JP7044297B2 - 興奮伝播可視化装置、興奮伝播可視化方法、および興奮伝播可視化プログラム - Google Patents

Description

本発明は、興奮伝播可視化装置、興奮伝播可視化方法、および興奮伝播可視化プログラムに関する。

近年、コンピュータを用いて心臓の動きを再現する心臓シミュレーション技術が発展してきている。心臓シミュレーションを用いれば、心臓に疾患を有する患者の状態を、外科手術をしなくとも、体外から詳細に把握することが可能となる。例えば、心臓シミュレーションにより、患者個人の心筋の挙動や虚血の状態を再現することができる。また、心臓の興奮伝播状態を再現するシミュレーションを行えば、患者の胸郭を再現した仮想的な胸郭を用いて、その患者の心電図が正確に取得できる。なお、興奮伝播とは、心臓の洞房結節または房室結節で発生した電気的な刺激が、心筋および周囲の組織に伝播することである。

興奮伝播の状態を表す手法としては、例えば、体表面にＲ波が到着した時刻を、同時刻に到着した位置を結ぶ等値線図で表示する方法がある。また、任意の時刻での体表面の電位を等値線図で表示する方法もある。

米国特許出願公開第２００３／０１４９３５４号明細書

Erick A. Perez Alday, Haibo Ni, Chen Zhang, Michael A. Colman, Zizhao Gan, Henggui Zhang, "Comparison of Electric- and Magnetic-Cardiograms Produced by Myocardial Ischemia in Models of the Human Ventricle and Torso", PLOS ONE, DOI:10.1371/journal.pone.0160999, August 24, 2016

心臓シミュレーションにより興奮伝播の状態を詳細に再現すれば、心電図では把握できないような患者の状態を把握することも可能となる。例えば、心電図には現れないような心臓の疾患の影響が、体内の興奮伝播の状態には現れる可能性がある。

しかし、体内での興奮伝播の状態を心臓シミュレーションによって再現しても、その状態を分かりやすく可視化する手段がない。
１つの側面では、本件は、興奮伝播状態を分かりやすく可視化することを目的とする。

１つの案では、以下に示す記憶部と処理部とを有する興奮伝播可視化装置が提供される。
記憶部は、心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する。処理部は、興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出する。次に処理部は、心臓内の第１点と心臓外の第２点とを通る直線と、興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出する。次に処理部は、興奮伝播波面との交点に対応付けた表示オブジェクトを各解析時刻について生成する。そして処理部は、各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、解析空間を表す描画領域内の対応する交点の位置に描画する。

１態様によれば、興奮伝播状態を分かりやすく可視化することができる。

第１の実施の形態に係る興奮伝播可視化装置の一例を示す図である。 第２の実施の形態のシステム構成の一例を示す図である。 興奮伝播可視化装置のハードウェアの一構成例を示す図である。 興奮伝播可視化装置の機能を示すブロック図である。 興奮伝播データの一例を示す図である。 可視化対象範囲の基準点の例を示す図である。 矢印オブジェクトの生成例を示す図である。 可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。 興奮伝播波面検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。 矢印オブジェクトを用いた興奮伝播状況の可視化例を示す図である。 興奮伝播の状態の表示する柱状の表示対象領域の一例を示す図である。 第３の実施の形態における可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。 柱状領域内に表示された興奮伝播波面の一例を示す図である。 第４の実施の形態における可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。 円状領域内に表示された興奮伝播波面の一例を示す図である。

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することができる。
〔第１の実施の形態〕
まず第１の実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る興奮伝播可視化装置の一例を示す図である。興奮伝播可視化装置１０は、記憶部１１と処理部１２とを有する。記憶部１１は、例えば興奮伝播可視化装置１０が有するメモリ、またはストレージ装置である。処理部１２は、例えば興奮伝播可視化装置１０が有するプロセッサ、または演算処理装置である。

記憶部１１は、心臓２を含む解析空間１内の複数の点における、解析期間内の複数の解析時刻それぞれでの、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データ１１ａを記憶する。興奮伝播データ１１ａは、例えば心臓の興奮伝播をコンピュータシミュレーションの一種である興奮伝播シミュレーションによって再現することで得られるデータである。解析時刻は、興奮伝播シミュレーションにおける解析期間内の所定時間間隔の時刻である。解析時刻は、例えばシミュレーション上の時間を進行させる処理（タイムステップ）における、何回目のタイムステップに対応する時刻なのかによって表される。

処理部１２は、例えば表示区間情報８が入力されると、その表示区間情報８に従って、興奮伝播状況を表す画像９を出力する。表示区間情報８では、表示対象とする区間の両端となる第１点３と第２点４とが指定される。第１点３は、心臓２内の点である。例えば洞房結節または房室結節の位置が第１点３として指定される。第２点４は、心臓２外の点である。例えば心電図を測定する際の電極位置のうちの１つが、第２点４として指定される。表示区間情報８は、例えば興奮伝播状態を確認するユーザにより、確認したい箇所に応じて入力される。

