JP7443197B2 - 医用画像処理装置、システム及び方法 - Google Patents

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Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像処理装置、システム及び方法に関する。
従来、心臓の虚血性心疾患を有する患者数は多く、高齢化や生活習慣病の広がりによって増加している。この虚血性心疾患のリスクを評価する指標として、狭窄率などの形状指標や、Fractional Flow Reserve(FFR:冠血流予備量比)などの指標が知られている。
特許第6495037号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、リスク評価の精度を向上させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。
実施形態に係る医用画像処理装置は、取得部と、設定部と、算出部とを備える。取得部は、被検体の冠動脈における力に関する第1のパラメータと、前記冠動脈における形状、性状および流体抵抗のうち少なくとも1つに関する第2のパラメータとを取得する。設定部は、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、前記冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する。算出部は、前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数とに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する。
図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理システム及び医用画像処理装置の構成例を示す図である。 図2は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置による処理の概要を説明するための図である。 図3は、第1の実施形態に係る算出機能による総合指標の算出の一例を説明するための図である。 図4は、第1の実施形態に係る血管のセグメントの一例を示す図である。 図5は、第1の実施形態に係る算出機能による重み付け係数を用いた指標の算出例を説明するための図である。 図6は、第1の実施形態に係る算出機能による指標の算出例を説明するための図である。 図7Aは、第1の実施形態に係る表示制御機能による表示の一例を示す図である 図7Bは、第1の実施形態に係る表示制御機能による表示の一例を示す図である 図8は、第1の実施形態に係る表示制御機能による表示の一例を示す図である。 図9は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置の処理回路が有する各処理機能によって行われる処理の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、医用画像処理装置、システム及び方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本願に係る医用情報処理装置及び医用情報処理方法は、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。また、実施形態は、処理内容に矛盾が生じない範囲で他の実施形態や従来技術との組み合わせが可能である。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理システム及び医用画像処理装置の構成例を示す図である。
例えば、図1に示すように、本実施形態に係る医用画像処理システム100は、X線CT(Computed Tomography)装置110と、医用画像保管装置120と、医用情報表示装置130と、医用画像処理装置140とを含む。ここで、各装置及びシステムは、ネットワーク150を介して通信可能に接続されている。
なお、医用画像処理システム100は、X線CT装置110の他に、磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:MRI)装置や超音波診断装置、PET(Positron Emission Tomography)装置、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)装置等の他の医用画像診断装置をさらに含んでもよい。また、医用画像処理システム100は、電子カルテシステムや、HIS(Hospital Information System)やRIS(Radiology Information System)等の他のシステムをさらに含んでもよい。
X線CT装置110は、被検体に関するCT画像を生成する。具体的には、X線CT装置110は、被検体を囲む円軌道上でX線管及びX線検出器を旋回移動させることで、被検体を透過したX線の分布を表す投影データを収集する。そして、X線CT装置110は、収集された投影データに基づいて、CT画像を生成する。
医用画像保管装置120は、被検体に関する各種の医用画像を保管する。具体的には、医用画像保管装置120は、ネットワーク160を介してX線CT装置110からCT画像を取得し、当該CT画像を自装置内の記憶回路に記憶させて保管する。例えば、医用画像保管装置120は、サーバやワークステーション等のコンピュータ機器によって実現される。また、例えば、医用画像保管装置120は、PACS(Picture Archiving and Communication System)等によって実現され、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)に準拠した形式でCT画像を保管する。
医用情報表示装置130は、被検体に関する各種の医用情報を表示する。具体的には、医用情報表示装置130は、ネットワーク150を介して医用画像保管装置120からCT画像や画像処理の処理結果等の医用情報を取得し、当該医用情報を自装置内のディスプレイに表示する。例えば、医用情報表示装置130は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ、タブレット端末等のコンピュータ機器によって実現される。
医用画像処理装置140は、被検体に関する各種の画像処理を行う。具体的には、医用画像処理装置140は、ネットワーク150を介してX線CT装置110又は医用画像保管装置120からCT画像を取得し、当該CT画像を用いて各種の画像処理を行う。また、医用画像処理装置140は、医用画像処理システム100に接続された各種装置及び各種システムから種々の医用情報を取得する。例えば、医用画像処理装置140は、サーバやワークステーション等のコンピュータ機器によって実現される。
例えば、医用画像処理装置140は、ネットワーク(NetWork:NW)インタフェース141と、記憶回路142と、入力インタフェース143と、ディスプレイ144と、処理回路145とを備える。
NWインタフェース141は、医用画像処理装置140と、ネットワーク150を介して接続された他の装置、システムとの間で送受信される各種データの伝送及び通信を制御する。具体的には、NWインタフェース141は、処理回路145に接続されており、他の装置、システムから受信したデータを処理回路145に出力、又は、処理回路145から出力されたデータを他の装置、システムに送信する。例えば、NWインタフェース141は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC(Network Interface Controller)等によって実現される。
記憶回路142は、各種データ及び各種プログラムを記憶する。具体的には、記憶回路142は、処理回路145に接続されており、処理回路145から入力されたデータを記憶、又は、記憶しているデータを読み出して処理回路145に出力する。例えば、記憶回路142は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。
入力インタフェース143は、利用者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、入力インタフェース143は、処理回路145に接続されており、利用者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路145に出力する。例えば、入力インタフェース143は、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力インタフェース、及び音声入力インタフェース等によって実現される。なお、本明細書において、入力インタフェース143は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース143の例に含まれる。
ディスプレイ144は、各種情報及び各種データを表示する。具体的には、ディスプレイ144は、処理回路145に接続されており、処理回路145から出力された各種情報及び各種データを表示する。例えば、ディスプレイ144は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ、タッチパネル等によって実現される。
処理回路145は、医用画像処理装置140の全体を制御する。例えば、処理回路145は、入力インタフェース143を介して利用者から受け付けた入力操作に応じて、各種処理を行う。例えば、処理回路145は、他の装置やシステムから送信されたデータをNWインタフェース141から入力し、入力したデータを記憶回路142に記憶する。また、例えば、処理回路145は、記憶回路142から入力したデータをNWインタフェース141に出力することで、当該データを他の装置やシステムに送信する。また、例えば、処理回路145は、記憶回路142から入力したデータをディスプレイ144に表示する。
