JP7059391B2 - Fluid analyzers, methods and programs - Google Patents
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Description
本開示は、流体の流れを解析して表示する流体解析装置、方法およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to fluid analyzers, methods and programs that analyze and display fluid flow.
近年、心臓および脳等を撮影した医用画像を用いて、血管内の血流を解析することが行われている。このような医用画像を用いた血流解析方法としては、例えば、実際の血流を4次元的に測定する4Dフローの手法が用いられている。4Dフローは、例えば3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された3次元のMRI(Magnetic Resonance Imaging)画像を用いて、ボクセル毎、ピクセル毎または領域毎に流速ベクトルを導出し、これを時間の流れと合わせて動的に表示する手法である。また、数値流体力学を用いた血流解析(CFD:Computational Fluid Dynamics)により、血液の流れをシミュレーションにより把握する手法も用いられている。 In recent years, blood flow in blood vessels has been analyzed using medical images of the heart, brain, and the like. As a blood flow analysis method using such a medical image, for example, a 4D flow method for four-dimensionally measuring an actual blood flow is used. For 4D flow, for example, using a 3D MRI (Magnetic Resonance Imaging) image taken by a 3D cine phase contrast magnetic resonance method, a flow velocity vector is derived for each voxel, each pixel, or each region, and this is used for time. It is a method of dynamically displaying along with the flow. In addition, a method of grasping the blood flow by simulation by blood flow analysis (CFD: Computational Fluid Dynamics) using computational fluid dynamics is also used.
ところで、4Dフローは実際の血流が表現されたMRI画像に基づいて導出されるが、空間分解能および時間分解能に制約がある。また、乱流等が起こっている部分は血流が過小評価されるため、その部分においてはMRI画像に速度情報が現れてこない場合がある。一方、CFDは空間分解能および時間分解能を任意に設定可能であるが、あくまでもシミュレーションであるため、その結果が妥当であるかを十分に見極める必要がある。 By the way, the 4D flow is derived based on the MRI image expressing the actual blood flow, but there are restrictions on the spatial resolution and the temporal resolution. Further, since the blood flow is underestimated in the portion where turbulence or the like occurs, the velocity information may not appear in the MRI image in that portion. On the other hand, although CFD can arbitrarily set the spatial resolution and the temporal resolution, since it is only a simulation, it is necessary to sufficiently determine whether the result is appropriate.
このため、4Dフローにより導出された結果である流速ベクトルと、CFDにより導出された結果である流速ベクトルとを組み合わせて、血流を分析する手法が提案されている(特開2016-135265号公報参照)。また、4Dフローにより導出された結果と、CFDにより導出された結果とを表示して、ユーザに確認させるための手法も提案されている(van Ooij P, et al., "3D cine phase-contrast MRI at 3T in intracranial aneurysms compared with patient-specific computational fluid dynamics", AJNR Am J Neuroradiol. 2013 Sep;34(9):1785-91)。特開2016-135265号公報およびOoijPらの文献に記載された手法によれば、4Dフローにより導出された結果と、CFDにより取得された結果との双方を用いて、両者の長所を生かしつつ、診断および治療を行うことが可能となる。 Therefore, a method for analyzing blood flow by combining a flow velocity vector derived by 4D flow and a flow velocity vector derived by CFD has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-135265). reference). In addition, a method for displaying the result derived by 4D flow and the result derived by CFD and letting the user confirm it has also been proposed (van Ooij P, et al., "3D cine phase-contrast". MRI at 3T in intracranial aneurysms compared with patient-specific computational fluid dynamics ", AJNR Am J Neuroradiol. 2013 Sep; 34 (9): 1785-91). According to the methods described in JP-A-2016-135265 and the literature of Ooij P et al., Using both the results derived by 4D flow and the results obtained by CFD, the advantages of both can be utilized. It enables diagnosis and treatment.
しかしながら、OoijPらの文献に記載された手法は、4Dフローのように画像を解析することにより導出された結果と、CFDのようにシミュレーションにより導出された結果とが別々に表示される。このため、画像を解析することにより導出された結果とシミュレーションにより導出された結果とを同時に確認することができず、両者の相違が分かりにくい。 However, in the method described in the literature of OoijP et al., The result derived by analyzing the image like 4D flow and the result derived by simulation like CFD are displayed separately. Therefore, it is not possible to confirm the result derived by analyzing the image and the result derived by the simulation at the same time, and it is difficult to understand the difference between the two.
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、画像を解析することにより導出された結果とシミュレーションにより導出された結果との相違を容易に認識できるようにすることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to make it possible to easily recognize the difference between the result derived by analyzing the image and the result derived by the simulation.