興奮伝播データ１１ａに基づいて、複数の解析時刻それぞれについて、電位が閾値を超えた領域と電位が閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面６ａ～６ｉを検出する。なお、閾値は、ユーザによって予め指定される。例えばユーザは、第１点３を洞房結節とした場合は、心電図におけるＰ波の減衰を想定した定数値を減じた値を閾値とする。またユーザは、第１点３を房室結節とした場合は、心電図におけるＲ波の減衰を想定した定数値を減じた値を閾値とする。

なお１つの解析時刻おいて、電位が閾値を超えた領域と電位が閾値を超えていない領域との境界が複数ある場合（波の進行方向の境界と逆方向の境界）、処理部１２は、心臓２から遠い方の境界を示す面を、興奮伝播波面とする。

次に処理部１２は、複数の解析時刻それぞれについて、心臓２内の第１点３と心臓２外の第２点４とを通る直線５と、興奮伝播波面６ａ～６ｉとの交点７ａ～７ｉを検出する。
次に処理部１２は、複数の解析時刻それぞれについて、興奮伝播波面との交点７ａ～７ｉに対応付けた表示オブジェクト９ａ～９ｉを生成する。表示オブジェクト９ａ～９ｉは、例えば興奮伝播波面の進行方向と進行速度とを示す表示形態のオブジェクトである。表示オブジェクト９ａ～９ｉは、例えば第１点３から第２点４に向かう方向を正（＋）、反対方向を負（－）とするベクトルである。この場合、処理部１２は、例えば直線５と興奮伝播波面６ａ～６ｉ上で最も近い位置の、興奮伝播の方向と速度を示すベクトルを求める。具体的には処理部１２は、第１解析時刻についての表示オブジェクトを生成する場合、第１解析時刻の直前の第２解析時刻において検出された交点を、生成するベクトルとの始点とする。また処理部１２は、第１解析時刻において検出された交点を、生成するベクトルの終点とする。そして処理部１２は、始点から終点を指し示す矢印（ベクトル）の表示オブジェクトを生成する。

処理部１２は、複数の解析時刻それぞれの表示オブジェクト９ａ～９ｉを、解析空間１を表す描画領域内の対応する交点７ａ～７ｉの位置に描画した画像９を出力する。例えば処理部１２は、矢印の表示オブジェクトを生成した場合、各表示オブジェクトに対応する交点７ａ～７ｉの位置がその矢印の終点となる位置に、表示オブジェクトを描画する。

このようにして、複数の解析時刻に渡る興奮伝播の状況を、１つの画像９で分かりやすく表すことができる。すなわち、心臓、胸郭の興奮伝播波面により、３次元的な伝播の過程が、例えば房室結節と電極を結んだ直線５上での解析時刻ごとの位置として確認できる。例えば矢印の方向により興奮伝播の方向が表されることで、興奮伝播の波面が各解析時刻で心内外膜、体表面のどこに向かっているのかが明確となる。また、表示オブジェクトの位置によって解析時刻ごとの興奮伝播波面の位置が示されることで、興奮伝播波面が各解析時刻においてどこまで到達したのかといった状況が、分かりやすく表示されている。

しかも表示対象を直線５上での興奮伝播状況に限定したことで、複数の解析時刻それぞれでの興奮伝播の状態を１つの画像９で表示しても、画像９内に表示するオブジェクトが少なくて済む。その結果、各解析時刻それぞれでの興奮伝播の状態を容易に認識できる。

さらに、動画像を表示するのでも、複数の画像を切り換えて表示するのでもなく、１つの画像９で複数の解析時刻それぞれでの興奮伝播の状態が表されているため、特定の患者の興奮伝播の状態を一目で確認できる。これは、例えば複数の患者それぞれの興奮伝播の状態を比較する場合のように、複数の興奮伝播の状態を比較したい場合に非常に便利である。

なお処理部１２は、表示オブジェクト９ａ～９ｉとして、興奮伝播波面６ａ～６ｉのうちの、直線５を囲む柱状領域に含まれる部分を示す表示オブジェクト９ａ～９ｉとして生成してもよい。この場合、処理部１２は、画像９の出力では、柱状領域内に、複数の解析時刻それぞれの表示オブジェクトを描画した画像９を出力する。このように、柱状領域に表示オブジェクト９ａ～９ｉを表示することで、興奮伝播波面の進行状況を、柱状領域内の表示オブジェクト９ａ～９ｉの表示位置から、容易に把握することができる。

また処理部１２は、表示オブジェクト９ａ～９ｉとして、興奮伝播波面６ａ～６ｉのうちの、直線５を囲む柱状領域に含まれる部分を示す表示オブジェクトを生成してもよい。この場合、処理部１２は、画像の出力では、柱状領域を円状に変形した円状領域内に、１回の拍動期間内分の表示オブジェクトを描画した画像９を出力する。このように、円状領域に表示オブジェクト９ａ～９ｉを表示することで、興奮伝播波面の１回の拍動期間内での進行状況を、円状領域内の表示オブジェクト９ａ～９ｉの表示位置から、容易に把握することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、時間進行に伴う興奮伝播波面の変化を、矢印を用いたベクトル表示によって分かりやすく表示するものである。