例えば、処理回路145は、図1に示すように、取得機能145aと、設定機能145bと、算出機能145cと、表示情報生成機能145dと、表示制御機能145eとを実行する。ここで、取得機能145aは、取得部の一例である。また、設定機能145bは、設定部の一例である。また、算出機能145cは、算出部の一例である。また、表示制御機能145eは、表示制御部の一例である。
ここで、処理回路145は、例えば、プロセッサによって実現される。その場合に、上述した各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路142に記憶される。そして、処理回路145は、記憶回路142に記憶された各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、処理回路145は、各プログラムを読み出した状態で、図1に示した各処理機能を有することとなる。
なお、処理回路145は、複数の独立したプロセッサを組み合わせて構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、処理回路145が有する各処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、処理回路145が有する各処理機能は、回路等のハードウェアとソフトウェアとの混合によって実現されても構わない。また、ここでは、各処理機能に対応するプログラムが単一の記憶回路142に記憶される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、各処理機能に対応するプログラムが複数の記憶回路が分散して記憶され、処理回路145が、各記憶回路から各プログラムを読み出して実行する構成としても構わない。
以上、本実施形態に係る医用画像処理システム100及び医用画像処理装置140の構成例について説明した。例えば、本実施形態に係る医用画像処理システム100及び医用画像処理装置140は、病院や診療所等の医療施設に設置され、医師等の利用者によって行われる心臓疾患に関する診断や治療計画の策定等を支援する。
ここで、本実施形態に係る医用画像処理システム100及び医用画像処理装置140は、種別の異なる複数の指標を用いて、被検体のリスクを評価する指標を提供する。具体的には、医用画像処理装置140は、形状に関する指標、力に関する指標、組成(性状)に関する指標、灌流(流体抵抗)に関する指標のうち少なくとも2つを用いて被検体のリスクを評価する指標を算出する。すなわち、医用画像処理装置140は、種々の指標を用いた統合的な指標を算出することで、複合的な要因を考慮した指標を提供する。
上述したように、虚血性心疾患のリスクを評価する指標として、狭窄率や、FFRなどの指標が知られている。しかしながら、現実的には、虚血性心疾患のリスクには種々の要因が関係しており、それら複数の要因によって虚血性心疾患のリスクが決まっている。そこで、本実施形態に係る医用画像処理装置140は、それら複数の要因を考慮した指標を提供する。
図2は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140による処理の概要を説明するための図である。図2に示すように、医用画像処理装置140は、被検体に関する種々の情報の入力を受け付け、被検体のリスクを評価するための総合指標「INDEX」を算出し、算出した「INDEX」を種々の出力先に出力する。
例えば、医用画像処理装置140は、図2に示すように、被検体情報や、スキャン情報、再構成情報を取得する。ここで、被検体情報は、被検体の属性や、既往歴などの情報である。また、スキャン情報は、被検体から収集した生データなどである。また、再構成情報は、画像再構成における条件などである。
また、医用画像処理装置140は、図2に示すように、生データから生成された画像データ(例えば、ボリュームデータ等)に基づく組成情報、セグメント情報、解析情報を取得する。ここで、組成情報は、例えば、冠動脈や心筋の組織における性状を示す情報である。また、セグメント情報は、例えば、冠動脈や心筋の形状を示す情報である。また、解析情報は、流体に関する解析情報であり、例えば、冠動脈における血流に関する解析結果、心筋における灌流の解析結果などの情報である。
そして、医用画像処理装置140は、取得した情報を用いて被検体のリスクを評価するための指標を算出する。具体的には、医用画像処理装置140は、被検体の現在の状態、予後、或いは、治療効果に関する総合指標である「INDEX」を算出する。ここで、医用画像処理装置140は、INDEXの算出に際して、種別の異なる複数の指標を用いる。具体的には、医用画像処理装置140は、形状に関する指標、力に関する指標、組成(性状)に関する指標、灌流に関する指標のうち少なくとも2つを用いて「INDEX」を算出する。
すなわち、医用画像処理装置140は、算出する総合指標の種別に応じた複数の指標を取得し、取得した複数の指標から総合指標「INDEX」を算出する。ここで、医用画像処理装置140は、「INDEX」の算出に用いる複数の指標に対して重み付けを行うことで、より精度の高い総合指標を算出することもできる。
そして、医用画像処理装置140は、算出した総合指標を種々の出力先に出力する。例えば、医用画像処理装置140は、種々の表示形態でディスプレイ144にて表示させたり、データベースに保管させたり、レポートに出力させたりする。
以下、情報の入力、総合指標「INDEX」の算出、及び、総合指標「INDEX」の出力に関する詳細について説明する。なお、以下では、情報の入力、総合指標の算出、総合指標の出力のそれぞれについて、種々の処理例を記載するが、これらの処理例は、任意に組み合わせて実施することが可能である。
(情報の入力)
取得機能145aは、医用画像処理システム100に接続された他の装置、システムから被検体に関する種々の情報を取得する。具体的には、取得機能145aは、被検体情報、スキャン情報、再構成情報、画像データに基づく組成情報、セグメント情報、および、解析情報を取得する。
例えば、取得機能145aは、医用画像処理システム100に接続された他の装置、システムから被検体の属性や既往歴などを含む被検体情報を取得する。また、例えば、取得機能145aは、X線CT装置110を含む種々の医用画像診断装置から被検体のスキャン情報、再構成情報、画像データなどを取得する。また、取得機能145aは、医用画像保管装置120から被検体の画像データを取得する。
また、取得機能145aは、X線CT装置110を含む種々の医用画像診断装置や、医用画像処理システム100に接続された他の装置から画像データに基づく組成情報、セグメント情報、及び、解析情報を取得する。すなわち、取得機能145aは、他の装置によって解析された冠動脈や心筋の組織における性状を示す情報や、他の装置によって計測された冠動脈や心筋の形状を示す情報、他の装置によって解析された流体に関する解析情報を取得する。
例えば、取得機能145aは、冠動脈や心筋の組織における性状を示す情報として、カルシウムスコア(calcium score)や、プラークボリューム(Plaque Volume)、石灰化の硬さや分布(cluster)などの指標を医用画像処理システム100に接続された他の装置から取得する。また、例えば、取得機能145aは、冠動脈や心筋の形状を示す情報として、体積、重量、分岐数、断面積、直径、曲率、狭窄率(%DS)などの指標を医用画像処理システム100に接続された他の装置から取得する。
また、例えば、取得機能145aは、流体に関する解析情報として、力に関する指標及び灌流に関する指標を取得する。一例を挙げると、取得機能145aは、力に関する指標として、圧力、FFR、WSS(wall shear stress)などの指標を医用画像処理システム100に接続された他の装置から取得する。また、例えば、取得機能145aは、灌流に関する指標として、CTP(CT Perfusion)、灌流面積(Territory)、CFR(Coronary Flow Reserve)などの指標を医用画像処理システム100に接続された他の装置から取得する。なお、これらの指標は、画像データに基づいて算出されたものであってもよく、或いは、医用機器(例えば、Pressure Wireなど)によって計測された値に基づいて算出されたものでもよい。ここで、血管の圧力は、例えば、血管内のある1点での血流による圧力として取得されてもよいし、所定の長さ(例えば、10mm程度)の範囲における各点の圧力を平均した値が取得されてもよい。
上述したように、取得機能145aは、医用画像処理システム100に接続された他の装置から種々の情報を取得するが、画像データに基づいて上記した指標を算出することもできる。具体的には、取得機能145aは、X線CT装置110を含む種々の医用画像診断装置や、医用画像保管装置120から取得した画像データを解析することで、組成情報、セグメント情報、及び、解析情報を算出することができる。
例えば、取得機能145aは、X線CT装置110を含む医用画像診断装置によって収集された画像データに基づいて、カルシウムスコアや、プラークボリューム、石灰化の分布や硬さなどの指標を測定する。なお、これらの測定は、例えば、CT値などを用いた既知の手法によって実行される。
また、例えば、取得機能145aは、X線CT装置110を含む医用画像診断装置によって収集された画像データに基づいて、冠動脈や心筋における体積、重量、分岐数、断面積、直径、曲率、狭窄率(%DS)、歪みなどの指標を測定する。なお、これらの測定は、例えば、画素値や解剖学的特徴点などを用いた既知の手法によって実行される。
