WO2016159379A1 - Apparatus and method for constructing blood vessel configuration and computer software program - Google Patents
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Images
Classifications
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- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
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Definitions
- the present invention relates to a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, a method thereof, and a computer software program.
- the inside / outside determination by the luminance value analysis is based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image. Further, it is preferable that the blood vessel shape constructing unit enhances the accuracy of blood vessel region segmentation / extraction by recursively determining whether the blood vessel region is segmented / extracted.
- the means for segmenting the blood vessel having the characteristic 1-6 is a means for extracting the blood vessel by performing inside / outside blood vessel determination based on the characteristic of the luminance value of the portion corresponding to the blood vessel on the image. 1-8.
- the means for structural analysis of the blood vessel of feature 1-6 is a means for performing labeling by dividing the blood vessel extracted in feature 1-7 by center line extraction into each blood vessel and lesioned part. 1-9. Performing features 1-7 and 1-8 first is the rough extraction of blood vessels. Based on the results of the rough extraction, it is precise to repeat the features 1-7 and 1-8 to correct the results. Let's say extraction.
- the means for setting the region of the blood vessel of feature 1-6 includes the blood vessel / lesion labeled in feature 1-8 in the blood flow analysis by comparing the conditions to be satisfied as the region setting with a list of templates. It is a means for extracting only the region. 1-12.
- the means for constructing the shape of the blood vessel of the characteristic 1-6 is a means for forming the surface of the blood vessel from minute triangular elements by means of the marching cube method or the like with respect to the blood vessel set in the area of the characteristic 1-9. 1-13.
- the means for measuring the blood vessel shape of the characteristic 1-2 is a means for measuring the shape by creating an orthogonal cross section of the blood vessel at each point on the center line obtained in the characteristic 1-8. 1-14.
- the means for evaluating the quality of the blood vessel shape of the characteristic 1-2 calculates a quality score based on a luminance gradient in the vicinity of the blood vessel wall in the obtained blood vessel shape.
- the means for extracting the rough blood vessel shape by the rough inside / outside determination is a means for extracting the rough blood vessel shape by binarizing the image using a predetermined value or a reference value calculated from the luminance value histogram. It is. 4-5.
- the means for precise blood vessel extraction includes means for creating an orthogonal cross section at each point of the coarse center line, means for creating a center line orthogonal image by image interpolation, and analyzing the luminance value of the center line orthogonal image
- a blood vessel shape constructing device having a recursive blood vessel region dividing function is a recursive blood vessel region segmentation function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependence by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is to provide.
- a blood vessel is extracted from a medical image by segmentation, it is necessary to determine whether the blood vessel is inside or outside. The inside / outside blood vessel determination is performed by setting a certain threshold value with respect to a change in signal intensity from inside the blood vessel to the outside.
- the fifth feature of the present invention is to provide an automatic region setting function in a blood vessel shape construction device that eliminates user dependence and enables quality control of blood vessel shape construction by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction. To do. It is necessary to set an analysis region for the blood vessel shape extracted by region division. Until now, the analysis area has been arbitrarily determined by the user, and this has been a factor in causing variation in analysis results.
- the present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index.
- the “imaging target 36” can be subdivided into “patient situation” and “imaging site”.
- “Patient status” relates to the degree of vascular lesions and the presence or absence of treatment.
- Examples of the “vascular lesion” include those caused by arteriosclerosis. When arteriosclerosis progresses, calcification is often accompanied, but in images containing such arteriosclerotic sites, local halation may occur due to calcification (or high calcification) Affects the construction of blood vessel shape.
- Presence / absence of treatment is, for example, whether or not a treatment device such as a stent, coil, clip, or the like is placed in the body.
- noise may be generated around the treatment device and the image quality may be reduced.
- the “imaging part” indicates a factor that affects the image quality in a part-dependent manner. For example, when the vicinity of the nasal cavity is imaged by MRA, the magnetic field tends to vary spatially due to the air layer. Further, when imaging around a hard tissue such as a bone by CTA, it is difficult to distinguish between the bone and the blood vessel.
- Image discrimination process (step S2)
- the image discriminating unit 12 encodes and digitizes two pieces of “image attribute information” and “image analysis information” as appropriate image information, and processes them as input images for blood flow analysis based on this. It is determined whether or not input is possible.
- the imaging target discriminating unit performs image analysis, discriminates various types of noise, quantifies and outputs as appropriate image information (step S2-2-2). Specifically, (1) device-derived ⁇ 1 , (2) contrast agent-derived ⁇ 2 , (3) blood vessel-derived ⁇ 3 , (4) hard tissue-derived ⁇ 4 , (5) site-derived ⁇ 5 , (6) Each noise of the treatment-derived ⁇ 6 is calculated. In this embodiment, noise is defined as an error factor in blood flow analysis.
- Device-derived noise is device-specific background noise included in the background of an image. There are random noise that is uniformly distributed over the entire image and bias noise that appears in a pattern such as a stripe pattern in the image local area. In this embodiment, the features of these noises are digitized by a phantom test image. More specifically, the random noise is quantified as a high frequency component by Fourier transform, and the bias noise is quantified as a low frequency component for output and discrimination.
- Contrast-agent-derived noise Contrast-agent-derived noise is detected as uneven brightness values due to poor mixing of contrast agent and blood.
- the blood vessel-derived noise is calculated based on the quantification of the blood vessel shape, and an area that is inappropriate for blood flow analysis is defined as blood vessel-derived noise and specified.
- Hard tissue-derived noise Hard tissue-derived noise is noise related to bone and calcification. Bone and calcification are observed as a high luminance signal exceeding the luminance value of the contrast agent. Because of the high luminance signal, the signal tends to be misrecognized as a part of the blood vessel lumen even though it is inside or outside the blood vessel wall. Therefore, here, signals from bone and calcification are detected as noise.
- the standard medical image, the image appropriateness level, and the image correction level are output (step S3-4-5).
- the image correction degree is the size of the area of the correction portion.
- the blood vessel shape constructing unit 14 deletes unnecessary blood vessels for constructing a blood vessel shape for blood flow analysis by filtering (step S4-4-2).
- Unnecessary blood vessels are fine blood vessels and short blood vessels that are inappropriate for blood flow analysis. Since the diameter and length of the blood vessel are obtained by thinning and graphing, filtering is performed by matching with a prescribed threshold value. Thereafter, a region for blood flow analysis is automatically extracted according to the type and site of the lesion (step S4-4-3). Here, the determination is made with reference to a template prepared in advance.
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Abstract
This apparatus has: an input permission determination unit that receives a medical image, determines the image property of the medical image and the degree of appropriateness of the medical image as such, and determines whether the medical image can be treated as an input image on the basis thereof; an image standardization unit that modifies/corrects a medical image that has been determined to be treatable as the input image on the basis of the determined image property and the determined degree of appropriateness to standardize the image quality of the medical image, and outputs a correction degree indicating the degree of the modification/correction; a blood vessel configuration constructing unit that constructs a three-dimensional blood vessel configuration on the basis of the standardized medical image; a blood vessel configuration quality evaluation unit that determines the blood vessel configuration construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel configuration, and computes and outputs an overall quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel configuration on the basis of the blood vessel configuration construction accuracy, the degree of appropriateness, and the correction degree; and a blood vessel configuration data output unit that outputs blood vessel configuration data representing the three-dimensional blood vessel configuration together with the configuration evaluation.
Description
本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムに関するものである。
The present invention relates to a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, a method thereof, and a computer software program.
循環器系疾患に血管の瘤化、硬化、狭窄などがある。これらの疾患は、血流の影響により正常部位が病変するもので、その後の進展により死に至るものも少なくないが、その治療は生命の危険を伴い困難な場合も多い。近年、このような難治性循環器系疾患の解明や診断、治療効果の予測のために、病変部位を含む血管の血流解析を行なう技術が求められている。
Circulatory diseases include vascularization, hardening, and stenosis. These diseases involve lesions in the normal region due to the influence of the blood flow, and many of them are fatal due to subsequent progress, but their treatment is often life-threatening and difficult. In recent years, in order to elucidate and diagnose such intractable cardiovascular diseases and predict therapeutic effects, a technique for blood flow analysis of blood vessels including a lesion site has been demanded.
この血流解析を行う一つの手法には数値流体力学(Computationa Fluid Dynamics、CFD)を用いてコンピュータ処理により行う方法がある。数値流体力学とは、流体の流れをコンピュータによる演算解析により取得する技術である。例えば、特許第5596866号には、医用画像撮像装置等で撮像された医用画像データから血管形状を示す3次元血管形状データを構築し、その血管形状に基づいて数値流体力学による血流解析を行う技術が開示されている。特許第559866号では、治療方法の情報を選択し、当該情報に応じて血管形状を修正して数値流体力学による血流解析を行なうことにより、血管治療効果をシミュレートできることが記載されている。
One method for performing this blood flow analysis is a method using computer processing using Computational Fluid Dynamics (CFD). Computational fluid dynamics is a technique for obtaining a fluid flow by computer analysis. For example, in Japanese Patent No. 5596866, three-dimensional blood vessel shape data indicating a blood vessel shape is constructed from medical image data imaged by a medical image pickup device or the like, and blood flow analysis is performed by numerical fluid dynamics based on the blood vessel shape. Technology is disclosed. Japanese Patent No. 559866 describes that a blood vessel treatment effect can be simulated by selecting information on a treatment method, correcting a blood vessel shape according to the information, and performing a blood flow analysis by numerical fluid dynamics.
このような血流解析では、計算対象とする血管形状の質、すなわち三次元形状データの質が重要となる。血管形状の質が前述した血流解析の結果の精度に直接的に影響を及ぼすためである。
In such blood flow analysis, the quality of the blood vessel shape to be calculated, that is, the quality of the three-dimensional shape data is important. This is because the quality of the blood vessel shape directly affects the accuracy of the result of blood flow analysis described above.
しかしながら、従来の血管形状構築では、血管形状構築に使用する医用画像データの選定や血管領域および病変部の特定・抽出などの各処理が、独立した多種の装置やソフトフェアを用いて行なわれ、またユーザーによりマニュアルで医用画像データの修正や確認、構築処理の諸パラメータの調整が行なわれていたため、装置・ソフトウェアの組み合わせやユーザーの知識・経験の程度によって出力される血管形状が異なってしまうという問題があった。すなわち、従来の血管形状構築法では、構築される血管形状にユーザー依存性があり、血管形状の質にばらつきが生じやかった。そして、このような従来の血管形状構築法による血管形状の質のばらつきは、血流解析の結果精度に影響を及ぼす可能性があり、特に膨大な解析結果の比較を行う大規模臨床実験において課題とされてきた。
However, in the conventional blood vessel shape construction, each process such as selection of medical image data used for blood vessel shape construction and identification / extraction of a blood vessel region and a lesioned part is performed using various independent devices and software. In addition, since the user manually modified and confirmed medical image data and adjusted the parameters of the construction process, the blood vessel shape output would differ depending on the combination of the device and software and the degree of knowledge and experience of the user. There was a problem. That is, in the conventional blood vessel shape construction method, the blood vessel shape to be constructed is user-dependent, and the quality of the blood vessel shape tends to vary. And this variation in the quality of the blood vessel shape by the conventional blood vessel shape construction method may affect the accuracy of the results of blood flow analysis, especially in large-scale clinical experiments that compare enormous analysis results. It has been said.
血流解析が医療現場に普及するためには、血流解析の結果の精度を保証し標準化・共有化を行うことが不可欠であり、そのためには、ユーザー依存性がなく、血流解析の精度を保証するに足る品質の血管形状を構築する技術が重要である。
In order for blood flow analysis to spread in the medical field, it is essential to guarantee the accuracy of the blood flow analysis results and to standardize and share them. It is important to have a technique for constructing a blood vessel shape with sufficient quality to guarantee the above.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血流シミュレーションのための血管形状構築の品質管理を行なうことを可能とする血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムを提供することにある。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to eliminate the user dependence by fully automatically processing each step of the blood vessel shape construction, and to construct the blood vessel shape for blood flow simulation. An object of the present invention is to provide a blood vessel shape constructing apparatus, a method thereof, and a computer software program that can perform quality control. *
この発明の第1の主要な観点によれば、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部とを有することを特徴とする装置が提供される。
According to the first main aspect of the present invention, a medical image is received, the image attribute of the medical image and the appropriateness as a medical image are determined, and based on these, a determination is made as to whether the image can be processed as an input image. An input availability determination unit and a medical image determined to be processable as the input image are corrected / corrected based on the determined image attribute and appropriateness, standardizing the image quality of the medical image, and the correction An image standardization unit that outputs a correction degree indicating the degree of correction, a blood vessel shape construction unit that constructs a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image, and a blood vessel shape of the constructed three-dimensional blood vessel shape A blood vessel shape quality evaluation unit that determines construction accuracy and calculates and outputs a total quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the appropriateness, and the correction degree. , And wherein the blood vessel shape data indicating the three-dimensional vessel shape having a vessel shape data output unit that outputs together with the shape evaluation is provided.
ここで、この発明の一の実施態様によれば、前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、前記入力可否判断部は、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである。この場合、前記入力可否判別部は、医用画像を画像分析することでノイズレベルを判別するものであることが好ましい。さらにこの場合、前記入力可否判別部は画像分析により前記画像属性に応じて異なる種類のノイズ成分を算出し、それに基づいて各成分のノイズレベルを判別するものであることが好ましい。
Here, according to an embodiment of the present invention, the image attribute of the medical image is information including information on a manufacturer and a modality of the imaging device that captured the medical image and imaging conditions, The appropriateness is information including a noise level of a medical image, and the input availability determination unit performs the determination of input availability by referring to a predetermined template with the image attribute and appropriateness. In this case, it is preferable that the input availability determination unit determines a noise level by performing image analysis on a medical image. Further, in this case, it is preferable that the input availability determination unit calculates different types of noise components according to the image attributes by image analysis, and determines the noise level of each component based on the calculated noise components.
また、この発明の別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記画像属性と適正度に基づいて、前記医用画像から特定のノイズ成分を除去する修正・補正を実行するものである。
According to another embodiment of the present invention, the image standardization unit executes correction / correction for removing a specific noise component from the medical image based on the image attribute and appropriateness. is there.
さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、医用画像が有する互いに直交するXYZ座標系においてX方向、Y方向、及びZ方向の空間解像度を補間により等しくすることで等方化を行う修正・補正を実行するものである。
According to still another embodiment, the image standardization unit performs isotropicization by equalizing spatial resolutions in the X direction, the Y direction, and the Z direction by interpolation in an XYZ coordinate system of medical images that are orthogonal to each other. The correction / correction is performed.
また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記医用画像の空間解像度を画像補間により増加させることで高解像度化を行う修正・補正を実行するものである。
According to still another embodiment, the image standardization unit executes correction / correction for increasing the resolution by increasing the spatial resolution of the medical image by image interpolation.
また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである。この場合、前記画像標準化部は、前記画像属性の判別により非造影MRAと判別された医用画像に対して前記局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものであり、この画像標準化部は、この形状歪みの補正を非造影MRAの特性である血管内方と血管外周間での流速依存性を排除するように前記医用画像上の前記血管内方と外周間に対応する領域の輝度情報に基づいて行うものであることが好ましい。さらにこの場合、前記画像標準化部は、前記医用画像の流速依存性が所定より強い箇所を前記医用画像上の血管壁近傍に対応する箇所の輝度情報に基づいて検出し、血管の形態情報もしくは血流情報に基づいて前記検出された箇所の流速依存性を補正するものであることが好ましい。また、さらにこの場合、前記画像標準化部は、前記血管壁近傍における血管中心線に直交する各断面での輝度勾配値が閾値以下となる箇所を前記流速依存性が強い箇所として検出することが好ましい。また、前記画像標準化部は、前記血管の形態情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検出された箇所において、前記血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものであることが好ましい。この場合、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものであることが好ましい。また、前記画像標準化部は、前記血管の血流情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものであることが好ましい。この場合、前記血管の血流モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものであることが好ましい。
According to still another embodiment, the image standardization unit performs image distortion correction derived from imaging and local blood vessel shape distortion correction, thereby standardizing the image quality. It is. In this case, the image standardization unit performs correction of the shape distortion of the local blood vessel shape with respect to the medical image determined as non-contrast MRA by the determination of the image attribute. The luminance information of the region corresponding to the inside and outside of the blood vessel on the medical image so as to eliminate the flow velocity dependence between the inside of the blood vessel and the outside of the blood vessel, which is a characteristic of non-contrast MRA. It is preferable to carry out based on the above. Furthermore, in this case, the image standardization unit detects a location where the flow velocity dependence of the medical image is stronger than a predetermined value based on luminance information of a location corresponding to the vicinity of the blood vessel wall on the medical image, and the blood vessel morphology information or blood It is preferable to correct the flow velocity dependence of the detected location based on flow information. Furthermore, in this case, it is preferable that the image standardization unit detects a location where the luminance gradient value in each cross section orthogonal to the blood vessel center line in the vicinity of the blood vessel wall is equal to or less than a threshold as a location having strong flow velocity dependency. . The image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying the statistical model of the blood vessel at the detected location when the flow velocity dependency is corrected based on the morphological information of the blood vessel. It is preferable. In this case, it is preferable that the statistical model of the blood vessel is a mathematical model of a change in the cross section of the blood vessel in the blood vessel traveling direction obtained from the blood vessel shape database. Further, when correcting the flow velocity dependency based on the blood flow information of the blood vessel, the image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying a blood flow model of the blood vessel at the detected location. It is preferable that In this case, the blood flow model of the blood vessel is a mathematical model of the blood flow information obtained by analyzing the actual blood flow information measured by the phase contrast MRI method or the flow velocity-dependent spatial distribution. Is preferred.
また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記画像標準化部は、前記画像属性の判別によりCTA(X線コンピュータ断層撮影画像)と判別された医用画像に対して、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨および/または石灰化を除去する修正・補正を実行するものである。この場合、前記画像標準化部は、骨の解剖学的特徴を用いて骨を除去するか、血管の統計モデルを複合的に用いて骨を除去するものであり、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものであることが好ましい。また、前記画像標準化部は、骨や血管にはない石灰化に特異的な輝度特性に基づいて石灰化を除去するものであることが好ましい。
According to still another embodiment, the image standardization unit detects a blood vessel as a high-intensity signal for a medical image determined as a CTA (X-ray computed tomography image) by determining the image attribute. Correction / correction is performed to remove bones and / or calcifications that are easily misrecognized. In this case, the image standardization unit removes the bone using the anatomical features of the bone, or removes the bone using the statistical model of the blood vessel in combination. It is preferable that the change of the blood vessel cross section in the blood vessel traveling direction obtained from the shape database is mathematically modeled. Moreover, it is preferable that the said image normalization part removes calcification based on the brightness | luminance characteristic specific to calcification which is not in a bone or a blood vessel.
