JPWO2018212231A1 - 画像処理装置、画像処理システム及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

画像処理装置は、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する記憶部と、前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する制御部と、を備える。

Description

本開示は、画像処理装置、画像処理システム及び画像処理方法に関する。

現在、心不全などの治療において、細胞等の生体物質又はバイオマテリアル等の被投与物を組織に注入し、治療効果を期待する治療が検討されている。このような手技では、カテーテル等の器具が組織注入用に用いられている。このようなカテーテル等を用いた細胞治療にあたっては、注入手技前に心臓の心室等の生体組織を３Ｄマッピング等することで梗塞巣の位置を特定している。その後、梗塞巣と正常な心筋組織の境界部等の治療に応じた所望箇所に向けて被投与物としての細胞等を注入することが行われている。例えば、特許文献１には、超音波画像等から心臓の壁運動低下部位を異常部位として推定し、診断用画像を作成することが記載されている。

特開２００９−１０６５３０号公報

しかしながら、従来の技術では、治療を行う前に治療のシミュレーションを行うことができなかった。

本開示の目的は、上記問題に鑑み、治療を行う前に治療のシミュレーションを行うことができる画像処理装置、画像処理システム及び画像処理方法を提供することである。

本発明の第１の態様としての画像処理装置は、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する記憶部と、前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する制御部と、を備える。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記記憶部が、前記被投与物の物性情報を記憶し、前記制御部が、前記被投与物の物性情報に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記記憶部が、前記被投与物の投与量を記憶し、前記制御部が、前記被投与物の投与量に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記制御部が、前記３次元画像に基づいて前記心臓の壁厚を推定し、当該壁厚に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記制御部が、前記３次元画像に基づいて前記心臓内の血管の位置を推定し、当該血管の位置に対する前記注入点の位置に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記記憶部が、所定時間ごとに撮像された複数の前記３次元画像を記憶し、前記制御部が、前記複数の３次元画像の時間変化に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記記憶部が、前記被投与物を注入する注入部材の形状情報を記憶し、前記制御部が、前記注入部材の形状情報に基づいて前記浸透領域を推定する。

本発明の第２の態様としての画像処理システムは、体外から心臓の第１断層画像を撮像する第１撮像装置と、体外から心臓の第２断層画像を撮像する第２撮像装置と、画像処理装置と、を含み、前記画像処理装置は、前記第１断層画像及び前記第２断層画像の入力を受け付ける画像入力部と、前記第１断層画像及び前記第２断層画像に基づいて、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を生成し、前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する制御部と、を備える。

本発明の第３の態様としての画像処理方法は、画像処理装置を用いて実行される画像処理方法であって、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する３次元画像記憶工程と、前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する浸透領域推定工程と、を含む。

本発明の第４の態様としての画像処理装置は、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する記憶部と、前記３次元画像を表示可能な表示部と、前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定し、前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して前記表示部に表示させる制御部と、を備える。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記制御部が、前記複数の目標注入点の順番を決定し、前記順番に基づく態様で前記複数の目標注入点を前記表示部に表示させる。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記制御部が、前記被投与物を注入する注入部材の先端部が前記複数の目標注入点を経由して移動する移動経路を推定し、当該移動経路に基づいて前記順番を決定する。

本発明の一実施形態としての画像処理装置は、前記制御部が、前記異常部位の所定の注入点に前記被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定し、当該浸透領域に基づいて前記複数の目標注入点の位置を決定する。

本発明の第５の態様としての画像処理システムは、体外から心臓の第１断層画像を撮像する第１撮像装置と、体外から心臓の第２断層画像を撮像する第２撮像装置と、画像処理装置と、を含み、前記画像処理装置は、前記第１断層画像及び前記第２断層画像の入力を受け付ける画像入力部と、表示部と、前記第１断層画像及び前記第２断層画像に基づいて、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を生成し、前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定し、前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して前記表示部に表示させる制御部と、を備える。

本発明の第６の態様としての画像処理方法は、画像処理装置を用いて実行される画像処理方法であって、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する３次元画像記憶工程と、前記３次元画像を表示する３次元画像表示工程と、前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定する目標注入点決定工程と、前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して表示する目標注入点表示工程と、を含む。