図２は、第２の実施の形態のシステム構成の一例を示す図である。図２の例では、興奮伝播可視化装置１００は、ネットワーク２０を介して心臓シミュレータ２００に接続されている。心臓シミュレータ２００は、患者の心臓の動きをシミュレーションによって再現するコンピュータである。心臓シミュレータ２００は、例えば特定の患者の心臓を再現した心臓モデルを用いて、心臓の興奮伝播の時系列変化をシミュレーションによって再現することができる。心臓シミュレータ２００は、シミュレーションの結果として、興奮伝播データを生成する。

興奮伝播可視化装置１００は、興奮伝播の状況を可視化するコンピュータである。例えば興奮伝播可視化装置１００は、心臓シミュレータ２００から興奮伝播のシミュレーション結果を示す興奮伝播データを取得する。そして興奮伝播可視化装置１００は、取得した興奮伝播データに示される興奮伝播の状況を、医者などのユーザが分かりやすい表示態様で表示する。

図３は、興奮伝播可視化装置のハードウェアの一構成例を示す図である。興奮伝播可視化装置１００は、プロセッサ１０１によって装置全体が制御されている。プロセッサ１０１には、バス１０９を介してメモリ１０２と複数の周辺機器が接続されている。プロセッサ１０１は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。プロセッサ１０１がプログラムを実行することで実現する機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路で実現してもよい。

メモリ１０２は、興奮伝播可視化装置１００の主記憶装置として使用される。メモリ１０２には、プロセッサ１０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、メモリ１０２には、プロセッサ１０１による処理に利用する各種データが格納される。メモリ１０２としては、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の半導体記憶装置が使用される。

バス１０９に接続されている周辺機器としては、ストレージ装置１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、光学ドライブ装置１０６、機器接続インタフェース１０７およびネットワークインタフェース１０８がある。

ストレージ装置１０３は、内蔵した記録媒体に対して、電気的または磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。ストレージ装置１０３は、興奮伝播可視化装置１００の補助記憶装置として使用される。ストレージ装置１０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、ストレージ装置１０３としては、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）を使用することができる。

グラフィック処理装置１０４には、モニタ２１が接続されている。グラフィック処理装置１０４は、プロセッサ１０１からの命令に従って、画像をモニタ２１の画面に表示させる。モニタ２１としては、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を用いた表示装置がある。

入力インタフェース１０５には、キーボード２２とマウス２３とが接続されている。入力インタフェース１０５は、キーボード２２やマウス２３から送られてくる信号をプロセッサ１０１に送信する。なお、マウス２３は、ポインティングデバイスの一例であり、他のポインティングデバイスを使用することもできる。他のポインティングデバイスとしては、タッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボールなどがある。

光学ドライブ装置１０６は、レーザ光などを利用して、光ディスク２４に記録されたデータの読み取りを行う。光ディスク２４は、光の反射によって読み取り可能なようにデータが記録された可搬型の記録媒体である。光ディスク２４には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）などがある。

機器接続インタフェース１０７は、興奮伝播可視化装置１００に周辺機器を接続するための通信インタフェースである。例えば機器接続インタフェース１０７には、メモリ装置２５やメモリリーダライタ２６を接続することができる。メモリ装置２５は、機器接続インタフェース１０７との通信機能を搭載した記録媒体である。メモリリーダライタ２６は、メモリカード２７へのデータの書き込み、またはメモリカード２７からのデータの読み出しを行う装置である。メモリカード２７は、カード型の記録媒体である。

ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０に接続されている。ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。

以上のようなハードウェア構成によって、第２の実施の形態の処理機能を実現することができる。なお、第１の実施の形態に示した興奮伝播可視化装置１０も、図３に示した興奮伝播可視化装置１００と同様のハードウェアにより実現することができる。

興奮伝播可視化装置１００は、例えばコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、第２の実施の形態の処理機能を実現する。興奮伝播可視化装置１００に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。例えば、興奮伝播可視化装置１００に実行させるプログラムをストレージ装置１０３に格納しておくことができる。プロセッサ１０１は、ストレージ装置１０３内のプログラムの少なくとも一部をメモリ１０２にロードし、プログラムを実行する。また興奮伝播可視化装置１００に実行させるプログラムを、光ディスク２４、メモリ装置２５、メモリカード２７などの可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えばプロセッサ１０１からの制御により、ストレージ装置１０３にインストールされた後、実行可能となる。またプロセッサ１０１が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。

図４は、興奮伝播可視化装置の機能を示すブロック図である。興奮伝播可視化装置１００は、興奮伝播データ記憶部１１０、可視化情報生成部１２０、およびレンダリング部１３０を有する。

