WO2015137260A1 - 血流解析システムおよび血流解析プログラム - Google Patents

血流解析システムおよび血流解析プログラム Download PDF

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聡 澤田
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Definitions

  • An operation unit In accordance with each set condition, a simulation is performed when blood flows through the blood vessel analysis model, and a calculation unit that calculates each pressure loss between a plurality of routes from a predetermined position to each capillary, A discriminating unit for discriminating a blood vessel having a stenosis site or an occlusion site from a comparison between a plurality of pressure losses obtained by the calculation unit and a predetermined reference value; It is provided with.
  • the present invention has the following configuration in order to achieve such an object.
  • the blood vessel analysis model is a three-dimensional element in the blood flow analysis system
  • the blood vessel block divided by the division processing unit is thinned, the joint coordinates for each blood vessel block, the diameter of the seam portion before thinning, and the blood vessel block A thinning section that associates the lengths of
  • the discriminating unit obtains the pressure loss between the joints using the thinned blood vessel block information and compares the pressure loss with a reference value to discriminate a blood vessel having a stenosis site or an occlusion site. preferable.
  • the state of blood flow when a plurality of extracted stents are attached to a stenosis site or an occlusion site is analyzed by simulation, so that an optimal stent can be selected. That is, the predicted value of the blood flow after treatment or the intravascular pressure can be calculated by simulating a state in which a stent having a specified diameter and length is placed in a stenosis site or an occlusion site.
  • the present invention has the following configuration in order to achieve such an object.
  • the blood flow analysis program analyzes the blood flow in the blood vessel by computer simulation,
  • a blood vessel analysis model generation unit that reads out image data of a blood vessel of a subject stored in advance in the computer from the storage unit and generates a blood vessel analysis model; Boundary condition of any one of the positions of a plurality of capillaries branched from the predetermined position to the downstream of the set blood vessel analysis model, the flow resistance of the capillaries, and the pressure, flow rate, and flow velocity of the blood inflow and outflow
  • a discrimination unit for discriminating a blood vessel having a stenosis site or an occlusion site from a comparison between a plurality of flow rates obtained by the calculation unit and a predetermined reference value is made to function.
  • this blood flow analysis program it is possible to accurately determine a route candidate including a significant stenosis site or an occlusion site from a plurality of blood vessel routes by a computer.
  • a division processing unit that divides each route into a plurality of blood vessel blocks at predetermined intervals in a computer, It is preferable to determine a pressure loss between the joints of the blood vessel blocks, and to compare the pressure loss with a reference value to function as a determination unit that determines a blood vessel having a stenosis site or an occlusion site.
  • this blood flow analysis program it is possible to accurately determine which part of the route including the stenosis part or the occlusion part determined from the plurality of roots of the blood vessel is present by the computer.
  • the blood flow analysis program includes, for example, a stent extraction unit that extracts a stent of a size that can be attached to a blood vessel block including a stenosis site or an occlusion site determined by a determination unit on a computer; A determination unit that determines whether or not the blood flow in the stenosis site or the occlusion site is improved to a predetermined value by executing a simulation when the stent is mounted may be made to function.
  • an optimal stent that improves blood flow in a stenotic region or the like can be extracted by a computer.
  • the position A (starting point) on the proximal end side of the coronary artery, the flow resistance of the capillaries, the positions A1, A2,... Of the blood capillaries that branch from the position A to the downstream, One of the pressure of the outflow part, the flow rate and the flow velocity, and the pitch for dividing the blood vessel into blocks (partitions) are set (step S2).
  • the flow resistance of the capillary is the radius of the capillary so that the pressure loss when a constant flow of blood flows is a predetermined value.
  • a plurality of patterns of recipes in which the distance is relatively changed are prepared in advance.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Model data for calculation processing is created based on the setting status. For example, a plurality of routes R1 to Ri (i is a positive integer) from the proximal end of the coronary artery to the tips of the plurality of capillaries are created (step S3).
  • the division processing unit 3 divides each route into short blood vessel blocks D (D1, D2,%) At a set predetermined pitch, as indicated by the dotted ellipse in FIG. 4 (step S4).
  • a center line is obtained for each blood vessel block D and thinned (step S5).
  • the coordinates of the center line of the seam between adjacent blood vessel blocks D, the diameter or radius of the blood vessel block of the seam, and the length (pitch) of the blood vessel block D are associated with each blood vessel block D for calculation processing.
  • Create model data Note that the model data is stored in the storage unit 1.
