つの血管要素を細分化した微小領域ごとに輝度値の変化特性を取得してもよい。 Next, image analysis is performed based on the traveling direction of each side graphed (step S4-2-3). More specifically, a tomographic image perpendicular to the blood vessel traveling direction is specified at each point in the blood vessel traveling direction, and the change characteristic of the brightness value in the boundary region inside and outside the blood vessel is acquired for each blood vessel element from the tomographic image group between each node. To do. That is, an adaptive inside/outside determination criterion is obtained for each blood vessel element. In this embodiment, the half value of the difference between the brightness value on the blood vessel center line and the background brightness value is used as the inside/outside determination criterion. By using the inside/outside determination criteria for each blood vessel element, binarization can be adaptively performed for each blood vessel in the subsequent extraction processing. In this structural analysis, the change characteristic of the brightness value may be acquired for each blood vessel element, or the change characteristic of the brightness value may be acquired for each minute region in which one blood vessel element is subdivided.

次に、この血管形状構築部14は、血管要素ごとでの領域分割を行ったのち、再度、細線化から繰り返し領域分割を行うことで精度向上を実現する。領域分割を繰り返すことで中心線の特定を場所依存的に行い、それにより血管の領域分割の精度を向上させることができる。粗抽出では上述したとおり全体に対して一つの基準を適用していたが、精密抽出では血管要素ごとに基準を適応的に適用させる精密抽出を繰り返すことで一つの血管においても部位ごとに最適化された基準を適用させる。この実施形態では、粗抽出により特定された血管領域を基準とし、精密抽出を行うごとに得られる血管領域との差分を定量化する。そして、この差分の収束性を判定することで精密抽出の終了条件を与える。すなわち、差分が閾値を上回る場合は精密抽出を繰り返し、閾値以下となった場合に、精密抽出を終了する。 Next, the blood vessel shape construction unit 14 realizes accuracy improvement by performing area division for each blood vessel element and then performing area division again from thinning again. By repeating the region division, the centerline can be specified in a place-dependent manner, and thereby the accuracy of the region division of the blood vessel can be improved. In rough extraction, one criterion was applied to the whole as described above, but in precise extraction, it is optimized for each site even in one blood vessel by repeating precision extraction that adaptively applies the criterion for each blood vessel element. Apply the specified criteria. In this embodiment, the blood vessel region specified by the rough extraction is used as a reference, and the difference with the blood vessel region obtained each time the precision extraction is performed is quantified. Then, by determining the convergence of this difference, a condition for ending the precise extraction is given. That is, when the difference exceeds the threshold value, the precision extraction is repeated, and when the difference becomes equal to or less than the threshold value, the precision extraction ends.

次に、血管形状構築部14は、癒着の検出・分離を行う(ステップS4−3)。ここでいう癒着とは図10に示すように、本来血管同士は癒着していないにも関わらず、画像精度の不足から癒着しているかのようにみえる現象である。この現象を以下、「癒着」または、「癒着アーチファクト」と言う。 Next, the blood vessel shape construction unit 14 detects and separates adhesions (step S4-3). As shown in FIG. 10, the adhesion here means a phenomenon in which blood vessels originally do not adhere to each other, but they seem to adhere to each other due to insufficient image accuracy. Hereinafter, this phenomenon is referred to as "adhesion" or "adhesion artifact".

通常、血管とは全身レベルでは一巡閉鎖系のループ回路となっているが、血流解析が取り扱う比較的に微視的な領域においてループは形成しない。従って、この実施形態では、ループの有無に応じて癒着の有無を検出する(ステップS4−3−1)。具体的には、図11に示すように、癒着部位の検出を、血管形状のグラフ化、および当該グラフの深さ優先探索により行う。すなわち、端点と分岐点を検出し、それらの接続関係を調べる。 Normally, a blood vessel is a loop circuit of a closed loop at the whole body level, but no loop is formed in a relatively microscopic region handled by blood flow analysis. Therefore, in this embodiment, the presence/absence of adhesion is detected depending on the presence/absence of a loop (step S4-3-1). Specifically, as shown in FIG. 11, the adhesion site is detected by graphing the blood vessel shape and depth-first search of the graph. That is, the end point and the branch point are detected, and the connection relationship between them is examined.

例えば、図11(a)に示す血管形状をもとに処理された図11(b)に示すグラフでは血管の分岐構造が表現されている。この図上で、円で示したものは節点であり、端点または分岐点を示す。癒着が生じると、このグラフに閉路(ループ)として表れるようになっており、この閉路をグラフの深さ擾先探索を行うことで検出する。これは初期の節点からすべての節点を通るように辺をたどっていく操作である。たどり方の規則は以下の通りである。
(1)分岐点に来たときには、通過していない辺を選び、次の節点に進む。
(2)端点に来たときには、手前の分岐点に戻る。
(3)分岐点に戻ったときに通過していない辺がなければ、手前の分岐点に戻る。
For example, the branch structure of a blood vessel is represented in the graph shown in FIG. 11B processed based on the blood vessel shape shown in FIG. 11A. In this figure, the circles indicate nodes, and end points or branch points. When adhesion occurs, it appears as a closed loop (loop) in this graph, and this closed loop is detected by performing a depth tip search of the graph. This is an operation that follows an edge from the initial node to pass through all nodes. The rules of how to follow are as follows.
(1) When a branch point is reached, select an edge that has not passed and proceed to the next node.
(2) When reaching the end point, return to the fork point in front.
(3) If there is no side that has not passed when returning to the branch point, return to the preceding branch point.