本開示による流体解析装置は、内部に流体が流れる構造物を含む被写体を撮影することにより取得した画像を解析して、構造物内の各位置における流体の流れに関する第1の結果を導出する第1解析部と、
構造物内の各位置における流体の流れをシミュレーションして、流体の流れに関する第2の結果を導出する第2解析部と、The fluid analysis apparatus according to the present disclosure analyzes an image acquired by photographing a subject including a structure in which the fluid flows inside, and derives a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure. 1 Analysis unit and
A second analysis unit that simulates the fluid flow at each position in the structure and derives a second result regarding the fluid flow.
第1の結果および第2の結果のいずれか一方を基準とした、第1の結果と第2の結果との対応する位置における一致度を導出する一致度導出部と、
一致度に応じて第1の結果および第2の結果の少なくとも一方を表示部に表示する表示制御部とを備える。A matching degree deriving unit that derives the degree of matching between the first result and the second result at the corresponding positions based on either the first result or the second result.
A display control unit that displays at least one of the first result and the second result on the display unit according to the degree of coincidence is provided.
「各位置」とは画像のピクセル位置およびボクセル位置のみならず、複数ピクセル(ボクセル)からなる領域の位置をも含む。 "Each position" includes not only the pixel position and voxel position of the image but also the position of the area consisting of a plurality of pixels (voxels).
「流体の流れに関する結果」としては、流速ベクトル、流体の圧力、壁面せん断応力(WSS(Wall Shear Stress))、渦度およびヘリシティ等が挙げられる。 "Results on fluid flow" include flow velocity vectors, fluid pressures, WSS (Wall Shear Stress), vorticity and helicity.
なお、本開示による流体解析装置においては、表示制御部は、第1の結果および第2の結果のいずれか一方を表示し、一致度に応じて、表示された第1の結果および第2の結果のいずれか一方の表示態様を変更するものであってもよい。 In the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the display control unit displays either the first result or the second result, and the displayed first result and the second result are displayed according to the degree of agreement. The display mode of any one of the results may be changed.
また、本開示による流体解析装置においては、表示制御部は、第1の結果および第2の結果のいずれか一方を表示し、一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに表示するものであってもよい。 Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the display control unit displays either the first result or the second result, and further displays the other result in a display mode according to the degree of agreement. May be.
また、本開示による流体解析装置においては、表示制御部は、一致度が小さいほど他方の結果を強調表示するものであってもよい。 Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the display control unit may highlight the other result as the degree of agreement is smaller.
また、本開示による流体解析装置においては、表示制御部は、一致度が予め定められたしきい値以上となる位置において、第1の結果および第2の結果のいずれか一方を表示し、一致度がしきい値未満となる位置において、一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに表示するものであってもよい。 Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the display control unit displays either the first result or the second result at a position where the degree of matching is equal to or higher than a predetermined threshold value and matches. At a position where the degree is less than the threshold value, the other result may be further displayed by the display mode according to the degree of matching.
また、本開示による流体解析装置においては、画像は、3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって被写体を撮影することにより取得された3次元画像であり、
第1解析部は、3次元画像を解析することにより取得される流体の流速ベクトルを、第1の結果として導出するものであってもよい。Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the image is a three-dimensional image acquired by photographing the subject by the three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method.
The first analysis unit may derive the flow velocity vector of the fluid acquired by analyzing the three-dimensional image as the first result.
また、本開示による流体解析装置においては、第2解析部は、数値流体力学を用いた解析により流体の流れをシミュレーションすることにより取得される流体の流速ベクトルを、第2の結果として導出するものであってもよい。 Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the second analysis unit derives the flow velocity vector of the fluid acquired by simulating the flow of the fluid by analysis using computational fluid dynamics as the second result. May be.
また、本開示による流体解析装置においては、構造物が血管であり、流体が血液であってもよい。 Further, in the fluid analyzer according to the present disclosure, the structure may be a blood vessel and the fluid may be blood.
また、本開示による流体解析装置においては、表示制御部は、表示部に構造物の形態画像を表示し、形態画像上において、一致度に応じて第1の結果および第2の結果の少なくとも一方を表示するものであってもよい。 Further, in the fluid analysis apparatus according to the present disclosure, the display control unit displays a morphological image of the structure on the display unit, and at least one of the first result and the second result is displayed on the morphological image according to the degree of coincidence. May be displayed.
本開示による流体解析方法は、内部に流体が流れる構造物を含む被写体を撮影することにより取得した画像を解析して、構造物内の各位置における流体の流れに関する第1の結果を導出し、
構造物内の各位置における流体の流れをシミュレーションして、流体の流れに関する第2の結果を導出し、
第1の結果および第2の結果のいずれか一方を基準とした、第1の結果と第2の結果との対応する位置における一致度を導出し、
一致度に応じて第1の結果および第2の結果の少なくとも一方を表示部に表示する。The fluid analysis method according to the present disclosure analyzes an image acquired by photographing a subject including a structure in which the fluid flows inside, and derives a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
Simulate the fluid flow at each position in the structure to derive a second result for the fluid flow.