  • a simulation is executed to analyze the blood flow. That is, a simulation is performed under which the blood flows from the proximal end (inflow portion) of the coronary artery to the end (outflow portion) of each route under the set conditions. For example, a simulation is executed by a finite element method which is a kind of fluid analysis method, and a pressure loss is calculated for each blood vessel block D (step S6).
  • the calculation unit 5 reads the model data of each blood vessel block D, and obtains the proximal-side pressure P1 and the terminal-side pressure P2 as shown in FIG.
  • FIG. 6 illustrates an example of a blood vessel block D including a stenosis site.
  • the determination unit 6 determines whether or not there is a stenosis site or an occlusion site (step S7). That is, the reference value of the pressure loss of the blood vessel block D when there is no abnormality is compared with the calculated value of the calculated pressure loss. As a result of the comparison, when the calculated value exceeds the reference value, the determination unit 6 determines that it is a stenosis site or an occlusion site. In addition, discrimination
  • the detection result is stored in the storage unit 1.
  • the stored detection result is appropriately displayed on the display unit 7 by marking the corresponding part of the blood vessel analysis model with high-color marking or the like (step S9).
  • the display image may mark a portion of a blood vessel block including a stenosis portion on an image of a three-dimensional blood vessel analysis model. Or you may mark the site
  • model data having a small amount of data associated with the central coordinates of the proximal end and the terminal end, the diameter of the blood vessel, and the pitch is created for each blood vessel block D obtained by thinning the blood vessel analysis model of the three-dimensional element. Since the pressure loss is obtained using the data, it is possible to greatly reduce the time for the arithmetic processing as compared with the case where all the image data of the three-dimensional element is used.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified as follows.
  • the above-described embodiment apparatus can also execute the following simulation.
  • the above-described blood flow analysis system includes a stent extraction unit 9 that extracts a stent according to the shape (for example, diameter, length) of a blood vessel block D including a stenosis site determined by the determination result.
  • blood vessel candidates including these stenosis sites and the like may be determined from a plurality of routes. For example, the following processing may be performed in the determination processing in step S7 in each of the above embodiments.