また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記血管形状構築部は、前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部とを有するものである。この場合、前記血管形状構築部は、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものであることが好ましい。
Further, according to still another embodiment, the blood vessel shape constructing unit analyzes the structure of the roughly divided blood vessel region, and a rough division unit for roughly dividing the blood vessel region by performing image analysis on the medical image. And a precision dividing unit that executes precise division of a blood vessel region based on the result of the structural analysis, and a detection unit that detects the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis. In this case, it is preferable that the blood vessel shape constructing unit re-executes the fine division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion.
また、さらなる別の一の実施態様によれば、前記血管形状構築部は、前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部とを有するものであり、前記構造解析は血管の中心線を取得し、血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い、輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである。この場合、前記輝度値分析による内外判定は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とするものであることが好ましい。また、前記血管形状構築部は、前記血管領域分割・抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域分割・抽出の精度を高めるものであることが好ましい。
Further, according to still another embodiment, the blood vessel shape constructing unit analyzes the structure of the roughly divided blood vessel region, and a rough division unit for roughly dividing the blood vessel region by performing image analysis on the medical image. And a precision segmentation unit that performs precise segmentation of the blood vessel region based on the result of the structural analysis. The structural analysis obtains the center line of the blood vessel, and when the center line of the blood vessel is obtained, An orthogonal image is acquired at each point, the luminance value analysis of the orthogonal image is performed at each blood vessel, and a blood vessel region-specific determination of inside / outside blood vessel is performed from the luminance value analysis. The blood vessel region is divided based on the result. In this case, it is preferable that the inside / outside determination by the luminance value analysis is based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image. Further, it is preferable that the blood vessel shape constructing unit enhances the accuracy of blood vessel region segmentation / extraction by recursively determining whether the blood vessel region is segmented / extracted.
この発明の第2の主要な観点によれば、コンピュータにより実行されるコンピュータソフトウエアプログラムであって、以下の記憶媒体に格納される各命令:コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部とを有することを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラムが提供される。
According to a second main aspect of the present invention, a computer software program executed by a computer, each instruction stored in the following storage medium: the computer receives a medical image and an image of the medical image An attribute and an appropriateness as a medical image are determined, and an input propriety determination unit that determines whether the input image can be processed based on the attribute, and a medical image that is determined to be processable as the input image by the computer, An image standardization unit that corrects and corrects based on the determined image attribute and appropriateness, standardizes the image quality of the medical image, and outputs a correction degree indicating the degree of correction and correction, and a computer, A blood vessel shape constructing unit for constructing a three-dimensional blood vessel shape based on a standardized medical image, and a computer, the constructed three-dimensional blood A blood vessel shape quality evaluation unit that determines the blood vessel shape construction accuracy of the shape and calculates and outputs a total quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the appropriateness, and the correction degree; A computer software program is provided, wherein the computer has a blood vessel shape data output unit that outputs blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation.
また、この発明の第3の主要な観点によれば、コンピュータにより実行される方法であって、コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断工程と、コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化工程と、コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築工程と、コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価工程と、コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力工程とを有することを特徴とする方法が提供される。
According to a third main aspect of the present invention, there is provided a method executed by a computer, wherein the computer receives a medical image and determines an image attribute of the medical image and an appropriateness as a medical image. An input availability determination step for determining whether the input image can be processed based on them, and a medical image determined to be processed by the computer as the input image based on the determined image attribute and appropriateness An image standardization step of correcting and correcting and standardizing the image quality of the medical image and outputting a correction degree indicating the degree of correction and correction, and a computer configured to generate a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image And the computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape and the blood vessel shape. A blood vessel shape quality evaluation step for calculating and outputting a total quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the construction accuracy, the appropriateness degree, and the correction degree, and a computer outputs blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape. And a blood vessel shape data output step for outputting together with the shape evaluation.
なお、この発明の上記述べた以外の他の特徴については、次に説明する「発明を実施するための形態」及び図面を参照することにより当業者にとって容易に理解することができる。
It should be noted that other features of the present invention other than those described above can be easily understood by those skilled in the art by referring to the “Description of Embodiments” and the drawings described below.
まず、本発明の具体的な特徴を説明する。
First, specific features of the present invention will be described.
(発明の特徴1:全自動制御機能をもつ血管形状構築装置)
1-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
1-2.特徴1-1の血管形状構築手段は、撮像した医用画像を入力する手段、医用画像を判別する手段、医用画像を標準化する手段、血管形状を構築する手段、血管形状を計測する手段、血管形状を品質評価する手段、血管形状および品質スコアを出力する手段、を有する。
1-3.特徴1-2の医用画像を判別する手段は、メーカー、モダリティーを判別する手段(機器判別)する手段、撮像条件を判別する手段(画像判別)、血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)、を有する。
1-4.特徴1-3の血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)は、血流解析に耐えうる医用画像として満たす条件をリスト化したテンプレートと比較すること可否を判断する。
1-5.特徴1-2の医用画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
1-6.特徴1-2の血管形状を構築する手段は、血管を領域分割する手段(領域分割)、血管を構造解析する手段(血管構造解析)、癒着の有無を検出する手段(癒着検出)、血管を領域設定する手段(領域設定)、血管を形状構築する手段(血管形状構築)、を有する。
1-7.特徴1-6の血管を領域分割する手段は、画像上で血管に相当する部位の輝度値の特性に基づいて血管内外判定を行うことにより血管を抽出する手段である。
1-8.特徴1-6の血管を構造解析する手段は、特徴1-7において抽出した血管に対して中心線抽出により血管を線分化することで各血管および病変部ごとに分割しラベリングを行う手段である
1-9.特徴1-7、1-8を最初に行うことを血管の粗抽出とし、粗抽出の結果をもとに、特徴1-7、1-8を繰り返すことで結果を補正していくことを精密抽出とする。精密抽出では、各血管の輝度値ごとに閾値を適応的に変化させた適応的血管領域分割、および、その結果に基づき血管構造解析を再度行う、もしくは、一定の閾値以下となるまで領域分割と血管構造解析を繰り返し行う再帰的血管領域分割を行うことができる。
1-10.特徴1-6の癒着の有無を検出する手段は、血管を全体で見た際に、通常では存在しえない血管のループの有無を確認する手段である。ループが確認された場合には、血管同士の癒着によるアーチファクトが発生していることとし、特徴1-9の精密抽出を再度行うことで癒着を分離する。
1-11.特徴1-6の血管を領域設定する手段は、特徴1-8においてラベリングを行った血管・病変に対して、領域設定として満たすべき条件をリスト化したテンプレートと比較することで血流解析に含める領域のみを抽出する手段である。
1-12.特徴1-6の血管を形状構築する手段は、特徴1-9において領域設定された血管に対して、マーチングキューブ法などの手段により血管の面を微小三角形要素から形成する手段である。
1-13.特徴1-2の血管形状を計測する手段は、特徴1-8で得られた中心線上の各点において血管の直交断面を作成し形状計測を行う手段である。
1-14.特徴1-2の血管形状を品質評価する手段は、得られた血管形状において血管壁近傍における輝度勾配に基づいて品質スコアを算出するものである。 (Characteristics of the Invention 1: Blood Vessel Shape Construction Device with Fully Automatic Control Function)
1-1. The present invention is a blood vessel shape structuring apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which eliminates user dependence by fully automating the process from inputting a medical image to outputting the blood vessel shape and quality evaluation. This is a blood vessel shape constructing device characterized by the above.
1-2. The feature 1-1 blood vessel shape constructing means includes: means for inputting a captured medical image; means for discriminating a medical image; means for standardizing a medical image; means for constructing a blood vessel shape; means for measuring a blood vessel shape; Means for quality evaluation, and means for outputting a blood vessel shape and a quality score.
1-3. The means for discriminating the medical image of feature 1-2 is the manufacturer, the means for discriminating the modality (device discrimination), the means for discriminating the imaging conditions (image discrimination), and discriminating whether the image is sufficient for blood flow analysis Means (input availability determination).
1-4. The means for determining whether or not the image is sufficient for the blood flow analysis of the characteristic 1-3 (input availability determination) determines whether it is possible to compare the conditions satisfying as a medical image that can withstand the blood flow analysis with a list of templates.
1-5. The means for standardizing the medical image of feature 1-2 includes means for removing noise (noise removal), means for isotropicizing the image by interpolation (isotropic), means for increasing the image resolution by interpolation (higher resolution) ) And means for correcting the image (image correction).
1-6. The means for constructing the blood vessel shape of feature 1-2 includes means for dividing a blood vessel into regions (region division), means for analyzing the structure of blood vessels (blood vessel structure analysis), means for detecting the presence or absence of adhesion (adhesion detection), Means for setting an area (area setting) and means for constructing a blood vessel shape (vascular shape construction)
1-7. The means for segmenting the blood vessel having the characteristic 1-6 is a means for extracting the blood vessel by performing inside / outside blood vessel determination based on the characteristic of the luminance value of the portion corresponding to the blood vessel on the image.
1-8. The means for structural analysis of the blood vessel of feature 1-6 is a means for performing labeling by dividing the blood vessel extracted in feature 1-7 by center line extraction into each blood vessel and lesioned part. 1-9. Performing features 1-7 and 1-8 first is the rough extraction of blood vessels. Based on the results of the rough extraction, it is precise to repeat the features 1-7 and 1-8 to correct the results. Let's say extraction. In precise extraction, adaptive blood vessel region segmentation in which the threshold value is adaptively changed for each luminance value of each blood vessel, and blood vessel structure analysis is performed again based on the result, or region segmentation is performed until a certain threshold value or less is reached. It is possible to perform recursive vascular region segmentation that repeatedly performs vascular structure analysis.
1-10. The means for detecting the presence or absence of adhesion 1-6 is a means for confirming the presence or absence of a blood vessel loop that cannot normally exist when the blood vessel is viewed as a whole. When a loop is confirmed, it is assumed that an artifact due to adhesion between blood vessels has occurred, and the adhesion is separated by performing precise extraction of feature 1-9 again.
1-11. The means for setting the region of the blood vessel of feature 1-6 includes the blood vessel / lesion labeled in feature 1-8 in the blood flow analysis by comparing the conditions to be satisfied as the region setting with a list of templates. It is a means for extracting only the region.
1-12. The means for constructing the shape of the blood vessel of the characteristic 1-6 is a means for forming the surface of the blood vessel from minute triangular elements by means of the marching cube method or the like with respect to the blood vessel set in the area of the characteristic 1-9.
1-13. The means for measuring the blood vessel shape of the characteristic 1-2 is a means for measuring the shape by creating an orthogonal cross section of the blood vessel at each point on the center line obtained in the characteristic 1-8.
1-14. The means for evaluating the quality of the blood vessel shape of the characteristic 1-2 calculates a quality score based on a luminance gradient in the vicinity of the blood vessel wall in the obtained blood vessel shape.
1-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
1-2.特徴1-1の血管形状構築手段は、撮像した医用画像を入力する手段、医用画像を判別する手段、医用画像を標準化する手段、血管形状を構築する手段、血管形状を計測する手段、血管形状を品質評価する手段、血管形状および品質スコアを出力する手段、を有する。
1-3.特徴1-2の医用画像を判別する手段は、メーカー、モダリティーを判別する手段(機器判別)する手段、撮像条件を判別する手段(画像判別)、血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)、を有する。
1-4.特徴1-3の血流解析に足りる画像か否かを判別する手段(入力可否判別)は、血流解析に耐えうる医用画像として満たす条件をリスト化したテンプレートと比較すること可否を判断する。
1-5.特徴1-2の医用画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
1-6.特徴1-2の血管形状を構築する手段は、血管を領域分割する手段(領域分割)、血管を構造解析する手段(血管構造解析)、癒着の有無を検出する手段(癒着検出)、血管を領域設定する手段(領域設定)、血管を形状構築する手段(血管形状構築)、を有する。
1-7.特徴1-6の血管を領域分割する手段は、画像上で血管に相当する部位の輝度値の特性に基づいて血管内外判定を行うことにより血管を抽出する手段である。
1-8.特徴1-6の血管を構造解析する手段は、特徴1-7において抽出した血管に対して中心線抽出により血管を線分化することで各血管および病変部ごとに分割しラベリングを行う手段である
1-9.特徴1-7、1-8を最初に行うことを血管の粗抽出とし、粗抽出の結果をもとに、特徴1-7、1-8を繰り返すことで結果を補正していくことを精密抽出とする。精密抽出では、各血管の輝度値ごとに閾値を適応的に変化させた適応的血管領域分割、および、その結果に基づき血管構造解析を再度行う、もしくは、一定の閾値以下となるまで領域分割と血管構造解析を繰り返し行う再帰的血管領域分割を行うことができる。
1-10.特徴1-6の癒着の有無を検出する手段は、血管を全体で見た際に、通常では存在しえない血管のループの有無を確認する手段である。ループが確認された場合には、血管同士の癒着によるアーチファクトが発生していることとし、特徴1-9の精密抽出を再度行うことで癒着を分離する。
1-11.特徴1-6の血管を領域設定する手段は、特徴1-8においてラベリングを行った血管・病変に対して、領域設定として満たすべき条件をリスト化したテンプレートと比較することで血流解析に含める領域のみを抽出する手段である。
1-12.特徴1-6の血管を形状構築する手段は、特徴1-9において領域設定された血管に対して、マーチングキューブ法などの手段により血管の面を微小三角形要素から形成する手段である。
1-13.特徴1-2の血管形状を計測する手段は、特徴1-8で得られた中心線上の各点において血管の直交断面を作成し形状計測を行う手段である。
1-14.特徴1-2の血管形状を品質評価する手段は、得られた血管形状において血管壁近傍における輝度勾配に基づいて品質スコアを算出するものである。 (Characteristics of the Invention 1: Blood Vessel Shape Construction Device with Fully Automatic Control Function)
1-1. The present invention is a blood vessel shape structuring apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which eliminates user dependence by fully automating the process from inputting a medical image to outputting the blood vessel shape and quality evaluation. This is a blood vessel shape constructing device characterized by the above.
1-2. The feature 1-1 blood vessel shape constructing means includes: means for inputting a captured medical image; means for discriminating a medical image; means for standardizing a medical image; means for constructing a blood vessel shape; means for measuring a blood vessel shape; Means for quality evaluation, and means for outputting a blood vessel shape and a quality score.
1-3. The means for discriminating the medical image of feature 1-2 is the manufacturer, the means for discriminating the modality (device discrimination), the means for discriminating the imaging conditions (image discrimination), and discriminating whether the image is sufficient for blood flow analysis Means (input availability determination).
1-4. The means for determining whether or not the image is sufficient for the blood flow analysis of the characteristic 1-3 (input availability determination) determines whether it is possible to compare the conditions satisfying as a medical image that can withstand the blood flow analysis with a list of templates.
1-5. The means for standardizing the medical image of feature 1-2 includes means for removing noise (noise removal), means for isotropicizing the image by interpolation (isotropic), means for increasing the image resolution by interpolation (higher resolution) ) And means for correcting the image (image correction).
1-6. The means for constructing the blood vessel shape of feature 1-2 includes means for dividing a blood vessel into regions (region division), means for analyzing the structure of blood vessels (blood vessel structure analysis), means for detecting the presence or absence of adhesion (adhesion detection), Means for setting an area (area setting) and means for constructing a blood vessel shape (vascular shape construction)
1-7. The means for segmenting the blood vessel having the characteristic 1-6 is a means for extracting the blood vessel by performing inside / outside blood vessel determination based on the characteristic of the luminance value of the portion corresponding to the blood vessel on the image.
1-8. The means for structural analysis of the blood vessel of feature 1-6 is a means for performing labeling by dividing the blood vessel extracted in feature 1-7 by center line extraction into each blood vessel and lesioned part. 1-9. Performing features 1-7 and 1-8 first is the rough extraction of blood vessels. Based on the results of the rough extraction, it is precise to repeat the features 1-7 and 1-8 to correct the results. Let's say extraction. In precise extraction, adaptive blood vessel region segmentation in which the threshold value is adaptively changed for each luminance value of each blood vessel, and blood vessel structure analysis is performed again based on the result, or region segmentation is performed until a certain threshold value or less is reached. It is possible to perform recursive vascular region segmentation that repeatedly performs vascular structure analysis.
1-10. The means for detecting the presence or absence of adhesion 1-6 is a means for confirming the presence or absence of a blood vessel loop that cannot normally exist when the blood vessel is viewed as a whole. When a loop is confirmed, it is assumed that an artifact due to adhesion between blood vessels has occurred, and the adhesion is separated by performing precise extraction of feature 1-9 again.
1-11. The means for setting the region of the blood vessel of feature 1-6 includes the blood vessel / lesion labeled in feature 1-8 in the blood flow analysis by comparing the conditions to be satisfied as the region setting with a list of templates. It is a means for extracting only the region.
1-12. The means for constructing the shape of the blood vessel of the characteristic 1-6 is a means for forming the surface of the blood vessel from minute triangular elements by means of the marching cube method or the like with respect to the blood vessel set in the area of the characteristic 1-9.
1-13. The means for measuring the blood vessel shape of the characteristic 1-2 is a means for measuring the shape by creating an orthogonal cross section of the blood vessel at each point on the center line obtained in the characteristic 1-8.
1-14. The means for evaluating the quality of the blood vessel shape of the characteristic 1-2 calculates a quality score based on a luminance gradient in the vicinity of the blood vessel wall in the obtained blood vessel shape.
(発明の特徴2:画像標準化機能をもつ血管形状構築装置)
2-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像の質の違いを補正した画像標準化機能をもつ血管形状構築装置である。
2-2.特徴2-1の画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
2-3.特徴2-2のノイズを除去する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象に応じて異なる画像ノイズを除去する手段である。
2-4.特徴2-2の補間により画像を等方化する手段は、面内方向と面外方向で異なりうる医用画像の空間解像度を方向依存性のない立方体へと等方化する手段である。
2-5.特徴2-2の補間により画像解像度を増加させる手段は、画像補間により画像のもつ本来の空間解像度を人為的に倍増させる手段である。
2-6.特徴2-2の画像を補正する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件に応じて異なる画像の性質の違いを補正する手段である。
2-7.特徴2-6において、非造影MRAの場合においては、MRA画像の性質である輝度値の流速依存性を補正する手段を有する。
2-8.特徴2-7において、流速依存性を補正する手段は、流速依存性が強い箇所を検知する手段と、血管の形態情報もしくは血流情報により流速依存性を補正する手段を有する。
2-9.特徴2-8において、流速依存性が強い箇所を検知する手段は、血管中心線に直交する各断面上での血管壁近傍での輝度勾配値に基づくものである。輝度勾配値が低い箇所は流速が低下している箇所であるため、血管壁の形状を歪ませてしまう要因となる。
2-10.特徴2-8において、流速依存性を補正するために血管の形態情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2-11.特徴2-10において、血管の統計モデルとは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化の仕方を数理モデル化したものである。
2-12.特徴2-8において、流速依存性を補正するために血管の血流情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2-13.特徴2-12において、血管の血流モデルとは、位相コントラストMRI法などにより計測された実際の血流情報を用いてもよいし、流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報から補正してもよい。
2-14.特徴2-6において、CTAの場合においては、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨や石灰化を除去する手段を有する。
2-15.特徴2-14において、骨を除去する手段としては、骨の解剖学的特徴を利用した手段を用いてもよいし、特徴2-11に示される血管の統計モデルを複合的に利用してもよい。
2-16.特徴2-14において、石灰化を除去する手段としては、骨や血管にはない、石灰化に特異的な輝度特性を利用した手段を用いてもよい。例えば、石灰化は局所的に発生する現象であるため、高輝度信号が島状に孤立する。孤立した高輝度信号を抽出することで石灰化を検知・除去することができる。 (Invention Feature 2: Blood Vessel Shape Construction Device with Image Standardization Function)
2-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics and having an image standardization function in which a difference in quality of medical images is corrected.