また、例えば、取得機能145aは、X線CT装置110を含む医用画像診断装置によって収集された画像データに基づいて、圧力、FFR、WSSなどの指標を算出する。なお、これらの指標の算出は、例えば、流体解析(Computational Fluid Dynamics:CFD)や人工知能(Artificial Intelligence:AI)等を用いた既知の手法によって実行される。
また、例えば、取得機能145aは、X線CT装置110を含む医用画像診断装置によって収集された画像データに基づいて、CTP、Territory、CFRなどの指標を算出する。なお、これらの指標の算出は、例えば、Perfusion解析や、流体解析、人工知能等を用いた既知の手法によって実行される。
なお、上記した性状を示す指標、形状を示す指標、力を示す指標、及び、灌流を示す指標の例はあくまでも一例であり、各種別において上記以外の指標が取得される場合でもよい。
上述したように、取得機能145aは、被検体情報、スキャン情報、再構成情報、画像データに基づく組成情報、セグメント情報、および、解析情報を取得することができる。医用画像処理装置140は、取得機能145aによって取得された情報を入力として、INDEXを算出する。なお、取得機能145aによる情報の取得は、上記した情報の全てを取得する場合に限られず、算出する総合指標に応じて適宜選択的に行われる場合でもよい。すなわち、取得機能145aは、算出される総合指標に必要な情報を選択的に取得することができる。
(総合指標の算出)
算出機能145cは、取得機能145aによって取得された情報に基づいて、被検体のリスクを評価するための総合指標「INDEX」を算出する。具体的には、性状を示す指標、形状を示す指標、力を示す指標、及び、灌流を示す指標のうち少なくとも2つの指標を用いた指標を総合指標として算出する。より具体的には、算出機能145cは、算出する総合指標の種別に応じて決められた複数の指標を用いて総合指標を算出する。なお、算出機能145cは、設定機能145bによって設定される重み付け係数を用いた総合指標を算出することもできるが、これについては、後に詳述する。
例えば、算出機能145cは、冠動脈の性状に関する指標(カルシウムスコアや、プラークボリューム、石灰化の分布や硬さなど)、冠動脈及び心筋の形状に関する指標(体積、重量、分岐数、断面積、直径、曲率、狭窄率(%DS)など)、冠動脈における力に関する指標(圧力、FFR、WSSなど)、及び、心筋における灌流に関する指標(CTP、Territory、CFRなど)のうち、少なくとも2つ以上の指標を用いて総合指標を算出する。
ここで、算出機能145cによって算出される総合指標は、上記した4つのカテゴリー(性状に関する指標、形状に関する指標、力に関する指標、灌流に関する指標)から2種類以上の指標が用いられていればよく、各カテゴリーに属する指標からいくつの指標が用いられる場合でもよい。例えば、形状を示す指標から「狭窄率」が用いられ、力を示す指標から「FFR」と「WSS」が用いられて、総合指標が算出される場合でもよい。
また、算出機能145cによって算出される総合指標は、上記した4つのカテゴリーから2種類以上の指標が用いられるが、上記した4つのカテゴリーが分類され、分類されたカテゴリーから選択された指標が用いられてもよい。例えば、4つのカテゴリーが、画像データから直接測定される形状に関する指標(1次指標)と、画像データに対して解析処理を施すことで算出される性状、力、及び、灌流に関する指標(2次指標)とに分類され、1次指標と2次指標とからそれぞれ選択された指標が用いられてもよい。
また、算出機能145cによって算出される総合指標は、冠動脈に関する指標と、心筋に関する指標とが含まれるように算出されてもよい。具体的には、算出機能145cは、心筋の機能指標を用いて総合指標を算出することができる。例えば、算出機能145cは、冠動脈に関する指標として「狭窄率」を用い、心筋に関する指標として「CTP」や、「Territory」を用いて総合指標を算出する。
また、算出機能145cは、被検体の心筋の拍動によって生じる力に関する指標をさらに用いて総合指標を算出することができる。例えば、算出機能145cは、被検体の心臓の収縮力や、拍動による冠動脈の動きの力を用いて総合指標を算出する。一例を挙げると、取得機能145aは、X線CT装置110を含む医用画像診断装置によって収集された画像データに基づくストレイン解析などにより、心筋や冠動脈の歪みの指標を測定する。算出機能145cは、取得機能145aによって算出された位置ごとの歪みの指標を用いて総合指標を算出する。
例えば、算出機能145cは、取得機能145aによって取得された冠動脈に関する指標(形状、性状、力、灌流)及び心筋の拍動によって生じる力に関する指標を用いて総合指標を算出する。
算出機能145cは、算出する総合指標の種類に応じて、用いる指標を変えることができる。例えば、算出機能145cは、「プラーク破裂に関するリスクを評価するための総合指標」や「虚血に関するリスクを評価するための総合指標」などのように、疾患別の総合指標を算出することができる。また、例えば、算出機能145cは、「血管に関するリスクを評価するための総合指標」や「心筋に関するリスクを評価するための総合指標」などのように、領域(部位)別の総合指標を算出することができる。
上述したように、算出機能145cは、種別の異なる複数の指標を用いて被検体のリスクを評価するための総合指標を算出する。ここで、算出機能145cは、入力に応じて、画素ごと、血管枝ごと、及び、被検体ごとに総合指標を算出することができる。例えば、算出機能145cは、画素ごとに算出された指標を用いて、画素ごと(位置ごと)に総合指標を算出することができる。また、算出機能145cは、血管枝ごとに算出された指標値を用いて血管枝ごとに総合指標を算出することができる。また、算出機能145cは、被検体の各位置で算出された総合指標をまとめて被検体ごとの総合指標を算出することができる。
以下、算出機能145cによる総合指標「INDEX」の算出例について説明する。例えば、算出機能145cは、以下の式(1)に示す計算モデルに基づいて、総合指標「INDEX」を算出する。
Figure 0007443197000001
例えば、算出機能145cは、式(1)に示すように、「%DS(Diameter Stenosis)」、「Pressure」、「FFR」、「WSS」、「Territory」、「CFR」、「calcium score」、「plaque volume」、及び「cluster」の関数により総合指標を算出する。
すなわち、算出機能145cは、以下の式(2)に示すように、4つのカテゴリー(性状に関する指標、形状に関する指標、力に関する指標、灌流に関する指標)から選択された2種類以上の指標を「x」とした関数により総合指標を算出する。
Figure 0007443197000002
ここで、算出機能145cは、各指標に対して重み付け係数をかけた総合指標を算出することができる。例えば、算出機能145cは、以下の式(3)に示すように、各指標の値「Xi」に対して指標ごとの重み付け係数「ai」をかけ、それらを加算することにより総合指標「INDEX」を算出する。
Figure 0007443197000003
この重み付け係数は、設定機能145bによって設定される。設定機能145bは、指標の特徴に応じて、指標それぞれの重み付け係数を設定することができる。具体的には、設定機能145bは、指標の取得方法や、算出する総合指標の種別、指標の取得位置、指標の種別などに基づいて、指標それぞれの重み付け係数を設定する。
例えば、設定機能145bは、画像データから直接測定される指標(1次指標)か、或いは、画像データに対して解析処理を施すことで算出される指標(2次指標)かによって、重み付け係数を設定する。一例を挙げると、設定機能145bは、画像データから直接得られる数値である1次指標に対して高い重み付け係数を設定し、画像データから得られた数値に対してモデルなどを用いて計算や推定を行った2次指標に対して、1次指標よりも低い重み付け係数を設定する。
例えば、CT画像の場合、画像データから直接得られるのは形状に関する指標のみである。そこで、設定機能145bは、形状に関する指標(例えば、狭窄率など)に対してより高い重み付け係数を設定する。これにより、画像データから直接測定された値そのものを重視した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、算出される総合指標の種類に応じて、各指標に対する重み付け係数を設定する。例えば、設定機能145bは、「プラーク破裂に関するリスクを評価するための総合指標」や「虚血に関するリスクを評価するための総合指標」などのように、疾患別の総合指標が算出される場合に、疾患の要因となる因果関係が強い指標ほど大きい重み付け係数を設定する。また、例えば、設定機能145bは、「血管に関するリスクを評価するための総合指標」や「心筋に関するリスクを評価するための総合指標」などのように、領域(部位)別の総合指標を算出する場合、その部位への関連度が高い指標ほど大きい重み付け係数を設定する。
また、例えば、設定機能145bは、冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する。すなわち、設定機能145bは、位置ごとに異なる重み付け係数を設定することができる。
一例を挙げると、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、冠動脈の起始部側における重み付けが末梢側における重み付けよりも大きくなるように設定する。すなわち、設定機能145bは、冠動脈における上流ではFFRに対する重み付け係数を大きくし、下流ではFFRに対する重み付け係数を小さくする。例えば、設定機能145bは、FFRに対して設定する重み付け係数として、上流側から下流側に向かって段階的に小さくなる重み付け係数を設定する。