Derived the degree of agreement between the first result and the second result at the corresponding positions based on either the first result or the second result.
At least one of the first result and the second result is displayed on the display unit according to the degree of matching.
なお、本開示による流体解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。 It should be noted that the fluid analysis method according to the present disclosure may be provided as a program for causing a computer to execute the method.
本開示による他の流体解析装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
内部に流体が流れる構造物を含む被写体を撮影することにより取得した画像を解析して、構造物内の各位置における流体の流れに関する第1の結果を導出し、
構造物内の各位置における流体の流れをシミュレーションして、流体の流れに関する第2の結果を導出し、
第1の結果および第2の結果のいずれか一方を基準とした、第1の結果と第2の結果との対応する位置における一致度を導出し、
一致度に応じて第1の結果および第2の結果の少なくとも一方を表示部に表示する処理を実行する。Other fluid analyzers according to the present disclosure include a memory for storing instructions to be executed by a computer and a memory.
The processor comprises a processor configured to execute a stored instruction.
The image acquired by photographing the subject including the structure in which the fluid flows inside is analyzed to derive the first result regarding the fluid flow at each position in the structure.
Simulate the fluid flow at each position in the structure to derive a second result for the fluid flow.
Derived the degree of agreement between the first result and the second result at the corresponding positions based on either the first result or the second result.
A process of displaying at least one of the first result and the second result on the display unit is executed according to the degree of matching.
本開示によれば、画像を解析することにより導出された結果とシミュレーションにより導出された結果との相違を容易に認識することができる。 According to the present disclosure, it is possible to easily recognize the difference between the result derived by analyzing the image and the result derived by the simulation.
以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図1は、本開示の実施形態による流体解析装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図1に示すように、診断支援システムでは、本実施形態による流体解析装置1、3次元画像撮影装置2、および画像保管サーバ3が、ネットワーク4を経由して通信可能な状態で接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a hardware configuration diagram showing an outline of a diagnostic support system to which the fluid analysis apparatus according to the embodiment of the present disclosure is applied. As shown in FIG. 1, in the diagnostic support system, the
3次元画像撮影装置2は、被検体の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す3次元画像を生成する装置であり、具体的には、CT装置、MRI装置、およびPET(Positron Emission Tomography)装置等である。3次元画像撮影装置2により生成された3次元画像は画像保管サーバ3に送信され、保存される。なお、本実施形態では、患者の心臓(本開示の被写体に相当する)の3次元画像を取得する場合について説明するが、これに限らず、肺、肝臓および頭部等その他の臓器でもよい。とくに、本実施形態においては、複数種類の3次元画像を取得するものとする。具体的には、MRI装置において3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって被写体を撮影したMRI画像を第1の3次元画像G1として取得し、CT装置において造影剤を用いて被写体を撮影した造影CT画像を第2の3次元画像G2として取得するものとする。しかしながら、取得される3次元画像の種類はこれらに限定されるものではない。また、心臓の血管が本開示の構造物に、血液が本開示の流体にそれぞれ対応する。
The three-
画像保管サーバ3は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ3は、有線あるいは無線のネットワーク4を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には3次元画像撮影装置2で生成された3次元画像の画像データを含む各種データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、画像データの格納形式およびネットワーク4経由での各装置間の通信は、DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)等のプロトコルに基づいている。
The
流体解析装置1は、1台のコンピュータに、本開示の流体解析プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。流体解析プログラムは、DVD(Digital Versatile Disc)あるいはCD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、もしくはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
The
図2は、コンピュータに流体解析プログラムをインストールすることにより実現される流体解析装置の概略構成を示す図である。図2に示すように、流体解析装置1は、標準的なワークステーションの構成として、CPU(Central Processing Unit)11、メモリ12およびストレージ13を備えている。また、流体解析装置1には、液晶ディスプレイ等の表示部14、並びにキーボードおよびマウス等の入力部15が接続されている。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a fluid analysis device realized by installing a fluid analysis program in a computer. As shown in FIG. 2, the