本開示の画像処理装置、画像処理システム及び画像処理方法によると、治療を行う前に治療のシミュレーションを行うことができる。

本発明の一実施形態としての画像処理装置を含む画像処理システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す画像処理装置が行う画像処理の概要を示すフローチャートである。 図１に示す画像処理装置が行う目標部位特定処理の詳細を示すフローチャートである。 図１に示す画像処理装置が行う目標部位特定処理に伴う画像処理を説明する図である。 図１に示す画像処理装置が行う浸透領域推定処理で推定される浸透領域の一例を示す模式図である。 図１に示す画像処理装置が行う目標注入点決定処理の詳細を示すフローチャートである。 図１に示す画像処理装置が行う目標注入点決定処理で決定される目標注入点の一例を示す模式図である。 注入部材による治療の様子を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図において共通の構成部には、同一の符号を付している。

［画像処理システム１］
図１は、本発明の一実施形態としての画像処理装置１０を含む画像処理システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、画像処理システム１は、画像処理装置１０と、第１撮像装置としての超音波画像生成装置２０と、第２撮像装置としての放射線画像生成装置３０と、心拍取得装置４０とを備える。

第１撮像装置としての超音波画像生成装置２０は、被検者の体外に位置し、被検者の体外から心臓の第１断層画像としての超音波画像を撮像する。超音波画像生成装置２０は、超音波を発信する超音波発信部２１と、超音波を受信する超音波受信部２２と、超音波受信部２２が受信した超音波に基づいて第１断層画像を形成する画像形成部２３と、を備える。超音波画像生成装置２０は、超音波発信部２１及び超音波受信部２２を被検体の体表面に接触させた状態で、超音波発信部２１から被検体の心臓に向けて超音波を発信し、被検体の心臓から反射した超音波を超音波受信部２２で受信する。超音波画像生成装置２０は、超音波受信部２２で受信した超音波を画像形成部２３で処理することで、超音波の進行面に沿った断層画像を第１断層画像として得る。超音波画像生成装置２０は、撮像した第１断層画像を、画像処理装置１０の画像入力部１１に出力する。

超音波画像生成装置２０は、超音波発信部２１及び超音波受信部２２の位置又は向きを変更させて異なる面に沿って撮像した複数の断層画像に基づいて、３次元画像を第１断層画像として生成してもよい。すなわち、第１断層画像は、１つの面に沿って撮像された断層画像でもよいし、複数の面に沿って撮像された複数の断層画像に基づいて生成された３次元画像でもよい。

第２撮像装置としての放射線画像生成装置３０は、被検者の体外に位置し、被検者の体外から心臓の第２断層画像としての放射線画像を撮像する。放射線画像生成装置３０は、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）装置である。放射線画像生成装置３０は、放射線を射出する放射線射出部３１と、放射線を検出する放射線検出部３２と、放射線検出部３２が検出した放射線に基づいて第２断層画像を形成する画像形成部３３と、を備える。放射線画像生成装置３０は、被検者の周囲で互いに対向する位置に放射線射出部３１及び放射線検出部３２を備え、放射線射出部３１及び放射線検出部３２を被検者の周囲で回転させながら、放射線射出部３１から被検者の心臓に向けてＸ線等の放射線を射出し、被検者の心臓を通過した放射線を放射線検出部３２で検出する。放射線画像生成装置３０は、放射線検出部３２で検出した放射線を画像形成部３３で処理することで、心臓の３次元画像である放射線画像を第２断層画像として得る。放射線画像生成装置３０は、撮像した第２断層画像を、画像処理装置１０の画像入力部１１に出力する。

第２撮像装置は、放射線画像生成装置３０に代えて、磁気共鳴画像生成（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置であってもよい。磁気共鳴画像生成装置は、被検者の体外に位置し、被検者の体外から心臓の第２断層画像としての磁気共鳴画像を撮像する。磁気共鳴画像生成装置は、磁場を発生させる磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する信号受信部と、信号受信部が受信した核磁気共鳴信号に基づいて３次元画像である磁気共鳴画像を第２断層画像として形成する画像形成部と、を備える。