図11(c)において、各節点の番号は分岐深さ優先探索の訪問順序を表す。また、実線矢印は往路、点線矢印は復路を示す。この図11(c)に示す例では5番と6番の間に閉路が生じている。深さ優先探索を行うと、5番の節点から6番,7番,8番と進み6番に戻ってくる。ここで、往路は図の下側の辺を通ってきたので、上側の辺はまだ通過していない。ところが上の辺を選ぶとすでに訪問済みの5番に着く。閉路がなければ訪問済みの節点に戻るのは復路だけであるが、閉路が存在する場合は往路で訪問済みの節点に到達する。従って、節点と辺の通過状況を記録しておくことによって閉路を検出することができ、閉路と判定された時点の節点(図11(c)に示す例では6番)が癒着部位とみなすことができる。 In FIG. 11C, the number of each node represents the visit order of the branch depth priority search. In addition, the solid arrow indicates the outward path and the dotted arrow indicates the return path. In the example shown in FIG. 11(c), a closed circuit occurs between No. 5 and No. 6. When the depth-first search is performed, the node No. 5 advances to Nos. 6, 7, 8 and returns to No. 6. Here, since the outward route has passed through the lower side of the figure, the upper side has not yet passed. However, if you choose the upper side, you will arrive at No. 5, which has already been visited. If there is no closed circuit, only the returning route returns to the visited node, but if there is a closed route, the visited node is reached on the outward route. Therefore, it is possible to detect a closed circuit by recording the passing conditions of the node and the side, and regard the node (No. 6 in the example shown in FIG. 11(c)) at the time when the closed circuit is determined as the adhesion site. You can

血管形状構築部14は、癒着部位を検出すると、次に当該癒着部位の分離を行う(ステップ4−3−2)。この癒着分離は、ある閾値を設定し、癒着の程度を評価することで行なう。癒着の程度が閾値以上であれば、領域分割の始点にもどり、より厳格な基準で二値化を行うことで積極的に癒着の程度を緩和する。癒着の程度が閾値以下であれば、癒着部位に接続されている血管の走行方向と形状にもとづいて癒着部位を分離する。分離の処理は、血管領域、中心線、血管の走行方向および断面積に基づいて行う。血管領域、中心線、血管の走行方向は領域分割および構造解析で取得したものであり、血管の断面は血管領域の血管走行方向に垂直な断面を計測することにより取得する。 When the blood vessel shape constructing unit 14 detects the adhesion site, it then separates the adhesion site (step 4-3-2). This adhesion separation is performed by setting a certain threshold and evaluating the degree of adhesion. If the degree of adhesion is equal to or greater than the threshold value, the degree of adhesion is positively relaxed by returning to the starting point of the region division and performing binarization based on a stricter criterion. If the degree of adhesion is less than or equal to the threshold value, the adhesion site is separated based on the running direction and shape of the blood vessel connected to the adhesion site. The separation process is performed based on the blood vessel region, the center line, the running direction of the blood vessel, and the cross-sectional area. The blood vessel region, the center line, and the running direction of the blood vessel are acquired by region segmentation and structural analysis, and the cross section of the blood vessel is obtained by measuring the cross section perpendicular to the blood vessel running direction of the blood vessel region.

分離処理の流れは以下の通りである。
(1)血管の断面積の変化から癒着区間を求める。
(2)癒着区間の前後の血管の中心線を用いて、癒着区間の中心線を推定する。
(3)癒着区間の血管断面において二つの接する楕円を血管表面の輪郭に当てはめることによって各血管の形状を推定する。
(4)癒着区間断面を二つに分割する。
The flow of the separation process is as follows.
(1) Obtain the adhesion section from the change in the cross-sectional area of the blood vessel.
(2) The centerline of the adhesion section is estimated using the centerlines of the blood vessels before and after the adhesion section.
(3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two contacting ellipses to the contour of the blood vessel surface in the blood vessel cross section of the adhesion section.
(4) Divide the adhesion section cross section into two.

以下に、図12を参照して、上記(1)〜(4)の各分離処理をより詳細に説明する。まず、癒着区間とその前後における血管の断面積を計測する。癒着している部分は二本の血管が一体となっているため、血管の走行に沿って断面積をプロットしていくと図12(a)中の下方に示したグラフのように癒着区間のみ断面積が増大する。この変化を検出して、癒着区間を決定する。 The respective separation processes (1) to (4) will be described in more detail below with reference to FIG. First, the cross-sectional area of the blood vessel before and after the adhesion section is measured. Since two blood vessels are integrated in the part where adhesion is made, when the cross-sectional area is plotted along the running of the blood vessel, only the adhesion section is shown as shown in the lower graph in Fig. 12(a). The cross-sectional area increases. By detecting this change, the adhesion section is determined.