ストレージ13は、ハードディスクドライブ等からなり、ネットワーク4を経由して画像保管サーバ3から取得した3次元画像、並びに処理に必要な情報を含む各種情報が記憶されている。
The
また、メモリ12には、流体解析プログラムが記憶されている。流体解析プログラムは、CPU11に実行させる処理として、被写体の第1および第2の3次元画像G1,G2を取得する画像取得処理、第1の3次元画像G1を解析して、血管内の各位置における血液の流れに関する第1の結果を導出する第1解析処理、第2の3次元画像G2を用いて血管内の各位置における血液の流れをシミュレーションして、血液の流れに関する第2の結果を導出する第2解析処理、第1の結果および第2の結果のいずれか一方を基準とした、第1の結果と第2の結果との対応する位置における一致度を導出する一致度導出処理、並びに一致度に応じて第1の結果および第2の結果の少なくとも一方を表示部14に表示する表示制御処理を規定する。
Further, the fluid analysis program is stored in the
そして、CPU11がプログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータは、画像取得部20、第1解析部21、第2解析部22、一致度導出部23および表示制御部24として機能する。
Then, when the
画像取得部20は、第1および第2の3次元画像G1,G2を画像保管サーバ3から取得する。なお、第1および第2の3次元画像G1,G2が既にストレージ13に記憶されている場合には、画像取得部20は、ストレージ13から第1および第2の3次元画像G1,G2を取得するようにしてもよい。
The
第1解析部21は、第1の3次元画像G1を解析して、血管内の各位置における血液の流れに関する第1の結果R1を導出する。本実施形態においては、第1解析部21は、まず、第1の3次元画像G1から血管領域を抽出する。具体的には、第1解析部21は、第1の3次元画像G1に対して多重解像度変換を行い、各解像度の画像に対してヘッセ行列の固有値解析を行い、各解像度の画像における解析結果を統合することによって、第1の3次元画像G1に含まれる心臓領域中の様々なサイズの線構造(血管)の集合体として、冠動脈の領域を血管領域として抽出する(例えばY Sato, et al.、「Three-dimensional multi-scale line filter for segmentation and visualization of curvilinear structures in medical images.」、Medical Image Analysis、1998年6月、Vol.2、No.2、p.p.143-168等参照)。また、さらに最小全域木アルゴリズム等を用いて、抽出された各線構造の中心点を連結することにより、冠動脈を表す木構造のデータを生成し、抽出された冠動脈の中心点を結ぶ芯線上の各点(木構造データの各ノード)において、芯線に直交する断面を求め、各断面において、グラフカット法等の公知のセグメンテーション手法を用いて冠動脈の輪郭を認識し、その輪郭を表す情報を木構造データの各ノードに関連づけることによって、冠動脈の領域を血管領域として抽出するようにしてもよい。
The
なお、血管領域の抽出方法としては上記の方法に限らず、領域拡張法等のその他の公知の手法を用いるようにしてもよい。 The method for extracting the blood vessel region is not limited to the above method, and other known methods such as the region expansion method may be used.
そして、第1解析部21は、第1の3次元画像G1から抽出された血管領域内の速度情報を用いて、血管内の各ボクセル位置における流速ベクトルを第1の結果R1として導出する。図3は、3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された第1の3次元画像G1を示す図である。図3に示すように、3次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された第1の3次元画像G1の画像データは、マグニチュードデータM、X方向の位相データPhx、Y軸方向の位相データPhy、およびZ軸方向の位相データPhzを、時間tに沿って所定の周期(例えば心周期)で得た3次元データを含む。X方向の位相データPhx、Y軸方向の位相データPhy、およびZ軸方向の位相データPhzは、マグニチュードデータMをX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向にエンコード(VENC:velocity encoding)することにより生成される。X方向の位相データPhx、Y軸方向の位相データPhy、およびZ軸方向の位相データPhzは各軸方向の流速を表すデータである。第1解析部21は、3つの位相データから第1の3次元画像G1の各ボクセル位置の3次元流速ベクトル(以下、流速ベクトルとする)を第1の結果R1として導出する。なお、流速ベクトルは、第1の3次元画像G1の各ボクセル位置において導出しているが、これに限定されるものではなく、予め定められたボクセル間隔(例えば5ボクセル、10ボクセル等)にて導出してもよい。また、複数ボクセルからなる領域において1つの流速ベクトルを導出するようにしてもよい。
Then, the
なお、画像取得部20において、ドップラー計測によって時系列に撮影された3次元の超音波画像を取得し、その超音波画像に基づいて取得された血管領域内の速度情報を用いて流速ベクトルを取得して、第1の結果R1を導出するようにしてもよい。
The
第2解析部22は、第2の3次元画像G2を用いて、血管内の各位置における血液の流れをシミュレーションして、血液の流れに関する第2の結果R2を導出する。このために、第2解析部22は、まず第2の3次元画像G2から血管領域を抽出する。血管領域の抽出は、上述した第1解析部21と同様に行えばよい。そして、第2解析部22は、抽出された血管領域を用いてCFD(Computational Fluid Dynamics)による血流解析を行うことにより、第2の3次元画像G2の各ボクセル位置における流速ベクトルを第2の結果R2として取得する。なお、第2の結果R2についても、第2の3次元画像G2における予め定められたボクセル間隔にて導出してもよく、複数ボクセルからなる領域において1つの流速ベクトルを導出するようにしてもよい。
The
なお、第1の3次元画像G1は、MRI装置における制約により、第2の3次元画像G2よりも空間分解能および時間分解能が低い。このため、空間的に見ると、第1の結果R1は第2の結果R2よりも大きい間隔にて導出される。図4は同一の血管領域における第1の結果および第2の結果を示す図である。図4に示すように、第1の結果R1の流速ベクトルは、第2の結果R2の流速ベクトルと比較すると、その間隔は第1の結果R1の方が空間的に広いものとなる。 The first three-dimensional image G1 has lower spatial resolution and temporal resolution than the second three-dimensional image G2 due to restrictions in the MRI apparatus. Therefore, when viewed spatially, the first result R1 is derived at a larger interval than the second result R2. FIG. 4 is a diagram showing a first result and a second result in the same vascular region. As shown in FIG. 4, the flow velocity vector of the first result R1 is spatially wider in the first result R1 as compared with the flow velocity vector of the second result R2.