第２断層画像が第２撮像装置としての放射線画像生成装置３０又は磁気共鳴画像生成装置によって撮像されるより所定時間前に、造影剤が被検者の心臓に投与される。これにより、第２撮像装置によって撮像される第２断層画像は、遅延造影像を含む。

第２撮像装置は、放射線画像生成装置３０又は磁気共鳴画像生成装置に代えて、シンチグラフィ検査、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）検査、ＰＥＴ（Positoron Emission Tomography）検査等を行う核医学検査装置であってもよい。核医学検査装置は、被検者の体外に位置し、被検者の体外から心臓の第２断層画像としての放射性同位元素（ＲＩ：ラジオアイソトープ）分布画像を取得する。核医学検査装置は、予め被検者に投与された放射性同位元素で標識された薬剤の分布を画像化することで、第２断層画像を取得する。

心拍取得装置４０は、被検者の心臓の拍動情報を取得する。心臓の拍動情報は、心臓の拍動の時間変化の情報を含む。心拍取得装置４０は、第１断層画像又は第２断層画像の撮像と同時に取得し、当該画像と対応付けてもよい。心拍取得装置４０は、例えば、被検者の胸部又は手足に装着した電極を介して心臓活動電位の時間変化を計測し、心電図波形を連続して表示する心電図モニタである。

画像処理装置１０は、被検者の体外に位置し、コンピュータ等の情報処理装置によって構成される。画像処理装置１０は、画像入力部１１と、心拍入力部１２と、操作入力部１３と、表示部１４と、記憶部１５と、制御部１６とを備える。

画像入力部１１は、第１撮像装置としての超音波画像生成装置２０から第１画像の入力を受け付ける。画像入力部１１は、第２撮像装置としての放射線画像生成装置３０から第２画像の入力を受け付ける。画像入力部１１は、例えば、有線通信又は無線通信により、超音波画像生成装置２０及び放射線画像生成装置３０から情報を受信するインターフェースを含む。画像入力部１１は、入力された画像の情報を、制御部１６に出力する。

心拍入力部１２は、心拍取得装置４０から心臓の拍動情報の入力を受け付ける。心拍入力部１２は、例えば、有線通信又は無線通信により、心拍取得装置４０から情報を受信するインターフェースを含む。心拍入力部１２は、入力された心臓の拍動情報を、制御部１６に出力する。

操作入力部１３は、例えばキーボード、マウス、又はタッチパネルを含む。操作入力部１３がタッチパネルを含む場合、タッチパネルは表示部１４と一体に設けられていてもよい。操作入力部１３は、入力された情報を、制御部１６に出力する。

表示部１４は、制御部１６からの信号に基づいて、第１断層画像、第２断層画像、及びこれらに基づいて制御部１６が生成する画像等を表示する。表示部１４は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスを含む。

記憶部１５は、制御部１６に特定の機能を実行させるための種々の情報及びプログラムを記憶する。記憶部１５は、例えば心臓の３次元画像を記憶する。心臓の３次元画像は、第１断層画像、第２断層画像、又はこれらに基づいて制御部１６が後述する目標部位特定処理で生成した表示情報である。心臓の３次元画像は、心臓の異常部位Ｒ’（図５及び図７参照）を含む。心臓の異常部位Ｒ’は、例えば、後述する目標部位特定処理で制御部１６によって特定される目標部位Ｒ（図４（ｃ）参照）である。記憶部１５は、例えば異なる時刻に撮像された複数の断層画像に基づく複数の３次元画像を記憶する。記憶部１５は、例えば後述する注入部材を用いた治療で異常部位Ｒ’に注入される被投与物の投与量及び物性情報を記憶する。記憶部１５は、例えば注入部材の形状情報を記憶する。記憶部１５は、例えばＲＡＭ又はＲＯＭ等の記憶装置を含む。

制御部１６は、画像処理装置１０を構成する各構成部の動作を制御する。制御部１６は、特定のプログラムを読み込むことにより特定の機能を実行する。具体的に、制御部１６は、第１断層画像及び第２断層画像に基づいて、表示情報を生成する。制御部１６は、生成した表示情報を表示部１４に表示させる。制御部１６は、生成した表示情報を外部の表示装置に出力してもよい。制御部１６は、例えばプロセッサを含む。