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Abstract

　予め記憶されている被検体の血管の画像データを記憶部から読み出して血管解析モデルを生成し、生成された血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、当該所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各圧力損失を求め、算出部で求めた複数本の圧力損失と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する。

Description

血流解析システムおよび血流解析プログラム
　本発明は、例えば冠動脈などの血管を流れる血液の状態を解析し、当該解析結果から血管内の狭窄部位および閉塞部位を判別することを可能にする血流解析システムおよび血流解析プログラムに関する。
　Ｘ線ＣＴ撮像装置などによって予め撮像された脳内血管の画像データを利用して動脈瘤の破裂の危険性をコンピュータのシミュレーションによって判断している。具体的には、血管部位の三次元形状データ、血管の厚み情報および病理情報など基づいて、流体解析および構造解析を行い、血管内の脳動脈瘤に作用する剪断応力ベクトルを求める。当該剪断応力ベクトルの向きおよび血流の状態量から動脈瘤の破裂の危険性を判断している（特許文献１を参照）。
国際公開公報ＷＯ２０１３－０３１７４１号公報
　しかしながら、上記コンピュータのシミュレーションでは冠動脈などの血管の狭窄部位および閉塞部位の治療が必要な部位を判別することはできない。そこで、現状は次のようにして血管の狭窄部位および閉塞部位を判別している。血管の狭窄部位または閉塞部位は、複数箇所にわたって存在していることがある。そこで、例えば予め撮像した被検体の冠動脈の画像データから作成された冠動脈の三次元画像を、医師が目視してステント治療の必要な狭窄部位および閉塞部位を判別している。あるいは、狭窄部位と診断した箇所の遠位部までガイドワイヤを挿入し、当該ガイドワイヤに備わった圧力センサによって血管の内圧を測定し、主として各主要三分枝の遠位部の血管の内圧が大動脈（すなわち、冠動脈入口部位）に比べて血管拡張条件下でどの程度低下しているかを判断している。すなわち、冠血流予備能比を測定することによって治療適用の有無を判断している。
　医師の目視による判断では、治療すべき狭窄部位および閉塞部位を過小評価したり、過大評価したりするおそれがある。また、圧力センサ付きガイドワイヤを利用する場合、大抵の施設で入院による心臓カテーテル検査が必要となり、患者への身体的、時間的および経済的な負担がかかるばかりでなく、検査自体に伴う脳梗塞や冠動脈穿孔などといった重篤な合併症のリスクが生じ、医療経済的にも非効率である。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、冠動脈の治療が必要な狭窄部位および閉塞部位を非侵襲的に短時間で精度よく、数値的かつ客観的に判別することのできる血流解析システムおよび血流解析プログラムを提供することを主たる目的としている。
　この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、血管内の血液の流れをシミュレーションによって解析する血流解析システムであって、
　撮像によって予め取得した被検体の血管の画像データを記憶する記憶部と、
　前記記憶部から画像データを読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
　前記血管解析モデルを表示する表示部と、
　前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件を設定する操作部と、
　前記設定された各条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各圧力損失を求める算出部と、
　前記算出部で求めた複数本の圧力損失と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部と、
　を備えたことを特徴とする。
　（作用・効果）　この血液解析システムによれば、生成された血管解析モデルの所定位置から毛細血管まで複数本のルートに、所定条件で血液を流した場合の各圧力損失がシミュレーションによって求められる。したがって、当該圧力損失と予め決めた基準値を比較することにより、狭窄部位または閉塞部位を含む血管のルートを判別することができる。すなわち、従来のように患者に負担をかけることなく、シミュレーションによるコンピュータ解析によって短時間で狭窄部位または閉塞部位を精度よく判別することができる。
　また、この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる
　すなわち、血管内の血液の流れをシミュレーションによって解析する血流解析システムであって、
　撮像によって予め取得した被検体の血管の画像データを記憶する記憶部と、
　前記記憶部から画像データを読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
　前記血管解析モデルを表示する表示部と、
　前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件を設定する操作部と、
　前記設定された各条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、起点から各毛細血管までの複数本のルート間を流れる血液の各流量を求める算出部と、
　前記算出部で求めた複数本の流量と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部と、
　を備えたことを特徴とする。