次に血管の中心線に着目すると、元々は二本だった中心線が内側へとずれていき、ついには接して分岐点となる。図12(a)上図において一点鎖線で示したものがそれに相当する。しかし、本来は二本の血管であるから、図12(a)上図において点線で示したように、交わることの無い二本の曲線になっているはずである。そこで、癒着区間の本来の中心線をその前後の中心線から補間することによって推定する。その次に、推定された中心線を用いて、癒着区間の断面上で各血管の輪郭を推定する。図12(b)は癒着区間における血管走行方向に垂直な断面を示している。二つの黒い点51は推定された中心線を示す。血管の断面は楕円と仮定して、二つ楕円52の中心が既知であり、接しているという条件の下で癒着区間の血管の輪郭53に二つの楕円を当てはめる。図12(b)の点線が当てはめた二つの楕円を示す。最後に、癒着区間の内部を二つの血管の径の比に応じて二つの領域に分割し、分離処理を完了する。 Next, when focusing on the centerline of the blood vessel, the originally two centerlines shift inward and finally come into contact with each other to form a branch point. What is indicated by the alternate long and short dash line in the upper diagram of FIG. However, since it is originally two blood vessels, it should have two curves that do not intersect, as shown by the dotted line in the upper diagram of FIG. Therefore, it is estimated by interpolating the original center line of the adhesion section from the center lines before and after it. Then, using the estimated center line, the contour of each blood vessel is estimated on the cross section of the adhesion section. FIG. 12B shows a cross section perpendicular to the blood vessel traveling direction in the adhesion section. The two black dots 51 indicate the estimated centerline. Assuming that the cross section of the blood vessel is an ellipse, the two ellipses 52 are fitted to the outline 53 of the blood vessel in the adhesion section under the condition that the centers of the two ellipses 52 are known and are in contact with each other. The two ellipses to which the dotted line of FIG.12(b) fits are shown. Finally, the inside of the adhesion zone is divided into two regions according to the ratio of the diameters of the two blood vessels, and the separation process is completed.

次にこの血管形状構築部14は、血管ごとにラベリングを行う(ステップS4−4−1)。血管のラベリングは、主要血管を特定し、グラフデータに基づき各血管をトラッキングすることで行う。解剖学的位置・配向性を示す解剖学テンプレートと照合することで各血管にコンピュータが自動的にラベリングを行う。この際、血管病変と疑われる位置を特定する。血管病変とは血管の瘤化や狭窄であり、血管形状が局所的に変化するものである。血管ごとに血管走行方向の形状変化を分析することで病変の種類・部位の特定を行う。例えば、瘤であれば局所的に断面積が増大するのに対し狭窄であれば局所的に断面積は減少する。この断面積変化の度合いに応じて病変部位・種類を特定する。 Next, the blood vessel shape construction unit 14 performs labeling for each blood vessel (step S4-4-1). Labeling of blood vessels is performed by identifying main blood vessels and tracking each blood vessel based on graph data. The computer automatically labels each blood vessel by matching it with the anatomical template showing the anatomical position and orientation. At this time, the position suspected to be a vascular lesion is specified. A vascular lesion is a lump or narrowing of a blood vessel, and the shape of the blood vessel locally changes. The type and site of the lesion are identified by analyzing the shape change in the blood vessel running direction for each blood vessel. For example, a lump has a locally increased cross-sectional area, whereas a stenosis has a locally reduced cross-sectional area. The lesion site/type is specified according to the degree of change in the cross-sectional area.

次に、血管形状構築部14は、フィルタリングで血流解析のための血管形状を構築するために不要な血管を削除する(ステップS4−4−2)。不要な血管とは血流解析には不適な細血管や短血管である。血管の直径や長さは細線化・グラフ化で取得していることから規定された閾値と照合することでフィルタリングを行う。その後、病変の種類・部位に応じて血流解析のための領域を自動的に抽出する(ステップS4−4−3)。ここでは、事前に準備されたテンプレートを参考にして決定している。 Next, the blood vessel shape construction unit 14 deletes unnecessary blood vessels for constructing a blood vessel shape for blood flow analysis by filtering (step S4-4-2). The unnecessary blood vessels are small blood vessels and short blood vessels that are not suitable for blood flow analysis. Since the diameter and length of the blood vessel are acquired by thinning and graphing, filtering is performed by matching with the specified threshold. After that, a region for blood flow analysis is automatically extracted according to the type and site of the lesion (step S4-4-3). Here, it is decided with reference to the template prepared in advance.

次に、この血管形状構築部14は、マーチングキューブ法などにより血管の局面をポリゴンにより形成し、適切なスムージングとともに血流解析のための血管形状データを取得する(ステップS4−5)。なお、ここではマーチングキュームに限らず、血管壁面を数理モデルで構成したものを用いてもよいし手法は問わない。 Next, the blood vessel shape construction unit 14 forms a blood vessel phase by polygons by the marching cube method or the like, and acquires blood vessel shape data for blood flow analysis with appropriate smoothing (step S4-5). Note that, here, the method is not limited to the marching cum, and a vessel wall surface configured by a mathematical model may be used and the method is not limited.