冠動脈は、上流ほど心筋の支配領域が広いため、狭窄によってFFRの値が小さくなった場合の心筋に与える影響が上流ほど大きい。したがって、上流ほど重み付け係数を大きくすることにより、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、冠動脈の短軸断面の面積に比例した重み付け係数を、FFRに対して設定する。すなわち、設定機能145bは、冠動脈の短軸断面の面積が広い位置ではFFRに対する重み付け係数を大きくし、冠動脈の短軸断面の面積が狭い位置ではFFRに対する重み付け係数を小さくする。例えば、設定機能145bは、FFRに対して設定する重み付け係数として、冠動脈の短軸断面の面積が狭くなるに従って段階的に小さくなる重み付け係数を設定する。
冠動脈は、断面積が広いほど血流量が多く、断面積が狭いほど血流量が少ないため、狭窄によってFFRの値が小さくなった場合の心筋に与える影響は、断面積が広い位置ほど大きい。したがって、冠動脈の短軸断面の面積が大きくなるほど重み付け係数を大きくすることにより、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、冠動脈による灌流面積に比例した重み付け係数を、FFRに対して設定する。すなわち、設定機能145bは、冠動脈において、血液を供給する面積(Territory)が広い位置(広い面積に対して血液を供給する冠動脈上の位置)ではFFRに対する重み付け係数を大きくし、血液を供給する面積が狭い位置(狭い面積に対して血液を供給する冠動脈上の位置)ではFFRに対する重み付け係数を小さくする。例えば、設定機能145bは、FFRに対して設定する重み付け係数として、Territoryの値が小さくなるに従って段階的に小さくなる重み付け係数を設定する。
血液を供給する面積が広い位置ほど、狭窄によってFFRの値が小さくなった場合のその支配領域への血流供給不足に与える影響が大きく、面積が狭い位置ほど、狭窄によってFFRの値が小さくなった場合のその支配領域への血流供給不足に与える影響が小さい。したがって、灌流面積が広いほど重み付け係数を大きくすることにより、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、冠動脈の枝ごとに異なる重み付け係数を設定する。一例を挙げると、設定機能145bは、左冠動脈前下行枝(Left anterior descending coronary artery:LAD)では重み付け係数を大きくし、右冠動脈(Right Coronary Artery:RCA)では重み付け係数を小さくする。一般に、LADでは灌流面積が広く、RCAでは灌流面積が狭い。したがって、LADにおける重み付け係数を大きくすることにより、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、冠動脈のセグメントごとに異なる重み付け係数を設定する。一例を挙げると、設定機能145bは、AHA(American Heart Association)分類において、起始部側の番号のセグメントほど重み付け係数を大きくし、末梢側の番号のセグメントほど重み付け係数を小さくする。すなわち、起始部側の番号のセグメントほど支配領域が大きいため、起始部側の番号のセグメントでの重み付け係数を大きくすることにより、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
また、例えば、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、心筋に対する冠動脈の位置に応じて異なる重み付け係数を設定する。一例を挙げると、設定機能145bは、左心室に対応する心筋に対して血液を供給する冠動脈のセグメントにおける重み付け係数を、他のセグメントにおける重み付け係数よりも大きくなるように設定する。左心室は体循環に対して血液を拍出するため、左心室に対応する心筋に対して血液を供給する冠動脈に狭窄が生じた場合の心筋運動に与える影響が大きい。したがって、左心室に対応する心筋に対して血液を供給する冠動脈のセグメントにおける重み付け係数を、他のセグメントにおける重み付け係数よりも大きくなるように設定することで、狭窄による心臓全体に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができる。
なお、上述した例では、設定機能145bが、FFRに対する重み付け係数を設定する場合について説明した。しかしながら、設定機能145bは、WSSや圧力などの他の力に関する指標、形状に関する指標、性状に関する指標、灌流に関する指標について、それぞれ重み付け係数を設定することができる。
また、上述した例では、設定機能145bが、冠動脈に関する指標に対して重み付け係数を設定する場合について説明した。しかしながら、設定機能145bは、心筋に関する指標に対しても同様に、重み付け係数を設定することができる。例えば、設定機能145bは、CTPや、CFRなどの指標に対して、算出する総合指標の種別や、指標の取得位置などに応じた重み付け係数を設定することができる。
一例を挙げると、設定機能145bは、CTPやCFRなどの灌流に関する指標について、左心室に対応する心筋では重み付け係数を大きくし、それ以外の心筋では重み付け係数を小さくする。
上述したように、設定機能145bは、指標の取得方法や、算出する総合指標の種別、指標の取得位置、指標の種別などに基づいて、指標それぞれの重み付け係数を設定する。ここで、各指標に対する重み付け係数は、条件ごとに予め設定されて記憶回路142によって記憶され、設定機能145bが、条件に応じた重み付け係数を読み出して設定する場合でもよい。
また、設定機能145bは、入力インタフェース143を介して入力された重み付け係数を指標に設定する場合でもよい。かかる場合には、入力インタフェース143は、重み付け係数を設定する指標の選択操作、選択した指標に対する重み付け係数の値を入力する入力操作などの操作を受け付ける。設定機能145bは、入力インタフェース143によって受け付けた入力操作に応じて、各指標に対して重み付け係数を設定する。なお、入力インタフェース143は、重み付け係数の値を1つずつ受け付ける場合でもよく、或いは、複数の指標に対する複数の重み付け係数の値をセットで受け付ける場合でもよい。
例えば、FFRを重視したい場合は、ユーザは、入力インタフェース143を操作して、FFRへの重み付け係数を極端に高くし、それ以外の指標に対する重み付け係数を極端に小さくする。ここで、医用画像処理装置140は、入力インタフェース143を介した入力操作を受け付けるために、総合指標の算出に用いる指標と、各指標に対する重み付け係数が目視可能となるUI(User Interface)を備えることができる。
上述したように、算出機能145cは、種別の異なる複数の指標を用いて総合指標を算出することができる。またさらに、算出機能145cは、設定機能145bによって設定された各指標の重み付け係数を用いて総合指標を算出することができる。
ここで、算出機能145cによる総合指標の算出は、例えば、上記した式(1)~(3)により実施されるが、人工知能(AI)を用いることで実施される場合でもよい。かかる場合には、まず、各指標を計測した被検体に対して、正解となる総合指標の値をマニュアルで指定し、各指標と総合指標の値との関係が学習する学習ステップによって学習済みモデルが生成される。
なお、上記した学習ステップは、例えば、公知である非特許文献「クリストファー M. ビショップ(Christopher M. Bishop)著、「パターン認識と機械学習(Pattern recognition and machine learning)」、(米国)、第1版、スプリンガー(Springer)、2006年、P.225-290」に記載のニューラルネットワーク(Neural Network)などを適用することができる。また、学習ステップは、上記したニューラルネットワーク以外のアルゴリズムを適宜適用することができる。
図3は、第1の実施形態に係る算出機能145cによる総合指標の算出の一例を説明するための図である。ここで、図3においては、学習済みモデルが、「%DS」、「Pressure」、「FFR」、「WSS」、「Territory」、「CFR」、「calcium score」、「plaque volume」及び「cluster」と、正解となる総合指標の値とを学習用データとして用いて生成されたニューラルネットワークによって構成される場合について示す。なお、図3に示すノード数や、エッジのつながり方はあくまでも一例であり、本実施形態に係る学習済みモデルは図3に限定されるものではない。
例えば、算出機能145cは、取得機能145aによって取得された被検体の「%DS」、「Pressure」、「FFR」、「WSS」、「Territory」、「CFR」、「calcium score」、「plaque volume」及び「cluster」の値を、図3に示す学習済みモデルに入力させることで、単一の出力層から「INDEX」を出力させる。
ここで、「INDEX」の算出に重み付け係数をかける場合、例えば、ニューラルネットワークの各ノードが重み付けになる。かかる場合には、例えば、重み付け係数を変更するためのUIは、ニューラルネットワークにおけるノードが視認可能となるように表示される。また、この場合、ユーザの理解を容易にするため、ニューラルネットワークの中間層における段数を少なくするように、ニューラルネットワークが構築されてもよい。
以下、算出機能145cによるINDEXの算出の例を説明する。上述したように、算出機能145cは、総合指標「INDEX」の値を、被検体ごと、血管枝ごと、血管のセグメントごと、画像の各点ごとに算出することができる。