　（作用・効果）　この血流解析システムによれば、生成された血管解析モデルの所定位置から毛細血管まで複数本のルートに、所定条件で血液を流した場合の各ルート間の各流量がシミュレーションによって求められる。したがって、当該流量と予め決めた基準値を比較することにより、狭窄部位または閉塞部位を含む血管のルートを判別することができる。すなわち、従来のように患者に負担をかけることなく、シミュレーションによるコンピュータ解析によって短時間で狭窄部位または閉塞部位を精度よく判別することができる。
　なお、上記血流解析システムにおいて、判別部は、予め設定された大動脈圧と複数本のルートの遠位部の内圧の圧力損失、または、予め設定された冠動脈入口部の流量と複数本のルートの遠位部の流量の損失を求め、当該算出結果と予め決めた基準値を比較し、有意狭窄部位または閉塞部位を有する血管のルートの候補を判別することが好ましい。
　この血流解析システムによれば、算出された圧力損失または流量の変化から複数本あるルートのうち治療の必要な責任病変（有意狭窄部位または閉塞部位）を含むルートの候補を精度よく判別することができる。例えば、血流などのパラメータを制御することで、血管拡張条件下、いわゆるhyperemia状態においての各主要三分枝の遠位部の血管内圧の大動脈圧に対する比率を求めることができる。圧力センサで測定したときに、治療適応の判断基準として用いられる冠血流予備能比の測定値（FFRmyo）が、例えば０．７５を下回るか否か、すなわち各主要三分枝の遠位部の血管内圧が大動脈圧に比し、例えば２５％以上の圧力損失を伴っているかを判別することができる。
　上記各血流解析システムにおいて、各ルートを所定間隔で複数個の血管ブロックに分割する分割処理部を備え、
　判別部は、血管ブロック同士の継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別することが好ましい。
　この血流解析システムによれば、ルート内のどの部位に狭窄部位または閉塞部位が存在するかを精度よく特定することができる。
　なお、上記各血流解析システムにおいて、血管解析モデルは、例えば、三次元要素または細線化された一次元要素のいずれであってもよい。
　また、上記血流解析システムにおいて血管解析モデルが三次元要素の場合、分割処理部によって分割された血管ブロックを細線化し、当該血管ブロックごとに継ぎ目座標、細線化前の継ぎ目部分の直径および血管ブロックの長さを関連付ける細線化処理部を備え、
　判別部は、細線化された血管ブロックの情報を利用して継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別することが好ましい。
　この血流解析システムによれば、三次元の画像データから絞り込んだ特定の数値パラメータのみを利用して圧力損失を求めることができる。その結果、三次元の全画像データを利用する場合に比べて演算処理時間を短縮することができる。
　さらに、上記血流解析システムにおいて、例えば、判別部によって判別された狭窄部位または閉塞部位を含む血管ブロックに装着可能なサイズのステントを抽出するステント抽出部を備え、
　判別部は、抽出されたステントを装着した場合のシミュレーションを実行させて狭窄部位または閉塞部位の血流が所定値に改善されるか否かを判別することが好ましい。
　この血流解析システムによれば、抽出された複数個のステントを狭窄部位または閉塞部位に装着した場合の血流の状態がシミュレーションによって解析されるので、最適なステントを選択することができる。すなわち、径、長さを指定したステントを狭窄部位、または閉塞部位に留置した状態をシミュレーションすることにより、治療後の血流、あるいは血管内圧の予測値を算出することができる。
　また、この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる
　すなわち、血管内の血液の流れをコンピュータによるシミュレーションによって解析する血流解析プログラムであって、
　前記コンピュータに予め記憶されている被検体の血管の画像データを記憶部から読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
　設定された前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、当該所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各圧力損失を求める算出部と、
　前記算出部で求めた複数本の圧力損失と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
　ことを特徴とする。
　また、血管内の血液の流れをコンピュータによるシミュレーションによって解析する血流解析プログラムであって、
　前記コンピュータに予め記憶されている被検体の血管の画像データを記憶部から読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
　設定された前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、当該所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各流量を求める算出部と、
　前記算出部で求めた複数本の流量と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
　ことを特徴とする。
　（作用・効果）　これら血流解析プログラムによれば、上記血流解析システムを好適に実施させて、血管内の狭窄部位または閉塞部位を精度よく求めることができる。
　なお、上記血流解析プログラムは、例えば、コンピュータに予め設定された大動脈圧と複数本のルートの遠位部の内圧の圧力損失、または、予め設定された冠動脈入口部の流量と複数本のルートの遠位部の流量の損失を求め、当該算出結果と予め決めた基準値を比較し、有意狭窄部位または閉塞部位を有する血管のルートの候補を判別させることが好ましい。