2-2. Means for standardizing the image of the characteristic 2-1 are means for removing noise (noise removal), means for isotropicizing the image by interpolation (isotropic), means for increasing the image resolution by interpolation (high resolution) And means for correcting an image (image correction).
2-3. The means for removing the noise of feature 2-2 is a means for removing different image noise depending on the manufacturer, modality, imaging condition, and imaging target.
2-4. The means for making the image isotropic by the interpolation of the feature 2-2 is means for making the spatial resolution of the medical image that can be different in the in-plane direction and the out-of-plane direction into a cube having no direction dependency.
2-5. The means for increasing the image resolution by the interpolation of the feature 2-2 is a means for artificially doubling the original spatial resolution of the image by the image interpolation.
2-6. The means for correcting the image of the feature 2-2 is a means for correcting a difference in the properties of different images depending on the manufacturer, modality, and imaging conditions.
2-7. In feature 2-6, in the case of non-contrast-enhanced MRA, there is means for correcting the flow velocity dependence of the luminance value, which is a property of the MRA image.
2-8. In feature 2-7, the means for correcting the flow velocity dependency includes a means for detecting a portion where the flow velocity dependency is strong, and a means for correcting the flow velocity dependency based on blood vessel form information or blood flow information.
2-9. In feature 2-8, the means for detecting a portion having a strong flow velocity dependency is based on a luminance gradient value in the vicinity of the blood vessel wall on each cross section orthogonal to the blood vessel center line. Since the portion where the brightness gradient value is low is a portion where the flow velocity is lowered, it becomes a factor that distorts the shape of the blood vessel wall.
2-10. In the feature 2-8, when the blood vessel shape information is used to correct the flow velocity dependency, the flow velocity dependency of the image is corrected by applying the statistical model of the blood vessel in the portion detected as having the flow velocity dependency. Is.
2-11. In feature 2-10, the statistical model of blood vessels is a mathematical model of how the cross section of a blood vessel changes in the direction of blood vessel travel obtained from the blood vessel shape database.
2-12. In feature 2-8, when blood flow information of a blood vessel is used to correct the flow velocity dependency, the flow velocity dependency of the image can be reduced by applying a blood flow model of the blood vessel at a location where the flow velocity dependency is detected. It is to correct.
2-13. In feature 2-12, the blood flow model of the blood vessel may use actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or the like, or a blood flow obtained by analyzing a flow velocity-dependent spatial distribution You may correct | amend from information.
2-14. In the characteristic 2-6, in the case of CTA, there is a means for removing bone and calcification that are easily misrecognized as blood vessels as a high luminance signal.
2-15. In the feature 2-14, as a means for removing the bone, a means using an anatomical feature of the bone may be used, or a statistical model of blood vessels shown in the feature 2-11 may be used in combination. Good.
2-16. In Feature 2-14, as a means for removing calcification, a means using luminance characteristics specific to calcification that is not present in bones or blood vessels may be used. For example, since calcification is a phenomenon that occurs locally, a high luminance signal is isolated in an island shape. Calcification can be detected and removed by extracting an isolated high-intensity signal.
2-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像の質の違いを補正した画像標準化機能をもつ血管形状構築装置である。
2-2.特徴2-1の画像を標準化する手段は、ノイズを除去する手段(ノイズ除去)、補間により画像を等方化する手段(等方化)、補間により画像解像度を増加させる手段(高解像度化)、画像を補正する手段(画像補正)、を有する。
2-3.特徴2-2のノイズを除去する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象に応じて異なる画像ノイズを除去する手段である。
2-4.特徴2-2の補間により画像を等方化する手段は、面内方向と面外方向で異なりうる医用画像の空間解像度を方向依存性のない立方体へと等方化する手段である。
2-5.特徴2-2の補間により画像解像度を増加させる手段は、画像補間により画像のもつ本来の空間解像度を人為的に倍増させる手段である。
2-6.特徴2-2の画像を補正する手段は、メーカー、モダリティー、撮像条件に応じて異なる画像の性質の違いを補正する手段である。
2-7.特徴2-6において、非造影MRAの場合においては、MRA画像の性質である輝度値の流速依存性を補正する手段を有する。
2-8.特徴2-7において、流速依存性を補正する手段は、流速依存性が強い箇所を検知する手段と、血管の形態情報もしくは血流情報により流速依存性を補正する手段を有する。
2-9.特徴2-8において、流速依存性が強い箇所を検知する手段は、血管中心線に直交する各断面上での血管壁近傍での輝度勾配値に基づくものである。輝度勾配値が低い箇所は流速が低下している箇所であるため、血管壁の形状を歪ませてしまう要因となる。
2-10.特徴2-8において、流速依存性を補正するために血管の形態情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2-11.特徴2-10において、血管の統計モデルとは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化の仕方を数理モデル化したものである。
2-12.特徴2-8において、流速依存性を補正するために血管の血流情報を用いる場合、流速依存性有と検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである。
2-13.特徴2-12において、血管の血流モデルとは、位相コントラストMRI法などにより計測された実際の血流情報を用いてもよいし、流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報から補正してもよい。
2-14.特徴2-6において、CTAの場合においては、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨や石灰化を除去する手段を有する。
2-15.特徴2-14において、骨を除去する手段としては、骨の解剖学的特徴を利用した手段を用いてもよいし、特徴2-11に示される血管の統計モデルを複合的に利用してもよい。
2-16.特徴2-14において、石灰化を除去する手段としては、骨や血管にはない、石灰化に特異的な輝度特性を利用した手段を用いてもよい。例えば、石灰化は局所的に発生する現象であるため、高輝度信号が島状に孤立する。孤立した高輝度信号を抽出することで石灰化を検知・除去することができる。 (Invention Feature 2: Blood Vessel Shape Construction Device with Image Standardization Function)
2-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics and having an image standardization function in which a difference in quality of medical images is corrected.
2-2. Means for standardizing the image of the characteristic 2-1 are means for removing noise (noise removal), means for isotropicizing the image by interpolation (isotropic), means for increasing the image resolution by interpolation (high resolution) And means for correcting an image (image correction).
2-3. The means for removing the noise of feature 2-2 is a means for removing different image noise depending on the manufacturer, modality, imaging condition, and imaging target.
2-4. The means for making the image isotropic by the interpolation of the feature 2-2 is means for making the spatial resolution of the medical image that can be different in the in-plane direction and the out-of-plane direction into a cube having no direction dependency.
2-5. The means for increasing the image resolution by the interpolation of the feature 2-2 is a means for artificially doubling the original spatial resolution of the image by the image interpolation.
2-6. The means for correcting the image of the feature 2-2 is a means for correcting a difference in the properties of different images depending on the manufacturer, modality, and imaging conditions.
2-7. In feature 2-6, in the case of non-contrast-enhanced MRA, there is means for correcting the flow velocity dependence of the luminance value, which is a property of the MRA image.
2-8. In feature 2-7, the means for correcting the flow velocity dependency includes a means for detecting a portion where the flow velocity dependency is strong, and a means for correcting the flow velocity dependency based on blood vessel form information or blood flow information.
2-9. In feature 2-8, the means for detecting a portion having a strong flow velocity dependency is based on a luminance gradient value in the vicinity of the blood vessel wall on each cross section orthogonal to the blood vessel center line. Since the portion where the brightness gradient value is low is a portion where the flow velocity is lowered, it becomes a factor that distorts the shape of the blood vessel wall.
2-10. In the feature 2-8, when the blood vessel shape information is used to correct the flow velocity dependency, the flow velocity dependency of the image is corrected by applying the statistical model of the blood vessel in the portion detected as having the flow velocity dependency. Is.
2-11. In feature 2-10, the statistical model of blood vessels is a mathematical model of how the cross section of a blood vessel changes in the direction of blood vessel travel obtained from the blood vessel shape database.
2-12. In feature 2-8, when blood flow information of a blood vessel is used to correct the flow velocity dependency, the flow velocity dependency of the image can be reduced by applying a blood flow model of the blood vessel at a location where the flow velocity dependency is detected. It is to correct.
2-13. In feature 2-12, the blood flow model of the blood vessel may use actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or the like, or a blood flow obtained by analyzing a flow velocity-dependent spatial distribution You may correct | amend from information.
2-14. In the characteristic 2-6, in the case of CTA, there is a means for removing bone and calcification that are easily misrecognized as blood vessels as a high luminance signal.
2-15. In the feature 2-14, as a means for removing the bone, a means using an anatomical feature of the bone may be used, or a statistical model of blood vessels shown in the feature 2-11 may be used in combination. Good.
2-16. In Feature 2-14, as a means for removing calcification, a means using luminance characteristics specific to calcification that is not present in bones or blood vessels may be used. For example, since calcification is a phenomenon that occurs locally, a high luminance signal is isolated in an island shape. Calcification can be detected and removed by extracting an isolated high-intensity signal.
(発明の特徴3:適応的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置)
3-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において血管部位適応的に血管内外判定を行うことで血管部位特異的に異なる輝度特性の影響を排除した血管形状構築装置である。
3-2.特徴3-1は、血管の領域分割の粗抽出として、領域分割と血管構造解析を行う。領域分割は閾値で行い、血管構造解析により血管の中心線を取得する。血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行う。これにより各血管での輝度値のばらつきを数値化できる。
3-3.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
3-4.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
3-5.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。 (Invention Feature 3: Blood Vessel Shape Construction Device with Adaptive Blood Vessel Segmentation Function)
3-1. The present invention is a blood vessel shape structuring device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which eliminates the influence of different luminance characteristics specific to a blood vessel region by performing blood vessel region adaptive determination in the blood vessel region extraction. This is a blood vessel shape constructing apparatus.
3-2. Feature 3-1 performs region segmentation and vascular structure analysis as a rough extraction of the segmentation of blood vessels. Region segmentation is performed with threshold values, and the center line of the blood vessel is obtained by blood vessel structure analysis. When the center line of the blood vessel is obtained, an orthogonal image is acquired at each point on the center line, and luminance values of the orthogonal image are analyzed for each blood vessel. Thereby, the variation of the luminance value in each blood vessel can be digitized.
3-3. The means for determining the inside / outside of the blood vessel from the luminance value analysis of the characteristic 3-2 includes means based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
3-4. Means for determining whether or not the blood vessel part is specific from the luminance value analysis of feature 3-2 is based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum luminance value in the center line orthogonal image. Including.
3-5. The means for determining whether or not the blood vessel part is specific from the luminance value analysis of the characteristic 3-2 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the center line orthogonal image.
3-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において血管部位適応的に血管内外判定を行うことで血管部位特異的に異なる輝度特性の影響を排除した血管形状構築装置である。
3-2.特徴3-1は、血管の領域分割の粗抽出として、領域分割と血管構造解析を行う。領域分割は閾値で行い、血管構造解析により血管の中心線を取得する。血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行う。これにより各血管での輝度値のばらつきを数値化できる。
3-3.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
3-4.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
3-5.特徴3-2の輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。 (Invention Feature 3: Blood Vessel Shape Construction Device with Adaptive Blood Vessel Segmentation Function)
3-1. The present invention is a blood vessel shape structuring device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which eliminates the influence of different luminance characteristics specific to a blood vessel region by performing blood vessel region adaptive determination in the blood vessel region extraction. This is a blood vessel shape constructing apparatus.
3-2. Feature 3-1 performs region segmentation and vascular structure analysis as a rough extraction of the segmentation of blood vessels. Region segmentation is performed with threshold values, and the center line of the blood vessel is obtained by blood vessel structure analysis. When the center line of the blood vessel is obtained, an orthogonal image is acquired at each point on the center line, and luminance values of the orthogonal image are analyzed for each blood vessel. Thereby, the variation of the luminance value in each blood vessel can be digitized.
3-3. The means for determining the inside / outside of the blood vessel from the luminance value analysis of the characteristic 3-2 includes means based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
3-4. Means for determining whether or not the blood vessel part is specific from the luminance value analysis of feature 3-2 is based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum luminance value in the center line orthogonal image. Including.
3-5. The means for determining whether or not the blood vessel part is specific from the luminance value analysis of the characteristic 3-2 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the center line orthogonal image.
(発明の特徴4:再帰的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置)
4-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域抽出の精度を高めた血管形状構築装置である。
4-2.特徴4-1の血管領域抽出の精度を高める手段は、血管の粗抽出を行う手段、血管の精密抽出を行う手段を有する。
4-3.特徴4-2において血管の粗抽出を行う手段は、粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段、粗血管形状から粗中心線を抽出する手段を有する。
4-4.特徴4-3において粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段は、予め決められた値もしくは輝度値ヒストグラムから算出された基準値を用いた画像の二値化処理により粗血管形状を抽出する手段である。
4-5.特徴4-2において血管の精密抽出を行う手段は、粗中心線の各点で直交断面を作成する手段、画像補間により中心線直交画像を作成する手段、中心線直交画像の輝度値を分析する手段、輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段、精密血管内外判定した結果から精密中心線を作成する手段、を有する。
4-6.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
4-7.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4-8.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4-9.特徴4-2の粗抽出と精密抽出は単段で行ってもよいし、繰り返し行ってもよい。 (Invention Feature 4: Blood Vessel Shape Construction Device Having Recursive Blood Vessel Segmentation Function)
4-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and is a blood vessel shape constructing device that improves the accuracy of blood vessel region extraction by recursively determining inside / outside blood vessels in blood vessel region extraction. .
4-2. The means for improving the accuracy of extracting the blood vessel region of the characteristic 4-1 includes means for performing rough extraction of blood vessels and means for performing precise extraction of blood vessels.
4-3. In the feature 4-2, means for roughly extracting a blood vessel includes means for extracting a rough blood vessel shape by rough inside / outside determination and means for extracting a rough center line from the rough blood vessel shape.
4-4. In the feature 4-3, the means for extracting the rough blood vessel shape by the rough inside / outside determination is a means for extracting the rough blood vessel shape by binarizing the image using a predetermined value or a reference value calculated from the luminance value histogram. It is.
4-5. In the feature 4-2, the means for precise blood vessel extraction includes means for creating an orthogonal cross section at each point of the coarse center line, means for creating a center line orthogonal image by image interpolation, and analyzing the luminance value of the center line orthogonal image A means for making a precision blood vessel inside / outside determination from luminance value analysis, and a means for creating a precision center line from the result of the inside / outside precision blood vessel determination
4-6. Means for performing precise blood vessel inside / outside determination based on the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
4-7. Means for performing precise blood vessel inside / outside determination from the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
4-8. Means for performing the precise blood vessel inside / outside determination from the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the center line orthogonal image.
4-9. The rough extraction and fine extraction of the feature 4-2 may be performed in a single stage or repeatedly.
4-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、血管領域抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域抽出の精度を高めた血管形状構築装置である。
4-2.特徴4-1の血管領域抽出の精度を高める手段は、血管の粗抽出を行う手段、血管の精密抽出を行う手段を有する。
4-3.特徴4-2において血管の粗抽出を行う手段は、粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段、粗血管形状から粗中心線を抽出する手段を有する。
4-4.特徴4-3において粗内外判定により粗血管形状を抽出する手段は、予め決められた値もしくは輝度値ヒストグラムから算出された基準値を用いた画像の二値化処理により粗血管形状を抽出する手段である。
4-5.特徴4-2において血管の精密抽出を行う手段は、粗中心線の各点で直交断面を作成する手段、画像補間により中心線直交画像を作成する手段、中心線直交画像の輝度値を分析する手段、輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段、精密血管内外判定した結果から精密中心線を作成する手段、を有する。
4-6.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とする手段を含む。
4-7.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像での最大輝度値から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4-8.特徴4-5の輝度値分析から精密血管内外判定を行う手段は、中心線直交画像の重心から極座標を設定してえられる輝度勾配の最大点を基準とする手段を含む。
4-9.特徴4-2の粗抽出と精密抽出は単段で行ってもよいし、繰り返し行ってもよい。 (Invention Feature 4: Blood Vessel Shape Construction Device Having Recursive Blood Vessel Segmentation Function)
4-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and is a blood vessel shape constructing device that improves the accuracy of blood vessel region extraction by recursively determining inside / outside blood vessels in blood vessel region extraction. .
4-2. The means for improving the accuracy of extracting the blood vessel region of the characteristic 4-1 includes means for performing rough extraction of blood vessels and means for performing precise extraction of blood vessels.
4-3. In the feature 4-2, means for roughly extracting a blood vessel includes means for extracting a rough blood vessel shape by rough inside / outside determination and means for extracting a rough center line from the rough blood vessel shape.
4-4. In the feature 4-3, the means for extracting the rough blood vessel shape by the rough inside / outside determination is a means for extracting the rough blood vessel shape by binarizing the image using a predetermined value or a reference value calculated from the luminance value histogram. It is.
4-5. In the feature 4-2, the means for precise blood vessel extraction includes means for creating an orthogonal cross section at each point of the coarse center line, means for creating a center line orthogonal image by image interpolation, and analyzing the luminance value of the center line orthogonal image A means for making a precision blood vessel inside / outside determination from luminance value analysis, and a means for creating a precision center line from the result of the inside / outside precision blood vessel determination
4-6. Means for performing precise blood vessel inside / outside determination based on the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the half value of the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
4-7. Means for performing precise blood vessel inside / outside determination from the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the maximum luminance value in the center line orthogonal image.
4-8. Means for performing the precise blood vessel inside / outside determination from the luminance value analysis of feature 4-5 includes means based on the maximum point of the luminance gradient obtained by setting polar coordinates from the center of gravity of the center line orthogonal image.
4-9. The rough extraction and fine extraction of the feature 4-2 may be performed in a single stage or repeatedly.