一致度導出部23は、第1の結果R1および第2の結果R2のいずれか一方を基準とした、第1の結果R1と第2の結果R2との対応するボクセル位置における一致度C0を導出する。なお、本実施形態においては、第2の結果R2を基準とした一致度C0を導出するものとするが、これに限定されるものではない。ここで、上述したように、第1の結果R1の流速ベクトルの空間分解能は、第2の結果R2の流速ベクトルの空間分解能よりも低い。このため、一致度導出部23は、第1の結果R1について第2の結果R2と同一の空間分解能となるように、第1の結果R1と第2の結果R2との空間分解能を一致させる。具体的には、第2の結果R2において流速ベクトルが導出されたすべてのボクセル位置における第1の結果R1の流速ベクトルを、第1解析部21が導出した第1の結果R1の流速ベクトルを補間することにより導出する。図5は補間演算により第2の結果R2と空間分解能を一致させた第1の結果R1を示す図である。
The matching
そして、一致度導出部23は、第1の結果R1と第2の結果R2との対応するボクセル位置における流速ベクトルの内積を一致度C0として導出する。なお、一致度C0は、対応するボクセル位置における流速ベクトル同士で導出してもよいが、各ボクセル位置を基準として予め定められた範囲内の流速ベクトルの平均値を各ボクセル位置の流速ベクトルとして算出し、算出した流速ベクトルを用いて一致度C0を導出してもよい。なお、平均値は、注目するボクセル位置から離れるほど重み付けを小さくする重み付け平均値としてもよい。
Then, the matching
表示制御部24は、一致度導出部23が導出した一致度C0に応じて、第1の結果R1および第2の結果R2の少なくとも一方を表示部14に表示する。本実施形態においては、第2の結果R2を表示するものとし、表示された第2の結果R2の表示態様を一致度C0に応じて変更する。なお、第1の結果R1を表示し、表示された第1の結果R1の表示態様を一致度C0に応じて変更してもよい。図6は一致度C0に応じた第1の結果および第2の結果の表示画面を示す図である。図6に示すように、表示画面30においては、第2の結果R2は、第1の結果R1との一致度C0が大きいほど、流速ベクトルの濃度が大きいものとなっている。表示画面30においては、右側ほど第1の結果R1と第2の結果R2との一致度C0が大きく、左に向かうほど一致度C0が小さいものとなっている。
The
なお、実際には、図7に示すように、表示部14に表示された血管の形態画像31を表示した表示画面30Aにおいて、第2の結果R2の流速ベクトルが、一致度C0に応じた表示態様で表示されることとなる。ここで、図7においては、説明のために流速ベクトルの間隔を大きくしているが、実際には第1の結果R1および第2の結果R2を取得したボクセル位置毎または複数のボクセルからなる領域毎に、流速ベクトルが表示されることとなる。
Actually, as shown in FIG. 7, on the
また、図6においては、一致度C0に応じて流速ベクトルの濃度を変えているが、色を変えるようにしてもよく、透明度を変えるようにしてもよく、流速ベクトルの線の種類(破線および実線等)を変えるようにしてもよい。また、これらを組み合わせて表示態様を変更してもよい。 Further, in FIG. 6, although the density of the flow velocity vector is changed according to the degree of coincidence C0, the color may be changed or the transparency may be changed, and the type of the line of the flow velocity vector (broken line and You may change (solid line, etc.). Further, the display mode may be changed by combining these.