　この血流解析プログラムによれば、血管の複数本のルートから有意狭窄部位または閉塞部位を含むルートの候補をコンピュータによって精度よく判別させることができる。
　また、上記血流解析プログラムにおいて、コンピュータに各ルートを所定間隔で複数個の血管ブロックに分割する分割処理部と、
　前記血管ブロック同士の継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させることが好ましい。
　なお、上記各血流解析プログラムにおいて利用される血管解析モデルは、例えば、三次元要素または細線化された一次元要素のいずれであってもよい。
　さらに、利用する血管解析モデルが三次元要素である場合、コンピュータに分割処理部によって分割された血管ブロックを細線化し、当該血管ブロックごとに継ぎ目座標、細線化前の継ぎ目部分の直径および血管ブロックの長さを関連付けて記憶部にさせる細線化処理部と、
　細線化された前記血管ブロックの情報を利用して継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させることが、さらに好ましい。
　この血流解析プログラムによれば、血管の複数本のルートから判別された狭窄部位または閉塞部位を含むルート内のどの部位に狭窄部位などが存在するかをコンピュータによって精度よく判別させることができる。
　なお、上記血流解析プログラムは、例えば、コンピュータに判別部によって判別された狭窄部位または閉塞部位を含む血管ブロックに装着可能なサイズのステントを抽出するステント抽出部と、
　前記ステントを装着した場合のシミュレーションを実行させて狭窄部位または閉塞部位の血流が所定値に改善されるか否かを判別する判別部を機能させてもよい。
　この血流解析プログラムによれば、狭窄部位などの血流を改善させる最適なステントをコンピュータによって抽出させることができる。
　本発明の血流解析システムおよび血流解析プログラムによれば、血管の所定位置から毛細血管に分岐している複数本のルート間のどの部位に狭窄部位または閉塞部位が存在するかを短時間で精度よく判別することができる。
血流解析システムの概略全体構成を示すブロック図である。 血流解析システムを利用した血流解析の処理を示すフローチャートである。 三次元要素からなる血管解析モデルの画像を示す図である。 血管解析モデルの画像の分割処理を示す模式図である。 分割後の血管ブロックを細線化した画像を示す図である。 血管ブロックの圧力損失を求める模式図である。 変形例の血流解析システムの概略全体構成を示すブロック図である。 変形例の血流解析システムを利用した血流解析の処理を示すフローチャートである。 変形例の血流解析システムを利用した血流解析の処理を示すフローチャートである。
　１　…　記憶部
　２　…　血管解析モデル生成部
　３　…　分割処理部
　４　…　細線化処理部
　５　…　算出部
　６　…　判別部
　７　…　表示部
　８　…　操作部
　９　…　ステント抽出部
　Ｄ　…　血管ブロック
　Ｒ　…　ルート
　以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
　図１に示すように、血流解析システムは、記憶部１、血管解析モデル生成部２、分割処理部３、細線化処理部４、算出部５、判別部６，表示部７および操作部８などから構成されている。以下、各部の構成については、図２に示すフローチャートの動作説明に沿って詳述する。
　記憶部１は、被検体の冠動脈などの血管を、例えば、Ｘ線ＣＴ撮像装置、ＭＲＩ（磁気共鳴画像診断装置）およびＤＳＡ装置（デジタル差引血管造影法）などによって予め撮像された画像データを記憶している。また、記憶部１には、後述するように、操作部８から設定入力された各種条件、予め決めたレシピ、算出結果なども記憶する。
　血管解析モデル生成部２が、記憶部１から予め記憶されている画像データを読み出し、三次元要素の血管解析モデルを生成する。例えば、本実施例では、図３に示すように、冠動脈の三次元要素の血管解析モデルを生成し、当該血管解析モデルの画像を表示部７に表示する（ステップＳ１）。
　キーボード、マウスおよび操作パネルなどの操作部８を操作して各種条件を設定する。例えば、冠動脈の基端側の位置Ａ（起点）、毛細血管の流動抵抗および当該位置Ａから下流にかけて分岐している毛細血管の位置Ａ１、Ａ２…、心臓から冠動脈に送り出される血液の流入部および流出部の圧力、流量および流速のいずれか、および血管をブロック（区画）分割するピッチなどを設定する（ステップＳ２）。
　ここで、毛細血管の流動抵抗、血液の圧力、流量および流速は、被検体の平常時および運動レベルに応じた複数のレシピが記憶部１に予め設定登録されており、適宜に設定を変更可能になっている。毛細血管の位置は、画面に表示された血管解析モデルを回転させながら選択してもよいし、指定した冠動脈の基端の血管の直径と表示領域内の下流側の血管の直径とを比較して求めてもよい。すなわち、冠動脈の基端と下流側の血管との直径を比較すると下流側が小さいので、当該直径の相対的な比較によって抽出することもできる。
　なお、血管解析モデルには、毛細血管の末端までが生成されていないので、毛細血管の流動抵抗は、一定流量の血液が流れたときの圧力損失が所定の値になるように毛細血管の半径および距離を相対的に変化させた複数パターンのレシピを予め作成してある。
　設定状態に基づいて、演算処理用のモデルデータが作成される。例えば、冠動脈の基端から複数箇所の毛細血管の先端までの複数本のルートＲ１～Ｒｉ（ｉは正の整数）が作成される（ステップＳ３）。
　分割処理部３が、図４の点線の楕円で示すように、設定された所定ピッチで各ルートを短小の血管ブロックＤ（Ｄ１、Ｄ２…）に分割する（ステップＳ４）。
　分割処理が完了すると、図５に示すように、血管ブロックＤごとに中心線を求めて細線化する（ステップＳ５）。この細線化処理に伴い、隣接する血管ブロックＤ同士の継ぎ目の中心線の座標、継ぎ目の血管ブロックの直径または半径、血管ブロックＤの長さ（ピッチ）を血管ブロックＤごと関連付けて演算処理用のモデルデータを作成する。なお、モデルデータは、記憶部１に記憶される。