例えば、被検体ごとのINDEXを算出する場合、算出機能145cは、複数の位置について算出したINDEXを統合することで、被検体のINDEXを算出する。以下、冠動脈における左冠動脈前下行枝(LAD)における指標と、右冠動脈(RCA)における指標と、左回旋枝(Left Circumflex Coronary Artery:LCX)における指標とを統合することで、被検体のINDEXを算出する場合について説明する。
例えば、LADにおけるFFRと、RCAにおけるFFRと、LCXにおけるFFRを統合する場合、算出機能145cは、以下の式(4)に示すように、LADにおけるFFRを示す「FFRLAD」と、RCAにおけるFFRを示す「FFRRCA」と、LCXにおけるFFRを示す「FFRLCX」とを乗算することで、各血管枝の値を統合する。
Figure 0007443197000004
ここで、算出機能145cは、各血管枝の値として、平均値などの値を用いることができるが、以下の式(5)に示すように、各血管枝におけるFFRの最低値を用いることもできる。
Figure 0007443197000005
そして、算出機能145cは、以下の式(6)に示すように、例えば、各血管枝におけるFFRの値と、各血管枝の灌流面積「A」の値とを用いて、被検体のリスクを評価する総合指標「INDEX」を算出する。なお、式(6)における「ALAD」は、LADの灌流面積を示し、「ARCA」は、RCAの灌流面積を示し、「ALCX」は、LCXの灌流面積を示す。
Figure 0007443197000006
例えば、算出機能145cは、式(6)に示すように、「FFRLAD」と「ALAD」との乗算値と、「FFRLCX」と「ALCX」との乗算値と、「FFRRCA」と「ARCA」との乗算値とを乗算することで、「INDEX」を算出する。ここで、各指標に重み付け係数をかける場合には、算出機能145cは、各血管枝のFFRや灌流面積の値に対して、上記した各条件に応じて設定された重み付け係数をかける。
また、例えば、血管枝ごとのINDEXを算出する場合、算出機能145cは、以下の式(7)に示すように、LADにおける総合指標「INDEXLAD」として「FFRLAD」と「ALAD」との乗算値を算出する。また、算出機能145cは、LCXにおける総合指標「INDEXLCX」として「FFRLCX」と「ALCX」との乗算値を算出する。また、算出機能145cは、RCAにおける総合指標「INDEXRCA」として、「FFRRCA」と「ARCA」との乗算値を算出する。ここで、各指標に重み付け係数をかける場合には、算出機能145cは、各血管枝のFFRや灌流面積の値に対して、上記した各条件に応じて設定された重み付け係数をかける。
Figure 0007443197000007
また、例えば、血管のセグメントごとのINDEXを算出する場合、算出機能145cは、血管のセグメントごとに、種別の異なる複数の指標を用いた総合指標を算出する。図4は、第1の実施形態に係る血管のセグメントの一例を示す図である。ここで、図4においては、AHA分類による冠動脈のセグメントを示す。また、図4における各番号は、セグメントの番号を示す。
例えば、算出機能145cは、図4に示す各セグメントにおける総合指標をそれぞれ算出することができる。一例を挙げると、算出機能145cは、各セグメント(#1~#15)について、FFRの代表値と、灌流面積とを乗算した総合指標をそれぞれ算出する。ここで、各指標に重み付け係数をかける場合には、算出機能145cは、各セグメントのFFRや灌流面積の値に対して、上記した各条件に応じて設定された重み付け係数をかける。
また、例えば、画像の位置ごとのINDEXを算出する場合、算出機能145cは、画素ごとに、種別の異なる複数の指標を用いた総合指標を算出する。一例を挙げると、算出機能145cは、冠動脈の心線に沿った各位置のFFRの値に対して冠動脈の解剖学的位置に基づく重み付け係数をかけ値を算出し、冠動脈の心線に沿った各位置の断面積に対して面積に基づく重み付け係数をかけた値を算出し、FFRに関する値と断面積に関する値とをさらに乗算することで、位置ごとの総合指標を算出する。
以下、重み付け係数を用いた総合指標の算出の例について説明する。図5は、第1の実施形態に係る算出機能145cによる重み付け係数を用いた指標の算出例を説明するための図である。ここで、図5においては、FFRに対して重み付け係数をかけた場合の値の変化を示す。また、図5では、LADにおけるFFRと、LCXにおけるFFRに対して、血管枝ごとの重み付け係数と、血管における位置ごとの重み付け係数とをかけた場合の値を示す。
例えば、LADにおけるFFRの値が「0.7」であり、LCXにおけるFFRの値が「0.5」であるとする。かかる場合、FFRのみの比較では、LCXにおけるリスクが高いと評価される。これに対して、算出機能145cは、図5に示すように、血管枝ごとの重み付け係数(Blanch risk)と、血管における位置ごとの重み付け係数(Location risk)とを乗算することで、トータルのリスク(Total risk)を算出する。
例えば、算出機能145cは、LCXにおけるFFRの値に対して、「Blanch risk:1」と「Location risk:1」とを乗算することで、「Total risk:2」を算出する。なお、数値が高いほどリスクが高くなるように評価するため、FFRの値は逆数を用いている。
また、算出機能145cは、LADにおけるFFRの値に対して、「Blanch risk:2」と「Location risk:2」とを乗算することで、「Total risk:5.7」を算出する。ここで、LADは、LCXと比較して灌流面積が広いため、上記算出例では、血管枝ごとの重み付け係数(Blanch risk)がLCXよりも高く設定されている。また、LADにおいてFFRの値が取得された位置が、LCXよりも上流側であるため、上記算出例では、血管における位置ごとの重み付け係数(Location risk)がLCXよりも高く設定されている。
図5に示すように、重み付け係数を用いた場合、LADにおける「Total risk」が「5.7」となり、LCXにおける「Total risk:2」よりも高い値となる。すなわち、重み付け係数を用いた場合、LCXよりもLADにおけるリスクが高いと評価される。このように、重み付け係数を用いることで、指標のみの比較とは異なる評価を行うことができる。
算出機能145cは、図5に示すように、重み付け係数を用いて指標(図5ではFFR)に重み付けを行う。算出機能145cは、総合指標の算出に用いるその他の指標についても同様に重み付け係数をかけることができ、それらの指標を用いて総合指標を算出する。なお、重み付け係数は、総合指標を算出するための指標全てにかけなくてもよい。すなわち、総合指標の算出に用いられる複数の指標のうち、一部にのみ重み付け係数がかけられる場合でもよい。
上述したように、算出機能145cは、種別が異なる複数の指標と、重み付け係数とを用いて、総合指標を算出する。ここで、算出機能145cは、最後に出力する総合指標の種類によって、各指標にかける重み付け係数を変えることができる。例えば、算出機能145cは、心筋虚血リスクを評価する総合指標を算出する場合と、血管リスクを評価する総合指標を算出する場合とで、異なる重み付け係数を用いる。
一例を挙げると、血管を治療したい場合には、血管治療リスクに関する総合指標の表示が求められる。かかる場合には、算出機能145cは、血管の直径と血管の硬さに対して高い重み付け係数をかける。ここで、血管の硬さの指標は、例えば、「calcium score」や、「plaque volume」などである。
また、例えば、心筋を治療したい場合には、心筋治療リスクに関する総合指標の表示が求められる。かかる場合には、算出機能145cは、心筋の体積、梗塞領域の割合、灌流面積、などに高い重み付け係数をかける。
このように、算出機能145cは、最後に算出する総合指標の種類(ユーザの目的)ごと、被検体ごと、被検体の属性ごとに、重み付け係数を変えた総合指標を算出することができる。これにより、算出機能145cは、同一のアルゴリズムで動作し、重み付け係数が異なるだけで、被検体それぞれについて、異なる目的の指標を同一のシステムで実現することができる。
例えば、急性期の現在の状態を評価するための総合指標を算出する場合、算出機能145cは、例えば、血管血流量に重みをおいて総合指標を算出するように設定された重み付け係数を用いて総合指標を算出する。また、慢性期の虚血の状態を評価するための総合指標を算出する場合、算出機能145cは、例えば、心筋血流量に重みをおいて総合指標を算出するように設定された重み付け係数を用いて総合指標を算出する。また、慢性期の虚血リスクを評価するための総合指標を算出する場合、算出機能145cは、例えば、プラークに重みをおいて総合指標を出力するように設定された重み付け係数を用いて総合指標を算出する。
上述した実施形態では、被検体ごと、血管枝ごと、血管のセグメントごと、及び、位置ごとに総合指標を算出する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、時間ごとの総合指標を算出する場合でもよい。かかる場合には、例えば、算出機能145cは、心位相ごと(例えば、収縮期及び拡張期)の総合指標を算出することができる。一例を挙げると、算出機能145cは、収縮期において取得された指標を用いて収縮期における総合指標を算出し、拡張期において取得された指標を用いて拡張期における総合指標を算出する。
また、上述した実施形態では、現在の状態の総合指標の算出について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、治療を行った場合の総合指標を算出する場合でもよい。具体的には、算出機能145cは、治療によって形状や血流に関する指標が変更させられる場合、変更後の指標を用いて総合指標を算出することができる。