(発明の特徴5:自動領域設定機能をもつ血管形状構築装置)
5-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、抽出された血管に対して血流解析領域を自動的に設定する機能をもつ血管形状構築装置である。
5-2.特徴5-1の血流解析領域を自動的に設定する手段は、血管の構造を解析する手段、解析領域に含めるか否かを判別する手段、を有する。
5-3.特徴5-2の血管の構造を解析する手段は、主要血管を決定する手段、主要血管の中心線から各血管の走行をトラッキングし解剖テンプレートと比較することで従属血管を決定する手段、主要血管と従属血管に血管名称をラベリングする手段を有する。
5-4.特徴5-2の解析領域に含めるか否かを判別する手段は、血流解析領域として主要血管と従属血管のセットを予めリスト化したテンプレートと参照することで行う。 (Feature 5 of the invention: a blood vessel shape constructing device having an automatic region setting function)
5-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and has a function of automatically setting a blood flow analysis region for an extracted blood vessel.
5-2. The means for automatically setting the blood flow analysis region of the characteristic 5-1 includes means for analyzing the blood vessel structure and means for determining whether or not to include in the analysis region.
5-3. The means for analyzing the structure of the blood vessel of the characteristic 5-2 is a means for determining the main blood vessel, a means for determining the subordinate blood vessel by tracking the travel of each blood vessel from the center line of the main blood vessel and comparing it with the anatomical template, And means for labeling the blood vessel names on the subordinate blood vessels.
5-4. A means for determining whether or not to include in the analysis region of the feature 5-2 is performed by referring to a template in which a set of main blood vessels and subordinate blood vessels is listed in advance as a blood flow analysis region.
5-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、抽出された血管に対して血流解析領域を自動的に設定する機能をもつ血管形状構築装置である。
5-2.特徴5-1の血流解析領域を自動的に設定する手段は、血管の構造を解析する手段、解析領域に含めるか否かを判別する手段、を有する。
5-3.特徴5-2の血管の構造を解析する手段は、主要血管を決定する手段、主要血管の中心線から各血管の走行をトラッキングし解剖テンプレートと比較することで従属血管を決定する手段、主要血管と従属血管に血管名称をラベリングする手段を有する。
5-4.特徴5-2の解析領域に含めるか否かを判別する手段は、血流解析領域として主要血管と従属血管のセットを予めリスト化したテンプレートと参照することで行う。 (
5-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and has a function of automatically setting a blood flow analysis region for an extracted blood vessel.
5-2. The means for automatically setting the blood flow analysis region of the characteristic 5-1 includes means for analyzing the blood vessel structure and means for determining whether or not to include in the analysis region.
5-3. The means for analyzing the structure of the blood vessel of the characteristic 5-2 is a means for determining the main blood vessel, a means for determining the subordinate blood vessel by tracking the travel of each blood vessel from the center line of the main blood vessel and comparing it with the anatomical template, And means for labeling the blood vessel names on the subordinate blood vessels.
5-4. A means for determining whether or not to include in the analysis region of the feature 5-2 is performed by referring to a template in which a set of main blood vessels and subordinate blood vessels is listed in advance as a blood flow analysis region.
(発明の特徴6:癒着検出および分離機能をもつ血管形状構築装置)
6-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像から得られた血管形状を評価する際、血管の癒着の有無を自動検出および分離する機能をもつ血管形状構築装置である。
6-2.特徴6-1の血管の癒着の有無を自動検出および分離する手段は、血管構造解析において血管ループの有無を検出する手段、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段を有する。
6-3.特徴6-2において、血管ループの有無を検出する手段は、血管中心線と中心線端点を関連付けたデータを用意し、中心線端点を共有する複数の血管があるかないかを検出することで行う。
6-4.特徴6-2において、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段は、該当箇所において血管内外判定の基準を高精度化することにより行う。
6-5.特徴6-4において、血管内外判定の基準を高精度化する手段は、癒着のあった血管同士で血管同士が重複しないことを前提とした血管内外判定法を適用することによる。 (Characteristic 6 of the Invention: Blood Vessel Shape Construction Device Having Adhesion Detection and Separation Functions)
6-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and has a function of automatically detecting and separating the presence or absence of blood vessel adhesion when evaluating a blood vessel shape obtained from a medical image. It is a shape construction device.
6-2. The feature 6-1 means for automatically detecting and separating the presence or absence of blood vessel adhesion includes means for detecting the presence or absence of a blood vessel loop in the blood vessel structure analysis, and means for redoing the blood vessel shape construction from the region division when adhesion is detected. .
6-3. In feature 6-2, the means for detecting the presence or absence of a vascular loop is performed by preparing data associating a vascular center line with a center line end point and detecting whether there are a plurality of blood vessels sharing the center line end point. .
6-4. In feature 6-2, when adhesion is detected, the means for reconstructing the blood vessel shape from the region division is performed by increasing the accuracy of the blood vessel inside / outside determination at the corresponding location.
6-5. In the feature 6-4, the means for improving the accuracy of the determination of the inside / outside of the blood vessel is based on applying the inside / outside blood vessel determination method on the premise that the blood vessels that have adhered to each other do not overlap each other.
6-1.本発明は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像から得られた血管形状を評価する際、血管の癒着の有無を自動検出および分離する機能をもつ血管形状構築装置である。
6-2.特徴6-1の血管の癒着の有無を自動検出および分離する手段は、血管構造解析において血管ループの有無を検出する手段、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段を有する。
6-3.特徴6-2において、血管ループの有無を検出する手段は、血管中心線と中心線端点を関連付けたデータを用意し、中心線端点を共有する複数の血管があるかないかを検出することで行う。
6-4.特徴6-2において、癒着が検出された場合、領域分割から血管形状構築をやり直す手段は、該当箇所において血管内外判定の基準を高精度化することにより行う。
6-5.特徴6-4において、血管内外判定の基準を高精度化する手段は、癒着のあった血管同士で血管同士が重複しないことを前提とした血管内外判定法を適用することによる。 (
6-1. The present invention is a blood vessel shape constructing device for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, and has a function of automatically detecting and separating the presence or absence of blood vessel adhesion when evaluating a blood vessel shape obtained from a medical image. It is a shape construction device.
6-2. The feature 6-1 means for automatically detecting and separating the presence or absence of blood vessel adhesion includes means for detecting the presence or absence of a blood vessel loop in the blood vessel structure analysis, and means for redoing the blood vessel shape construction from the region division when adhesion is detected. .
6-3. In feature 6-2, the means for detecting the presence or absence of a vascular loop is performed by preparing data associating a vascular center line with a center line end point and detecting whether there are a plurality of blood vessels sharing the center line end point. .
6-4. In feature 6-2, when adhesion is detected, the means for reconstructing the blood vessel shape from the region division is performed by increasing the accuracy of the blood vessel inside / outside determination at the corresponding location.
6-5. In the feature 6-4, the means for improving the accuracy of the determination of the inside / outside of the blood vessel is based on applying the inside / outside blood vessel determination method on the premise that the blood vessels that have adhered to each other do not overlap each other.
次に、本発明の一実施形態を図面に基づき具体的に説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
前述したように、この発明は、数値流体力学(computational fluid dynamics, CFD)による血流解析のための血管形状構築装置、その方法及びコンピュータソフトウエアプログラムに関するものであり、特に、医用画像を入力とし、血管形状モデル構築および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することにより、ユーザー依存性がない血管形状を生成する装置である。
As described above, the present invention relates to a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by computational fluid dynamics (CFD), a method thereof, and a computer software program, and in particular, a medical image as an input. This is a device that generates a blood vessel shape that does not depend on the user by fully automating the steps up to outputting the blood vessel shape model and quality evaluation.
(数値流体力学を用いた血流解析)
この実施形態の説明を簡単にするために、ここで、数値流体力学を用いた血流解析の概念を説明する。 (Blood flow analysis using computational fluid dynamics)
In order to simplify the description of this embodiment, the concept of blood flow analysis using numerical fluid dynamics will be described here.
この実施形態の説明を簡単にするために、ここで、数値流体力学を用いた血流解析の概念を説明する。 (Blood flow analysis using computational fluid dynamics)
In order to simplify the description of this embodiment, the concept of blood flow analysis using numerical fluid dynamics will be described here.
数値流体力学では、流体の流れをコンピュータによる演算解析により演算し出力する。より詳しくは、流れを記述する支配方程式(連続の式、ナビエストークス方程式)を代数方程式に置換して逐次演算により近似解を得る。
In computational fluid dynamics, fluid flow is calculated and output by computer analysis. More specifically, an approximate solution is obtained by sequential operation by replacing a governing equation describing a flow (continuous equation, Navier-Stokes equation) with an algebraic equation.
この実施形態では、図1に示すように、入力として血管形状1、血液物性2、境界条件3、計算条件4の4つを用いる。これらの入力に基づき数値流体解析演算(CFD)を実行し、空間における圧力場5・速度場(「流速場」とも言う)6を出力する。この例では、時間発展型として前記支配方程式を解法することで時空間での圧力場5・速度場6を算出する。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, four types of blood vessel shape 1, blood physical property 2, boundary condition 3, and calculation condition 4 are used as inputs. Based on these inputs, a computational fluid analysis (CFD) is executed, and a pressure field 5 and a velocity field (also referred to as “flow field”) 6 in the space are output. In this example, the pressure field 5 and the velocity field 6 in time and space are calculated by solving the governing equation as a time evolution type.
図2は、上記数値流体力学による血流解析のフローを示したものである。血流解析のフローでは、まず、X線CTなどで得られる医用画像から血管形状を表す3次元形状データ(サーフェイスメッシュ)を構築する(図2(a)~(b))。そして、構築された血管形状の3次元形状データに対して、血液物性2、境界条件3、及び計算条件4等を設定し数値流体解析演算を実行する(図2(c)~(g))。ここで、血液物性2は具体的には血液の密度と粘度である。境界条件3は具体的には各血管の端面における流量、および血管壁面における拘束条件等である。例えば、血管壁を固定した場合、壁上での流体の滑りを無視することで速度をゼロとする、いわゆるノンスリップ条件が適用されるのが一般的であるが、これも境界条件の一部である。計算条件4は、計算対象の血管形状に対する計算格子生成、方程式解法に関する方程式離散化および連立方程式解法などが挙げられ、これらを階層立てして各条件を設定してもよい。
FIG. 2 shows the flow of blood flow analysis by the above numerical fluid dynamics. In the flow of blood flow analysis, first, three-dimensional shape data (surface mesh) representing a blood vessel shape is constructed from a medical image obtained by X-ray CT or the like (FIGS. 2A to 2B). Then, for the constructed three-dimensional shape data of the blood vessel shape, the blood physical property 2, the boundary condition 3, the calculation condition 4, etc. are set, and the numerical fluid analysis calculation is executed (FIGS. 2 (c) to (g)). . Here, the blood property 2 is specifically the density and viscosity of blood. Specifically, the boundary condition 3 is a flow rate at the end face of each blood vessel, a constraint condition at the blood vessel wall surface, and the like. For example, when a blood vessel wall is fixed, the so-called non-slip condition is generally applied in which the velocity is zero by ignoring fluid slip on the wall, but this is also part of the boundary condition. is there. Examples of the calculation condition 4 include generation of a calculation grid for a blood vessel shape to be calculated, equation discretization regarding an equation solving method, simultaneous equation solving method, and the like, and these conditions may be set in a hierarchy.
次に、図3を参照して、血管形状を表す三次元形状データの構築プロセスの概念を説明する。血管形状構築では、まず医用画像を取得する(図3(a))。次に、前記医用画像から血管内外の判定を行い血管とそれ以外に領域分割する(図3(b))。次に、血流解析の対象とする領域を設定する(図3(c))。その後、マーチングキューブ法などにより血管壁のサーフェス形状を構築する(図3(d))。すなわち、画像のボクセル空間からポリゴン空間に移行する。従って、この時点で血管壁面は微小三角形要素などの微小多角形要素から構築されている。
Next, with reference to FIG. 3, the concept of the construction process of the three-dimensional shape data representing the blood vessel shape will be described. In the blood vessel shape construction, first, a medical image is acquired (FIG. 3A). Next, the inside / outside of the blood vessel is determined from the medical image to divide the blood vessel and other regions (FIG. 3B). Next, a region for blood flow analysis is set (FIG. 3C). Thereafter, the surface shape of the blood vessel wall is constructed by the marching cube method or the like (FIG. 3D). That is, a transition is made from the voxel space of the image to the polygon space. Therefore, at this time, the blood vessel wall surface is constructed from minute polygonal elements such as minute triangular elements.
このような血管形状構築では、図3に示す各工程が独立したシステムやソフトウェアによって行なわれた場合、ユーザーが選択する処理の違いにより、構築される血管形状にばらつきが生じる可能性がある。すなわち、ユーザー依存性を排除できない。種々の医用画像からユーザー依存性が排除された血管形状を構築するためには、例えば以下の点が具体的な課題として挙げられる。
(1)入力する医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変化するが、どのような医用画像であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(2)血管内の輝度値は場所により変化するが、どのような血管内外判定法であれば精度が保証された血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(3)領域設定の仕方に応じて血流解析結果は変化することが、どのような血管領域設定法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(4)微小三角形の大きさにより形状構築の精度そのものが変化するが、どのような形状構築法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。 In such a blood vessel shape construction, when each step shown in FIG. 3 is performed by an independent system or software, the blood vessel shape to be constructed may vary due to a difference in processing selected by the user. That is, user dependency cannot be excluded. In order to construct a blood vessel shape in which user dependence is eliminated from various medical images, for example, the following points are given as specific problems.
(1) The quality of the medical image to be input varies depending on the manufacturer, modality, imaging conditions, and imaging target, but it is not clear what medical image can achieve blood flow analysis that can guarantee accuracy. .
(2) Although the luminance value in the blood vessel changes depending on the location, it is not clear what kind of inside / outside blood vessel determination method can achieve blood flow analysis with guaranteed accuracy.
(3) The blood flow analysis result changes depending on the region setting method, and it is not clear what blood vessel region setting method can achieve the blood flow analysis that can guarantee the accuracy.
(4) Although the accuracy of shape construction itself varies depending on the size of the minute triangle, it is not clear what shape construction method can achieve blood flow analysis that can guarantee accuracy.
(1)入力する医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変化するが、どのような医用画像であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(2)血管内の輝度値は場所により変化するが、どのような血管内外判定法であれば精度が保証された血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(3)領域設定の仕方に応じて血流解析結果は変化することが、どのような血管領域設定法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。
(4)微小三角形の大きさにより形状構築の精度そのものが変化するが、どのような形状構築法であれば精度を保証できる血流解析を達成できるのかが明らかになっていない。 In such a blood vessel shape construction, when each step shown in FIG. 3 is performed by an independent system or software, the blood vessel shape to be constructed may vary due to a difference in processing selected by the user. That is, user dependency cannot be excluded. In order to construct a blood vessel shape in which user dependence is eliminated from various medical images, for example, the following points are given as specific problems.
(1) The quality of the medical image to be input varies depending on the manufacturer, modality, imaging conditions, and imaging target, but it is not clear what medical image can achieve blood flow analysis that can guarantee accuracy. .
(2) Although the luminance value in the blood vessel changes depending on the location, it is not clear what kind of inside / outside blood vessel determination method can achieve blood flow analysis with guaranteed accuracy.
(3) The blood flow analysis result changes depending on the region setting method, and it is not clear what blood vessel region setting method can achieve the blood flow analysis that can guarantee the accuracy.
(4) Although the accuracy of shape construction itself varies depending on the size of the minute triangle, it is not clear what shape construction method can achieve blood flow analysis that can guarantee accuracy.
上述したとおり、血管形状の質すなわち形状再現度は、血流解析結果に直接的に影響を及ぼす。そのため、質の高い血管形状を高い信頼性で構築することが重要であり、この実施形態における血管形状構築装置は、以下に説明する処理により、ユーザー依存性がない血流解析の結果精度を保証する品質の血管形状を構築するものである。
As described above, the quality of the blood vessel shape, that is, the shape reproducibility directly affects the blood flow analysis result. Therefore, it is important to build a high-quality blood vessel shape with high reliability, and the blood vessel shape construction device in this embodiment guarantees the accuracy of the results of blood flow analysis without user dependence by the processing described below. To build a blood vessel shape of quality.
(本実施形態の概略)
本願の発明者は、上記課題を鑑みて、以下の(I)~(VI)の観点からなる発明を行った。 (Outline of this embodiment)
In view of the above problems, the inventor of the present application has made an invention from the following viewpoints (I) to (VI).
本願の発明者は、上記課題を鑑みて、以下の(I)~(VI)の観点からなる発明を行った。 (Outline of this embodiment)
In view of the above problems, the inventor of the present application has made an invention from the following viewpoints (I) to (VI).
(I)全自動制御機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第1の特徴は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として血管形状構築の各工程を最適化し全体として品質管理を達成する血管形状構築専用装置を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (I) Blood vessel shape construction device with fully automatic control function
A first feature of the present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which takes a medical image as an input and fully automates a process until outputting a blood vessel shape and a quality evaluation. It is a blood vessel shape constructing apparatus characterized by eliminating user dependence.
The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and each step of blood vessel shape construction is optimized based on keeping the wall shear stress within a certain range to achieve overall quality control. We have developed a dedicated device for constructing blood vessel shapes. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第1の特徴は、数値流体力学による血流解析のための血管形状構築装置であって、医用画像を入力とし、血管形状および品質評価を出力するまでの工程を全自動化することでユーザー依存性を排除したことを特徴とする血管形状構築装置である。
本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として血管形状構築の各工程を最適化し全体として品質管理を達成する血管形状構築専用装置を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (I) Blood vessel shape construction device with fully automatic control function
A first feature of the present invention is a blood vessel shape constructing apparatus for blood flow analysis by numerical fluid dynamics, which takes a medical image as an input and fully automates a process until outputting a blood vessel shape and a quality evaluation. It is a blood vessel shape constructing apparatus characterized by eliminating user dependence.
The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and each step of blood vessel shape construction is optimized based on keeping the wall shear stress within a certain range to achieve overall quality control. We have developed a dedicated device for constructing blood vessel shapes. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
(II)画像標準化機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第2の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における画像標準化機能を提供するものである。
医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変わることが知られているが標準化はされていない。従来の血流解析では、入力された医用画像に対して補正を行わずに血管形状構築が行われていた。例えば、MRAでは信号強度が流速依存性、CTA、DSAでは造影剤の濃度依存性を強調した画像であり、前者の場合では、流速分布に応じて血管形状が歪んでしまうなどの課題があった。この本質的な原因は、画像同士を形状情報として比較したところで相対評価にすぎず真値に基づく精度評価を達成できないことである。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として医用画像の補正法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (II) Blood vessel shape construction apparatus having image standardization function
The second feature of the present invention is to provide an image standardization function in a blood vessel shape construction apparatus that eliminates user dependence by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is.