　モデルデータの作成が完了すると、シミュレーションを実行し、血液の流れを解析する。すなわち、設定した条件で冠動脈の基端側（流入部）から各ルートの末端（流出部）まで血液を流すシミュレーションを実行する。例えば、流体解析法の一種である有限要素法などによってシミュレーションを実行し、血管ブロックＤごとに圧力損失を算出する（ステップＳ６）。
　具体的には、算出部５が、各血管ブロックＤのモデルデータを読み出し、図６に示すように、基端側の圧力Ｐ１と終端側の圧力Ｐ２を求める。ここで、血管ブロックＤ内の圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝Ｐ１－Ｐ２によって求まる。なお、図６は、狭窄部位を含む血管ブロックＤを例にとって説明している。
　血管ブロックＤの圧力損失が求まるごとに、判別部６が、狭窄部位や閉塞部位などの有無を判別する（ステップＳ７）。すなわち、異常がない場合の血管ブロックＤの圧力損失の基準値と求めた圧力損失の算出値を比較する。比較の結果、判別部６は、算出値が基準値を超える場合、狭窄部位または閉塞部位と判別する。なお、狭窄部位と閉塞部位の判別は、予め決めた圧力損失のレベルに応じて判別する。
　分割した全ての血管ブロックＤの判別処理が完了するまで、ステップＳ６からステップＳ７の処理が繰り返し実行される（ステップＳ８）。
　上記一連の処理が完了し、狭窄部位または閉塞部位を含む血管ブロックＤが検出されると、検出結果が記憶部１に記憶される。当該記憶された検出結果は、血管解析モデルの対応する部位をハイカラーなどのマーキングなどを施して適宜に表示部７に表示する（ステップＳ９）。なお、表示画像は、例えば、三次元の血管解析モデルの画像上に狭窄部位を含む血管ブロックの箇所をマーキングしてもよい。または、細線化した画像上の部位をマーキングしてもよい。以上で、一連の処理が完了する。
　なお、上記ステップＳ３からステップＳ４の処理は、コンピュータのプログラムによって実行される。
　この構成によれば、三次元要素の血管解析モデルを細線化した血管ブロックＤごとに基端と終端の中心座標、血管の直径およびピッチを関連付けたデータ量の小さいモデルデータを作成し、当該モデルデータを利用して圧力損失を求めるので、三次元要素の全ての画像データを利用する場合に比べて演算処理の時間を大幅に短縮することができる。
　また、血管ブロックごとに圧力損失を求めるので、狭窄部位または閉塞部位を精度よく特定することができる。
　さらに、狭窄部位などは、Ｘ線ＣＴ撮像装置、ＭＲＩおよびＤＳＡ装置などによって予め撮像された画像データを用いたコンピューターシミュレーションによって判別されるので、患者には一切の負担がかからない。
　本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。
　（１）上記実施例装置は、以下のようなシミュレーションも実行することができる。例えば、図７に示すように、判別結果によって求まった狭窄部位などを含む血管ブロックＤの形状（例えば、直径、長さ）に応じたステントを抽出するステント抽出部９を上述の血流解析システムに付加した構成にする。この構成により、図８に示すフローチャートに沿ってシミュレーションを実行することができる。なお、ステップＳ１からステップＳ９までの処理は、上記実施例と同じであるので説明を省略し、追加されたステップＳ１０移行の処理について詳述する。
　判別部６によって狭窄部位を含む血管ブロックＤが求まると、ステント抽出部９が、記憶部１から該当する血管ブロックＤのモデルデータを読み出し、当該血管ブロックＤの直径および長さに応じたステントを記録部１に記録されているステントタイプのデータベースから複数種類の候補を抽出する（ステップＳ１０）。
　候補のステントごとに装着した血管の修正解析モデルを再作成する（ステップＳ１１）。修正解析モデルごとの血流状態を確認するために、先の判別時と同じ条件で血液を流したシミュレーションを実行し、装着部位の血管ブロックＤのみの圧力損失を求め（ステップＳ１２）、算出値と基準値との比較によって血流状態の改善レベルを判別する（ステップＳ１３）。全て候補のステントについての処理が繰り返されて（ステップＳ１４）終了すると、圧力損失の結果一覧を表示部７に表示させる（ステップＳ１５）。当該結果一覧から圧力損失が最小となるものなど最適条件となるステントを選択する。
　この血管解析システムによれば、狭窄部位または閉塞部位の血流を改善するのに最適なステントを短時間で選択することができる。
　（２）上記各実施例システムにおいて、狭窄部位または閉塞部位を特定する前に、これら狭窄部位などを含む血管の候補を複数本のルートから判別するように構成してもよい。例えば、上記各実施例のステップＳ７の判別処理において、次のような処理を実施すればよい。
　予め設定された大動脈圧と複数本のルートの遠位部の内圧の圧力損失、または、予め設定された冠動脈入口部の流量と複数本のルートの遠位部の流量の損失を求め、当該算出結果と予め決めた基準値を比較し、有意狭窄部位または閉塞部位を有する血管のルートの候補を判別する。
　例えば、血流などの複数個のパラメータを制御することにより、血管拡張条件下、いわゆるhyperemia状態においての各主要三分枝の遠位部の血管内圧の大動脈圧に対する比率を求めることができる。圧力センサ付きガイドワイヤで測定したときに、治療適応の判断基準として用いられる冠血流予備能比の測定値（FFRmyo：Fractional Flow Reserve myo）が、例えば０．７５を下回るか否か、すなわち各主要三分枝の遠位部の血管内圧が大動脈圧に比し、例えば２５％以上の圧力損失を伴っているかを判別することができる。
　（３）上記各実施例システムにおいて、狭窄部位などを含む血管ブロックＤが求まった場合、血管ブロックＤのどの部位に含まれるかを、さらに解析するようシミュレーションを実行してもよい。
　例えば、抽出された血管ブロックＤを所定ピッチで前後にシフトさせ、シフトごとにシミュレーションを実行し、当該血管ブロックＤのみの圧力損失の変化を求める。算出値が、最大値と最小までの間の偏差の変化量から位置を特定してもよい。あるいは、当該血管ブロックのピットを拡大および縮小したときのシミュレーションを実行して当該血管ブロックＤのみの圧力損失を求めるようにしてもよい。