興奮伝播データ記憶部１１０には、心臓シミュレータ２００によるシミュレーション結果として得られた興奮伝播データを記憶する。可視化情報生成部１２０は、興奮伝播データに基づいて、体内における興奮伝播の時系列変化を表す画像情報を生成する。レンダリング部１３０は、可視化情報生成部１２０が生成した画像情報に基づいて、画像を生成し、生成した画像をモニタ２１に表示させる。

なお、図４に示した各要素の機能は、例えば、その要素に対応するプログラムモジュールをコンピュータに実行させることで実現することができる。
図５は、興奮伝播データの一例を示す図である。興奮伝播データ記憶部１１０には、シミュレーション上のタイムステップごとの興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・が格納されている。図５の例では、興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・により、０．１秒間隔の拍動１周期分のタイムステップごとの興奮伝播状況が示されている。各興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・には、タイムステップの番号（ｔ＝１，２，３，・・・）が付与されている。

興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・は、ヘッダ部とデータ部とを有している。ヘッダ部には、解析領域の次元数、各軸方向の解像度、各計算格子で保持するデータタイプ、データラベル、データ領域の最小値（ｍｉｎ）と最大値（ｍａｘ）などが含まれる。データ部には、各格子点におけるポテンシャルが設定される。興奮伝播におけるポテンシャルは、電磁ポテンシャル（電位）である。

このような興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・に基づいて、可視化情報生成部１２０は、興奮伝播シミュレーションで解析された領域の中の２点を結ぶ直線上の興奮伝播状況を可視化する。例えば可視化情報生成部１２０は、ユーザから、可視化対象範囲の基準点となる２点の入力を受け付ける。１つの点は、例えば洞房結節または房室結節のいずれかから選択される。もう１つの点は、例えば心電図を測定する際の電極の位置の中から選択される。

図６は、可視化対象範囲の基準点の例を示す図である。図６には、心臓３０内の洞房結節３１および房室結節３２と、胸郭４０上の電極位置４１～４７が示されている。
心臓３０には、刺激伝導系の重要な部位として、洞房結節３１と房室結節３２とがある。洞房結節３１は刺激伝導系において最初に刺激が発生する場所である。洞房結節３１で発生した刺激が心房に伝わり房室結節３２に到達する。そして洞房結節３１からの刺激を受けた房室結節３２が新たに刺激を発生させ、その刺激が心室に伝わる。

刺激伝導系において伝播する刺激は、ポテンシャルの変化である。刺激を受けた心筋は興奮状態となり収縮を開始する。従って、興奮伝播は、所定値より高いポテンシャルの領域の広がり方によって表される。ポテンシャルの変化は、体表面に設置した電極で観測することができる。このようにして観測したポテンシャルの変化が、心電図である。心電図を作成する場合の電極位置４１～４７は予め決まっている。電極位置４１～４７のうち、例えば右肩に設けられた電極位置４１は、ａＶＲ誘導を観測するための電極位置である。また左肩に設けられた電極位置４２は、ａＶＬ誘導を観測するための電極位置である。

興奮伝播の状況を可視化する場合、ユーザは、洞房結節３１と房室結節３２とのいずれかを、可視化対象領域の一方の基準点として選択する。さらにユーザは、心電図を作成する場合の電極位置４１～４７のいずれかを、他方の基準点として選択する。このような基準点を選択することで、心電図測定時の電極位置４１～４７のいずれかまでの興奮伝播が可視化される。

例えば可視化情報生成部１２０は、タイムステップごとの興奮伝播波面の進行状態を表す矢印オブジェクトを生成する。すなわち、可視化情報生成部１２０は、基準位置として指定された２点を通る直線に対して、タイムステップごとに、興奮伝播波面上で最も近い進行ベクトルを求める。進行ベクトルは、興奮伝播波面の進行方向をベクトルの向きで表し、興奮伝播波面の進行速度をベクトルの大きさで表したものである。可視化情報生成部１２０は、タイムステップごとの進行ベクトルを表す矢印オブジェクトを生成して、表示対象として矢印オブジェクトをレンダリング部１３０に送信する。

図７は、矢印オブジェクトの生成例を示す図である。図７の例では、房室結節３２と電極位置４１とが、基準点として指定されたものとする。房室結節３２の座標はｐ（ｘ，ｙ，ｚ）であり、電極位置４１の座標はｄ（ｘ，ｙ，ｚ）である。ここで、４番目のタイムステップ（ｔ＝４）による興奮伝播波面５１の進行状況を表す矢印オブジェクト５５の生成例について説明する。

可視化情報生成部１２０は、４番目のタイムステップの興奮伝播データに基づいて、興奮伝播波面５１上のボクセルを抽出する。例えば、予め指定された閾値から所定の誤差の範囲内のポテンシャルを有するボクセルが、興奮伝播波面５１上のボクセルとして抽出される。また、可視化情報生成部１２０は、房室結節３２と電極位置４１とを通る直線５３（ｆ（ｘ，ｙ，ｚ））を生成する。