制御部１６は、第２断層画像が放射線画像生成装置３０又は磁気共鳴画像生成装置によって撮像される場合、表示情報を、第１断層画像を第２断層画像に基づいて補正して生成してもよい。例えば、制御部１６は、第１断層画像中の特徴点及び第２断層画像中の特徴点をそれぞれパターン認識等で検出し、第１断層画像中の特徴点を含む領域を対応する特徴点を含む第２断層画像中の領域で置換することで、第１断層画像を第２断層画像に基づいて補正した表示情報を生成することができる。これにより、第１断層画像をより高精細な第２断層画像で補正することができるため、心臓の構造及び形状の情報をより正確に示すことができる。

［画像処理の概要］
図２は、画像処理装置１０が行う画像処理の概要を示すフローチャートである。図２に示すように、画像処理装置１０は、まず、目標部位特定処理を行う（ステップＳ１０）。画像処理装置１０は、次に、浸透領域推定処理を行う（ステップＳ２０）。画像処理装置１０は、最後に、目標注入点決定処理を行う（ステップＳ３０）。

［目標部位特定処理］
図３は、画像処理装置１０が行う目標部位特定処理の詳細を示すフローチャートである。図４は、画像処理装置１０が行う目標部位特定処理に伴う画像処理を説明する図であり、心臓の左心室ＬＶの断面を示す図である。図４（ａ）に示すように、画像処理装置１０の制御部１６は、画像入力部１１を介して入力された第１断層画像を読み出し、第１断層画像に基づいて心臓の低運動部位Ｐを推定する（ステップＳ１１：低運動部位推定工程）。具体的に、画像入力部１１は、所定時間ごとに撮像された複数の第１断層画像の入力を受け付ける。そして、制御部１６は、複数の第１断層画像の時間変化に基づいて低運動部位Ｐを推定する。更に詳細には、制御部１６は、まず、第１断層画像中で輝度が所定値以上である複数の点を特徴点として抽出する。制御部１６は、心筋が最も拡張した拡張期と、最も収縮した収縮期とを含む異なる時刻に撮像された複数の第１断層画像について、それぞれ複数の特徴点を抽出する。制御部１６は、ある任意の特徴点と、隣接する他の特徴点との距離を、拡張期の第１断層画像及び収縮期の第１断層画像でそれぞれ測定した変化率を算出し、算出された変化率を心臓の３次元画像に反映させる。例えば、制御部１６は、変化率が所定の閾値以下である領域と、変化率が所定の閾値を超える領域とが、異なる態様（例えば異なる色）となるように心臓の３次元画像に反映させる。制御部１６は、変化率が所定の閾値以下である領域に対応する心臓の部位を低運動部位Ｐであると推定する。変化率の所定の閾値は、例えば１２％であるが、設定によって適宜変更することが可能であってよい。

図４（ｂ）に示すように、制御部１６は、画像入力部１１を介して入力された第２断層画像を読み出し、第２断層画像に基づいて心臓の梗塞部位Ｑを推定する（ステップＳ１２：梗塞部位推定工程）。梗塞部位Ｑは、心筋が虚血状態になり壊死した部位である。梗塞部位Ｑは、上述の変化率が所定の閾値以下であり、低運動部位Ｐに含まれる。具体的に、制御部１６は、第２断層画像が遅延造影像を含む場合、第２断層画像の遅延造影像に基づいて梗塞部位Ｑを推定する。詳細には、制御部１６は、遅延造影像が写り込んだ部位を梗塞部位Ｑであると推定する。制御部１６は、第２断層画像が放射性同位元素分布画像である場合、放射性同位元素の分布に基づいて梗塞部位Ｑを推定する。詳細には、制御部１６は、放射性同位元素が集積していない集積欠損部位を梗塞部位Ｑであると推定する。制御部１６は、梗塞部位推定工程（ステップＳ１２）を、上述の低運動部位推定工程（ステップＳ１１）よりも先に実行してもよい。