The quality of medical images is known to vary depending on manufacturer, modality, imaging conditions, and imaging target, but is not standardized. In the conventional blood flow analysis, the blood vessel shape is constructed without correcting the input medical image. For example, in MRA, the signal intensity is an image that emphasizes the flow velocity dependence, and in CTA and DSA, the contrast agent concentration dependence is emphasized. In the former case, the blood vessel shape is distorted according to the flow velocity distribution. . The essential cause of this is that when the images are compared as shape information, the evaluation is merely relative evaluation and accuracy evaluation based on the true value cannot be achieved. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and a medical image correction method has been developed on the basis of keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第2の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における画像標準化機能を提供するものである。
医用画像の質は、メーカー、モダリティー、撮像条件、撮像対象で変わることが知られているが標準化はされていない。従来の血流解析では、入力された医用画像に対して補正を行わずに血管形状構築が行われていた。例えば、MRAでは信号強度が流速依存性、CTA、DSAでは造影剤の濃度依存性を強調した画像であり、前者の場合では、流速分布に応じて血管形状が歪んでしまうなどの課題があった。この本質的な原因は、画像同士を形状情報として比較したところで相対評価にすぎず真値に基づく精度評価を達成できないことである。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として医用画像の補正法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (II) Blood vessel shape construction apparatus having image standardization function
The second feature of the present invention is to provide an image standardization function in a blood vessel shape construction apparatus that eliminates user dependence by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is.
The quality of medical images is known to vary depending on manufacturer, modality, imaging conditions, and imaging target, but is not standardized. In the conventional blood flow analysis, the blood vessel shape is constructed without correcting the input medical image. For example, in MRA, the signal intensity is an image that emphasizes the flow velocity dependence, and in CTA and DSA, the contrast agent concentration dependence is emphasized. In the former case, the blood vessel shape is distorted according to the flow velocity distribution. . The essential cause of this is that when the images are compared as shape information, the evaluation is merely relative evaluation and accuracy evaluation based on the true value cannot be achieved. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and a medical image correction method has been developed on the basis of keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
(III)適応的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第3の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における適応的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う。血管内の信号強度は部位に応じて異なることが知られている。より具体的には、比較的に径の大きい主要血管では信号強度が高い。したがって、主要血管に対する内外判定基準を血管系全体に適応すれば従属血管を過少評価してしまう。また、従属血管に対して行えば主要血管を過大評価してしまう。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として適応的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (III) A blood vessel shape constructing device having an adaptive blood vessel region dividing function
The third feature of the present invention is that an adaptive blood vessel region segmentation function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependence and enables quality control of blood vessel shape construction by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction. Is to provide.
When a blood vessel is extracted from a medical image by segmentation, a blood vessel inside / outside determination is performed. It is known that the signal intensity in the blood vessel varies depending on the site. More specifically, the signal intensity is high in a main blood vessel having a relatively large diameter. Therefore, if the internal and external criteria for the main blood vessel are applied to the entire vascular system, the subordinate blood vessels will be underestimated. Moreover, if it carries out with respect to a dependent blood vessel, it will overestimate a main blood vessel. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and an adaptive blood vessel segmentation method has been developed based on keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第3の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における適応的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う。血管内の信号強度は部位に応じて異なることが知られている。より具体的には、比較的に径の大きい主要血管では信号強度が高い。したがって、主要血管に対する内外判定基準を血管系全体に適応すれば従属血管を過少評価してしまう。また、従属血管に対して行えば主要血管を過大評価してしまう。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として適応的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (III) A blood vessel shape constructing device having an adaptive blood vessel region dividing function
The third feature of the present invention is that an adaptive blood vessel region segmentation function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependence and enables quality control of blood vessel shape construction by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction. Is to provide.
When a blood vessel is extracted from a medical image by segmentation, a blood vessel inside / outside determination is performed. It is known that the signal intensity in the blood vessel varies depending on the site. More specifically, the signal intensity is high in a main blood vessel having a relatively large diameter. Therefore, if the internal and external criteria for the main blood vessel are applied to the entire vascular system, the subordinate blood vessels will be underestimated. Moreover, if it carries out with respect to a dependent blood vessel, it will overestimate a main blood vessel. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index, and an adaptive blood vessel segmentation method has been developed based on keeping the wall shear stress within a certain range. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
(IV)再帰的血管領域分割機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第4の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における再帰的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う必要がある。血管内外判定は、血管内から外への信号強度の変化に対してなんらかの閾値を設定することで行う。ここで、血管の走行方向は任意であり、ある部位では画像の撮像方向に対して垂直に近く、他部位では平行に近いなどの現象が現れる。信号強度は、血管走行方向により変化するため、血管走行方向からみた形状抽出が望ましいが、これまでの血管領域抽出においては血管走行方向を考慮した高精度な血管内外判定法は報告されていない。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管領域抽出を中心線にもとづき、粗抽出から精密抽出へと段階的に行うことにより、血管壁に作用する壁面せん断応力を一定の範囲に収めることができることが明らかとなった。すなわち、血管内外判定を再帰的に行う再帰的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (IV) A blood vessel shape constructing device having a recursive blood vessel region dividing function
A fourth feature of the present invention is a recursive blood vessel region segmentation function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependence by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is to provide.
When a blood vessel is extracted from a medical image by segmentation, it is necessary to determine whether the blood vessel is inside or outside. The inside / outside blood vessel determination is performed by setting a certain threshold value with respect to a change in signal intensity from inside the blood vessel to the outside. Here, the traveling direction of the blood vessel is arbitrary, and a phenomenon such as being close to being perpendicular to the image capturing direction in a certain part and being nearly parallel in another part appears. Since the signal intensity varies depending on the blood vessel running direction, it is desirable to extract the shape as seen from the blood vessel running direction. However, no highly accurate blood vessel inside / outside determination method considering the blood vessel running direction has been reported so far. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, it is clear that the wall shear stress acting on the blood vessel wall can be kept within a certain range by performing the blood vessel region extraction stepwise from the rough extraction to the precise extraction based on the center line. It was. That is, a recursive blood vessel region segmentation method that recursively determines inside / outside blood vessels has been developed. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第4の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における再帰的血管領域分割機能を提供するものである。
医用画像から領域分割により血管を抽出する際には血管内外判定を行う必要がある。血管内外判定は、血管内から外への信号強度の変化に対してなんらかの閾値を設定することで行う。ここで、血管の走行方向は任意であり、ある部位では画像の撮像方向に対して垂直に近く、他部位では平行に近いなどの現象が現れる。信号強度は、血管走行方向により変化するため、血管走行方向からみた形状抽出が望ましいが、これまでの血管領域抽出においては血管走行方向を考慮した高精度な血管内外判定法は報告されていない。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管領域抽出を中心線にもとづき、粗抽出から精密抽出へと段階的に行うことにより、血管壁に作用する壁面せん断応力を一定の範囲に収めることができることが明らかとなった。すなわち、血管内外判定を再帰的に行う再帰的血管領域分割法を開発するに至った。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (IV) A blood vessel shape constructing device having a recursive blood vessel region dividing function
A fourth feature of the present invention is a recursive blood vessel region segmentation function in a blood vessel shape constructing apparatus that eliminates user dependence by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction and enables quality control of blood vessel shape construction. Is to provide.
When a blood vessel is extracted from a medical image by segmentation, it is necessary to determine whether the blood vessel is inside or outside. The inside / outside blood vessel determination is performed by setting a certain threshold value with respect to a change in signal intensity from inside the blood vessel to the outside. Here, the traveling direction of the blood vessel is arbitrary, and a phenomenon such as being close to being perpendicular to the image capturing direction in a certain part and being nearly parallel in another part appears. Since the signal intensity varies depending on the blood vessel running direction, it is desirable to extract the shape as seen from the blood vessel running direction. However, no highly accurate blood vessel inside / outside determination method considering the blood vessel running direction has been reported so far. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, it is clear that the wall shear stress acting on the blood vessel wall can be kept within a certain range by performing the blood vessel region extraction stepwise from the rough extraction to the precise extraction based on the center line. It was. That is, a recursive blood vessel region segmentation method that recursively determines inside / outside blood vessels has been developed. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
(V)自動領域設定機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第5の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における自動領域設定機能を提供するものである。
領域分割により抽出された血管形状に対して解析領域を設定する必要がある。これまで解析領域はユーザーが恣意的に決定していたため、解析結果のばらつきを生む要因であった。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として、病変の部位に応じて、解析領域に含めるべき主要血管と従属血管を示すテンプレートを作成し、テンプレートをもとに領域設定を自動化することでユーザー依存性を排除した血管領域自動設定法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (V) Blood vessel shape construction device having automatic region setting function
The fifth feature of the present invention is to provide an automatic region setting function in a blood vessel shape construction device that eliminates user dependence and enables quality control of blood vessel shape construction by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction. To do.
It is necessary to set an analysis region for the blood vessel shape extracted by region division. Until now, the analysis area has been arbitrarily determined by the user, and this has been a factor in causing variation in analysis results. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index. Based on the fact that the wall shear stress falls within a certain range, the main blood vessels to be included in the analysis region are determined according to the site of the lesion. A template that shows dependent blood vessels was created, and an automatic blood vessel region setting method that eliminates user dependency by automating region settings based on the template was developed. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第5の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における自動領域設定機能を提供するものである。
領域分割により抽出された血管形状に対して解析領域を設定する必要がある。これまで解析領域はユーザーが恣意的に決定していたため、解析結果のばらつきを生む要因であった。本発明では、血流解析結果から得られる血流情報をベースに絶対評価を行うという新たな視点に立つことで課題を解決した。より具体的には、血管壁に作用する壁面せん断応力は重要な指標であり、壁面せん断応力を一定の範囲に収めることを基準として、病変の部位に応じて、解析領域に含めるべき主要血管と従属血管を示すテンプレートを作成し、テンプレートをもとに領域設定を自動化することでユーザー依存性を排除した血管領域自動設定法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (V) Blood vessel shape construction device having automatic region setting function
The fifth feature of the present invention is to provide an automatic region setting function in a blood vessel shape construction device that eliminates user dependence and enables quality control of blood vessel shape construction by fully automatically processing each step of blood vessel shape construction. To do.
It is necessary to set an analysis region for the blood vessel shape extracted by region division. Until now, the analysis area has been arbitrarily determined by the user, and this has been a factor in causing variation in analysis results. The present invention solves the problem by taking a new viewpoint of performing absolute evaluation based on blood flow information obtained from blood flow analysis results. More specifically, the wall shear stress acting on the blood vessel wall is an important index. Based on the fact that the wall shear stress falls within a certain range, the main blood vessels to be included in the analysis region are determined according to the site of the lesion. A template that shows dependent blood vessels was created, and an automatic blood vessel region setting method that eliminates user dependency by automating region settings based on the template was developed. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
(VI)癒着検出および分離機能をもつ血管形状構築装置
本発明の第6の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における癒着検出および分離機能を提供するものである。
領域分割により抽出した血管形状には、本来癒着がないにもかかわらず、画像処理によるアーチファクトにより血管の癒着が発生する場合がある。この場合、ユーザーは癒着の有無を目視で確認し、癒着箇所を手作業により画像処理することで血管同士を分離する。このためユーザーによる恣意性が発生し、解析結果のばらつきの要因であった。そこで本発明では、血管の癒着の検出および分離を自動化した血管形状構築法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (VI) Blood vessel shape construction device having adhesion detection and separation functions
The sixth feature of the present invention is that the adhesion detection and separation function in the blood vessel shape constructing apparatus that eliminates the user dependence by fully automatically processing each step of the blood vessel shape construction and enables quality control of the blood vessel shape construction. It is to provide.
In some cases, the blood vessel shape extracted by region segmentation may cause adhesion of blood vessels due to artifacts caused by image processing even though there is no original adhesion. In this case, the user visually confirms the presence or absence of adhesion and separates blood vessels by manually processing the image of the adhesion site. For this reason, arbitraryness by the user occurred, which was a cause of variation in analysis results. Therefore, in the present invention, a blood vessel shape construction method has been developed that automates the detection and separation of blood vessel adhesions. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
本発明の第6の特徴は、血管形状構築の各工程を全自動処理することでユーザー依存性を排除し、血管形状構築の品質管理を可能とする血管形状構築装置における癒着検出および分離機能を提供するものである。
領域分割により抽出した血管形状には、本来癒着がないにもかかわらず、画像処理によるアーチファクトにより血管の癒着が発生する場合がある。この場合、ユーザーは癒着の有無を目視で確認し、癒着箇所を手作業により画像処理することで血管同士を分離する。このためユーザーによる恣意性が発生し、解析結果のばらつきの要因であった。そこで本発明では、血管の癒着の検出および分離を自動化した血管形状構築法を開発した。この発明によれば、ユーザーの経験や知識に依存せず、精度保証を付与した血流解析結果を提供できる。 (VI) Blood vessel shape construction device having adhesion detection and separation functions
The sixth feature of the present invention is that the adhesion detection and separation function in the blood vessel shape constructing apparatus that eliminates the user dependence by fully automatically processing each step of the blood vessel shape construction and enables quality control of the blood vessel shape construction. It is to provide.
In some cases, the blood vessel shape extracted by region segmentation may cause adhesion of blood vessels due to artifacts caused by image processing even though there is no original adhesion. In this case, the user visually confirms the presence or absence of adhesion and separates blood vessels by manually processing the image of the adhesion site. For this reason, arbitraryness by the user occurred, which was a cause of variation in analysis results. Therefore, in the present invention, a blood vessel shape construction method has been developed that automates the detection and separation of blood vessel adhesions. According to the present invention, it is possible to provide a blood flow analysis result with accuracy guaranteed without depending on the user's experience and knowledge.
以下、上記本発明の一実施形態をより詳しく説明する。
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in more detail.
(最良の実施形態)
図4は、この実施形態に係る血管形状構築装置を示す概略構成図である。 (Best Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the blood vessel shape constructing apparatus according to this embodiment.
図4は、この実施形態に係る血管形状構築装置を示す概略構成図である。 (Best Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the blood vessel shape constructing apparatus according to this embodiment.
血管形状構築装置10は、CPU18、RAM19及び入出力部20が接続されたバス50に、プログラム格納部60とデータ格納部70、71が接続されてなる。この装置は、さらに、各種外部参照データを格納するその他の機器に前記バス50が接続されてもよい。
The blood vessel shape constructing apparatus 10 includes a program storage unit 60 and data storage units 70 and 71 connected to a bus 50 to which a CPU 18, a RAM 19 and an input / output unit 20 are connected. In this apparatus, the bus 50 may be further connected to other devices that store various external reference data.
プログラム格納部60は、画像入力部11と、画像判別部12と、画像標準化部13と、形状構築部14と、品質評価部15と、形状測定部16と、血管形状データ出力部17とを備えている。データ格納部70は入出力部20で入力された医用画像データを格納する。データ格納部71は、血管形状データ21と、画像適正度22と、画像補正度23と、病変部位・種類24と、血管形状計測データ25と、品質スコア26とを格納する。
The program storage unit 60 includes an image input unit 11, an image determination unit 12, an image standardization unit 13, a shape construction unit 14, a quality evaluation unit 15, a shape measurement unit 16, and a blood vessel shape data output unit 17. I have. The data storage unit 70 stores medical image data input from the input / output unit 20. The data storage unit 71 stores the blood vessel shape data 21, the image appropriateness degree 22, the image correction degree 23, the lesion site / type 24, the blood vessel shape measurement data 25, and the quality score 26.
前記構成要件(画像入力部11と、画像判別部12と、画像標準化部13と、形状構築部14と、品質評価部15と、形状測定部16と、血管形状データ出力部17)は、実際にはハードディスクの記憶領域に格納されたコンピュータソフトウエアによって構成され、前記CPU18によって呼び出されRAM19上に展開され実行されることによって、この発明の各構成要素として構成され機能するようになっている。
The configuration requirements (the image input unit 11, the image determination unit 12, the image standardization unit 13, the shape construction unit 14, the quality evaluation unit 15, the shape measurement unit 16, and the blood vessel shape data output unit 17) are actually Is configured by computer software stored in a storage area of a hard disk, and is configured to function as each component of the present invention by being called by the CPU 18 and expanded and executed on the RAM 19.
図5は、この装置による血管形状構築のフローを示すものである。以下、この図に示される各工程について順に説明する。
FIG. 5 shows the flow of blood vessel shape construction by this apparatus. Hereafter, each process shown by this figure is demonstrated in order.
(医用画像取得(ステップS1))
ステップS1で、このシステムの画像入力部11に医用画像が入力される。 (Medical image acquisition (step S1))
In step S1, a medical image is input to theimage input unit 11 of this system.
ステップS1で、このシステムの画像入力部11に医用画像が入力される。 (Medical image acquisition (step S1))
In step S1, a medical image is input to the
この実施形態において、当該入力される医用画像は、例えばMRA(磁気共鳴画像)、CTA(X線コンピュータ断層撮影画像)、DSA(血管造影画像)などの対象血管部位の断層画像を取得可能な装置の他、US(超音波画像)、IVUS(血管内超音波画像)、OCT(近赤外画像)など、対象血管部位における画像データを取得可能な種々の装置により得られたものであってよい。
In this embodiment, the input medical image is an apparatus capable of acquiring a tomographic image of a target blood vessel site such as MRA (magnetic resonance image), CTA (X-ray computed tomography image), DSA (angiographic image), etc. In addition, it may be obtained by various devices capable of acquiring image data in a target blood vessel site, such as US (ultrasonic image), IVUS (intravascular ultrasonic image), OCT (near infrared image), and the like. .
対象血管部位としては、例えば脳動脈、冠動脈、頚動脈、大動脈、または被験者のその他の対象血管部位であってよい。
The target blood vessel site may be, for example, a cerebral artery, a coronary artery, a carotid artery, an aorta, or another target blood vessel site of a subject.
医用画像の質すなわち画像特性は、上述したように、使用した機器や撮像対象、撮像条件等によって変化する。以下に、医用画像の質的な違いをもたらす要因について体系的に説明する。
As described above, the quality of medical images, that is, image characteristics, varies depending on the device used, imaging target, imaging conditions, and the like. In the following, factors that cause qualitative differences in medical images will be systematically described.
医用画像にはDICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)と呼ばれる画像の属性を示す規格があり、多くの医用画像がこの標準規格に準拠している。しかしながら医用画像の質に関する規格化はほとんど行なわれていない。従って、上記種々の装置で撮像された医用画像に対してそれぞれ適切な補正処理を施さないと、当該医用画像の画像特性に応じて異なる血管形状が構築されてしまう可能性がある。すなわち、異なる機器や撮像条件で得られた医用画像から図3(a)~(d)に示すような手法で血管形状を構築すると、同一血管を撮像していたとしても、その形状が同一となるとは限らず、血流解析の結果が変化し解析結果の精度に影響を及ぼすことが予想される。
Medical images include a standard indicating image attributes called DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine), and many medical images conform to this standard. However, there is almost no standardization regarding the quality of medical images. Therefore, if appropriate correction processing is not performed on the medical images captured by the various devices, different blood vessel shapes may be constructed depending on the image characteristics of the medical images. That is, if a blood vessel shape is constructed from medical images obtained with different devices and imaging conditions by the method shown in FIGS. 3A to 3D, even if the same blood vessel is imaged, the shape is the same. However, the results of blood flow analysis are expected to change and affect the accuracy of the analysis results.