その後、この血管形状構築部14は、血管形状データ、病変部位・酒類の特定データ、画像適正度、画像補正度の各データを出力する(ステップS4−6)。 Then, the blood vessel shape construction unit 14 outputs the blood vessel shape data, the lesion site/liquor identification data, the image adequacy, and the image correction degree (step S4-6).

(形状計測から出力まで(ステップS5〜S7))
次に、形状計測部15と品質評価部16の動作を図13を参照して説明する。
(From shape measurement to output (steps S5 to S7))
Next, the operations of the shape measuring unit 15 and the quality evaluation unit 16 will be described with reference to FIG.

この場合、入力は、(1)血管形状データ、(2)病変部位・種類、(3)画像適正度、(4)画像補正度であり、出力は(1)血管形状データ、(2)血管形状計測データ、(3)病変部位・種類、(4)病変形状計測データ、(5)品質スコアとなる。 In this case, inputs are (1) blood vessel shape data, (2) lesion site/type, (3) image adequacy, (4) image correction degree, and outputs are (1) blood vessel shape data, (2) blood vessel. It is the shape measurement data, (3) lesion site/type, (4) lesion shape measurement data, and (5) quality score.

形状計測部15は、ラベル化された血管・病変の領域のそれぞれにおいて、ポリゴン化された血管形状データ((ステップS5−0で入力された(1)血管形状データ及び(2)病変部位・種類))をもとに形状計測を行う(ステップS5−1)。正常血管部位に対しては、血管の中心線に基づいて直交断面を構築することで等価直径を算出し形状計測の基本とする。この実施形態では、長さ、表面積、体積などの基本値の他に、真円からの逸脱度を算出した血管歪みなどを計測する。病変形状に対しては種類に応じた形状計測を行う。例えば、瘤の場合は、ネック長さ、瘤深さ、アスペクト比、表面積、体積などを計測する。 The shape measuring unit 15 calculates polygonalized blood vessel shape data (((1) blood vessel shape data and (2) lesion site/kind input in step S5-0) in each of the labeled blood vessel/lesion areas. )) is used to measure the shape (step S5-1). For a normal blood vessel site, an equivalent diameter is calculated by constructing an orthogonal cross section based on the center line of the blood vessel, which is the basis of shape measurement. In this embodiment, in addition to basic values such as length, surface area, and volume, blood vessel strain and the like calculated from the degree of deviation from a perfect circle are measured. The shape of the lesion is measured according to the type. For example, in the case of a bump, the neck length, bump depth, aspect ratio, surface area, volume, etc. are measured.

上記形状計測の後に、品質評価部16が、得られた血管形状データに対して品質評価を行う(ステップS6)。この実施形態において、品質評価とは、(1)画像適正度、(2)画像補正度、(3)形状構築精度、の3つを対象としてスコアリングされる血管形状データの総合評価値である。(1)(2)に関しては前述の通りである。(3)形状構築精度とは、この実施形態では血管壁特定精度である。血管壁特定精度を定量化する方法は一つではないが、この実施形態では、ポリゴン化された血管形状データを医用画像に重畳することで定量化する。すなわち、血管壁近傍の輝度勾配値を用いて行う。 After the shape measurement, the quality evaluation unit 16 performs quality evaluation on the obtained blood vessel shape data (step S6). In this embodiment, the quality evaluation is a comprehensive evaluation value of the blood vessel shape data that is scored for three of (1) image adequacy, (2) image correction degree, and (3) shape construction accuracy. .. (1) and (2) are as described above. (3) The shape construction accuracy is the blood vessel wall identification accuracy in this embodiment. Although there is no single method for quantifying the blood vessel wall identification accuracy, in this embodiment, the blood vessel shape data that has been polygonized is quantified by superimposing it on a medical image. That is, the brightness gradient value near the blood vessel wall is used.