図４（ｃ）に示すように、制御部１６は、低運動部位推定工程（ステップＳ１１）で推定した低運動部位Ｐのうち、梗塞部位推定工程（ステップＳ１２）で推定した梗塞部位Ｑ以外の部位を、目標部位Ｒとして特定する（ステップＳ１３：目標部位特定工程）。目標部位Ｒは、上述の変化率が所定の閾値以下であるが、壊死してはいない部位であり、冬眠心筋又は気絶心筋である。制御部１６は、特定した目標部位Ｒを第１断層画像又は第２断層画像に重畳した表示情報を生成する。目標部位Ｒは、冬眠心筋と気絶心筋とを含むが、互いに独立して存在する。冬眠心筋は慢性的な虚血状態であり、気絶心筋は急性的な虚血状態である。気絶心筋は血流再開による過負荷により生じる。そのため、過負荷の状態を生じさせて、それを解消させることによって、気絶心筋の部位を特定することができる。それにより、気絶心筋と冬眠心筋を選定することができる。

心臓は拍動に伴って収縮と拡張とを繰り返すため、低運動部位推定工程（ステップＳ１１）で用いる第１断層画像での心臓の伸縮状態、及び、梗塞部位推定工程（ステップＳ１２）で用いる第２断層画像での心臓の伸縮状態は、同じ又は近い状態であることが好ましい。そこで、制御部１６は、第２断層画像での心臓の伸縮状態に対応する第１断層画像を複数の第１断層画像から選択し、選択された第１断層画像を用いて目標部位Ｒを特定する。第１断層画像における心臓の伸縮状態は、第１断層画像から特徴点をパターン認識等で検出し、当該特徴点の位置情報に基づいて推定してもよい。同様に、第２断層画像における心臓の伸縮状態は、第２断層画像から特徴点をパターン認識等で検出し、当該特徴点の位置情報に基づいて推定してもよい。特徴点は、例えば心尖部ＡＰ又は大動脈弁ＡＶ等を含む。第１断層画像及び第２断層画像における心臓の伸縮状態は、心拍入力部１２を介して入力された心臓の拍動情報に基づいて決定してもよい。詳細には、第１断層画像及び第２断層画像には、撮像された時点での心臓の拍動情報が対応付けられており、第１断層画像及び第２断層画像における心臓の伸縮状態は、それぞれ対応付けられた拍動情報によって決定される。

上記のように、画像処理装置１０は、目標部位Ｒとして、治療効果の比較的高い冬眠心筋又は気絶心筋を特定することができるので、治療効果の向上に寄与することができる。

［浸透領域推定処理］
図５は、画像処理装置１０が行う浸透領域推定処理で推定される浸透領域Ｓの一例を示す模式図である。図５は、心臓の左心室ＬＶの心臓壁断面を示す図であり、異常部位Ｒ’内に位置する浸透領域Ｓの範囲を示している。制御部１６は、記憶部１５に記憶された心臓の３次元画像に含まれる異常部位Ｒ’の任意の注入点Ｔに被投与物が注入されると仮定した場合に、当該被投与物が浸透する浸透領域Ｓを推定する（浸透領域推定工程）。制御部１６は、推定した浸透領域Ｓを３次元画像に重畳した表示情報を生成する。心臓の異常部位Ｒ’は、例えば、上述の目標部位特定処理で特定された目標部位Ｒである。被投与物は、例えば細胞等の生体物質又はバイオマテリアル等の物質である。浸透領域Ｓは、被投与物が注入されてから被投与物の効果が得られる時間内で所定時間経過した後の領域である。

制御部１６は、例えば、３次元画像に基づいて心臓内の血管ＢＶの位置を推定し、血管ＢＶの位置に対する注入点Ｔの位置に基づいて浸透領域Ｓを推定する。異常部位Ｒ’に注入される被投与物は、血管ＢＶの近くでは血流の影響により、血管ＢＶの方向に浸透しやすいと考えられる。従って、図５に示すように、制御部１６は、注入点Ｔが血管ＢＶに近いほど、浸透領域Ｓが血管ＢＶの方向に延在するように推定する。制御部１６は、例えば、３次元画像に基づいて梗塞部位Ｑの位置を推定し、梗塞部位Ｑの位置に対する注入点Ｔの位置に基づいて、浸透領域Ｓを推定する。異常部位Ｒ’に注入される被投与物は、梗塞部位Ｑの近くでは例えば血流又は拍動等の心臓の活動が低下しているため、梗塞部位Ｑの方向に浸透しにくいと考えられる。従って、図５に示すように、制御部１６は、注入点Ｔが梗塞部位Ｑに近いほど、浸透領域Ｓが梗塞部位Ｑの方向への延在が妨げられると推定する。

