JP7196557B2 - 動態画像解析装置及び動態画像解析システム - Google Patents
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Description
被検体の胸部の動態を放射線撮影することにより得られた動態画像から心臓領域又は肺野領域を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、若しくは画素値、又は前記抽出手段により抽出された肺野領域の画素値に基づいて、前記被検体の心機能の評価値として、一回拍出量、心拍出量、血圧、肺動脈圧、動脈圧、又は中心静脈圧を算出する算出手段と、
を備える。
被検体の胸部の動態を放射線撮影することにより得られた動態画像から心臓領域又は肺野領域を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、若しくは画素値、又は前記抽出手段により抽出された肺野領域の画素値に基づいて、前記被検体の心機能の評価値又は水分量の評価値を算出する算出手段と、
を備え、
前記抽出手段及び前記算出手段は、撮影装置により順次取得される動態画像に対して順次前記抽出及び前記算出を行って前記心機能の評価値又は前記水分量の評価値を算出し、
前記算出手段により算出された前記心機能の評価値又は前記水分量の評価値に基づいて、前記撮影装置により照射する放射線量を制御する制御手段を備える。
(動態画像解析システム100の構成)
まず、本発明に係る第1の実施形態の構成について説明する。
図1に、本実施形態における動態画像解析システム100の全体構成例を示す。
動態画像解析システム100は、例えば、集中治療室や手術室等に在室している移動が困難な患者を被検者として撮影を行うための回診用のシステムであり、放射線発生装置1と、コンソール2と、アクセスポイント3と、FPD(Flat Panel Detector)カセッテ4と、を備えて構成されている。放射線発生装置1は、車輪を有し、コンソール2やアクセスポイント3を設置した移動可能な回診車として構成されている。動態画像解析システム100において、コンソール2は、アクセスポイント3を介して放射線発生装置1及びFPDカセッテ4と通信接続可能である。
動態撮影とは、被検者Hに対し、X線等の放射線をパルス状にして所定時間間隔で繰り返し照射するか(パルス照射)、もしくは、低線量率にして途切れなく継続して照射する(
連続照射)ことで、複数の画像を取得することをいう。動態撮影では、例えば、呼吸運動
に伴う肺の膨張及び収縮の形態変化、心臓の拍動等の、周期性(サイクル)を持つ被検者Hの動態を撮影する。この連続撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。
本実施形態においては、動態画像解析システム100は、被検者Hの胸部正面の動態を撮影するものとして説明する。
放射線発生装置1は、パルス照射、連続照射の少なくともいずれか一方が可能な放射線発生装置である。放射線発生装置1は、放射線を照射する放射線源11と、放射線照射制御部12と、曝射スイッチ13等を備えて構成されている。
放射線照射制御部12は、コンソール2から送信された放射線照射条件に基づいて放射線源11を制御して放射線撮影を行う。コンソール2から入力される放射線照射条件は、例えば、管電流、管電圧、フレームレート(1単位時間(1秒)当たりに撮影するフレーム画像数)、1撮影当たりの総撮影時間もしくは総撮影フレーム画像数、付加フィルター種、パルス照射の場合は1フレーム画像当たりの放射線照射時間等である。
曝射スイッチ13は、押下されることにより、放射線照射指示信号をコンソール2に入力する。
また、記憶部22は、動態撮影時の放射線照射条件及び画像読取条件を記憶している。放射線照射条件及び画像読取条件は、操作部23の操作によりユーザーが設定可能である。
この係数テーブルに格納されている係数は、実験的に求められたものである。
次に、動態画像解析システム100における動作について説明する。
まず、撮影実施者は、コンソール2の操作部23により被検者Hの患者情報(氏名、年齢、性別、体格等)、検査情報(検査対象部位(ここでは、胸部)、検査年月日等)を入力するとともに、放射線源11やFPDカセッテ4を所定の位置にセットする。
コンソール2の制御部21は、検査対象部位(ここでは胸部)に対応する放射線照射条件を放射線照射制御部12に設定するとともに、画像読取条件をFPDカセッテ4に設定する。
曝射スイッチ13が押下されると、制御部21は、放射線照射制御部12及びFPDカセッテ4を制御して、被検者Hの胸部の動態撮影を行わせる。FPDカセッテ4は、撮影により取得したフレーム画像を順次コンソール2に送信する。
図5は、胸部動態画像のフレーム画像を模式的に示す図である。図5に示すように、胸部正面の動態画像では、心臓(図5においてR1で示す領域)は略楕円形状の領域として描画される。
まず、制御部21は、心臓面積の時間変化の周期[sec]を算出する。この周期は、心拍周期に相当する。次いで、(式1)により心拍数を算出する。
心拍数=60÷周期[sec]・・・(式1)
次いで、制御部21は、以下の(式2)により心拍出量を算出する。
心拍出量=一回拍出量×心拍数・・・(式2)
なお、算出した心拍数、一回拍出量及び心拍出量は、胸部動態画像から算出した心臓面積、肺野面積、被検者Hの身長、又は体重に基づく補正係数で正規化することが好ましい。
本実施形態では、FPDカセッテ4から心拍一周期分のフレーム画像が受信される毎に、心拍数、一回拍出量及び心拍出量が算出され、表示部24に表示される(表示が更新される)。すなわち、ほぼリアルタイムに心拍数、一回拍出量及び心拍出量を測定して表示することができる。
動態画像の一連のフレーム画像の受信が終了したと判断した場合(ステップS7;YES)、制御部21は、心機能測定処理Aを終了する。