より具体的には、図14(a)に示すように、ポリゴン化された血管形状データの微小面(微小三角形要素)の重心に対して血管表面直行方向に線分Xiを形成し、当該線分に沿って輝度勾配を算出する。図14(b)に横軸をXi、縦軸を輝度値とするグラフを示す。同図に示すように、血管内から血管外に向けて輝度値が低下する。低下の度合いが急峻であればあるほど血管内外のコントラストが明瞭であるため血管形状構築精度が高いことを意味する。そこで、品質評価部16は、上記輝度勾配を血管形状データの各三角形要素に対して算出する。図14(c)は、1血管要素の各三角形要素における輝度勾配をヒストグラムにしたものである。尚、この実施形態では、各血管要素に対してヒストグラムを作成しているがこれに限られない。その後、ヒストグラムに対して閾値を設定することで形状構築精度を定量化する。例えば、図14(c)に斜線で示すように輝度勾配が閾値以下のものを品質低下と判定し、その閾値以下の割合を算出する。 More specifically, as shown in FIG. 14A, a line segment Xi is formed in the direction perpendicular to the blood vessel surface with respect to the center of gravity of the minute surface (minute triangular element) of the polygonalized blood vessel shape data, and the line concerned is formed. Calculate the brightness gradient along the minute. FIG. 14B shows a graph in which the horizontal axis represents Xi and the vertical axis represents luminance value. As shown in the figure, the brightness value decreases from inside the blood vessel to outside the blood vessel. The steeper the degree of decrease, the clearer the contrast between the inside and outside of the blood vessel, which means that the blood vessel shape construction accuracy is higher. Therefore, the quality evaluation unit 16 calculates the brightness gradient for each triangular element of the blood vessel shape data. FIG. 14C is a histogram of the brightness gradient in each triangular element of one blood vessel element. In this embodiment, a histogram is created for each blood vessel element, but the present invention is not limited to this. After that, a threshold is set for the histogram to quantify the shape construction accuracy. For example, as shown by the shaded area in FIG. 14C, when the brightness gradient is less than or equal to the threshold value, it is determined that the quality is degraded, and the ratio below the threshold value is calculated.

その後、品質評価部16は、品質評価値Xを(1)画像適正度(α)、(2)画像補正度(β)、(3)形状構築精度(γ)を用いて下式より算出する。

Figure 0006713690
After that, the quality evaluation unit 16 calculates the quality evaluation value X from the following formula using (1) image adequacy (α), (2) image correction (β), and (3) shape construction accuracy (γ). ..
Figure 0006713690

ここで各比例係数kα、kβ、kγは、品質評価値Xの最大値が1となるように規格化された値であり、各値に対し個別に割り当てられている。Here, the respective proportional coefficients k α , k β and k γ are values standardized so that the maximum value of the quality evaluation value X is 1, and are individually assigned to each value.

最後に、この装置10は、血管形状データ、血管形状計測データ、病変部位・種類、病変形状計測データ、品質スコア等を出力する(ステップS7)。尚、品質スコアは、上記品質評価値Xそのものであってもよいし、品質評価値Xをグレードに分類して文字として表現しても良い。また、血管形状データに重畳して表示させてもよい。 Finally, the device 10 outputs blood vessel shape data, blood vessel shape measurement data, lesion site/type, lesion shape measurement data, quality score and the like (step S7). The quality score may be the quality evaluation value X itself, or the quality evaluation value X may be classified into grades and expressed as characters. Alternatively, the blood vessel shape data may be superimposed and displayed.

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In addition, the configuration of each part of the device in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications can be made as long as substantially the same action is exhibited.

例えば、上記実施形態では、画像判別部12においてノイズ量に基づいて画像適正度を判別しているが、これに限られるものではなく、例えば、その他の画像分析により取得した画像分析情報に基づいて画像適正度を判別してもよい。さらに、各種ノイズ量も上記実施形態に示したものに限られず、画像分析によりその他のノイズ量を定量化してもよい。 For example, in the above embodiment, the image determination unit 12 determines the image adequacy based on the amount of noise, but the present invention is not limited to this. For example, based on image analysis information acquired by other image analysis. The image suitability may be determined. Furthermore, various noise amounts are not limited to those shown in the above embodiment, and other noise amounts may be quantified by image analysis.

また、上記実施形態では、メーカーやモダリティーなどの判別を医用画像に付加されているデータに基づいて行なっているが、これに限られるものではなく、例えば、入力される医用画像との対応が付く場合、医用画像を撮像した撮像機器からネットワークやケーブル等を介して上記メーカーやモダリティーを含む画像属性情報を取得しても良い。また、上記実施形態では、院外に機械学習のためのデータベースが設置されるものであるが、これに限られるものではなく、例えば院内にデータベースを設置し、ネットワークを介してその他の施設と通信しデータベースの更新や機械学習を行なってもよい。 Further, in the above embodiment, the manufacturer, modality, etc. are discriminated based on the data added to the medical image. However, the present invention is not limited to this. In this case, the image attribute information including the manufacturer and modality may be acquired from the imaging device that has captured the medical image via a network, a cable, or the like. In the above embodiment, a database for machine learning is installed outside the hospital, but the invention is not limited to this.For example, a database is installed in the hospital and communicates with other facilities via a network. The database may be updated or machine learning may be performed.

また、上記実施形態では、画像標準化部13が補正箇所の領域の大きさに基づいて画像補正度を取得しているが、これに限られるものではなく、例えば補正箇所における輝度の変化値など、補正前後での補正の程度を示すその他の情報を画像補正度として取得してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the image standardization unit 13 acquires the image correction degree based on the size of the area of the correction location, but the present invention is not limited to this. Other information indicating the degree of correction before and after the correction may be acquired as the image correction degree.