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図8は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部20が第1および第2の3次元画像G1,G2を画像保管サーバ3から取得する(画像取得;ステップST1)。そして、第1解析部21が、第1の3次元画像G1を解析して、血管内の各位置における血液の流れに関する第1の結果R1を導出する(ステップST2)。また、第2解析部22が、血管内の各位置における血液の流れをシミュレーションして、血液の流れに関する第2の結果R2を導出する(ステップST3)。なお、ステップST3の処理を先に行ってもよく、ステップST2の処理とステップST3の処理とを並列に行ってもよい。
Next, the processing performed in this embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the processing performed in the present embodiment. First, the
次いで、一致度導出部23が、第1の結果および第2の結果のいずれか一方を基準とした、第1の結果R1と第2の結果R2との対応する位置における一致度C0を導出する(ステップST4)。そして、表示制御部24が、一致度C0に応じて第1の結果R1および第2の結果R2の少なくとも一方を表示部14に表示し(結果表示;ステップST5)、処理を終了する。
Next, the matching
このように、本実施形態によれば、第1の結果R1および第2の結果R2のいずれか一方を基準とした、第1の結果R1と第2の結果R2との対応する位置における一致度C0を導出し、一致度C0に応じて第1の結果R1および第2の結果R2の少なくとも一方を表示するようにした。このため、ユーザは、表示された第1の結果R1および第2の結果R2の少なくとも一方を見ることにより、血管内の各位置において、第1の結果R1と第2の結果R2とがどの程度一致しているかを認識できる。したがって、本実施形態によれば、第1の結果R1と第2の結果R2との相違、すなわち、第1の3次元画像G1画像を解析することにより導出された結果とシミュレーションにより導出された結果との相違を容易に認識することができる。 As described above, according to the present embodiment, the degree of coincidence between the first result R1 and the second result R2 at the corresponding positions based on either the first result R1 or the second result R2 is used as a reference. C0 was derived and at least one of the first result R1 and the second result R2 was displayed according to the degree of coincidence C0. Therefore, by looking at at least one of the displayed first result R1 and second result R2, the user sees how much the first result R1 and the second result R2 are at each position in the blood vessel. You can recognize whether they match. Therefore, according to the present embodiment, the difference between the first result R1 and the second result R2, that is, the result derived by analyzing the first three-dimensional image G1 image and the result derived by the simulation. The difference with can be easily recognized.
なお、上記実施形態においては、図6に示すように一致度C0に応じて表示態様が変更された第2の結果R2の表示画面30を表示部14に表示しているが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、表示制御部24は、第1の結果R1および第2の結果R2のいずれを表示するかを切り替えるためのバー40を含む表示画面32を表示部14に表示してもよい。図9に示す表示画面32においては、CFDにより導出した第2の結果R2を表示するようにバー40が切り替えられている。バー40を4Dフローである第1の結果R1を表示するように切り替えた場合、図10の表示画面33に示すように、第1の結果R1が表示され、第2の結果R2との一致度C0が大きいほど流速ベクトルの濃度が濃いものとなる。
In the above embodiment, as shown in FIG. 6, the
また、表示制御部24は、第1の結果R1および第2の結果R2のいずれか一方を表示し、一致度C0に応じた表示態様により、他方の結果をさらに表示するようにしてもよい。例えば、図11の表示画面34に示すように、第2の結果R2を表示し、一致度C0に応じた表示態様により第1の結果R1をさらに表示してもよい。なお、第1の結果R1を表示し、一致度C0に応じた表示態様により第2の結果R2を表示してもよい。図11に示す表示画面34おいては、図6と同様に、第2の結果R2である流速ベクトルが一致度C0に応じた表示態様により表示され、さらに、一致度C0が小さいほど、第1の結果R1である流速ベクトルが一致度C0に応じた表示態様にて表示されている。なお、図11に示す表示画面34において、第1の結果R1の流速ベクトルは、一致度C0が小さいほど太い破線により強調表示されている。したがって、表示画面34には、徐々に一致度C0が小さくなることを認識可能に、第2の結果R2と併せて第1の結果R1が表示されることとなる。
Further, the
なお、第1の結果R1の流速ベクトルの表示態様の変更については、一致度C0に応じて破線の太さを変えているが、色を変えるようにしてもよく、透明度を変えるようにしてもよい。また、これらを組み合わせて表示態様を変更してもよい。 Regarding the change in the display mode of the flow velocity vector of the first result R1, the thickness of the broken line is changed according to the degree of coincidence C0, but the color may be changed or the transparency may be changed. good. Further, the display mode may be changed by combining these.