　（４）上記各実施例システムでは、血管ブロックＤごとに圧力損失を求めていたが、流量または流速の変化に基づいて、狭窄部位または閉塞部位を判別してもよい。すなわち、圧力、流量および流速は、流体のシミュレーションにおいて相対的な関係を有するので、これらのパラメータを予め設定することにより、いずれのパラメータを選択して実行しても、狭窄部位または閉塞部位を同じ精度で判別することができる。
　すなわち。各血管ブロックの基端から終端を通過する血液の流量または流速をそれぞれ算出し、当該算出値と予め決めた基準値を比較することにより、狭窄部位または閉塞部位を判別することができる。
　（５）上記各実施例では、三次元要素の血管解析モデルを利用していたが、一次元要素の血管解析モデルを利用してもよい。
　例えば、図９に示すフローチャートに示すように、最初にＸ線ＣＴ画像データで作成される三次元画像を細線化し、一次元要素の血管解析モデルを作成する（ステップＳ１）。その後、上記実施例と同様に、条件設定し（ステップＳ２）、複数本の血管のルートを作成する（ステップＳ３）。ルートが作成されると、所定ピッチでルートを分割する。このとき、分割ブロックの節点ごとに座標および血管の直径または半径がそれぞれ関連付けられ、一次元要素のモデルデータを作成する（ステップＳ４）。以後、当該モデルデータを利用して分割ブロックごとに圧力損失求め（ステップＳ５）、当該算出値と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を判別する（ステップＳ６）。当該圧力損失は、分割ブロックの全てに対して実施例される（ステップＳ８）。
　当該実施例によれば、一次元要素の血管解析モデルのデータ量が、三次元要素の血管解析モデルのデータ量よりも小さいので、演算負荷が小さくなり、ひいては演算処理速度を向上させることができる。
　なお、一次元要素の血管解析モデルを利用した場合であっても、上記変形例のように、判別結果によって狭窄部位が求まると、当該狭窄部位に応じたステントの候補を抽出し、血管修正モデルを再作成してシミュレーションを実行し、最適なステントを選択するようにもできる。
　（６）上記実施例システムは、個々の病院内に設置したコンピュータのみによって構成してもよいし、個々の病院に設置された複数台のコンピュータと特定の場所に設置されたホストコンピュータをネットワークによって接続して構成してもよい。ネットワークによる構成の場合、個々の病院に設置したコンピュータから画像データを送信し、ホストコンピュータによって血流解析シミュレーションを実行した後に、当該結果を個々の病院のコンピュータにフィードバックするよう構成すればよい。
　以上のように、本発明は、冠動脈の治療が必要な狭窄部位および閉塞部位を非侵襲的に短時間で精度よく判別するのに適している。
　　　　　　　　　　　　　　　　　 

Claims (16)

  1. 　血管内の血液の流れをシミュレーションによって解析する血流解析システムであって、
    　撮像によって予め取得した被検体の血管の画像データを記憶する記憶部と、
    　前記記憶部から画像データを読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
    　前記血管解析モデルを表示する表示部と、
    　前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件を設定する操作部と、
    　前記設定された各条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各圧力損失を求める算出部と、
    　前記算出部で求めた複数本の圧力損失と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部と、
    　を備えたことを特徴とする血流解析システム。
  2. 　血管内の血液の流れをシミュレーションによって解析する血流解析システムであって、
    　撮像によって予め取得した被検体の血管の画像データを記憶する記憶部と、
    　前記記憶部から画像データを読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
    　前記血管解析モデルを表示する表示部と、
    　前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件を設定する操作部と、
    　前記設定された各条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、起点から各毛細血管までの複数本のルート間を流れる血液の各流量を求める算出部と、
    　前記算出部で求めた複数本の流量と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部と、
    　を備えたことを特徴とする血流解析システム。
  3. 　請求項１または請求項２記載の血流解析システムにおいて、
    　前記判別部は、予め設定された大動脈圧と複数本のルートの遠位部の内圧の圧力損失、または、予め設定された冠動脈入口部の流量と複数本のルートの遠位部の流量の損失を求め、算出結果と予め決めた基準値を比較し、有意狭窄部位または閉塞部位を有する血管のルートの候補を判別する
    　ことを特徴とする血流解析システム。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の血流解析システムにおいて、
    　前記各ルートを所定間隔で複数個の血管ブロックに分割する分割処理部を備え、
    　前記判別部は、血管ブロック同士の継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する
    　ことを特徴とする血流解析システム。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の血流解析システムにおいて、