また、例えば、上記実施形態では、血管形状構築部14が粗抽出により特定された血管領域を基準とし、精密抽出を行うごとに得られる血管領域との差分を定量化し、その差分の収束性を判定することで精密抽出の終了条件を与えているが、終了条件の与え方はこれに限られるものではなく、血流解析のための血管形状の品質を保証し得る限り、その他の終了条件であってもよい。例えば、終了条件に精密抽出の回数を含めても良い。 Further, for example, in the above-described embodiment, the blood vessel shape constructing unit 14 uses the blood vessel region specified by the rough extraction as a reference to quantify the difference from the blood vessel region obtained each time the precision extraction is performed, and the convergence of the difference is determined. Although the end condition of the precise extraction is given by the judgment, the way of giving the end condition is not limited to this.As long as the quality of the blood vessel shape for blood flow analysis can be guaranteed, other end conditions can be used. It may be. For example, the termination condition may include the number of precision extractions.

また、上記実施形態における装置は、出力部を備え、血管形状データや血管形状計測データ、病変部位・種類、病変形状計測データ及び品質スコアを出力するが、これらのデータは、その一部または全部を、有線や無線で伝送し、その他のデバイス、例えばその他のパーソナルコンピュータまたはラップトップ、またはスマートフォン、タブレットなどで表示してもよい。 Further, the device in the above embodiment is provided with an output unit, and outputs blood vessel shape data, blood vessel shape measurement data, lesion site/type, lesion shape measurement data, and quality score, but these data are part or all of them. May be transmitted by wire or wirelessly and displayed on other devices, such as other personal computers or laptops, or smartphones, tablets and the like.

また、本発明では、本発明における装置は、上記実施形態で説明した装置各部における処理に加えて、ユーザー依存性がなく精密な血管形状を構築するのに適したその他の処理を加えても良い。また、本発明の血管形状構築装置、その方法及びコンピュータプログラムは、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて様々な用途に応用できることを理解されたい。 Further, in the present invention, in addition to the processing in each part of the apparatus described in the above embodiment, the apparatus according to the present invention may be added with other processing suitable for constructing a precise blood vessel shape without user dependency. .. Further, it should be understood that the blood vessel shape constructing apparatus, the method thereof, and the computer program of the present invention can be applied to various uses as long as they have substantially the same operation.

Claims (32)

