JP6876897B2 - 血流解析装置、その方法、及びそのコンピュータソフトウェアプログラム - Google Patents
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Description
Q=Ad3
(ここでQは流量、Aは定数、dは血管径)
に基づいて関心血管部位の入口及び出口の血流量を求めるものである。
(τは適正壁面せん断応力、μは血液粘度)
で定義されるものとしてもよい。
入力部11は医用画像等を入力する入力インターフェースとして機能する。入力される医用画像は、MRA(磁気共鳴血管造影)、CTA(コンピュータ断層血管造影)、DSA(デジタル差分血管造影)等の撮像装置で撮像されたものが望ましく、医用画像は、図示しないネットワークやその他の転送手段により一旦記録部3に記録された後、制御部1に入力される。
次に、関心血管抽出部12は、前記入力11で入力された医用画像を解析して病変部を含む関心血管領域を自動抽出するものである。より具体的には、図3に示すように、(1)心臓領域抽出、(2)冠動脈領域抽出を行ったあと、(3)抽出した領域に病変部及び石灰化や癒着等が無いか解析して検出し、もし石灰化や癒着があった場合には病変領域分割・除去等の処理を行った上で狭窄等の病変部を特定する。
(関心血管解析部)
関心血管解析部13は、前記最初の段階での出力に対して、図4に示すように、(1)細線化、(2)グラフ化、(3)構造解析を行う。これにより、血管領域分割、及び病変領域分割を行う。本実施形態では、病変部領域分割とは石灰化部の精密分割及び除去である。関心血管解析部13では石灰化輝度特性を考慮して石灰化除去の処理を行う。より具体的には、グラフ化処理した各中心線上で血管中心線を走査していき短軸断面上での輝度値の変化をトラッキングする。石灰化がある場合には、サブトラクション(減算処理)することで石灰化部を除去する。そうした部位では信号値が血管外に向けて増大するので、この増大する箇所の変曲点を石灰化境界面として除去処理する。
(1)分岐点に来たときには、それまでに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、それまでに通過していない辺がなければ、それより手前の分岐点にさらに戻る。
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こ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。
境界条件計算部14における工程では、前述の工程で出力された関心血管領域(この実施形態では冠動脈)の入口血管及びそれから分岐する各分岐血管を出口血管として設定して、分岐する深度が深くなる毎に血管端面での境界条件を計算する。
血流計算部15は、上記したように、前記で求めた入口血管の流速Qと、分岐レベルに応じた末端の各分岐血管を出口血管としてその流速Qとを用い、それらに基づいて既知の数値流体解析(CFD)を行うことで対象血管内の速度場・圧力場を計算する。ここで、血流計算部15には、血液粘度および計算条件が前記入力部から入力される。血液粘度は実測値を用いてもよいし、予め経験的に得られたブリセット値から選択しでもよい。計算条件は、冠動脈狭窄診断に最適化された計算条件がプリセット値から自動入力される。この実施形態では、前述した通り定常流計算による時間平均計算を行う。
指標計算部16における工程では、血流計算部15における前工程の結果をもとに病変部(例えば、狭窄)を診断する具体的な各種指標を計算する。具体的には、(1)正力差Δp、(2)圧力比Δpr、(3)速度差Δv、(4)速度比Δvr、(5)せん断応力τs、(6)せん断応力比τr、(7)エネルギー損失Eを算出する。それぞれの定義は以下の式(4)乃至(10)に示すとおりである。
最後に、指標表示部17が、指標計算部16で得られた数値などの必要な情報を表示する。なお、図8は、ここで記載した計算処理において、圧力比Δprについての計測値と計算値とが合致することを示す。ここで各プロットは、複数の患者についての圧力値を示す。
Claims (6)
- コンピュータが患者の医用画像を受け取る入力部と、
コンピュータが前記医用画像を解析し、関心血管領域を抽出する関心血管領域抽出部と、
コンピュータが前記関心領域から入口血管とこの入口血管から分岐する分岐血管とを抽出すると共に、抽出した入口血管及び分岐血管のうち病変部のある入口血管/分岐血管を特定する関心血管領域解析部と、
コンピュータが入口血管の血管径及び前記病変部に至るまで順次分岐する各分岐血管の血管径に基づいて、入口血管の流量及び病変部を含む分岐血管の血流量を求める境界条件計算部と、
コンピュータが前記病変部を含む入口血管/分岐血管を関心領域の出口血管と設定し、数値流体解析により前記前記病変部を含む入口血管/分岐血管内の圧力場、速度場を含む血流属性を求める血流計算部と、
コンピュータが前記血流属性に基づき、前記病変部を含む入口血管/分岐血管に関する前記血流特性を所定の指標として算出する血流指標算出部と、
コンピュータが前記血流指標を出力表示する表示部と
を有するものであり、
前記関心血管抽出部は、
コンピュータが前記画像における血管を、基点及び複数の端点または分岐点と、それらを結ぶ細線からなる線分とから構成されるグラフに変換処理し、その線分自体の形状を解析すること若しくはこの線分に沿って医用画像を走査し短軸断面上での輝度の変化を解析し、サブストラクション(減算処理)することで病変部である石灰化部を除去し、及び抽出血管の3次元モデルを解析することによってその端点と分岐点を検出することで血流領域である癒着部を検出して除去し、関心血管領域のみを抽出するものである
ことを特徴とする血流解析装置。 - 請求項1記載の血流解析装置において、
前記境界条件計算部は、次式:
Q=Ad3
(ここでQは流量、Aは定数、dは血管径)
に基づいて関心血管部位の入口及び出口の血流量を求めるものであることを特徴とする血流解析装置。 - 請求項2記載の血流解析装置において、
前記定数Aは、コンピュータが前記患者の属性に基づいて決定するものであることを特徴とする血流解析装置。 - 請求項3記載の血流解析装置において、
前記定数AはA=τ*π/32μ
(τは適正壁面せん断応力、μは血液粘度)
で定義されるものであり、
前記τは、前記コンピュータが、患者の年齢、性別、高脂血漿の程度、動脈効果の程度、薬剤投与の有無、又は/及び心筋梗塞の程度により決定するものであることを特徴とする血流解析装置。 - 請求項1記載の血流解析装置において、
前記関心血管抽出部は、
コンピュータが前記画像における血管を、基点及び複数の端点または分岐点と、それらを結ぶ細線からなる線分とから構成されるグラフに変換処理するものであり、
さらに、前記基点から前記複数の端点または分岐点の全てを通過して再び前記基点に至る経路上で、往路と帰路とが異なる線分を通過したときに、閉路が生じていると認識して、グラフから閉路を除去することで、前記癒着部を除去する処理を行うものであることを特徴とする血流解析装置。 - 請求項1記載の血流解析装置において、
前記関心血管部位は、冠動脈であることを特徴とする血流解析装置。
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