さらに可視化情報生成部１２０は、興奮伝播波面５１上のボクセルのうち、直線５３と交差するボクセル５２を特定する。そして可視化情報生成部１２０は、直前のタイムステップ（ｔ＝３）について同様にして特定済みのボクセル５４を始点、４番目のタイムステップについて特定したボクセル５２を終点とする矢印オブジェクト５５を生成する。

このような矢印オブジェクトを、各タイムステップについて生成し、モニタ２１に表示することで、タイムステップごとの体内での興奮伝播状況が可視化される。
以下、興奮伝播状況の可視化処理の手順について詳細に説明する。

図８は、可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図８に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
［ステップＳ１０１］可視化情報生成部１２０は、興奮伝播波面のポテンシャルの閾値を指定する入力を受け付ける。ポテンシャルが閾値を超えた領域と閾値を超えていない領域との、心臓から遠い方の境界面が、興奮伝播の波面となる。

［ステップＳ１０２］可視化情報生成部１２０は、可視化対象領域の基準点を指定する入力を受け付ける。例えば可視化情報生成部１２０は、洞房結節３１と房室結節３２とのいずれか１点と、電極位置４１～４７のうちのいずれか１点との、計２点を指定する入力を受け付ける。

［ステップＳ１０３］可視化情報生成部１２０は、興奮伝播波面検出処理を行う。興奮伝播波面検出処理により、興奮伝播シミュレーションのタイムステップごとに、興奮伝播の波面上のボクセルが特定される。興奮伝播波面検出処理の詳細は後述する（図９参照）。

［ステップＳ１０４］可視化情報生成部１２０は、２つの基準位置（電極位置ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）と洞房結節または房室結節の位置ｐ（ｘ，ｙ，ｚ））を結ぶ直線ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する。直線ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、３次元空間上の直線式で表される。

［ステップＳ１０５］可視化情報生成部１２０は、最初のタイムステップ（ｔ＝１）を処理対象とする。
［ステップＳ１０６］可視化情報生成部１２０は、処理対象のタイムステップにおける興奮伝播波面上のボクセルのうち、ステップＳ１０４で生成した直線上のボクセルを抽出する。該当ボクセルが複数ある場合、例えば、可視化情報生成部１２０は、洞房結節または房室結節から遠い方のボクセルを抽出する。

［ステップＳ１０７］可視化情報生成部１２０は、直前のタイムステップについて生成した矢印オブジェクトの末端から、ステップＳ１０６で抽出したボクセルの境界面と直線との交点までの矢印オブジェクトを生成する。処理対象のタイムステップが最初のタイムステップの場合、可視化情報生成部１２０は、矢印オブジェクトの始点を、基準位置として指定された洞房結節または房室結節の位置とする。矢印オブジェクトの終点は、例えば該当するボクセルの面とステップＳ１０４で生成した直線との２つの交点のうちの、洞房結節または房室結節から遠い方の交点である。

［ステップＳ１０８］可視化情報生成部１２０は、すべてのタイムステップについて処理したか否かを判断する。可視化情報生成部１２０は、未処理のタイムステップがあれば、処理をステップＳ１０９に進める。また可視化情報生成部１２０は、すべてのタイムステップの処理が終了していれば、処理をステップＳ１１０に進める。

［ステップＳ１０９］可視化情報生成部１２０は、処理対象のタイムステップを、次のタイムステップに進める（ｔに１加算）。可視化情報生成部１２０は、その後、処理をステップＳ１０６に進める。

［ステップＳ１１０］レンダリング部１３０は、タイムステップごとに生成した矢印オブジェクトの画像を、心臓や胸郭の画像の上に重ねて描画する。そしてレンダリング部１３０は、描画により得られた画像をモニタ２１に表示させる。この際、レンダリング部１３０は、例えば矢印オブジェクトの近傍に、その矢印オブジェクトに対応するタイムステップの番号を表示させる。

次に、興奮伝播波面検出処理について詳細に説明する。
図９は、興奮伝播波面検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図９に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ２０１］可視化情報生成部１２０は、最初のタイムステップ（ｔ＝１）を処理対象とする。
［ステップＳ２０２］可視化情報生成部１２０は、現在の処理対象のタイムステップにおいて未選択のボクセルを１つ選択する。

［ステップＳ２０３］可視化情報生成部１２０は、選択したボクセルのポテンシャルが、閾値から誤差α（αは正の実数）の範囲内にあるか否かを判断する。可視化情報生成部１２０は、該当範囲内のポテンシャルを有していれば、処理をステップＳ２０４に進める。また可視化情報生成部１２０は、該当範囲内のポテンシャルでなければ、処理をステップＳ２０５に進める。

［ステップＳ２０４］可視化情報生成部１２０は、選択したボクセルを、処理対象のタイムステップにおける興奮伝播波面上のボクセルとして抽出する。例えば可視化情報生成部１２０は、選択したボクセルの識別子を、処理対象のタイムステップの番号に対応付けてメモリに格納する。