図6は、第1の実施形態に係る算出機能による指標の算出例を説明するための図である。ここで、図6においては、FFRの値に対して治療に基づく補正をかけた場合の値の変化を示す。例えば、冠動脈の上流側の領域R3におけるFFRの値が「0.7」であり、下流の領域R4におけるFFRの値が「0.7」であるとする。かかる場合、FFRのみの比較では、領域R3及び領域R4で同程度のリスクと評価される。これに対して、図6に示すように、冠動脈バイパス術(Coronary Artery bypass Grafting:CABG)によって領域R3と領域R4との間にバイパスが形成されている場合には、算出機能145cは、バイパスによる補正(CABG補正)を行う。
例えば、算出機能145cは、領域R3におけるFFRの値「0.7」に対して、「CABG補正:0.5」を乗算することで、「Total risk:0.7」を算出する。ここで、バイパスによって領域R3の下流に血液が供給されることから、領域R3の狭窄のリスクが低くなるように補正が行われる。また、算出機能145cは、領域R4におけるFFRの値「0.7」に対して、「CABG補正:1」を乗算することで、「Total risk:1.43」を算出する。なお、数値が高いほどリスクが高くなるように評価するため、FFRの値は逆数を用いている。
図6に示すように、治療による補正を用いた場合、領域R3における狭窄の「Total risk」が「0.7」となり、領域R4における狭窄の「Total risk:1.43」よりも低い値となる。すなわち、治療による補正を用いた場合、領域R4における狭窄よりも領域R3における狭窄におけるリスクが低いと評価される。このように、治療による補正を用いることで、指標のみの比較とは異なる評価を行うことができる。
ここで、図6では、治療後の状態における総合指標を算出する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、治療前に治療効果のシミュレーションを行う場合でもよい。例えば、治療によって形状や血流に関する指標を変更させられる場合、治療したい範囲や内容が入力されると、算出機能145cは、入力内容に合わせて冠動脈形状や血流に関する指標を変化させ、変化させた際の総合指標を算出する。これにより、算出機能145cは、治療による総合指標の変動を予測算出することができる。
例えば、ステント留置やCBGAによるバイパス形成による治療の場合、元データの冠動脈形状が変更される。また、例えば、薬剤投与による治療の場合、冠動脈へ流入する血流量や圧力が、元の数値から変更される。このような指標の変更は、実施される治療に関連する指標に対して実施される。すなわち、治療に応じて、1~複数種類の指標が変更される。例えば、CABGによりバイパスが形成して血流のパスを変更しつつ、薬剤により血流量を改善する場合、算出機能145cは、これらに関連する複数の指標について、変更を行う。
また、算出機能145cは、治療の内容や位置を少しずつ変更しながら上記したシミュレーションを繰り返すことで、治療効果の高い治療の内容や位置を特定することもできる。一例を挙げると、算出機能145cは、CBGAによるバイパス形成の位置、及び、薬剤投与の条件を少しずつ変更しながら、総合指標をそれぞれ算出する。そして、算出機能145cは、算出した総合指標の値が閾値以下となるバイパス形成の位置、及び、薬剤投与の条件を特定する。なお、この特定されたバイパス形成の位置、及び、薬剤投与の条件は、治療効果の高い治療プランとしてユーザに提示されてもよい。
また、上記した例では、治療の内容や位置によって指標を変化させることで、最適な治療プランを特定する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、時間経過に伴う指標の変化に基づいて、予後の総合指標を算出することもできる。なお予後に関する総合指標としては、例えば、QOL(Quality of Life)に関する総合指標や、MACE(Major Advanced Cardiac Event)に関する総合指標などである。
例えば、算出機能145cは、労作時の血流量の増加や、加齢による血管硬化に基づいて、関連する指標の変動を予測し、予測した変動に応じた総合指標を算出する。一例を挙げると、算出機能145cは、被検体の属性情報に基づいて、労作時の血流量の増加や、加齢による血管硬化の程度を推定する。そして、算出機能145cは、推定した労作時の血流量の増加や、加齢による血管硬化の程度に基づいて、関連する指標の変動を予測する。さらに、算出機能145cは、変動後の指標を用いて総合指標を算出する。これにより、例えば、総合指標が閾値を超える(リスクが高くなる)時期を推定することができる。
また、算出機能145cは、総合指標を算出した複数の指標のうち、総合指標の変化に大きく寄与する指標を特定することができる。これにより、算出機能145cは、総合指標の変化を、特定した指標の経過から推定することができる。例えば、算出機能145cは、重み付け係数の情報に基づいて、総合指標の変化に大きく寄与する指標を特定する。そして、算出機能145cは、特定した指標に関連する項目の経時変化を被検体の属性情報に基づいて推定し、推定した変化から総合指標が閾値を超える時期を推定する。
一例を挙げると、算出機能145cは、総合指標の変化に大きく寄与する指標としてFFRを特定した場合に、FFRに関連する項目(プラークの形成、石灰化など)の経時変化を被検体の属性情報に基づいて推定する。そして、算出機能145cは、推定した項目の経時変化から、閾値を超える時期を推定する。
上述したように、算出機能145cは、種別の異なる複数の指標を用いて総合指標を算出する。ここで、算出機能145cによって算出される総合指標のいくつかの例を記載する。
例えば、算出機能145cは、「圧力×断面積」の比を総合指標として算出することができる。一例を挙げると、算出機能145cは、「INDEX=(Pd×Ad)/(Pa×Aa)」を算出する。ここで、「Pd」は、病変(例えば、狭窄)を挟んで末梢側の圧力を示し、「Ad」は、「Pd」の位置における短軸断面の面積を示す。また、「Pa」は、病変(例えば、狭窄)を挟んで起始部側の圧力を示し、「Aa」は、「Pa」の位置における短軸断面の面積を示す。
また、例えば、算出機能145cは、「圧力×流量」の比を総合指標として算出することができる。一例を挙げると、算出機能145cは、「INDEX=(Pd×Q)/(Pa×Q)」を算出する。ここで、「Q」は、流量を示す。
また、例えば、算出機能145cは、「圧力/流量」の比を総合指標として算出することができる。一例を挙げると、算出機能145cは、「INDEX=(Pd/Q)/(Pa/Q)」を算出する。
また、例えば、算出機能145cは、以下の式(8)に示す圧力の比を総合指標として算出することができる。ここで、式(8)における「iFR」は、安静状態時のFFRを示す。また、式(8)における「Pm」は計測点における圧力を示し、「P0」は静圧を示し、「Pd」は病変(例えば、狭窄)を挟んで末梢側の圧力を示し、「Pa」は病変(例えば、狭窄)を挟んで起始部側の圧力を示す。
Figure 0007443197000008
また、例えば、算出機能145cは、以下の式(9)に示す圧力と心線のCT値を用いて総合指標を算出することができる。ここで、式(9)における「Pm」は計測点における圧力を示し、「Pa」は病変(例えば、狭窄)を挟んで起始部側の圧力を示し、「TAGm」は、計測点に対応する芯線上の位置のCT値を示し、「TAGa」は、「Pa」を計測した位置に対応する芯線上の位置のCT値を示す。
Figure 0007443197000009
以上、算出機能145cによる総合指標の算出について説明した。算出機能145cによって算出された総合指標は、種々の形態で出力される。
(総合指標の出力)
表示情報生成機能145dは、表示用の各種情報を生成する。具体的には、表示情報生成機能145dは、表示用の画像や、総合指標を参照するための参照情報を生成する。例えば、表示情報生成機能145dは、冠動脈CT画像における冠動脈の血管領域を三次元的に再構成することで、冠動脈の三次元画像を生成する。例えば、表示情報生成機能145dは、VR画像、SR画像、CPR(Curved Planer Reconstruction)画像、MPR(Multi Planer Reconstruction)画像、SPR(Stretched Multi Planer Reconstruction)画像などを生成する。
また、例えば、表示情報生成機能145dは、総合指標を参照するための参照情報として、総合指標に含まれる各指標の値を反映させたマップを生成する。一例を挙げると、表示情報生成機能145dは、総合指標に含まれる各指標の値を反映させた2次元のマップを生成する。
表示制御機能145eは、表示情報生成機能145dによって生成された表示用の各種情報を、ディスプレイ144に表示させる。具体的には、表示制御機能145eは、表示用の画像や、総合指標を参照するための参照情報をディスプレイ144に表示させる。
例えば、表示制御機能145eは、算出機能145cによって算出された総合指標の空間分布を示した画像を表示する。図7A及び図7Bは、第1の実施形態に係る表示制御機能145eによる表示の一例を示す図である。
例えば、図7Aに示すように、表示制御機能145eは、冠動脈上の各位置において算出された総合指標の値に応じた色で、冠動脈の各位置を示したカラー画像を表示させる。また、例えば、図7Bに示すように、表示制御機能145eは、心筋の各位置において算出された総合指標の値に応じた色で、心筋の各位置を示したカラー画像を表示させる。