このような医用画像の画像特性に違いをもたらす要因は、図6に示すように、「機器特性31」と「撮像特性32」に大別され、さらに機器特性31は「メーカー33」と「モダリティー34」とに、撮像特性32は「撮像条件35」と「撮像対象36」とに分けることができる。
Factors that make a difference in the image characteristics of such medical images are broadly divided into “apparatus characteristics 31” and “imaging characteristics 32” as shown in FIG. 6, and further, the apparatus characteristics 31 are “maker 33” and “modality”. 34 ”and the imaging characteristic 32 can be divided into“ imaging condition 35 ”and“ imaging target 36 ”.
ここで、「メーカー33」とは、撮像機器を開発している企業である。また「モダリティー34」とは撮像機器であり、例えば上述したMRA、CTA、DSA、US、IVUS、OCTなどの装置である。種々の撮像機器の計測原理の違いは後述するように画像特性に強く影響を及ぼす。
Here, “Manufacturer 33” is a company developing imaging equipment. The “modality 34” is an imaging device, for example, an apparatus such as the above-described MRA, CTA, DSA, US, IVUS, OCT or the like. Differences in measurement principles among various imaging devices strongly affect image characteristics as will be described later.
「撮像条件35」とは、(1)計測条件と(2)注入条件とに細分化できる。「計測条件」とは、磁場やX線などの照射波の強度、空間や時間の分解能を含む意味である。計測条件のなかには、2次元の断層画像群を画像セットとして取得するための画像構築法が含まれる。この「画像構築法」は、撮像機器の計測原理によって異なる。すなわち、モダリティーに依存する。例えばMRAの場合は、体軸方向にスキャンしながら撮像・計測を行うため、通常、断層画像を直接取得できる。一方、CTAやDSAの場合は、ヘリカル法やトモグラフィー法を利用するため、測定データを特殊な再構成関数を用いて変換処理することにより断層画像を取得する。また、IVUSやOCTの場合は、カテーテル先端のセンサーを回転させながら血管内を走査イメージングするため、各々の撮像位置での局所座標系の違いを補正することにより血管走行方向の断層画像を取得する。さらに、画像構築法の中には、造影剤を用いるイメージングにおいて造影前と造影後の画像を差分することにより骨や石灰化を除去するサブトラクション法も含まれる。サブトラクション法は、骨や石灰化の影響を除去できる点で血管形状構築において極めて有用である。「注入条件」とは、血管の像を鮮明化させるために静脈ないしは動脈から注入される造影剤の注入条件である。造影剤の種類、濃度、注入速度、注入時間などは画像の質に影響を与える。
The “imaging condition 35” can be subdivided into (1) measurement condition and (2) injection condition. The “measurement condition” means the intensity of irradiation waves such as a magnetic field and X-rays, and the resolution of space and time. The measurement conditions include an image construction method for acquiring a two-dimensional tomographic image group as an image set. This “image construction method” differs depending on the measurement principle of the imaging device. That is, it depends on the modality. For example, in the case of MRA, a tomographic image can usually be acquired directly because imaging and measurement are performed while scanning in the body axis direction. On the other hand, in the case of CTA and DSA, a tomographic image is acquired by converting measurement data using a special reconstruction function because a helical method or a tomography method is used. In the case of IVUS or OCT, since the inside of the blood vessel is scanned and imaged while rotating the sensor at the catheter tip, a tomographic image in the blood vessel traveling direction is acquired by correcting the difference in the local coordinate system at each imaging position. . Furthermore, the image construction method includes a subtraction method that removes bone and calcification by subtracting the images before and after contrasting in imaging using a contrast agent. The subtraction method is extremely useful in blood vessel shape construction because it can eliminate the effects of bone and calcification. The “injection condition” is an injection condition of a contrast medium injected from a vein or an artery to make a blood vessel image clear. The type, concentration, injection speed, injection time, etc. of the contrast agent affect the image quality.
「撮像対象36」とは、「患者状況」や「撮像部位」に細分化できる。「患者状況」とは、血管病変の程度や治療の有無に関連する。「血管病変」とは、例えば動脈硬化によるものが挙げられる。動脈硬化が進行すると石灰化を伴うことが多いが、このような動脈硬化部位を含む画像では、石灰化(または高度石灰化)のために画像に局所的なハレーションが起きている場合があり、血管形状の構築に影響を及ぼす。「治療の有無」とは、例えば対象血管部位へのステント、コイル、クリップ等の治療機器が体内に留置されているかどうかである。このような治療機器の留置治療を受けた患者では、当該治療機器周辺にノイズが発生し画像の質を低下させる場合がある。「撮像部位」とは、部位依存的に画像の質に影響を与える因子を示す。例えば、鼻腔近傍はMRAで撮像する場合、空気層による磁場の空間変動が起こる傾向にある。また、骨などの硬組織周辺はCTAで撮像する場合、当該骨と血管との識別が困難な傾向にある。
The “imaging target 36” can be subdivided into “patient situation” and “imaging site”. “Patient status” relates to the degree of vascular lesions and the presence or absence of treatment. Examples of the “vascular lesion” include those caused by arteriosclerosis. When arteriosclerosis progresses, calcification is often accompanied, but in images containing such arteriosclerotic sites, local halation may occur due to calcification (or high calcification) Affects the construction of blood vessel shape. “Presence / absence of treatment” is, for example, whether or not a treatment device such as a stent, coil, clip, or the like is placed in the body. In a patient who has received such indwelling treatment of a treatment device, noise may be generated around the treatment device and the image quality may be reduced. The “imaging part” indicates a factor that affects the image quality in a part-dependent manner. For example, when the vicinity of the nasal cavity is imaged by MRA, the magnetic field tends to vary spatially due to the air layer. Further, when imaging around a hard tissue such as a bone by CTA, it is difficult to distinguish between the bone and the blood vessel.
以上のように、画像特性の違いをもたらす要因は極めて多数のパラメータにより影響され、当該要因に応じた医用画像の質的な画像補正は血流解析の精度保証のために不可欠である。
As described above, factors that cause differences in image characteristics are affected by an extremely large number of parameters, and qualitative image correction of medical images according to these factors is indispensable for ensuring the accuracy of blood flow analysis.
したがって、以下の各工程で、各種要因に応じた画像補正を行う。
Therefore, image correction according to various factors is performed in the following steps.
(画像判別工程(ステップS2))
このステップS2では、画像判別部12が、「画像属性情報」および「画像分析情報」の2つを画像適正情報として符号化・数値化し、これに基づいて血流解析のための入力画像として処理可能かの入力可否判断を行う。 (Image discrimination process (step S2))
In this step S2, theimage discriminating unit 12 encodes and digitizes two pieces of “image attribute information” and “image analysis information” as appropriate image information, and processes them as input images for blood flow analysis based on this. It is determined whether or not input is possible.
このステップS2では、画像判別部12が、「画像属性情報」および「画像分析情報」の2つを画像適正情報として符号化・数値化し、これに基づいて血流解析のための入力画像として処理可能かの入力可否判断を行う。 (Image discrimination process (step S2))
In this step S2, the
図7は、画像判別部12の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of the image discrimination unit 12.
この画像判別部12は、医用画像を入力とし、(1)機器特性判別部と、(2)撮像特性判別部と、(3)画像適正判別部とを有する構成となっており、医用画像と画像適正度を出力する。
The image determination unit 12 has a configuration in which a medical image is input and includes (1) a device characteristic determination unit, (2) an imaging characteristic determination unit, and (3) an image appropriateness determination unit. Outputs image suitability.
まず、医用画像が入力されると(ステップS2-0)、画像適正情報として機器特性の判別が、メーカー判別部とモダリティー判別部とによってなされる(ステップS2-1-1及びステップS2-1-2)。これにより、医用画像を与えた機器のメーカー及びモダリティーが判別される。メーカー及びモダリティーの情報は医用画像に付加されているのでそれに基づいて行う。
First, when a medical image is input (step S2-0), device characteristics are determined as image appropriate information by the manufacturer determination unit and the modality determination unit (steps S2-1-1 and S2-1-1-). 2). As a result, the manufacturer and modality of the device that has given the medical image are determined. The manufacturer and modality information is added to the medical image, so that it is performed based on the information.
次に、撮像特性の判別が撮像条件判別部と撮像対象判別部によってなされる(ステップS2-2-1及びステップS2-2-2)。撮像特性の情報は医用画像に付加されているのでそれに基づいて行う。撮像条件に関する情報は、医用画像に属性情報として付与されているのでそれに基づいて行う(ステップS2-2-1)。
Next, the imaging characteristics are discriminated by the imaging condition discriminating unit and the imaging target discriminating unit (step S2-2-1 and step S2-2-2). Information on the imaging characteristics is added to the medical image, and is performed based on the information. Information regarding the imaging conditions is given as attribute information to the medical image, and is performed based on the attribute information (step S2-2-1).
撮像対象判別部においては、画像分析を行い、各種のノイズを判別し、画像適正情報として定量して出力する(ステップS2-2-2)。具体的には、(1)機器由来ε1、(2)造影剤由来ε2、(3)血管由来ε3、(4)硬組織由来ε4、(5)部位由来ε5、(6)治療由来ε6の各ノイズを算出する。この実施形態において、ノイズとは血流解析を行う上での誤差要因と定義する。
The imaging target discriminating unit performs image analysis, discriminates various types of noise, quantifies and outputs as appropriate image information (step S2-2-2). Specifically, (1) device-derived ε 1 , (2) contrast agent-derived ε 2 , (3) blood vessel-derived ε 3 , (4) hard tissue-derived ε 4 , (5) site-derived ε 5 , (6) Each noise of the treatment-derived ε 6 is calculated. In this embodiment, noise is defined as an error factor in blood flow analysis.
以下に具体的な算出方法を説明する。
(1)機器由来ノイズ
機器由来ノイズとは、画像の背景に含まれる機器固有のバックグラウンドノイズである。画像全体に一様に分散したランダムノイズと画像局部に縞状等のパターンで現れるバイアスノイズがある。この実施形態では、これらノイズを、ファントムによる検定画像により特徴を数値化する。より具体的には、ランダムノイズはフーリエ変換による高周波成分として、バイアスノイズは低周波成分として定量化して出力、判別する。
(2)造影剤由来ノイズ
造影剤由来ノイズとは、造影剤と血液の混合不良による輝度値のむらとして検出する。造影剤と血液が良好に混合されている場合には、造影剤の輝度値の変化は場所によらず一定の特徴を示すことから判別可能である。例えば、輝度値にむらがない場合、血管直交方向において同等であり、走行方向において緩やかに減少するなどである。上記造影剤と血液の混合不良は、造影剤の輝度値の信号強度を分析することで定量化する。
(3)血管由来ノイズ
血管由来ノイズとは、血管形状の逸脱や癒着に関連するノイズである。瘤や狭窄などの病変部では、血管の形状が正常値から逸脱する。過度に逸脱した血管形状を用いた場合には、血流解析そのものの精度が保証されない場合がある。例えば、過度に狭窄した血管では狭窄部そのものを精度よく定量化することが困難となる。癒着に対しても同様である。血管由来ノイズとは血管形状の定量化をもとに算出されるものであり、血流解析不適とされた領域を血管由来ノイズと定義して、特定する。
(4)硬組織由来ノイズ
硬組織由来ノイズとは、骨や石灰化に関連するノイズである。骨や石灰化は造影剤の輝度値を超えた高輝度信号として観察される。高輝度信号であるがゆえに、血管壁内もしくは血管外にあるにも関わらず、血管内腔の一部として誤認識されてしまいがちである。そこで、ここでは骨と石灰化による信号をノイズとして検知する。骨は解剖学的に連続的な高輝度信号とし、石灰化は周囲から孤立した不連続高輝度信号とする。この信号強度の特性の違いに基づいて両者のノイズを検出・定量化して判別する。
(5)部位由来ノイズ
部位由来ノイズは、血管周囲領域の輝度変化の度合いで検出する。精度ある血管形状構築には、血管周囲において血管内と比べて十分なコントラストがあることが望ましい。一方で、血管周囲には骨や石灰化などの硬組織、脳実質組織などの軟組織、鼻腔周囲では空気層といったノイズ成分が存在する。ここでは、血管周囲領域の輝度値の変化を分析することで部位由来ノイズを定量化し、判別する。
(6)治療由来ノイズ
治療由来ノイズとは、例えばステント、コイル、クリップ等の各種治療機器がすでに体内に埋め込まれている場合、診断機器による照射波が治療機器に反射し治療機器特有のノイズとして現れる現象である。空間局在的に一定のパターンをもつ高輝度信号として観察される特徴があり、そのパターンを検知し、信号強度を定量化することでノイズを検知する。 A specific calculation method will be described below.
(1) Device-derived noise Device-derived noise is device-specific background noise included in the background of an image. There are random noise that is uniformly distributed over the entire image and bias noise that appears in a pattern such as a stripe pattern in the image local area. In this embodiment, the features of these noises are digitized by a phantom test image. More specifically, the random noise is quantified as a high frequency component by Fourier transform, and the bias noise is quantified as a low frequency component for output and discrimination.
(2) Contrast-agent-derived noise Contrast-agent-derived noise is detected as uneven brightness values due to poor mixing of contrast agent and blood. When the contrast medium and the blood are well mixed, the change in the brightness value of the contrast medium can be distinguished from each other because it shows a certain feature regardless of the location. For example, when there is no unevenness in the luminance value, it is equivalent in the direction orthogonal to the blood vessel and gradually decreases in the traveling direction. The poor mixing of the contrast agent and the blood is quantified by analyzing the signal intensity of the brightness value of the contrast agent.
(3) Blood vessel-derived noise Blood vessel-derived noise is noise related to vascular shape deviation or adhesion. In a lesion such as an aneurysm or stenosis, the shape of the blood vessel deviates from the normal value. When a blood vessel shape deviating excessively is used, the accuracy of blood flow analysis itself may not be guaranteed. For example, it is difficult to accurately quantify the stenotic part itself in an excessively stenotic blood vessel. The same applies to adhesions. The blood vessel-derived noise is calculated based on the quantification of the blood vessel shape, and an area that is inappropriate for blood flow analysis is defined as blood vessel-derived noise and specified.
(4) Hard tissue-derived noise Hard tissue-derived noise is noise related to bone and calcification. Bone and calcification are observed as a high luminance signal exceeding the luminance value of the contrast agent. Because of the high luminance signal, the signal tends to be misrecognized as a part of the blood vessel lumen even though it is inside or outside the blood vessel wall. Therefore, here, signals from bone and calcification are detected as noise. Bone is an anatomically continuous high intensity signal, and calcification is a discontinuous high intensity signal isolated from the surroundings. Based on the difference in signal strength characteristics, the noise between the two is detected and quantified.
(5) Site-derived noise Site-derived noise is detected based on the degree of luminance change in the region around the blood vessel. For accurate blood vessel shape construction, it is desirable that there is sufficient contrast around the blood vessel as compared to the inside of the blood vessel. On the other hand, there are noise components such as hard tissue such as bone and calcification, soft tissue such as brain parenchyma around the blood vessel, and air layer around the nasal cavity. Here, the part-derived noise is quantified and discriminated by analyzing the change in the luminance value in the peripheral region of the blood vessel.
(6) Treatment-derived noise Treatment-derived noise is defined as noise specific to a treatment device when, for example, various treatment devices such as stents, coils, clips, etc. are already implanted in the body, the irradiation wave from the diagnostic device is reflected on the treatment device. It is a phenomenon that appears. There is a feature observed as a high-intensity signal having a spatially constant pattern, and noise is detected by detecting the pattern and quantifying the signal intensity.
(1)機器由来ノイズ
機器由来ノイズとは、画像の背景に含まれる機器固有のバックグラウンドノイズである。画像全体に一様に分散したランダムノイズと画像局部に縞状等のパターンで現れるバイアスノイズがある。この実施形態では、これらノイズを、ファントムによる検定画像により特徴を数値化する。より具体的には、ランダムノイズはフーリエ変換による高周波成分として、バイアスノイズは低周波成分として定量化して出力、判別する。
(2)造影剤由来ノイズ
造影剤由来ノイズとは、造影剤と血液の混合不良による輝度値のむらとして検出する。造影剤と血液が良好に混合されている場合には、造影剤の輝度値の変化は場所によらず一定の特徴を示すことから判別可能である。例えば、輝度値にむらがない場合、血管直交方向において同等であり、走行方向において緩やかに減少するなどである。上記造影剤と血液の混合不良は、造影剤の輝度値の信号強度を分析することで定量化する。
(3)血管由来ノイズ
血管由来ノイズとは、血管形状の逸脱や癒着に関連するノイズである。瘤や狭窄などの病変部では、血管の形状が正常値から逸脱する。過度に逸脱した血管形状を用いた場合には、血流解析そのものの精度が保証されない場合がある。例えば、過度に狭窄した血管では狭窄部そのものを精度よく定量化することが困難となる。癒着に対しても同様である。血管由来ノイズとは血管形状の定量化をもとに算出されるものであり、血流解析不適とされた領域を血管由来ノイズと定義して、特定する。
(4)硬組織由来ノイズ
硬組織由来ノイズとは、骨や石灰化に関連するノイズである。骨や石灰化は造影剤の輝度値を超えた高輝度信号として観察される。高輝度信号であるがゆえに、血管壁内もしくは血管外にあるにも関わらず、血管内腔の一部として誤認識されてしまいがちである。そこで、ここでは骨と石灰化による信号をノイズとして検知する。骨は解剖学的に連続的な高輝度信号とし、石灰化は周囲から孤立した不連続高輝度信号とする。この信号強度の特性の違いに基づいて両者のノイズを検出・定量化して判別する。
(5)部位由来ノイズ
部位由来ノイズは、血管周囲領域の輝度変化の度合いで検出する。精度ある血管形状構築には、血管周囲において血管内と比べて十分なコントラストがあることが望ましい。一方で、血管周囲には骨や石灰化などの硬組織、脳実質組織などの軟組織、鼻腔周囲では空気層といったノイズ成分が存在する。ここでは、血管周囲領域の輝度値の変化を分析することで部位由来ノイズを定量化し、判別する。
(6)治療由来ノイズ
治療由来ノイズとは、例えばステント、コイル、クリップ等の各種治療機器がすでに体内に埋め込まれている場合、診断機器による照射波が治療機器に反射し治療機器特有のノイズとして現れる現象である。空間局在的に一定のパターンをもつ高輝度信号として観察される特徴があり、そのパターンを検知し、信号強度を定量化することでノイズを検知する。 A specific calculation method will be described below.