医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、
前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、
前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、
前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、
前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部と
を有することを特徴とする装置。
An input availability determination unit that receives a medical image, determines the image attribute of the medical image and the adequacy as the medical image, and determines whether or not it can be processed as an input image based on them.
A medical image determined to be processable as the input image is corrected/corrected based on the determined image attribute and adequacy, the image quality of the medical image is standardized, and the degree of correction/correction is indicated. An image standardization unit that outputs the degree of correction,
A blood vessel shape construction unit that constructs a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image,
The blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape is determined, and a comprehensive quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape is calculated and output based on the blood vessel shape construction accuracy, the adequacy, and the correction degree. A blood vessel shape quality evaluation unit,
A blood vessel shape data output unit that outputs the blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation.
請求項1記載の装置において、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断部は、
上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image, and imaging conditions,
The adequacy as the medical image is information including the noise level of the medical image,
The input availability determination unit,
An apparatus for performing the above-mentioned determination of whether or not input is possible by referring to an image attribute and adequacy in a predetermined template.
請求項2記載の装置において、
前記入力可否判別部は、医用画像を画像分析することでノイズレベルを判別するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 2,
The apparatus according to claim 1, wherein the input availability determination unit determines a noise level by performing image analysis on a medical image.
請求項3記載の装置において、
前記入力可否判別部は画像分析により前記画像属性に応じて異なる種類のノイズ成分を算出し、それに基づいて各成分のノイズレベルを判別するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 3,
The apparatus according to claim 1, wherein the input availability determination unit calculates different types of noise components according to the image attributes by image analysis, and determines the noise level of each component based on the calculated noise components.
請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性と適正度に基づいて、前記医用画像から特定のノイズ成分を除去する修正・補正を実行することで画像品質を標準化するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The image standardizing unit standardizes image quality by performing correction/correction for removing a specific noise component from the medical image based on the image attribute and the adequacy.
請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、医用画像が有する互いに直交するXYZ座標系においてX方向、Y方向、及びZ方向の空間解像度を補間により等しくすることで前記画像品質標準化としての等方化を行う修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The image standardization unit corrects/corrects the image quality by performing isotropic as image quality standardization by interpolating spatial resolutions in the X-direction, Y-direction, and Z-direction in an XYZ coordinate system orthogonal to each other included in a medical image by interpolation. A device for performing the following.
請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記医用画像の空間解像度を画像補間により増加させることで前記画像品質標準化としての高解像度化を行う修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The apparatus is characterized in that the image standardization unit performs correction/correction for increasing the resolution as the image quality standardization by increasing the spatial resolution of the medical image by image interpolation.
請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像品質の標準化として、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The image standardization unit executes, as the standardization of the image quality, a correction of image distortion derived from imaging and a correction of local shape distortion of a blood vessel shape.
請求項8記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性の判別により非造影MRAと判別された医用画像に対して前記局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものであり、この画像標準化部は、この形状歪みの補正を非造影MRAの特性である血管内方と血管外周間での流速依存性を排除するように前記医用画像上の前記血管内方と外周間に対応する領域の輝度情報に基づいて行うものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 8,
The image standardization unit performs correction of the local shape distortion of the blood vessel shape on the medical image that is determined to be the non-contrast MRA by the determination of the image attribute. The distortion is corrected based on the luminance information of the region corresponding to the inside and the outside of the blood vessel on the medical image so as to eliminate the flow velocity dependence between the inside and the outside of the blood vessel, which is the characteristic of non-contrast MRA. A device characterized by being performed.
請求項9記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記医用画像の流速依存性が所定より強い箇所を前記医用画像上の血管壁近傍に対応する箇所の輝度情報に基づいて検出し、血管の形態情報もしくは血流情報に基づいて前記検出された箇所の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 9,
The image standardization unit detects a portion where the flow velocity dependency of the medical image is stronger than a predetermined value based on the luminance information of the portion corresponding to the vicinity of the blood vessel wall on the medical image, and based on the blood vessel morphology information or blood flow information. An apparatus for correcting the flow velocity dependence of the detected location by the above.
請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管壁近傍における血管中心線に直交する各断面での輝度勾配値が閾値以下となる箇所を前記流速依存性が強い箇所として検出するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 10,
The image standardization unit is configured to detect a portion where a brightness gradient value in each cross section orthogonal to a blood vessel center line in the vicinity of the blood vessel wall is equal to or less than a threshold value as a portion having a strong flow velocity dependency. ..
請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管の形態情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検出された箇所において、前記血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 10,
When correcting the flow velocity dependency based on the morphological information of the blood vessel, the image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying the statistical model of the blood vessel at the detected location. A device characterized by being.
請求項12記載の装置において、
前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 12,
The apparatus is characterized in that the statistical model of the blood vessel is a mathematical model of changes in the blood vessel cross section in the blood vessel running direction obtained from the blood vessel shape database.
請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管の血流情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 10,
When correcting the flow velocity dependence based on the blood flow information of the blood vessel, the image standardization unit corrects the flow velocity dependence of the image by applying a blood flow model of the blood vessel at the detected location. A device characterized by being.
前記請求項14記載の装置において、前記血管の血流モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。
15. The apparatus according to claim 14, wherein the blood flow model of the blood vessel is a mathematical model of blood flow information obtained by analyzing actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or spatial distribution dependent on the flow velocity. A device characterized by being a product.
請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性の判別によりCTA(X線コンピュータ断層撮影画像)と判別された医用画像に対して、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨および/または石灰化を除去する修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The image standardization unit removes bones and/or calcifications that are apt to be erroneously recognized as blood vessels as high-brightness signals from the medical image determined to be CTA (X-ray computed tomography image) by the determination of the image attribute. An apparatus characterized by performing correction/correction.
請求項16記載の装置において、
前記画像標準化部は、骨の解剖学的特徴を用いて骨を除去するか、血管の統計モデルを複合的に用いて骨を除去するものであり、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 16, wherein
The image standardization unit removes bone using anatomical features of the bone, or removes bone using a composite statistical model of blood vessels, and the statistical model of blood vessels is obtained from a blood vessel shape database. An apparatus characterized by mathematically modeling a change in a blood vessel cross section in the obtained blood vessel traveling direction.
請求項16記載の装置において、
前記画像標準化部は、骨や血管にはない石灰化に特異的な輝度特性に基づいて石灰化を除去するものである
ことを特徴とする装置。
The device according to claim 16, wherein
The apparatus according to claim 1, wherein the image standardization unit removes calcification based on a brightness characteristic specific to calcification that is not present in bones or blood vessels.
請求項1記載の装置において、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部と
を有するものであり、
この血管形状構築部は、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The blood vessel shape construction unit,
A rough dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image,
A structural division of the roughly divided blood vessel region, and a precision division unit that performs a fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
And a detection unit for detecting the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis,
The blood vessel shape constructing unit re-executes the precision division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion.
請求項1記載の装置において、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と
を有するものであり、
前記構造解析は
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 1, wherein