また、表示制御機能145eは、総合指標を参照するための参照情報として、総合指標に含まれる各指標の値を反映させたマップを表示させる。例えば、表示制御機能145eは、横軸に第1のパラメータを示し、縦軸に第2のパラメータを示した2次元のマップを表示させる。
図8は、第1の実施形態に係る表示制御機能145eによる表示の一例を示す図である。例えば、表示制御機能145eは、図8に示すように、横軸にFFRを示し、縦軸にCFRを示し、総合指標の値に応じた色でグラフ内がカラー化されたカラーマップを表示させる。ここで、例えば、総合指標の算出に2種類の指標のみが用いられている場合、表示制御機能145eは、総合指標の値のみに応じた色でグラフ内がカラー化されたカラーマップを表示させる。
一方、総合指標の算出に3種類以上の指標が用いられている場合、表示制御機能145eは、総合指標の算出に用いられた指標のうち、重み付け係数が高い2つの指標を縦軸及び横軸で示した2次元のマップを表示させる。そして、表示制御機能145eは、縦軸及び横軸に示した指標以外の指標の値が反映されたカラーマップを表示させる。
例えば、3種類の指標を用いて総合指標が算出され、図8で示すカラーマップで情報を表示する場合、表示制御機能145eは、FFRの値とCFRの値に応じて区分された4つの区域に対して、総合指標の値に応じた色を割り当てる。さらに、表示制御機能145eは、3つめの指標の値に応じたグラデーションを4つの区域に対して施すことで、3つ目の指標の値について識別可能とする。
なお、図8においては、グラフ内を4つに区分し、それらを総合指標の値に応じてカラー化させる場合について示しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、グラフ内を5つ以上に区分する場合でもよい。また、グラフ内の区分は、直線で区切られるだけでなく、総合指標の値と、縦軸で示した指標の値及び横軸で示した指標の値との関係に応じて、曲線で区切られてもよい。
また、表示制御機能145eは、図7A及び図7Bで示した画像と、図8で示したマップとを連動させて表示させることもできる。例えば、表示制御機能145eは、図8に示すように、画像中で指定された位置に対応するマップ上の位置にマーカーM1を表示させる。またさらに、表示制御機能145eは、マーカーM1とともに、総合指標の値と、総合指標の算出に用いた指標の値とを表示させることもできる。
次に、図9を用いて、医用画像処理装置140の処理手順について説明する。図9は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140の処理回路145が有する各処理機能によって行われる処理の処理手順を示すフローチャートである。
例えば、図9に示すように、取得機能145aは、入力インタフェース143を介して利用者から処理を開始する指示を受け付けた場合に、医用画像処理システム100に接続された他の装置、システムから種別の異なる複数のパラメータ(指標)を取得する(ステップS101)。ここで、取得機能145aは、取得した画像データからパラメータ(指標)を算出することで、取得することもできる。この処理は、例えば、処理回路145が、取得機能145aに対応するプログラムを記憶回路142から呼び出して実行することにより実現される。
続いて、算出機能145cは、取得機能145aによって取得された複数パラメータを用いて「INDEX」を算出する(ステップS102)。そして、算出機能145cは、重み付け係数の変更操作を受け付けたか否かを判定する(ステップS103)。ここで、変更操作を受け付けた場合(ステップS103、肯定)、算出機能145cは、変更後の重み付け係数で「INDEX」を算出する(ステップS104)。この処理は、例えば、処理回路145が、算出機能145cに対応するプログラムを記憶回路142から呼び出して実行することにより実現される。
続いて、表示制御機能145eは、ステップS102又はステップS104で算出された「INDEX」を表示させる(ステップS105)この処理は、例えば、処理回路145が、表示制御機能145eに対応するプログラムを記憶回路142から呼び出して実行することにより実現される。
上述したように、第1の実施形態によれば、取得機能145aは、被検体の冠動脈における流体に関する第1のパラメータと、冠動脈における形状および性状のうち少なくとも1つに関する第2のパラメータとを取得する。設定機能145bは、第1のパラメータ及び第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する。算出機能145cは、第1のパラメータと第2のパラメータと重み付け係数とに基づいて、被検体のリスクに関する指標を算出する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、心臓に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができ、リスク評価の精度を向上させることを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、取得機能145aは、第1のパラメータとして、前記被検体の冠動脈の画像に基づいて取得されたFFRを取得する。したがって、医用画像処理装置140は、FFRに加えて、冠動脈における形状と性状とを組み合わせた総合指標を算出することができ、リスク評価の精度を向上させることを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、冠動脈の起始部側における重み付けが末梢側における重み付けよりも大きくなるように設定する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、支配領域が広い位置の重み付けが大きくなるように重み付け係数を設定することができ、心臓に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、設定機能145bは、冠動脈の短軸断面の面積に比例した重み付け係数を、FFRに対して設定する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、血流量の多い位置の重み付け係数を大きくすることができ、心臓に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、設定機能145bは、冠動脈による灌流面積に比例した重み付け係数を、FFRに対して設定する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、血流量の減少が与える影響が大きい位置ほど重み付け係数を大きくすることができ、心臓に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、設定機能145bは、FFRに対する重み付け係数として、冠動脈の枝ごとに異なる重み付け係数を設定する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、灌流面積に応じた重み付け係数を設定することができ、心臓に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、取得機能145aは、被検体の心筋に関する第3のパラメータをさらに取得する。算出機能145cは、第1のパラメータと第2のパラメータと重み付け係数と第3のパラメータとに基づいて、被検体のリスクに関する指標を算出する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、冠動脈に関する指標と心筋に関する指標とを含む総合指標を算出することができ、心臓全体に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、設定機能145bは、第3のパラメータに対して、心筋の解剖学的位置に対応付けた重み付けをさらに設定する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、心臓に与える影響をより的確に表現させることを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、取得機能145aは、被検体の心筋の拍動によって生じる力に関する第4のパラメータをさらに取得する。算出機能145cは、第4のパラメータをさらに用いて、被検体のリスクに関する指標を算出する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、冠動脈に関する指標と心筋の拍動によって生じる力に関する指標とを含む総合指標を算出することができ、心臓全体に与える影響をより的確に表現した総合指標を算出することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、表示制御機能145eは、算出機能145cによって算出された指標の空間分布を示す画像を表示させる。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、総合指標の分布を観察し易い形態で表示させることを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、表示制御機能145eは、算出機能145cによって算出された指標に含まれる第1のパラメータの値及び第2のパラメータの値を反映させたマップを表示させる。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、総合指標と、算出に用いられた指標とを同時に観察することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、取得機能145aは、被検体の冠動脈に関する第1のパラメータと、被検体の心筋あるいは心筋の拍動に関する第2のパラメータとを取得する。設定機能145bは、第1のパラメータ及び第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する。算出機能145cは、第1のパラメータと第2のパラメータと重み付け係数とに基づいて、被検体のリスクに関する指標を算出する。したがって、第1の実施形態に係る医用画像処理装置140は、心臓に与える影響を的確に表現した総合指標を算出することができ、リスク評価の精度を向上させることを可能にする。