(1) Device-derived noise Device-derived noise is device-specific background noise included in the background of an image. There are random noise that is uniformly distributed over the entire image and bias noise that appears in a pattern such as a stripe pattern in the image local area. In this embodiment, the features of these noises are digitized by a phantom test image. More specifically, the random noise is quantified as a high frequency component by Fourier transform, and the bias noise is quantified as a low frequency component for output and discrimination.
(2) Contrast-agent-derived noise Contrast-agent-derived noise is detected as uneven brightness values due to poor mixing of contrast agent and blood. When the contrast medium and the blood are well mixed, the change in the brightness value of the contrast medium can be distinguished from each other because it shows a certain feature regardless of the location. For example, when there is no unevenness in the luminance value, it is equivalent in the direction orthogonal to the blood vessel and gradually decreases in the traveling direction. The poor mixing of the contrast agent and the blood is quantified by analyzing the signal intensity of the brightness value of the contrast agent.
(3) Blood vessel-derived noise Blood vessel-derived noise is noise related to vascular shape deviation or adhesion. In a lesion such as an aneurysm or stenosis, the shape of the blood vessel deviates from the normal value. When a blood vessel shape deviating excessively is used, the accuracy of blood flow analysis itself may not be guaranteed. For example, it is difficult to accurately quantify the stenotic part itself in an excessively stenotic blood vessel. The same applies to adhesions. The blood vessel-derived noise is calculated based on the quantification of the blood vessel shape, and an area that is inappropriate for blood flow analysis is defined as blood vessel-derived noise and specified.
(4) Hard tissue-derived noise Hard tissue-derived noise is noise related to bone and calcification. Bone and calcification are observed as a high luminance signal exceeding the luminance value of the contrast agent. Because of the high luminance signal, the signal tends to be misrecognized as a part of the blood vessel lumen even though it is inside or outside the blood vessel wall. Therefore, here, signals from bone and calcification are detected as noise. Bone is an anatomically continuous high intensity signal, and calcification is a discontinuous high intensity signal isolated from the surroundings. Based on the difference in signal strength characteristics, the noise between the two is detected and quantified.
(5) Site-derived noise Site-derived noise is detected based on the degree of luminance change in the region around the blood vessel. For accurate blood vessel shape construction, it is desirable that there is sufficient contrast around the blood vessel as compared to the inside of the blood vessel. On the other hand, there are noise components such as hard tissue such as bone and calcification, soft tissue such as brain parenchyma around the blood vessel, and air layer around the nasal cavity. Here, the part-derived noise is quantified and discriminated by analyzing the change in the luminance value in the peripheral region of the blood vessel.
(6) Treatment-derived noise Treatment-derived noise is defined as noise specific to a treatment device when, for example, various treatment devices such as stents, coils, clips, etc. are already implanted in the body, the irradiation wave from the diagnostic device is reflected on the treatment device. It is a phenomenon that appears. There is a feature observed as a high-intensity signal having a spatially constant pattern, and noise is detected by detecting the pattern and quantifying the signal intensity.
ついで、画像適正の判別が画像適正度算出部と入力可否判別部によってなされる(ステップS2-3-1及びステップS2-3-2)。画像適正度算出部は、上記のノイズの総和をノイズ量と定義して算出する(ステップS2-3-1)。すなわち、総ノイズ量は
Next, image appropriateness is determined by an image appropriateness calculating unit and an input availability determining unit (steps S2-3-1 and S2-3-2). The image appropriateness calculation unit calculates the above-mentioned total noise as a noise amount (step S2-3-1). That is, the total noise amount is
Next, image appropriateness is determined by an image appropriateness calculating unit and an input availability determining unit (steps S2-3-1 and S2-3-2). The image appropriateness calculation unit calculates the above-mentioned total noise as a noise amount (step S2-3-1). That is, the total noise amount is
となる。ここでα、βは係数・乗数であり、各々のノイズに対して固有の値である。これらの値は、この実施形態では、機械学習により症例数の増大に応じて最適化される仕組みとなっている。この機械学習は、院内で機械学習を行った場合には症例数の違いから最適化の程度が施設ごとに異なることになるので、画像分析結果を専用回線等により院外の外部データサーバーに転送し、外部データサーバーを通して多施設ネットワークにおいて機械学習を行うことで施設間での値の均質化を達成する。そして、ここで求められた係数・乗数α、βは適宜、画像分析情報テンプレートに書き込まれて更新され、下記のノイズ量の総和の算出及び画像適正度の算出に用いられるようになっている。
It becomes. Here, α and β are coefficients and multipliers, which are specific values for each noise. In this embodiment, these values are optimized according to an increase in the number of cases by machine learning. When machine learning is performed in the hospital, the degree of optimization differs depending on the facility due to the difference in the number of cases. Therefore, the image analysis results are transferred to an external data server outside the hospital via a dedicated line. By using machine learning in a multi-facility network through an external data server, homogenization of values between facilities is achieved. The coefficients and multipliers α and β obtained here are appropriately written and updated in the image analysis information template, and are used for the calculation of the sum of noise amounts and the calculation of the image appropriateness described below.
一方、入力可否判別部は前述の画像属性情報(画像属性情報に基づく入力可否判別テンプレート40)および画像分析情報(画像分析情報に基づく入力可否判別テンプレート41)に基づいて入力可否判別を行う(ステップS2-3-2)。
On the other hand, the input availability determination unit performs input availability determination based on the aforementioned image attribute information (input availability determination template 40 based on image attribute information) and image analysis information (input availability determination template 41 based on image analysis information) (step) S2-3-2).
画像属性情報に基づく入力可否判別テンプレート(以下、「画像属性情報テンプレート」と言う)40は、入力可能とするメーカー、モダリティー、撮像条件をテンプレート化したものであり、入力可能であれば0、入力不可であれば1を出力する機能を有するテンプレートである。
An input permission determination template (hereinafter referred to as “image attribute information template”) 40 based on image attribute information is a template of the manufacturer, modality, and imaging conditions that can be input. If it is impossible, it is a template having a function of outputting 1.
画像分析情報テンプレート(以下、「画像分析情報テンプレート」と言う)41は、前記総ノイズ量で規格化した、すなわち、1未満の値を出力する機能を有するテンプレートである。具体的には、上記式で示したノイズ量の総和に関してノイズ種別毎の係数α及びβ、及び上記ノイズ総量に対するしきい値を格納する。そして、上記α、βは、上述したように、機械学習により常時更新されるようになっている。このしきい値と上記ノイズ量の比較を行うことで、画像適正度が、この実施形態では、A、B、Cのランク付けによりなされるようになっている。
Image analysis information template (hereinafter referred to as “image analysis information template”) 41 is a template that is normalized by the total noise amount, that is, has a function of outputting a value less than 1. Specifically, the coefficients α and β for each noise type and the threshold value for the total noise amount are stored with respect to the total noise amount indicated by the above formula. And as mentioned above, α and β are constantly updated by machine learning. By comparing this threshold value with the amount of noise, the image appropriateness is determined by ranking A, B, and C in this embodiment.
この入力可否判別部は、上記画像属性および画像適正度に基づいて医用画像の入力可否を判別する。例えば、上記画像属性については、特定のメーカーやモダリティーのものは入力拒否と判定する。また、画像適正度については、ランクCのものが入力拒否と判定されるようになっている。
The input availability determination unit determines whether or not a medical image can be input based on the image attribute and the image appropriateness. For example, with respect to the image attributes, those having a specific manufacturer or modality are determined to be input rejected. As for the image appropriateness, those of rank C are determined to be input refusal.
その後、画像判別部12は医用画像および画像適正度を出力する(S2-4)。この実施形態では、入力可と判定された医用画像とその画像適正度を出力するが、これに限られるものではなく、例えば入力拒否と判定された場合でも、画像適正度を出力してもよい。また算出した各ノイズ量を出力してもよい。
Thereafter, the image determination unit 12 outputs the medical image and the image appropriateness level (S2-4). In this embodiment, the medical image determined to be input and the image appropriateness level are output. However, the present invention is not limited to this. For example, even when it is determined that the input is rejected, the image appropriateness level may be output. . Further, each calculated noise amount may be output.
(画像標準化工程(ステップS3))
図8は、画像標準化部13の構成図である。 (Image standardization process (step S3))
FIG. 8 is a configuration diagram of theimage standardization unit 13.
図8は、画像標準化部13の構成図である。 (Image standardization process (step S3))
FIG. 8 is a configuration diagram of the
この画像標準化部13は、医用画像と画像適正情報(画像適正度を含む)を入力とし、ノイズ除去部と、等方化部と、高解像度化部と、画像補正部とを有する構成となっており、標準医用画像、画像適正度、画像補正度とを出力する。
The image standardization unit 13 receives a medical image and image appropriate information (including image appropriateness) and has a configuration including a noise removal unit, an isotropic unit, a high resolution unit, and an image correction unit. The standard medical image, the image appropriateness level, and the image correction level are output.
まず、この画像標準化部13に医用画像と画像適正度が入力されると(S3-0)、ノイズ除去部がオリジナルの医用画像に含まれるノイズを除去する(ステップS3-1)。ここでいうノイズとは、上述した(1)機器由来、(2)造影剤由来、(3)血管由来、(4)硬組織由来、(5)部位由来、(6)治療由来である。ノイズ箇所の特定は画像判別部12で画像適正情報の判別として既に完了しているので、このノイズ除去部は、原画像の特定箇所から各種のノイズ成分を除去する。
First, when a medical image and image appropriateness are input to the image standardization unit 13 (S3-0), the noise removal unit removes noise included in the original medical image (step S3-1). The noise referred to here is (1) device-derived, (2) contrast agent-derived, (3) blood vessel-derived, (4) hard tissue-derived, (5) site-derived, or (6) treatment-derived. Since the specification of the noise portion has already been completed as the determination of the image appropriate information by the image determination unit 12, the noise removal unit removes various noise components from the specific portion of the original image.
上記ノイズは空間領域か周波数領域のいずれかで特定されている。この実施形態では、空間領域とは画像を直接解析することを示し、周波数領域とは、画像をフーリエ変換やウェーブレット解析を用いて周波数解析することを示している。ノイズ除去部は、各種ノイズの定量法の違いに応じて、空間領域もしくは周波数領域のいずれかにおいてノイズ成分を除去する。
The above noise is specified in either the spatial domain or the frequency domain. In this embodiment, the spatial domain indicates that an image is directly analyzed, and the frequency domain indicates that the image is subjected to frequency analysis using Fourier transform or wavelet analysis. The noise removing unit removes a noise component in either the spatial domain or the frequency domain according to the difference in various noise quantification methods.
次いで、等方化部および高解像度化部が、それぞれ画像補間により等方化(ステップS3-2)および高解像度化(ステップS3-3)を行う。等方化では、空間解像度の異方性を修正し、立方体のボクセルからなる画像を取得する。高解像度化では、見かけの空間解像度を高める。
Next, the isotropic unit and the high resolution unit perform isotropic (step S3-2) and high resolution (step S3-3) by image interpolation, respectively. In isotropicization, the spatial resolution anisotropy is corrected, and an image composed of cubic voxels is acquired. Higher resolution increases the apparent spatial resolution.
次いで、画像補正部が、画像補正を二段階に分けて行う(ステップS3-4)。
Next, the image correction unit performs image correction in two stages (step S3-4).
まず、第一次画像補正として、機器特性および撮像特性に対する補正を行う(ステップS3-4-1)。この補正では、機器特性、すなわち機器由来の画像歪み、撮像特性、すなわち撮像由来の画像歪みを補正する。
First, as the primary image correction, the device characteristic and the imaging characteristic are corrected (step S3-4-1). In this correction, device characteristics, that is, image distortion derived from the device, and imaging characteristics, that is, image distortion derived from the imaging are corrected.
機器由来の画像歪みとは、メーカーもしくはモダリティーの違いが画像全体に与える歪みである。例えば、MRAは体軸方向に対して撮像断面をスキャンしながらスライス画像を取得し、CTAやDSAは機器を回転させながらトモグラフィー画像を、IVUSやOCTは血管内に留置したカテーテル式画像センサーを走査しながらスライス画像を取得する。これらモダリティーの違いは機器固有の画像歪みをもたらす。この実施形態では、このような画像歪みの特性を予めファントムによる画像検定から定量化し、当該ファントムによる検定画像から画像歪みを最小化するよう最適化された補正行例を用いて歪み補正を行う。
Equipment-derived image distortion is distortion that the entire image is caused by differences in manufacturer or modality. For example, MRA acquires slice images while scanning the imaging section in the body axis direction, CTA and DSA scan tomographic images while rotating the device, and IVUS and OCT scan catheter type image sensors placed in blood vessels. While acquiring the slice image. These modality differences cause device-specific image distortion. In this embodiment, such image distortion characteristics are quantified in advance from an image test using a phantom, and distortion correction is performed using a correction example that is optimized to minimize image distortion from the test image using the phantom.
また、撮像由来の画像歪みとは、撮像条件もしくは撮像対象が画像全体に与える歪みである。撮像条件による画像歪みには画像最構成法によるものが含まれる。この歪みも、前述と同様に、ファントム実験による補正行列を用いて歪み補正を行う。
Also, image distortion derived from imaging is distortion that the imaging condition or imaging target gives to the entire image. The image distortion due to the imaging condition includes the image distortion method. This distortion is also corrected using a correction matrix based on a phantom experiment as described above.
上記第一次画像補正を終了後、後述する第二次画像補正に移行する。第一次画像補正では画像全体の歪みを対象としたが、第二次画像補正では局所的な血管形状歪みを対象とする。この実施形態における血管形状構築では、後述するように血管内外の領域分割を行う。この領域分割とは血管内から血管外への輝度値の変化に対して何等かの基準を適用することで内外を判定するものであるが、血管内外の境界領域における輝度値の変化は対象血管中の位置によらず一定であることが望ましい。血管内外の境界付近(境界領域)における輝度値の変化が対象血管中の位置によって異なると、構築される血管形状に局所的な歪みを生じる場合があるためである。
After completing the primary image correction, the process proceeds to the secondary image correction described later. The primary image correction is for distortion of the entire image, but the secondary image correction is for local blood vessel shape distortion. In the blood vessel shape construction in this embodiment, the region inside and outside the blood vessel is divided as will be described later. This segmentation is to determine inside / outside by applying some standard to the change in luminance value from inside the blood vessel to outside the blood vessel, but the change in luminance value in the boundary region inside / outside the blood vessel It is desirable to be constant regardless of the position inside. This is because if the change in the luminance value near the boundary between the inside and outside of the blood vessel (boundary region) varies depending on the position in the target blood vessel, local distortion may occur in the constructed blood vessel shape.
例えば、直線的な形状の血管部分と湾曲した形状の血管部分とで、上記血管内外の境界領域における輝度値変化が異なる場合があり、何ら補正処理を行なわずにこのような医用画像に基づいて血管形状構築を行なうと、構築された血管形状に位置によって異なる歪みが与えられることが予測される。より具体的には、非造影MRAの場合では、輝度値そのものが流速依存性となるため血管の外周と内周で輝度値が変化してしまい、構築された血管形状に歪みをもたらす場合がある。また、造影剤を用いたCTAやDSAでは、輝度値は濃度依存性である。すなわち、造影剤を用いたCTAやDSAでは、非造影MRAの場合のような流速による輝度値の変化は起こらないが、造影剤が血液と比して比重が高く血管断面において均質に分散しているとは限らないために、造影剤と血液の混合不良により血管内外の境界領域における輝度値の変化に場所依存性をもたらす場合がある。
For example, a change in luminance value in the boundary region inside and outside the blood vessel may be different between a linear blood vessel portion and a curved blood vessel portion, and based on such a medical image without any correction processing. When the blood vessel shape is constructed, it is predicted that different distortions are given to the constructed blood vessel shape depending on the position. More specifically, in the case of non-contrast-enhanced MRA, the luminance value itself is dependent on the flow velocity, so that the luminance value changes between the outer periphery and the inner periphery of the blood vessel, and the constructed blood vessel shape may be distorted. . Further, in CTA and DSA using a contrast agent, the luminance value is concentration-dependent. That is, in CTA and DSA using a contrast agent, the luminance value does not change due to the flow velocity as in the case of non-contrast MRA, but the contrast agent has a higher specific gravity than blood and is uniformly dispersed in the blood vessel cross section. Therefore, there may be a place dependency in the change of the luminance value in the boundary region inside and outside the blood vessel due to poor mixing of the contrast agent and blood.
そこで、画像補正部は、第1の画像補正が行われた医用画像の血管壁周辺の輝度値から輝度勾配を算出し(ステップS3-4-2)、当該輝度勾配の変化量に基づき補正対象とする箇所を検知する(ステップS3-4-3)。画像補正部は、輝度勾配値を長軸・短軸の二軸に対して算出する。ここで長軸とは血管走行方向にとられた座標軸であり、短軸とは血管直交方向に取られた座標軸である。血管走行・直交方向の算出の仕方は、形状構築(ステップ4)で詳述する。この実施形態では、血管内外の輝度勾配値を算出し、当該輝度勾配値が閾値以下の箇所を要補正箇所として検知する。輝度勾配値が低い箇所は流速が低下している箇所であり、血管壁の形状を歪ませてしまう要因となるためである。
Therefore, the image correction unit calculates a luminance gradient from the luminance value around the blood vessel wall of the medical image on which the first image correction has been performed (step S3-4-2), and the correction target is based on the amount of change in the luminance gradient. Is detected (step S3-4-3). The image correction unit calculates the luminance gradient value with respect to the two axes of the major axis and the minor axis. Here, the long axis is a coordinate axis taken in the blood vessel traveling direction, and the short axis is a coordinate axis taken in the blood vessel orthogonal direction. The method for calculating the vessel running direction and the orthogonal direction will be described in detail in the shape construction (step 4). In this embodiment, a luminance gradient value inside and outside the blood vessel is calculated, and a portion where the luminance gradient value is not more than a threshold is detected as a correction required portion. This is because the portion where the luminance gradient value is low is a portion where the flow velocity is reduced, which causes the shape of the blood vessel wall to be distorted.