［ステップＳ２０５］可視化情報生成部１２０は、現在の処理対象のタイムステップにおいて、すべてのボクセルを選択したか否かを判断する。可視化情報生成部１２０は、すべてのボクセルが選択済みであれば、処理をステップＳ２０６に進める。可視化情報生成部１２０は、未選択のボクセルがあれば、処理をステップＳ２０２に進める。

［ステップＳ２０６］可視化情報生成部１２０は、すべてのタイムステップについて処理したか否かを判断する。可視化情報生成部１２０は、未処理のタイムステップがあれば、処理をステップＳ２０７に進める。また可視化情報生成部１２０は、すべてのタイムステップの処理が終了していれば、興奮伝播波面検出処理を終了する。

［ステップＳ２０７］可視化情報生成部１２０は、処理対象のタイムステップを、次のタイムステップに進める（ｔに１加算）。可視化情報生成部１２０は、その後、処理をステップＳ２０２に進める。

このようにして、タイムステップごとの興奮伝播の進行状態を、矢印オブジェクトによって表すことができる。
図１０は、矢印オブジェクトを用いた興奮伝播状況の可視化例を示す図である。図１０の例では、房室結節３２からａＶＲ誘導を観測するための電極位置４１までの興奮伝播状態が、タイムステップごとの矢印オブジェクトで表されている。房室結節３２からの興奮が広がっている状況を示す矢印オブジェクトは、電極位置４１の方向を向いた矢印となる。興奮が収まって行く過程を示す矢印オブジェクトは、房室結節３２の方向を向いた矢印となる。

このように、矢印オブジェクトを用いてタイムステップごとの興奮伝播の進行状態を表すことで、複数のタイムステップそれぞれでの興奮伝播の速度の違いを容易に比較することができる。

また心電図に現れた特定の箇所でのポテンシャルの変化と、矢印オブジェクトで示された体内での興奮伝播状況とを見比べて、患者の状態をより正確に把握することができる。
また興奮伝播可視化装置１００は、体内での興奮伝播状況を表示する際に、指定した電極位置での心電図を並べて表示することもできる。これにより、例えば心電図に現れるＰ波またはＲ波の形状と、Ｐ波またはＲ波の体内での伝播状況とを見比べて、患者の状態を詳細に把握することができる。なお心電図は、興奮伝播データ記憶部１１０内の興奮伝播データ１１１，１１２，１１３，・・・から、指定された電極位置に対応するボクセルのポテンシャルの値に基づいて再現できる。

〔第３の実施の形態〕
次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、２つの基準位置間の興奮伝播波面の進行状況を、柱状の領域内に立体表示するものである。以下、第３の実施の形態における第２の実施の形態との相違点について説明する。

図１１は、興奮伝播の状態の表示する柱状の表示対象領域の一例を示す図である。可視化情報生成部１２０は、興奮伝播シミュレーションにおける解析空間から、柱状の表示対象領域６１を特定する。図１１の例では、房室結節３２と電極位置４１とを通る直線５３を中心軸とする四角柱の領域が、表示対象領域６１として特定されている。可視化情報生成部１２０は、特定した表示対象領域６１の２つ分の表示用の柱状領域６２を生成する。

表示用の柱状領域６２は、房室結節３２を始点として電極位置４１を終点とする興奮伝播波面拡大状況表示用の領域６２ａと、電極位置４１を始点として房室結節３２を終点とする興奮伝播波面縮退状況表示用の領域６２ｂに分けられる。可視化情報生成部１２０は、興奮伝播波面の拡大しているときの各タイムステップにおける表示対象領域６１内の興奮伝播波面を示すオブジェクトを、領域６２ａに配置する。また可視化情報生成部１２０は、興奮伝播波面が縮退しているときの各タイムステップにおける表示対象領域６１内の興奮伝播波面を示すオブジェクトを、領域６２ｂに配置する。

可視化情報生成部１２０は、各タイムステップの興奮伝播波面上のボクセルを、柱状領域に配置して行くことで、興奮伝播波面を示すオブジェクトを生成する。この際、可視化情報生成部１２０は、柱状領域６２を複数の格子に分割する。例えば可視化情報生成部１２０は、柱状領域６２を、興奮伝播波面の進行方向に沿った軸方向に所定の分割数ｎ（ｎは１以上の整数）で分割し、興奮伝播波面の進行方向に垂直な軸方向に所定の分割数ｍ（ｍは１以上の整数）で分割する。そして可視化情報生成部１２０は、柱状領域６２内の各格子点に、その格子点に最も近い、いずれかのタイムステップにおける興奮伝播波面上のボクセルを設定していく。これにより、各タイムステップにおける興奮伝播波面上のボクセルが柱状領域６２に配置され、配置されたボクセルが興奮伝播波面を示すオブジェクトを形成する。