(他の実施形態)
上述した実施形態では、総合指標に関する情報を医用画像処理装置140のディスプレイ144に表示させる場合の例を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、総合指標に関する情報を医用情報表示装置130のディスプレイに表示させる場合でもよい。
上述した実施形態では、本明細書における取得部、設定部、算出部及び表示制御部を、それぞれ、処理回路の取得機能、設定機能、算出機能及び表示制御機能によって実現する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本明細書における取得部、設定部、算出部及び表示制御部は、実施形態で述べた取得機能、設定機能、算出機能及び表示制御機能によって実現する他にも、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又は、ハードウェアとソフトウェアとの混合によって同機能を実現するものであっても構わない。
また、上述した実施形態の説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、又は、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。ここで、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合には、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。
ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、ROM(Read Only Memory)や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD(Compact Disk)-ROM、FD(Flexible Disk)、CD-R(Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各処理機能を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、CPUが、ROM等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。
また、上述した実施形態及び変形例において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散又は統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散又は統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、上述した実施形態及び変形例において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、リスク指標の精度を向上させることができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100 医用画像処理システム
130 医用情報表示装置
140 医用画像処理装置
145 処理回路
145a 取得機能
145b 設定機能
145c 算出機能
145e 表示制御機能

Claims (14)

  1. 被検体の冠動脈における力に関する第1のパラメータと、前記冠動脈における形状、性状および流体抵抗のうち少なくとも1つに関する第2のパラメータとを取得する取得部と、
    前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、前記冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する設定部と、
    前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数とに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する算出部と、
    を備える、医用画像処理装置。
  2. 前記取得部は、前記第1のパラメータとして、前記被検体の冠動脈の画像に基づいて取得された冠血流予備量比を取得する、請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記設定部は、前記冠血流予備量比に対する重み付け係数として、前記冠動脈の起始部側における重み付けが末梢側における重み付けよりも大きくなるように設定する、請求項2に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記設定部は、前記冠動脈の短軸断面の面積に比例した重み付け係数を、前記冠血流予備量比に対して設定する、請求項2に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記設定部は、前記冠動脈による灌流面積に比例した重み付け係数を、前記冠血流予備量比に対して設定する、請求項2に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記設定部は、前記冠血流予備量比に対する重み付け係数として、前記冠動脈の枝ごとに異なる重み付け係数を設定する、請求項2に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記取得部は、前記被検体の心筋に関する第3のパラメータをさらに取得し、
    前記算出部は、前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数と前記第3のパラメータとに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する、請求項1~6のいずれか1つに記載の医用画像処理装置。
  8. 前記設定部は、前記第3のパラメータに対して、前記心筋の解剖学的位置に対応付けた重み付けをさらに設定する、請求項7に記載の医用画像処理装置。
  9. 前記取得部は、前記被検体の心筋の拍動によって生じる力に関する第4のパラメータをさらに取得し、
    前記算出部は、前記第4のパラメータをさらに用いて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する、請求項1~8のいずれか1つに記載の医用画像処理装置。
  10. 前記算出部によって算出された指標の空間分布を示す画像を表示させる表示制御部をさらに備える、請求項1~9のいずれか1つに記載の医用画像処理装置。
  11. 前記算出部によって算出された指標に含まれる第1のパラメータの値及び第2のパラメータの値を反映させたマップを表示させる表示制御部をさらに備える、請求項1~10のいずれか1つに記載の医用画像処理装置。
  12. 被検体の冠動脈に関する第1のパラメータと、前記被検体の心筋あるいは心筋の拍動に関する第2のパラメータとを取得する取得部と、
    前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、前記冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する設定部と、
    前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数とに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する算出部と、
    を備える、医用画像処理装置。
  13. 医用画像処理装置と、医用情報表示装置とを含む医用画像処理システムであって、
    前記医用画像処理装置が、
    被検体の冠動脈における力に関する第1のパラメータと、前記冠動脈における形状、性状および流体抵抗のうち少なくとも1つに関する第2のパラメータとを取得する取得部と、
    前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、前記冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定する設定部と、
    前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数とに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する算出部と、
    を備える、医用画像処理システム。
  14. 被検体の冠動脈における力に関する第1のパラメータと、前記冠動脈における形状、性状および流体抵抗のうち少なくとも1つに関する第2のパラメータとを取得し、
    前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータのうち少なくとも一方に対して、前記冠動脈の解剖学的位置に対応付けた重み付け係数を設定し、
    前記第1のパラメータと前記第2のパラメータと前記重み付け係数とに基づいて、前記被検体のリスクに関する指標を算出する、
    ことを含む、医用画像処理方法。
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