The blood vessel shape construction unit,
A rough dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image,
And a precision division section that performs a structural analysis of the roughly divided blood vessel region and performs a fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis.
The structural analysis acquires the center line of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, the orthogonal image is acquired at each point on the center line, and the brightness value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel.
The fine division unit divides a blood vessel region based on a result of the inside/outside determination of the blood vessel.
請求項20記載の装置において、
前記輝度値分析による内外判定は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とするものである
ことを特徴とする装置。
The device of claim 20, wherein
The inside/outside determination by the luminance value analysis is based on a half value of the maximum luminance value in the centerline orthogonal image.
請求項20記載の装置において、
前記血管形状構築部は、前記血管領域分割・抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域分割・抽出の精度を高める
ことを特徴とする装置。
The device of claim 20, wherein
The apparatus according to claim 1, wherein the blood vessel shape constructing unit increases the accuracy of blood vessel region division/extraction by recursively performing blood vessel inside/outside determination in the blood vessel region division/extraction.
コンピュータにより実行されるコンピュータソフトウエアプログラムであって、以下の記憶媒体に格納される各命令:
コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、
コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、
コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、
コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、
コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部と
を有することを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。
Computer software program executed by a computer, each instruction stored in the following storage medium:
A computer receives the medical image, determines the image attribute of the medical image and the adequacy as the medical image, and based on them, an input availability determination unit that determines whether the image can be processed as an input image,
The computer corrects/corrects the medical image determined to be processable as the input image based on the determined image attribute and adequacy, standardizes the image quality of the medical image, and corrects/corrects the medical image. An image standardization unit that outputs a correction degree indicating the degree,
A computer, a blood vessel shape construction unit that constructs a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image,
A computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and calculates a comprehensive quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the adequacy, and the correction degree. And output the blood vessel shape quality evaluation unit,
And a blood vessel shape data output section for outputting the blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation.
請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断部は、コンピュータが、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。
The computer software program of claim 23,
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image, and imaging conditions,
The adequacy as the medical image is information including the noise level of the medical image,
The computer software program, wherein the input permission/inhibition determination unit causes the computer to determine the input permission/inhibition by referring to image attributes and adequacy in a predetermined template.
請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記画像標準化部は、コンピュータが、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。
The computer software program of claim 23,
The image standardization unit is a computer software characterized in that a computer corrects image distortion derived from imaging and locally corrects shape distortion of a blood vessel shape to standardize the image quality. program.
請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部と
を有するものであり、
この血管形状構築部は、コンピュータが、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。
The computer software program of claim 23,
The blood vessel shape construction unit,
A rough dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image,
A structural division of the roughly divided blood vessel region, and a precision division unit that performs a fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
And a detection unit for detecting the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis,
The computer software program, wherein the blood vessel shape constructing unit causes the computer to re-execute the precise division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion.
請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と
を有するものであり、
前記構造解析は、
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。
The computer software program of claim 23,
The blood vessel shape construction unit,
A rough dividing unit that roughly divides the blood vessel region by image analysis of the medical image,
And a precision division section that performs a structural analysis of the roughly divided blood vessel region and performs a fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis.
The structural analysis is
Get the centerline of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, the orthogonal image is acquired at each point on the center line, and the brightness value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel.
The computer software program, wherein the precision dividing unit divides a blood vessel region based on a result of the inside/outside determination of the blood vessel.
コンピュータにより実行される方法であって、
コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断工程と、
コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化工程と、
コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築工程と、
コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価工程と、
コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力工程と
を有することを特徴とする方法。
A computer implemented method comprising:
A computer receives the medical image, determines the image attribute of the medical image and the adequacy as the medical image, and based on them, an input availability determination step of determining whether the image can be processed as an input image,
The computer corrects/corrects the medical image determined to be processable as the input image based on the determined image attribute and adequacy, standardizes the image quality of the medical image, and corrects/corrects the medical image. An image standardization process that outputs a correction degree indicating the degree,
A computer, a blood vessel shape construction step of constructing a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image;
A computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and calculates a comprehensive quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the adequacy, and the correction degree. And output the blood vessel shape quality evaluation step,
And a blood vessel shape data output step of outputting blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation.
請求項28記載の方法において、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断工程は、コンピュータが、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とする方法。
29. The method of claim 28,
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image, and imaging conditions,
The adequacy as the medical image is information including the noise level of the medical image,
In the input permission determination step, the computer executes the determination of the input permission by referring to the image attribute and the adequacy in a predetermined template.
請求項28記載の方法において、
前記画像標準化工程は、コンピュータが、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである
ことを特徴とする方法。
29. The method of claim 28,
In the image standardization step, a computer performs a correction of image distortion caused by imaging and a correction of local shape distortion of a blood vessel shape to standardize the image quality.
請求項28記載の方法において、
前記血管形状構築工程は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割工程と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割工程と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出工程と
を有するものであり、
この血管形状構築工程は、コンピュータが、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とする方法。
29. The method of claim 28,
The blood vessel shape construction step,
A rough dividing step of roughly dividing the blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural division of the roughly divided blood vessel region, and a fine division step of performing a fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
And a detection step of detecting the presence or absence of adhesion of specific blood vessels based on the result of the structural analysis,
In the blood vessel shape construction step, the computer re-executes the precision division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion.
請求項28記載の方法において、
前記血管形状構築工程は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割工程と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割工程と
を有するものであり、
前記構造解析は、
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割工程は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とする方法。
29. The method of claim 28,
The blood vessel shape construction step,
A rough dividing step of roughly dividing the blood vessel region by image analysis of the medical image;
The structure of the roughly divided blood vessel region is analyzed, and the fine division of the blood vessel region is performed based on the result of the structure analysis.
The structural analysis is
Get the centerline of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, the orthogonal image is acquired at each point on the center line, and the brightness value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel.
The precision dividing step divides a blood vessel region based on a result of the inside/outside determination of the blood vessel.
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