なお、心臓面積又は心臓領域の画素値に基づくパラメーターを用いる場合は、体動や呼吸による誤差を低減するため、動態撮影を行う際に、被検者Hに息止めを指示して息止めの状態で動態撮影を行うことが好ましい。
・予め定められた心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓面積
・心臓面積の心拍一周期における平均値
・肺野領域内の平均画素値の呼吸一周期における平均
・予め定められた呼吸位相(例えば、最大呼気位、最大吸気位、その中間等)の肺野領域内の平均画素値
・肺野領域内の平均画素値の呼吸一周期における極大値と極小値の差分値
・心臓領域内の平均画素値の心拍一周期における平均
・予め定められた心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓領域内の平均画素値
・心臓領域内の平均画素値の心拍一周期における極大値と極小値の差分値
・心臓領域の直径の心拍一周期における平均
・予め定められた心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓領域の直径
・心臓領域の直径の極大値と極小値の心拍一周期における差分値
心拍出量=パラメーター×係数×心拍数・・・(式3)
となる。よって、係数は、(式4)により求めることができる。
係数=心拍出量÷(パラメーター×心拍数)・・・(式4)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、胸部動態画像から算出した心臓面積に基づいて、心機能の評価値として、心拍数、一回拍出量及び心拍出量を算出する場合について説明したが、第2の実施形態においては、胸部動態画像から算出した肺野領域内の画素値に基づいて、心機能の評価値として血圧(BP)、肺動脈圧(PAP)、動脈圧(AP)、及び中心静脈圧を算出し、被検者Hの水分量の評価値として肺水分量及び全身水分量を算出する場合を例にとり説明する。
なお、算出した各評価値は、胸部動態画像から算出した心臓面積、肺野面積、被検者Hの身長、又は体重に基づく補正係数で正規化することが好ましい。
本実施形態では、FPDカセッテ4から最大呼気位のフレーム画像が受信される毎に、血圧、肺動脈圧、動脈圧、中心静脈圧、肺水分量、及び全身水分量が算出され、表示部24に表示される(表示が更新される)。すなわち、ほぼリアルタイムに血圧、肺動脈圧、動脈圧、中心静脈圧、肺水分量、及び全身水分量を測定して表示することができる。
動態画像の一連のフレーム画像の受信が終了したと判断した場合(ステップS20;YES)、制御部21は、心機能測定処理Bを終了する。
なお、心臓面積又は心臓領域の画素値に基づくパラメーターを用いる場合は、体動や呼吸による誤差を低減するため、動態撮影を行う際に、被検者Hに息止めを指示して息止めの状態で動態撮影を行うことが好ましい。
・所定の心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓面積
・心臓面積の心拍一周期における平均値
・心臓面積の心拍一周期における極大値と極小値の差分値
・肺野領域内の平均画素値の呼吸一周期における平均
・所定の呼吸位相(例えば、最大呼気位、最大吸気位、その中間等)の肺野領域内の平均画素値
・肺野領域内の平均画素値の呼吸一周期における極大値と極小値の差分値
・心臓領域内の平均画素値の心拍一周期における平均
・所定の心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓領域内の平均画素値
・心臓領域内の平均画素値の心拍一周期における極大値と極小値の差分値
・心臓領域の直径の心拍一周期における平均
・所定の心拍位相(例えば、心収縮期、心拡張期、その中間等)の心臓領域の直径
・心臓領域の直径の心拍一周期における極大値と極小値の差分値
したがって、心機能の評価値の算出のために、低画質の動態画像から血管等の微細な構造の抽出や認識を行う必要がないため、精度良く心機能の評価値を算出することができる。
心臓領域を心房と心室に区分する手法としては、例えば、血流波形のタイミングから判断する方法がある。例えば、肺野領域の血流による画素値(平均画素値)の時間変化において、血液が肺野に充満する(画素値が低下する)タイミングを基準とし、心臓領域上に複数のROIを配置し、基準と同タイミングで画素値が上昇する(血液が減る)ROIの位置を心室、基準と同タイミングで画素値が低下(血液が増える)ROIの位置を心房と区分することができる。
ここで、肺野領域の血流による画素値の時間変化は、例えば、肺野領域の画素値の時間変化方向を時間方向のハイパスフィルター(例えば、カットオフ周波数0.80Hz)でフィルタリングすることで取得することができる。肺野領域の画素値の時間変化に対して時間方向のバンドパスフィルター(例えば、低域のカットオフ周波数0.8Hz、高域のカットオフ周波数2.4Hz)を用いてフィルタリングを行うこととしてもよい。
このように、心房と心室のそれぞれの心機能の評価値(心拍数、一回拍出量、心拍出量、血圧、肺動脈圧、動脈圧、中心静脈圧等)を測定することで、ユーザーが心房と心室のそれぞれの心機能を把握し、心機能の低下等がある場合は、その箇所を特定することが可能となる。
また、心房と心室の区別と左心と右心の区別を組み合わせて、左心房、左心室、右心房、右心室を区別して、それぞれの心機能の評価値を測定することとしてもよい。これにより、心機能の低下等がある場合は、その箇所をより詳細に特定することが可能となる。
1 放射線発生装置
11 放射線源
12 放射線照射制御部
13 曝射スイッチ
2 コンソール
21 制御部
22 記憶部
23 操作部
24 表示部
25 通信部
26 コネクター
27 バス
3 アクセスポイント
4 FPDカセッテ
Claims (16)