次に、第３の実施の形態における可視化処理の手順について詳細に説明する。
図１２は、第３の実施の形態における可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。なおステップＳ３０１～Ｓ３０４の各処理は、図８に示す第２の実施の形態の可視化処理のステップＳ１０１～Ｓ１０４の処理と同じである。以下、図１２に示すステップＳ３０５以降の処理について、ステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ３０５］可視化情報生成部１２０は、電極位置から房室結節または洞房結節を結ぶ線分を中心軸とした柱状領域に格子を生成する。
［ステップＳ３０６］可視化情報生成部１２０は、柱状領域の格子点を１つ選択する。

［ステップＳ３０７］可視化情報生成部１２０は、選択した格子点の座標ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。
［ステップＳ３０８］可視化情報生成部１２０は、胸郭内のボクセルのうち、選択した格子点に最も近い興奮伝播波面を示すボクセルを抽出する。この際、選択した格子点からボクセルまでの距離が、格子点間隔（Δｘ，Δｙ，Δｚ）より小さいボクセルのみを抽出する。

［ステップＳ３０９］可視化情報生成部１２０は、抽出したボクセルを、柱状領域内の選択した格子点の位置（座標ｈ（ｘ，ｙ，ｚ））に設定する。
［ステップＳ３１０］可視化情報生成部１２０は、すべての格子点を選択したか否かを判断する。可視化情報生成部１２０は、すべての格子点が選択済みであれば、処理をステップＳ３１１に進める。可視化情報生成部１２０は、未選択の格子点があれば、処理をステップＳ３０６に進める。

［ステップＳ３１１］可視化情報生成部１２０は、柱状領域内に設定されたボクセルのポテンシャルが閾値となる等値面のオブジェクトを生成する。等値面は、ポテンシャルが同じ値の位置を繋げ合わせることで生成される面である。例えば可視化情報生成部１２０は、閾値に基づいて生成した興奮伝播波面上のボクセルの、洞房結節または房室結節から遠い方の面を合成して、等値面とする。

［ステップＳ３１２］レンダリング部１３０は、柱状領域６２内に、タイムステップごとの興奮伝播波面を表す等値面のオブジェクトを描画する。そしてレンダリング部１３０は、描画により得られた画像をモニタ２１に表示させる。この際、レンダリング部１３０は、例えば等値面の近傍に、その等値面に対応するタイムステップの番号を表示させる。

このようにして、タイムステップごとの興奮伝播波面の位置が、柱状領域内に表示される。
図１３は、柱状領域内に表示された興奮伝播波面の一例を示す図である。柱状領域６２内には、タイムステップごとに等値面表示された興奮伝播波面７１～７７が表示されている。このように表示することで、興奮伝播波面７１～７７が、タイムステップ１回当たりにどの程度進行したのかを容易に把握することができる。

例えば興奮伝播可視化装置１００は、複数の患者の興奮伝播波面の進行状況を並べて表示することができる。これにより、患者間での興奮伝播波面の進行度合いの違いを容易に把握できる。また、興奮伝播可視化装置１００は、１人の患者の過去（例えば治療前）と現在（治療後）との興奮伝播波面の進行状況を並べて表示することができる。これにより、患者の病状の変化を容易に把握できる。

〔第４の実施の形態〕
次に第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、２つの基準位置間の拍動一周期分の興奮伝播波面の進行状況を、円状の領域内に立体表示するものである。以下、第４の実施の形態における第３の実施の形態との相違点について説明する。

可視化情報生成部１２０は、第３の実施の形態と同様に、柱状領域に興奮伝播波面を示すオブジェクトを生成する。そして可視化情報生成部１２０は、柱状領域を円状に変形させることで、円上の領域に興奮伝播波面の進行状況を示すオブジェクトを表示させる。

次に、第４の実施の形態における可視化処理の手順について詳細に説明する。
図１４は、第４の実施の形態における可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。なおステップＳ４０１～Ｓ４１０の各処理は、図１２に示す第３の実施の形態の可視化処理のステップＳ３０１～Ｓ３１０の処理と同じである。以下、図１４に示すステップＳ４１１以降の処理について、ステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ４１１］可視化情報生成部１２０は、柱状領域の開始面（タイムステップに沿った時系列の開始位置）と終了面（タイムステップに沿った時系列の終了位置）とを一致させる円になるように、座標変換を行う。

［ステップＳ４１２］可視化情報生成部１２０は、円状領域内に設定されたボクセルのポテンシャルの等値面のオブジェクトを生成する。
［ステップＳ４１３］レンダリング部１３０は、円状領域内に、タイムステップごとの興奮伝播波面を表す等値面のオブジェクトを描画する。そしてレンダリング部１３０は、描画により得られた画像をモニタ２１に表示させる。この際、レンダリング部１３０は、例えば等値面の近傍に、その等値面に対応するタイムステップの番号を表示させる。