制御部１６は、記憶部１５に記憶された被投与物の投与量及び物性情報に基づいて、浸透領域Ｓを推定してもよい。詳細には、制御部１６は、被投与物の投与量が多いほど、浸透領域Ｓが大きくなると推定する。制御部１６は、３次元画像に基づいて心臓の部位ごとの壁厚を推定し、当該壁厚に基づいて浸透領域Ｓを推定してもよい。詳細には、制御部１６は、注入点Ｔ付近の壁厚が薄いほど、浸透領域Ｓが心臓壁に沿って広くなると推定する。制御部１６は、記憶部１５に記憶された複数の３次元画像の時間変化に基づいて、浸透領域Ｓを推定してもよい。詳細には、制御部１６は、複数の３次元画像における特徴点の位置の時間変化を検出し、当該特徴点の位置の時間変化に基づいて、心臓壁の部位ごとの拍動等による動きを推定する。そして、動きの大きい部位ほど、浸透領域Ｓが大きくなると推定する。制御部１６は、記憶部１５に記憶された注入部材の形状情報に基づいて、浸透領域Ｓを推定してもよい。注入部材は、例えば針状の部材で構成され、周囲に被投与物を排出するための側孔が形成されている。注入部材の形状情報としては、例えば、注入部材の外形（直線形状、湾曲形状、らせん形状等）、径の大きさ、側孔の位置、側孔の大きさ等が挙げられる。

上記のように、画像処理装置１０は、異常部位Ｒ’の任意の注入点Ｔに注入された被投与物が浸透する浸透領域Ｓを事前に推定することができるので、治療を行う前に治療のシミュレーションを行うことができる。

［目標注入点決定処理］
図６は、画像処理装置１０が行う目標注入点決定処理の詳細を示すフローチャートである。図７は、画像処理装置１０が行う目標注入点決定処理で決定される目標注入点Ｕの一例を示す模式図である。図７は、心臓の左心室ＬＶを、大動脈弁ＡＶ（図４参照）から心尖部ＡＰ（図４参照）の方向に見た断面図である。制御部１６は、記憶部１５に記憶された３次元画像を読み出して、表示部１４に表示させる（ステップＳ３１：３次元画像表示工程）。制御部１６は、３次元画像に基づいて、異常部位Ｒ’に被投与物を注入すべき複数の目標注入点Ｕの位置を決定する（ステップＳ３２：目標注入点決定工程）。制御部１６は、決定した複数の目標注入点Ｕを、３次元画像に重畳して表示部１４に表示させる（ステップＳ３３：目標注入点表示工程）。目標注入点Ｕの位置は、心臓壁の内面から壁厚方向に沿う深さの情報を含む。換言すると、目標注入点Ｕは、心臓壁の内面からどの位置にどれくらいの深さで被投与物を注入すべきかを示す。目標注入点Ｕの位置は、例えば、上述の浸透領域推定処理で推定された浸透領域Ｓに基づいて決定される。詳細には、制御部１６は、複数の注入点Ｔについての浸透領域Ｓをそれぞれ推定し、推定された複数の浸透領域Ｓに基づいて、被投与物を注入すべき注入点Ｔを目標注入点Ｕに決定する。制御部１６は、例えば、他の複数の浸透領域Ｓに内包される浸透領域Ｓに対応する注入点Ｔを特定する。そして、特定された注入点Ｔ以外の注入点Ｔを、目標注入点Ｕに決定する。これにより、目標注入点Ｕに被投与物を注入することで、目標注入点Ｕに注入された被投与物による浸透領域Ｓが異常部位Ｒ’をより効率的に埋め尽くすことになる。