また、図12の表示画面35に示すように、一致度C0が小さい位置については、第1の結果R1および第2の結果R2のいずれを表示するかを選択するためのバー45を表示するようにしてもよい。図12においては、バー45において4Dフロー、すなわち第1の結果R1が選択されているため、例えば一致度C0が予め定められたしきい値Th1以下であるように、一致度C0が小さい位置については、第2の結果R2に代えて第1の結果R1の流速ベクトルが表示される。なお、図12に示す表示画面35おいては、第1の結果R1の流速ベクトルを破線の矢印により示している。なお、図12に示す表示画面35おいて、バー45をCFDの側に切り替えれば、図6と同様に第2の結果R2のみが表示される。なお、しきい値Th1は、入力部15からの入力により、任意の値に変更できるようにしてもよい。
Further, as shown on the
また、上記実施形態においては、血管内の各位置における流速ベクトルを第1の結果R1および第2の結果R2として導出しているが、これに限定されるものではない。流速ベクトルの他、例えば流体の圧力、壁面せん断応力(WSS(Wall Shear Stress))、渦度およびヘリシティ等を第1の結果R1および第2の結果R2として用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the flow velocity vectors at each position in the blood vessel are derived as the first result R1 and the second result R2, but the present invention is not limited thereto. In addition to the flow velocity vector, for example, fluid pressure, wall shear stress (WSS), vorticity, helicity, etc. may be used as the first result R1 and the second result R2.
また、上記実施形態においては、内部に流体が流れる構造物として血管を用いているがこれに限定されるものではない。例えば、脳脊髄液の流れを可視化することを考えた場合、内部に髄液が流れる構造物として、頭蓋内での脳室、とくにくも膜下腔を、脊柱管内では脊髄くも膜下腔を、内部に流体が流れる構造物として用いてもよい。また、内部にリンパ液が流れるリンパ管を用いてもよい。 Further, in the above embodiment, a blood vessel is used as a structure through which a fluid flows, but the present invention is not limited to this. For example, when considering the visualization of the flow of cerebrospinal fluid, the structure in which the cerebrospinal fluid flows is the ventricle in the skull, especially the subarachnoid space, and the spinal cord subarachnoid space in the spinal canal. It may be used as a structure through which a fluid flows. Further, a lymphatic vessel through which lymph fluid flows may be used.
また、上記実施形態においては、人体を対象とした画像を対象としているが、これに限定されるものではない。例えば、配管内を流れる流体の流れを解析する際にも、本開示を適用できることはもちろんである。 Further, in the above embodiment, an image targeting a human body is targeted, but the present invention is not limited to this. For example, it goes without saying that the present disclosure can also be applied when analyzing the flow of a fluid flowing in a pipe.
また、上記実施形態において、例えば、画像取得部20、第1解析部21、第2解析部22、一致度導出部23および表示制御部24といった各種の処理を実行する処理部(Processing Unit)のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ(Processor)を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPUに加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device :PLD)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
Further, in the above embodiment, for example, a processing unit that executes various processes such as an
1つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGAの組み合わせまたはCPUとFPGAとの組み合わせ)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。 One processing unit may be composed of one of these various processors, or a combination of two or more processors of the same type or different types (for example, a combination of a plurality of FPGAs or a combination of a CPU and an FPGA). ) May be configured. Further, a plurality of processing units may be configured by one processor.
複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウェアとの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、システムオンチップ(System On Chip:SoC)等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの1つ以上を用いて構成される。 As an example of configuring a plurality of processing units with one processor, first, as represented by a computer such as a client and a server, one processor is configured by a combination of one or more CPUs and software. There is a form in which this processor functions as a plurality of processing units. Second, as typified by System On Chip (SoC), there is a form that uses a processor that realizes the functions of the entire system including multiple processing units with one IC (Integrated Circuit) chip. be. As described above, the various processing units are configured by using one or more of the above-mentioned various processors as a hardware-like structure.
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路(Circuitry)を用いることができる。 Further, as the hardware structure of these various processors, more specifically, an electric circuit (Circuitry) in which circuit elements such as semiconductor elements are combined can be used.
1 流体解析装置
2 3次元画像撮影装置
3 画像保管サーバ
4 ネットワーク
11 CPU
12 メモリ
13 ストレージ
14 表示部
15 入力部
20 画像取得部
21 第1解析部
22 第2解析部
23 一致度導出部
24 表示制御部
30,30A,32~35 表示画面
31 形態画像
40,45 バー
M マグニチュードデータ
Phx 位相データ
Phy 位相データ
Phz 位相データ
R1 第1の結果
R2 第2の結果1
12
Claims (12)
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出する第2解析部と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出する一致度導出部と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する表示制御部とを備えた流体解析装置。 A first analysis unit that analyzes an image acquired by photographing a subject including a structure in which a fluid flows inside and derives a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
A second analysis unit that simulates the flow of the fluid at each position in the structure and derives a second result regarding the flow of the fluid.