- 被検体の胸部の動態を放射線撮影することにより得られた動態画像から心臓領域又は肺野領域を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、若しくは画素値、又は前記抽出手段により抽出された肺野領域の画素値に基づいて、前記被検体の心機能の評価値として、一回拍出量、心拍出量、血圧、肺動脈圧、動脈圧、又は中心静脈圧を算出する算出手段と、
を備える動態画像解析装置。 - 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された予め定められた心拍位相の心臓領域の面積、径、又は平均画素値に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、又は平均画素値の心拍一周期における極大値と極小値の差分に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1又は2に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、又は平均画素値の心拍一周期における平均に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1~3のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された予め定められた呼吸位相の肺野領域の平均画素値に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1~4のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された肺野領域の平均画素値の呼吸一周期における極大値と極小値の差分に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1~5のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段は、前記抽出手段により抽出された肺野領域の平均画素値の呼吸一周期における平均に基づいて、前記心機能の評価値を算出する請求項1~6のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記抽出手段により抽出された心臓領域を心房と心室に区分する手段を備え、
前記算出手段は、前記心臓領域の平均画素値に基づいて前記心機能の評価値を算出する場合、前記心房に区分された領域の平均画素値と前記心室に区分された領域の平均画素値に基づいて、心房と心室のそれぞれの前記心機能の評価値を算出する請求項1~4のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。 - 前記抽出手段により抽出された心臓領域を左心と右心に区分する手段を備え、
前記算出手段は、前記心臓領域の平均画素値に基づいて前記心機能の評価値を算出する場合、前記左心に区分された領域の平均画素値と前記右心に区分された領域の平均画素値に基づいて、左心と右心のそれぞれの前記心機能の評価値を算出する請求項1~4、8のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。 - 前記算出手段は、前記算出した心機能の評価値を前記心臓領域の面積、前記肺野領域の面積、前記被検体の身長、又は体重に基づく補正係数で正規化する請求項1~7のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記算出手段により算出された前記心機能の評価値を表示する表示手段を備える請求項1~10のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 手術前に撮影された動態画像から算出された前記心機能の評価値と、手術中又は手術後に撮影された動態画像から算出された前記心機能の評価値との差分解析を行う解析手段を備える請求項1~11のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。
- 前記動態画像から被写体以外の陰影の信号成分を除去する除去手段を備え、
前記抽出手段及び前記算出手段は、前記除去手段により前記被写体以外の陰影の信号成分が除去された動態画像に基づいて前記抽出及び前記算出を行う請求項1~12のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。 - 前記抽出手段及び前記算出手段は、撮影装置により順次取得される動態画像に対して順次前記抽出及び前記算出を行って前記心機能の評価値を算出し、
前記算出手段により算出された前記心機能の評価値に基づいて、前記撮影装置により照射する放射線量を制御する制御手段を備える請求項1~13のいずれか一項に記載の動態画像解析装置。 - 被検体の胸部の動態を放射線撮影することにより得られた動態画像から心臓領域又は肺野領域を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された心臓領域の面積、径、若しくは画素値、又は前記抽出手段により抽出された肺野領域の画素値に基づいて、前記被検体の心機能の評価値又は水分量の評価値を算出する算出手段と、
を備え、
前記抽出手段及び前記算出手段は、撮影装置により順次取得される動態画像に対して順次前記抽出及び前記算出を行って前記心機能の評価値又は前記水分量の評価値を算出し、
前記算出手段により算出された前記心機能の評価値又は前記水分量の評価値に基づいて、前記撮影装置により照射する放射線量を制御する制御手段を備える動態画像解析装置。 - 請求項1~15のいずれか一項に記載の動態画像解析装置と、
前記動態画像を撮影する撮影装置と、
を備える動態画像解析システム。
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