制御部１６は、複数の目標注入点Ｕの順番を決定する。制御部１６は、決定された順番に基づく態様で複数の目標注入点Ｕを表示部１４に表示させる。制御部１６は、例えば、図７に示すように、決定された順番を目標注入点Ｕに併記させる。制御部１６は、例えば、次の順番の目標注入点Ｕのみを表示させる。制御部１６は、被投与物を注入する注入部材の先端部が複数の目標注入点Ｕを経由して移動する移動経路Ｖを推定し、移動経路Ｖに基づいて目標注入点Ｕの順番を決定する。制御部１６は、例えば移動経路Ｖが最短となるように、目標注入点Ｕの順番を決定する。詳細には、制御部１６は、互いに最も近い目標注入点Ｕが順番となるように決定する。制御部１６は、推定した移動経路Ｖを、３次元画像に重畳して表示部１４に表示させてもよい。これにより、医療従事者等の操作者は、目標注入点Ｕの順番に従った最適な注入部材の動かし方を把握することができる。

図７（ａ）に示すように、制御部１６は、移動経路Ｖが心臓の左心室ＬＶ内で大動脈弁ＡＶ（図４参照）から心尖部ＡＰ（図４参照）に向かう長軸Ｏの周囲で螺旋を描くように、目標注入点Ｕの順番を決定してもよい。これにより、移動経路Ｖは、左心室ＬＶ内で、周方向Ｍに沿って手前の大動脈弁側から奥の心尖部側に向かって途中で引き返すことなく進む経路となるので、注入部材の操作を行いやすくすることができる。

図７（ｂ）に示すように、制御部１６は、移動経路Ｖが心臓の左心室ＬＶ内で大動脈弁ＡＶから心尖部ＡＰに向かう長軸Ｏに沿って往復するように、目標注入点Ｕの順番を決定してもよい。これにより、移動経路Ｖは、長軸Ｏに沿うため、左心室ＬＶ内に長軸Ｏに沿って位置する乳頭筋によって注入部材の移動が妨げられるおそれを低減することができ、僧帽弁に付随する腱索への引っ掛かりを低減することができる。

図８は、注入部材による治療の様子を示す図である。図８では、カテーテル５０が大腿動脈ＦＡから大動脈ＡＯを通じて、心臓内腔の左心室ＬＶの入口である大動脈弁ＡＶまで延在した状態を示している。注入部材は、カテーテル５０を通じて左心室ＬＶまでデリバリーされる。カテーテル５０は、大腿動脈ＦＡからに限らず、例えば手首の橈骨動脈等から大動脈弁ＡＶまで延在していてもよい。

図８に示すように、超音波画像生成装置２０は、被検者の体表面に位置し、第１断層画像を随時撮影し、画像処理装置１０に送信する。超音波画像生成装置２０は、注入部材の先端部の位置情報を随時取得し、画像処理装置１０に送信する。これにより、画像処理装置１０の制御部１６は、例えば注入部材の先端部の位置に追従した３次元画像を表示情報として表示部１４に表示させることができる。超音波画像生成装置２０は、体表面に限らず、食道、血管、心臓内腔（心房、心室）から撮影してもよい。ただし、超音波画像生成装置２０は、非侵襲な処置が行える点で、体表面から撮影することが好ましい。

制御部１６は、複数の目標注入点Ｕのうち、注入部材による被投与物の注入処置が済んだ目標注入点Ｕを、未処置の目標注入点Ｕとは異なる態様で表示部１４に表示させてもよい。制御部１６は、目標注入点Ｕが処置済であることを、例えば操作入力部１３を介して処置済であることを示す信号が入力されたことに基づいて決定する。制御部１６は、新たに入力された第１断層画像に基づいて、処置済の目標注入点Ｕを判別してもよい。

上記のように、画像処理装置１０は、異常部位Ｒ’に被投与物を注入すべき複数の目標注入点Ｕの位置を決定することができるので、治療を行う前により具体的な治療のシミュレーションを行うことができる。画像処理装置１０は、処置を行うべき順番に基づく態様で目標注入点Ｕを表示するので、所定の順番での処置を操作者に誘導することができる。