このようにして、円状領域内にタイムステップごとの興奮伝播波面を表示させることができる。
図１５は、円状領域内に表示された興奮伝播波面の一例を示す図である。円状領域８０内にタイムステップごとの興奮伝播波面８１～８５が表示されている。円状領域８０内に興奮伝播波面８１～８５を表示したことで、拍動１周期分の興奮伝播の状況を容易に把握することができる。

例えば複数の患者の興奮伝播の状況を示す患者ごとの円状領域を、並べて表示することができる。これにより、患者間での拍動１周期の間における興奮伝播の違いを容易に見つけ出すことができる。また１人の患者の過去（例えば治療前）と現在（治療後）との興奮伝播の状況を示す対象時期ごとの円状領域を、並べて表示することができる。これにより、患者の拍動１周期の間における興奮伝播の変化を容易に見つけ出すことができる。

〔その他の実施の形態〕
第１～第４の実施の形態では、興奮伝播状況の表示対象とする区間を、洞房結節または房室結節と、心電図を測定するための電極位置との間としているが、他の区間を表示対象としてもよい。例えば疾患のある部位が分かっている場合、ユーザは、疾患のある部位を通る直線上の区間を、興奮伝播状況の表示対象としてもよい。この場合、興奮伝播可視化装置１００は、疾患のある部位を通る直線上の区間の興奮伝播状況を表示する。

また興奮伝播可視化装置１００は、複数の箇所の興奮伝播状況を同時に表示することもできる。例えばユーザは、電極などの表示対象位置を複数指定する。すると興奮伝播可視化装置１００は、洞房結節または房室結節から複数の表示対象位置それぞれへの興奮伝播状況を表示する。矢印のオブジェクトで興奮伝播状況を表示する場合、興奮伝播可視化装置１００は、胸郭の画像に重ねて、洞房結節または房室結節から複数の表示対象位置それぞれへの興奮伝播状況を示す矢印のオブジェクトを表示する。

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１ 解析空間
２ 心臓
３ 第１点
４ 第２点
５ 直線
６ａ～６ｉ 興奮伝播波面
７ａ～７ｉ 交点
８ 表示区間情報
９ 画像
９ａ～９ｉ 表示オブジェクト
１０ 興奮伝播可視化装置
１１ 記憶部
１１ａ 興奮伝播データ
１２ 処理部

Claims (6)

1. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部と、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出し、前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出し、前記興奮伝播波面との交点に対応付けた、前記興奮伝播波面の進行方向と進行速度とを示す表示形態の表示オブジェクトを、各解析時刻について生成し、各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記解析空間を表す描画領域内の対応する交点の位置に描画する処理部と、
   を有する興奮伝播可視化装置。
2. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部と、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出し、前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出し、各解析時刻を第１解析時刻としたときの前記第１解析時刻の直前の第２解析時刻において検出された交点を始点として、前記第１解析時刻において検出された交点を終点とする表示オブジェクトを、各解析時刻について生成し、各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記解析空間を表す描画領域内の対応する交点の位置に描画する処理部と、
   を有する興奮伝播可視化装置。
3. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部と、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出し、前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出し、前記興奮伝播波面との交点に対応付けた、前記興奮伝播波面のうちの前記直線を囲む柱状領域に含まれる部分を示す表示オブジェクトを、各解析時刻について生成し、各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記柱状領域内の対応する交点の位置に描画する処理部と、
   を有する興奮伝播可視化装置。
4. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部と、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出し、前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出し、前記興奮伝播波面との交点に対応付けた、前記興奮伝播波面のうちの前記直線を囲む柱状領域に含まれる部分を示す表示オブジェクトを、各解析時刻について生成し、１回の拍動期間内の各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記柱状領域を円状に変形した円状領域内の対応する交点の位置に描画する処理部と、
   を有する興奮伝播可視化装置。
5. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部に接続される演算処理装置が、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出し、
   前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出し、
   前記興奮伝播波面との交点に対応付けた、前記興奮伝播波面の進行方向と進行速度とを示す表示形態の表示オブジェクトを、各解析時刻について生成し、
   各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記解析空間を表す描画領域内の対応する交点の位置に描画する、
   興奮伝播可視化方法。
6. 心臓を含む解析空間内の複数の点における、解析期間内の各解析時刻での、興奮伝播により生じる電位を示す興奮伝播データを記憶する記憶部に接続される演算処理装置に、
   前記興奮伝播データに基づいて、電位が閾値を超えた領域と電位が前記閾値を超えていない領域との境界を示す興奮伝播波面を各解析時刻について検出させ、
   前記心臓内の第１点と前記心臓外の第２点とを通る直線と、前記興奮伝播波面との交点を各解析時刻について検出させ、
   前記興奮伝播波面との交点に対応付けた、前記興奮伝播波面の進行方向と進行速度とを示す表示形態の表示オブジェクトを、各解析時刻について生成させ、
   各解析時刻について生成した表示オブジェクトを、前記解析空間を表す描画領域内の対応する交点の位置に描画させる、
   興奮伝播可視化プログラム。

Images