    　前記血管解析モデルは、細線化された一次元要素から生成されている
    　ことを特徴とする血流解析システム。
  6. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の血流解析システムにおいて、
    　前記血管解析モデルは、三次元要素から生成されている
    　ことを特徴とする血流解析システム。
  7. 　請求項６に記載の血流解析システムにおいて、
    　前記分割処理部によって分割された血管ブロックを細線化し、当該血管ブロックごとに継ぎ目座標、細線化前の継ぎ目部分の直径および血管ブロックの長さを関連付ける細線化処理部を備え、
    　前記判別部は、細線化された血管ブロックの情報を利用して継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する
    　ことを特徴とする血流解析システム。
  8. 　請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の血流解析システムにおいて、
    　前記判別部によって判別された狭窄部位または閉塞部位を含む血管ブロックに装着可能なサイズのステントを抽出するステント抽出部を備え、
    　前記判別部は、抽出されたステントを装着した場合のシミュレーションを実行させて狭窄部位または閉塞部位の血流が所定値に改善されるか否かを判別する
    　　ことを特徴とする血流解析システム。
  9. 　血管内の血液の流れをコンピュータによるシミュレーションによって解析する血流解析プログラムであって、
    　前記コンピュータに予め記憶されている被検体の血管の画像データを記憶部から読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
    　設定された前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、当該所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各圧力損失を求める算出部と、
    　前記算出部で求めた複数本の圧力損失と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  10. 　血管内の血液の流れをコンピュータによるシミュレーションによって解析する血流解析プログラムであって、
    　前記コンピュータに予め記憶されている被検体の血管の画像データを記憶部から読み出して血管解析モデルを生成する血管解析モデル生成部と、
    　設定された前記血管解析モデルの所定位置から下流にかけて分岐している複数本の毛細血管の位置、毛細血管の流動抵抗および血液の流入部および流出部の圧力、流量、流速のいずれかの境界条件に応じて、血管解析モデルに血液を流した場合のシミュレーションを実行し、当該所定位置から各毛細血管までの複数本のルート間の各流量を求める算出部と、
    　前記算出部で求めた複数本の流量と予め決めた基準値の比較から狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  11. 　請求項９または請求項１０に記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記予め設定された大動脈圧と複数本のルートの遠位部の内圧の圧力損失、または、予め設定された冠動脈入口部の流量と複数本のルートの遠位部の流量の損失を求め、算出結果と予め決めた基準値を比較し、有意狭窄部位または閉塞部位を有する血管のルートの候補を判別する判別部を機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  12. 　請求項９ないし請求項１０のいずれかに記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記コンピュータに各ルートを所定間隔で複数個の血管ブロックに分割する分割処理部と、
    　前記血管ブロック同士の継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  13. 　請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記血管解析モデルは、細線化された一次元要素から生成されている
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  14. 　請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記血管解析モデルは、三次元要素から生成されている
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  15. 　請求項１４に記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記コンピュータに分割処理部によって分割された血管ブロックを細線化し、当該血管ブロックごとに継ぎ目座標、細線化前の継ぎ目部分の直径および血管ブロックの長さを関連付けて記憶部にさせる細線化処理部と、
    　細線化された前記血管ブロックの情報を利用して継ぎ目間の圧力損失を求め、当該圧力損失と基準値を比較して狭窄部位または閉塞部位を有している血管を判別する判別部とを機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
  16. 　請求項１２ないし請求項１５のいずれかに記載の血流解析プログラムにおいて、
    　前記判別部によって判別された狭窄部位または閉塞部位を含む血管ブロックに装着可能なサイズのステントを抽出するステント抽出部と、
    　前記ステントを装着した場合のシミュレーションを実行させて狭窄部位または閉塞部位の血流が所定値に改善されるか否かを判別する判別部とを機能させる
    　ことを特徴とする血流解析プログラム。
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