A matching degree deriving unit that derives a matching degree at a position corresponding to the first result and the second result based on either the first result or the second result.
A display control unit is provided which displays one of the first result and the second result on the display unit and further displays the other result on the display unit according to the display mode according to the degree of agreement . Fluid analyzer.
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出する第2解析部と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出する一致度導出部と、
前記一致度が予め定められたしきい値以上となる位置において、前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度が前記しきい値未満となる位置において、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する表示制御部とを備えた流体解析装置。 A first analysis unit that analyzes an image acquired by photographing a subject including a structure in which a fluid flows inside and derives a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
A second analysis unit that simulates the flow of the fluid at each position in the structure and derives a second result regarding the flow of the fluid.
A matching degree deriving unit that derives a matching degree at a position corresponding to the first result and the second result based on either the first result or the second result.
At a position where the degree of agreement is equal to or higher than a predetermined threshold value, either the first result or the second result is displayed on the display unit, and the degree of agreement is less than the threshold value. A fluid analysis device including a display control unit that further displays the other result on the display unit in a display mode according to the degree of coincidence at the position .
前記第1解析部は、前記3次元画像を解析することにより取得される前記流体の流速ベクトルを、前記第1の結果として導出する請求項1から4のいずれか1項に記載の流体解析装置。 The image is a three-dimensional image acquired by photographing the subject by a three-dimensional cine phase contrast magnetic resonance method.
The fluid analysis device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first analysis unit derives the flow velocity vector of the fluid acquired by analyzing the three-dimensional image as the first result. ..
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出し、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出し、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する流体解析方法。 The image acquired by photographing the subject including the structure in which the fluid flows inside is analyzed to derive the first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
The flow of the fluid at each position in the structure is simulated to derive a second result regarding the flow of the fluid.
Based on either the first result or the second result, the degree of agreement at the corresponding position between the first result and the second result is derived.
A fluid analysis method in which one of the first result and the second result is displayed on the display unit, and the other result is further displayed on the display unit according to the display mode according to the degree of agreement .
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出し、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出し、
前記一致度が予め定められたしきい値以上となる位置において、前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度が前記しきい値未満となる位置において、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する流体解析方法。 The image acquired by photographing the subject including the structure in which the fluid flows inside is analyzed to derive the first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
The flow of the fluid at each position in the structure is simulated to derive a second result regarding the flow of the fluid.
Based on either the first result or the second result, the degree of agreement at the corresponding position between the first result and the second result is derived.
At a position where the degree of agreement is equal to or higher than a predetermined threshold value, either the first result or the second result is displayed on the display unit, and the degree of agreement is less than the threshold value. A fluid analysis method in which the other result is further displayed on the display unit in a display mode according to the degree of coincidence at a position .
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出する手順と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出する手順と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。 A procedure for analyzing an image acquired by photographing a subject including a structure in which a fluid flows inside, and deriving a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
A procedure for simulating the flow of the fluid at each position in the structure to derive a second result regarding the flow of the fluid.
A procedure for deriving a degree of agreement between the first result and the second result at a corresponding position based on either the first result or the second result, and a procedure for deriving the degree of coincidence between the first result and the second result.
One of the first result and the second result is displayed on the display unit, and the computer is made to execute a procedure of further displaying the other result on the display unit according to the display mode according to the degree of agreement . Fluid analysis program.
前記構造物内の各位置における前記流体の流れをシミュレーションして、前記流体の流れに関する第2の結果を導出する手順と、
前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を基準とした、前記第1の結果と前記第2の結果との対応する位置における一致度を導出する手順と、
前記一致度が予め定められたしきい値以上となる位置において、前記第1の結果および前記第2の結果のいずれか一方を表示部に表示し、前記一致度が前記しきい値未満となる位置において、前記一致度に応じた表示態様により、他方の結果をさらに前記表示部に表示する手順とをコンピュータに実行させる流体解析プログラム。 A procedure for analyzing an image acquired by photographing a subject including a structure in which a fluid flows inside, and deriving a first result regarding the flow of the fluid at each position in the structure.
A procedure for simulating the flow of the fluid at each position in the structure to derive a second result regarding the flow of the fluid.
A procedure for deriving a degree of agreement between the first result and the second result at a corresponding position based on either the first result or the second result, and a procedure for deriving the degree of coincidence between the first result and the second result.
At a position where the degree of agreement is equal to or higher than a predetermined threshold value, either the first result or the second result is displayed on the display unit, and the degree of agreement is less than the threshold value. A fluid analysis program that causes a computer to perform a procedure of further displaying the other result on the display unit in a display mode according to the degree of coincidence at a position .
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