本開示は、上述した各実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

本開示は、画像処理装置、画像処理システム及び画像処理方法に関する。

１：画像処理システム
１０：画像処理装置
１１：画像入力部
１２：心拍入力部
１３：操作入力部
１４：表示部
１５：記憶部
１６：制御部
２０：超音波画像生成装置（第１撮像装置）
２１：超音波発信部
２２：超音波受信部
２３：画像形成部
３０：放射線画像生成装置（第２撮像装置）
３１：放射線射出部
３２：放射線検出部
３３：画像形成部
４０：心拍取得装置
５０：カテーテル
ＡＯ：大動脈
ＡＰ：心尖部
ＡＶ：大動脈弁
ＢＶ：血管
ＦＡ：大腿動脈
ＬＶ：左心室
Ｍ：周方向
Ｏ：長軸
Ｐ：低運動部位
Ｑ：梗塞部位
Ｒ：目標部位
Ｒ’：異常部位
Ｓ：浸透領域
Ｔ：注入点
Ｕ：目標注入点
Ｖ：移動経路

Claims (15)

1. 心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する記憶部と、
   前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する制御部と、を備える画像処理装置。
2. 前記記憶部は、前記被投与物の物性情報を記憶し、
   前記制御部は、前記被投与物の物性情報に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記記憶部は、前記被投与物の投与量を記憶し、
   前記制御部は、前記被投与物の投与量に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記制御部は、前記３次元画像に基づいて前記心臓の壁厚を推定し、当該壁厚に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記制御部は、前記３次元画像に基づいて前記心臓内の血管の位置を推定し、当該血管の位置に対する前記注入点の位置に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
6. 前記記憶部は、所定時間ごとに撮像された複数の前記３次元画像を記憶し、
   前記制御部は、前記複数の３次元画像の時間変化に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. 前記記憶部は、前記被投与物を注入する注入部材の形状情報を記憶し、
   前記制御部は、前記注入部材の形状情報に基づいて前記浸透領域を推定する、請求項１から６のいずれか一項に記載の画像処理装置。
8. 体外から心臓の第１断層画像を撮像する第１撮像装置と、
   体外から心臓の第２断層画像を撮像する第２撮像装置と、
   画像処理装置と、を含み、
   前記画像処理装置は、
   前記第１断層画像及び前記第２断層画像の入力を受け付ける画像入力部と、
   前記第１断層画像及び前記第２断層画像に基づいて、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を生成し、前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する制御部と、を備える、画像処理システム。
9. 画像処理装置を用いて実行される画像処理方法であって、
   心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する３次元画像記憶工程と、
   前記異常部位の任意の注入点に被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定する浸透領域推定工程と、を含む画像処理方法。
10. 心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する記憶部と、
    前記３次元画像を表示可能な表示部と、
    前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定し、前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して前記表示部に表示させる制御部と、を備える画像処理装置。
11. 前記制御部は、前記複数の目標注入点の順番を決定し、前記順番に基づく態様で前記複数の目標注入点を前記表示部に表示させる、請求項１０に記載の画像処理装置。
12. 前記制御部は、前記被投与物を注入する注入部材の先端部が前記複数の目標注入点を経由して移動する移動経路を推定し、当該移動経路に基づいて前記順番を決定する、請求項１１に記載の画像処理装置。
13. 前記制御部は、前記異常部位の所定の注入点に前記被投与物が注入される場合に前記被投与物が浸透する浸透領域を推定し、当該浸透領域に基づいて前記複数の目標注入点の位置を決定する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の画像処理装置。
14. 体外から心臓の第１断層画像を撮像する第１撮像装置と、
    体外から心臓の第２断層画像を撮像する第２撮像装置と、
    画像処理装置と、を含み、
    前記画像処理装置は、
    前記第１断層画像及び前記第２断層画像の入力を受け付ける画像入力部と、
    表示部と、
    前記第１断層画像及び前記第２断層画像に基づいて、心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を生成し、前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定し、前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して前記表示部に表示させる制御部と、を備える、画像処理システム。
15. 画像処理装置を用いて実行される画像処理方法であって、
    心臓の異常部位を含む前記心臓の３次元画像を記憶する３次元画像記憶工程と、
    前記３次元画像を表示する３次元画像表示工程と、
    前記３次元画像に基づいて前記異常部位に被投与物を注入する複数の目標注入点の位置を決定する目標注入点決定工程と、
    前記複数の目標注入点を前記３次元画像に重畳して表示する目標注入点表示工程と、を含む画像処理方法。

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