ついで、要補正とされた箇所について、形態情報もしくは血流情報に基づき、第二次画像補正を行う(ステップS3-4-4)。この実施形態において、上記形態情報および血流情報は、統計平均値として算出された血管統計モデルおよび血流統計モデルである。血管統計モデルは、血管を流れ方向に対してのテーパ管とし、その形状変化を数理モデルで置き換えたものである。また、血流統計モデルは、血流依存的に現れる輝度値の変化様式を数理モデルで置き換えたものである。例えば、血流統計モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものである。これら統計モデルは、標準医用画像データベースから機械学習により取得する。この実施形態では、標準医用画像データベースは、施設間での違いをなくすために院外に配置され多施設共有型のネットワークから構成される。
Next, the secondary image correction is performed based on the morphological information or the blood flow information for the portion that needs to be corrected (step S3-4-4). In this embodiment, the morphological information and blood flow information are a blood vessel statistical model and a blood flow statistical model calculated as statistical average values. In the blood vessel statistical model, a blood vessel is a tapered tube with respect to the flow direction, and its shape change is replaced with a mathematical model. The blood flow statistical model is obtained by replacing the change pattern of the luminance value that appears in a blood flow dependent manner with a mathematical model. For example, the blood flow statistical model is obtained by mathematically modeling blood flow information obtained by analyzing actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or a flow velocity-dependent spatial distribution. These statistical models are acquired by machine learning from a standard medical image database. In this embodiment, the standard medical image database is composed of a multi-facility shared network arranged outside the hospital in order to eliminate differences between facilities.
第二次画像補正が終了した段階で、標準医用画像、画像適正度、画像補正度を出力する(ステップS3-4-5)。尚、この実施形態において、画像補正度は補正箇所の領域の大きさである。
When the secondary image correction is completed, the standard medical image, the image appropriateness level, and the image correction level are output (step S3-4-5). In this embodiment, the image correction degree is the size of the area of the correction portion.
(形状構築(ステップ4))
図9は、血管形状構築部14を示す構成図である。 (Shape construction (step 4))
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating the blood vesselshape constructing unit 14.
図9は、血管形状構築部14を示す構成図である。 (Shape construction (step 4))
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating the blood vessel
入力は、前記工程で標準化された医用画像、画像適正度、画像補正度であり、出力は、血管形状データ、病変部位・種類、画像適正度、画像補正度である。
The input is the medical image standardized in the above process, the image appropriateness, and the image correction, and the output is the blood vessel shape data, the lesion site / type, the image appropriateness, and the image correction.
血管形状構築部14は、領域分割(粗抽出)部と、構造解析部と、領域分割(精密抽出)部と、癒着検出・分離部と、領域設定部と、形状構築部とを有する。
The blood vessel shape constructing unit 14 includes a region dividing (rough extraction) unit, a structure analyzing unit, a region dividing (precise extraction) unit, an adhesion detection / separation unit, a region setting unit, and a shape building unit.
領域分割部は、領域分割を血管ごとに設けた適応的な基準にもとづき行う適応的血管領域分割、及び、粗抽出から精密抽出または精密抽出を繰り返し行う再帰的血管領域分割を実行する。
The region dividing unit executes adaptive vessel region division that performs region division based on an adaptive criterion provided for each blood vessel, and recursive vessel region division that repeatedly performs precise extraction or precise extraction from rough extraction.
領域設定において、各血管および病変部位にラベリングを行い、解剖学的テンプレートを参照にして血流解析に必要な血管領域をコンピュータが設定することを自動血管領域設定と称す。
In the region setting, labeling each blood vessel and lesion site, and referring to the anatomical template and setting the blood vessel region necessary for blood flow analysis by the computer is called automatic blood vessel region setting.
この血管形状構築部14は、まず、閾値を仮に算出し(ステップS4-1-1-1)、画像全体を二値化する(ステップS4-1-1-2)ことで粗抽出を行う。閾値は画像全体の輝度値のヒストグラムから所定の基準を設けて算出したものを用いる。ただし、この後述する癒着の検出の度合いが高いと判定された場合には閾値を厳格化して対応する。画像全体で二値化を行った段階である程度の血管形状を得ることができるが全体に対して一義的な閾値を与えているため血管抽出精度は粗いものである。
The blood vessel shape constructing unit 14 first performs rough extraction by temporarily calculating a threshold value (step S4-1-1-1) and binarizing the entire image (step S4-1-1-2). As the threshold value, a threshold value calculated by setting a predetermined reference from a histogram of luminance values of the entire image is used. However, when it is determined that the degree of detection of adhesion described later is high, the threshold value is tightened. A certain blood vessel shape can be obtained at the stage of binarization of the entire image, but the blood vessel extraction accuracy is rough because a unique threshold value is given to the entire image.
次に、血管形状構築部は、細線化を行う(ステップS4-2-1)。細線化とは、血管の中心線を取得する技術である。いくつかの手法がよく知られているが、この実施形態では、例えば、血管外周側から一皮ずつ中心へと皮を向いていくことで血管の芯を抽出し、血管走行方向にスプライン曲線などをフィティングすることで中心線とする。
Next, the blood vessel shape constructing unit performs thinning (step S4-2-1). Thinning is a technique for acquiring the center line of a blood vessel. Although several methods are well known, in this embodiment, for example, the core of the blood vessel is extracted by facing the skin from the outer peripheral side of the blood vessel one by one to the center, and a spline curve or the like in the blood vessel running direction. To the center line.
その後、血管形状構築部14は、取得した血管の中心線を用いて血管構造をグラフ化する(ステップS4-2-2)。すなわち、すなわち、血管中心線においてその端部・分岐点を特定し、図11(b)に示すような節点(node)と辺(edge)の接続関係を示したグラフを取得する。以下、端点・分岐点間の中心線に対応する各血管部分を血管要素と言う。
Thereafter, the blood vessel shape constructing unit 14 graphs the blood vessel structure using the acquired blood vessel center line (step S4-2-2). That is, the end / branch point is specified in the blood vessel center line, and a graph showing the connection relationship between the node and the edge as shown in FIG. 11B is acquired. Hereinafter, each blood vessel portion corresponding to the center line between the end points and the branch points is referred to as a blood vessel element.
次に、グラフ化した各辺の走行方向を基準にして画像分析を行う(ステップS4-2-3)。より具体的には、血管走行方向の各点において血管走行方向に垂直な断層画像を特定し、各節点間の断層画像群から血管要素ごとに血管内外の境界領域における輝度値の変化特性を取得する。すなわち、血管要素ごとに適応的な内外判定基準を得る。この実施形態では、血管中心線上の輝度値と背景輝度値の差の半値を内外判定基準とする。この血管要素ごとの内外判定基準を用いることで以後の抽出処理では、各血管適応的に二値化を行うことができる。尚、この構造解析は、血管要素ごとに輝度値の変化特性を取得してもよいし、一つの血管要素を細分化した微小領域ごとに輝度値の変化特性を取得してもよい。
Next, image analysis is performed with reference to the travel direction of each side plotted in a graph (step S4-2-3). More specifically, a tomographic image perpendicular to the blood vessel traveling direction is identified at each point in the blood vessel traveling direction, and luminance value change characteristics in the boundary region inside and outside the blood vessel are obtained for each blood vessel element from the group of tomographic images between the nodes. To do. That is, an adaptive internal / external determination criterion is obtained for each vascular element. In this embodiment, the half value of the difference between the luminance value on the blood vessel center line and the background luminance value is used as the inside / outside determination criterion. By using the inside / outside determination criterion for each blood vessel element, binarization can be performed adaptively for each blood vessel in the subsequent extraction processing. In this structural analysis, the luminance value change characteristic may be acquired for each blood vessel element, or the luminance value change characteristic may be acquired for each minute region obtained by subdividing one blood vessel element.
次に、この血管形状構築部14は、血管要素ごとでの領域分割を行ったのち、再度、細線化から繰り返し領域分割を行うことで精度向上を実現する。領域分割を繰り返すことで中心線の特定を場所依存的に行い、それにより血管の領域分割の精度を向上させることができる。粗抽出では上述したとおり全体に対して一つの基準を適用していたが、精密抽出では血管要素ごとに基準を適応的に適用させる精密抽出を繰り返すことで一つの血管においても部位ごとに最適化された基準を適用させる。この実施形態では、粗抽出により特定された血管領域を基準とし、精密抽出を行うごとに得られる血管領域との差分を定量化する。そして、この差分の収束性を判定することで精密抽出の終了条件を与える。すなわち、差分が閾値を上回る場合は精密抽出を繰り返し、閾値以下となった場合に、精密抽出を終了する。
Next, the blood vessel shape constructing unit 14 realizes an improvement in accuracy by performing region division for each blood vessel element and then performing region division again from thinning again. By repeating region division, the center line is specified in a location-dependent manner, thereby improving the accuracy of blood vessel region division. In rough extraction, one criterion is applied to the whole as described above, but in precise extraction, optimization is applied to each region even in one blood vessel by repeating precise extraction that adaptively applies the criterion for each blood vessel element. Applied standards. In this embodiment, the blood vessel region specified by rough extraction is used as a reference, and the difference from the blood vessel region obtained each time precise extraction is performed is quantified. Then, an end condition for precise extraction is given by determining the convergence of this difference. That is, when the difference exceeds the threshold value, the precise extraction is repeated, and when the difference falls below the threshold value, the precise extraction is terminated.
次に、血管形状構築部14は、癒着の検出・分離を行う(ステップS4-3)。ここでいう癒着とは図10に示すように、本来血管同士は癒着していないにも関わらず、画像精度の不足から癒着しているかのようにみえる現象である。この現象を以下、「癒着」または、「癒着アーチファクト」と言う。
Next, the blood vessel shape constructing unit 14 detects and separates adhesions (step S4-3). As shown in FIG. 10, the term “adhesion” as used herein refers to a phenomenon that appears as if the blood vessels are adhered due to a lack of image accuracy, although the blood vessels are not originally adhered to each other. This phenomenon is hereinafter referred to as “adhesion” or “adhesion artifact”.
通常、血管とは全身レベルでは一巡閉鎖系のループ回路となっているが、血流解析が取り扱う比較的に微視的な領域においてループは形成しない。従って、この実施形態では、ループの有無に応じて癒着の有無を検出する(ステップS4-3-1)。具体的には、図11に示すように、癒着部位の検出を、血管形状のグラフ化、および当該グラフの深さ優先探索により行う。すなわち、端点と分岐点を検出し、それらの接続関係を調べる。
Normally, a blood vessel is a loop circuit of a closed circuit at the whole body level, but a loop is not formed in a relatively microscopic area handled by blood flow analysis. Therefore, in this embodiment, the presence or absence of adhesion is detected according to the presence or absence of a loop (step S4-3-1). Specifically, as shown in FIG. 11, the detection of the adhesion site is performed by graphing the blood vessel shape and depth-first search of the graph. That is, end points and branch points are detected and their connection relations are examined.
例えば、図11(a)に示す血管形状をもとに処理された図11(b)に示すグラフでは血管の分岐構造が表現されている。この図上で、円で示したものは節点であり、端点または分岐点を示す。癒着が生じると、このグラフに閉路(ループ)として表れるようになっており、この閉路をグラフの深さ擾先探索を行うことで検出する。これは初期の節点からすべての節点を通るように辺をたどっていく操作である。たどり方の規則は以下の通りである。
(1)分岐点に来たときには、通過していない辺を選び、次の節点に進む。
(2)端点に来たときには、手前の分岐点に戻る。
(3)分岐点に戻ったときに通過していない辺がなければ、手前の分岐点に戻る。 For example, in the graph shown in FIG. 11B processed based on the blood vessel shape shown in FIG. 11A, the branch structure of the blood vessel is expressed. In this figure, what is indicated by a circle is a node, which indicates an end point or a branch point. When adhesion occurs, this graph appears as a cycle (loop), and this cycle is detected by searching the depth of the graph. This is an operation that follows the edges from the initial node through all nodes. The rules for tracing are as follows.
(1) When a branch point is reached, an edge that has not passed is selected and the process proceeds to the next node.
(2) When the end point is reached, return to the previous branch point.
(3) If there is no side that has not passed when returning to the branch point, the process returns to the previous branch point.
(1)分岐点に来たときには、通過していない辺を選び、次の節点に進む。
(2)端点に来たときには、手前の分岐点に戻る。
(3)分岐点に戻ったときに通過していない辺がなければ、手前の分岐点に戻る。 For example, in the graph shown in FIG. 11B processed based on the blood vessel shape shown in FIG. 11A, the branch structure of the blood vessel is expressed. In this figure, what is indicated by a circle is a node, which indicates an end point or a branch point. When adhesion occurs, this graph appears as a cycle (loop), and this cycle is detected by searching the depth of the graph. This is an operation that follows the edges from the initial node through all nodes. The rules for tracing are as follows.
(1) When a branch point is reached, an edge that has not passed is selected and the process proceeds to the next node.
(2) When the end point is reached, return to the previous branch point.
(3) If there is no side that has not passed when returning to the branch point, the process returns to the previous branch point.
図11(c)において、各節点の番号は分岐深さ優先探索の訪問順序を表す。また、実線矢印は往路、点線矢印は復路を示す。この図11(c)に示す例では5番と6番の間に閉路が生じている。深さ優先探索を行うと、5番の節点から6番,7番,8番と進み6番に戻ってくる。ここで、往路は図の下側の辺を通ってきたので、上側の辺はまだ通過していない。ところが上の辺を選ぶとすでに訪問済みの5番に着く。閉路がなければ訪問済みの節点に戻るのは復路だけであるが、閉路が存在する場合は往路で訪問済みの節点に到達する。従って、節点と辺の通過状況を記録しておくことによって閉路を検出することができ、閉路と判定された時点の節点(図11(c)に示す例では6番)が癒着部位とみなすことができる。
In FIG. 11 (c), the number of each node represents the visiting order of branch depth priority search. A solid arrow indicates a forward path, and a dotted arrow indicates a return path. In the example shown in FIG. 11C, a closed circuit is formed between the fifth and sixth. When the depth-first search is performed, it proceeds from the 5th node to 6th, 7th, 8th and returns to 6th. Here, since the outward path has passed through the lower side of the figure, the upper side has not yet passed. However, if you select the upper side, you will arrive at the number 5 that you have already visited. If there is no closed path, only the return path will return to the visited node, but if there is a closed path, the visited node will be reached in the forward path. Therefore, it is possible to detect a closed path by recording the passing situation of nodes and sides, and the node at the time point determined to be closed (No. 6 in the example shown in FIG. 11C) is regarded as an adhesion site. Can do.
血管形状構築部14は、癒着部位を検出すると、次に当該癒着部位の分離を行う(ステップ4-3-2)。この癒着分離は、ある閾値を設定し、癒着の程度を評価することで行なう。癒着の程度が閾値以上であれば、領域分割の始点にもどり、より厳格な基準で二値化を行うことで積極的に癒着の程度を緩和する。癒着の程度が閾値以下であれば、癒着部位に接続されている血管の走行方向と形状にもとづいて癒着部位を分離する。分離の処理は、血管領域、中心線、血管の走行方向および断面積に基づいて行う。血管領域、中心線、血管の走行方向は領域分割および構造解析で取得したものであり、血管の断面は血管領域の血管走行方向に垂直な断面を計測することにより取得する。
When the blood vessel shape constructing unit 14 detects the adhesion site, it next separates the adhesion site (step 4-3-2). This adhesion separation is performed by setting a certain threshold value and evaluating the degree of adhesion. If the degree of adhesion is equal to or greater than the threshold, the process returns to the starting point of the region division, and the degree of adhesion is positively reduced by binarization based on a stricter standard. If the degree of adhesion is less than or equal to the threshold, the adhesion site is separated based on the running direction and shape of the blood vessel connected to the adhesion site. The separation process is performed based on the blood vessel region, the center line, the traveling direction of the blood vessel, and the cross-sectional area. The blood vessel region, the center line, and the running direction of the blood vessel are obtained by region division and structural analysis, and the cross section of the blood vessel is obtained by measuring a cross section perpendicular to the blood vessel running direction of the blood vessel region.
分離処理の流れは以下の通りである。
(1)血管の断面積の変化から癒着区間を求める。
(2)癒着区間の前後の血管の中心線を用いて、癒着区間の中心線を推定する。
(3)癒着区間の血管断面において二つの接する楕円を血管表面の輪郭に当てはめることによって各血管の形状を推定する。
(4)癒着区間断面を二つに分割する。 The flow of separation processing is as follows.
(1) The adhesion section is obtained from the change in the cross-sectional area of the blood vessel.
(2) Estimate the center line of the adhesion section using the center line of the blood vessels before and after the adhesion section.
(3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two tangent ellipses in the blood vessel cross section of the adhesion section to the contour of the blood vessel surface.
(4) Divide the cross section of the adhesion section into two.
(1)血管の断面積の変化から癒着区間を求める。
(2)癒着区間の前後の血管の中心線を用いて、癒着区間の中心線を推定する。
(3)癒着区間の血管断面において二つの接する楕円を血管表面の輪郭に当てはめることによって各血管の形状を推定する。
(4)癒着区間断面を二つに分割する。 The flow of separation processing is as follows.
(1) The adhesion section is obtained from the change in the cross-sectional area of the blood vessel.
(2) Estimate the center line of the adhesion section using the center line of the blood vessels before and after the adhesion section.
(3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two tangent ellipses in the blood vessel cross section of the adhesion section to the contour of the blood vessel surface.
(4) Divide the cross section of the adhesion section into two.
以下に、図12を参照して、上記(1)~(4)の各分離処理をより詳細に説明する。まず、癒着区間とその前後における血管の断面積を計測する。癒着している部分は二本の血管が一体となっているため、血管の走行に沿って断面積をプロットしていくと図12(a)中の下方に示したグラフのように癒着区間のみ断面積が増大する。この変化を検出して、癒着区間を決定する。
Hereinafter, with reference to FIG. 12, each of the separation processes (1) to (4) will be described in more detail. First, the cross-sectional area of the blood vessel before and after the adhesion section is measured. Since the two blood vessels are integrated in the adhesion part, when the cross-sectional area is plotted along the travel of the blood vessel, only the adhesion section as shown in the lower graph in FIG. The cross-sectional area increases. This change is detected and the adhesion interval is determined.
次に血管の中心線に着目すると、元々は二本だった中心線が内側へとずれていき、ついには接して分岐点となる。図12(a)上図において一点鎖線で示したものがそれに相当する。しかし、本来は二本の血管であるから、図12(a)上図において点線で示したように、交わることの無い二本の曲線になっているはずである。そこで、癒着区間の本来の中心線をその前後の中心線から補間することによって推定する。その次に、推定された中心線を用いて、癒着区間の断面上で各血管の輪郭を推定する。図12(b)は癒着区間における血管走行方向に垂直な断面を示している。二つの黒い点51は推定された中心線を示す。血管の断面は楕円と仮定して、二つ楕円52の中心が既知であり、接しているという条件の下で癒着区間の血管の輪郭53に二つの楕円を当てはめる。図12(b)の点線が当てはめた二つの楕円を示す。最後に、癒着区間の内部を二つの血管の径の比に応じて二つの領域に分割し、分離処理を完了する。
Next, paying attention to the center line of the blood vessel, the two center lines originally shifted to the inside, and finally touched to become a branch point. The one shown by the alternate long and short dash line in the upper diagram of FIG. However, since it is originally two blood vessels, it should be two curves that do not intersect as shown by the dotted line in the upper diagram of FIG. Therefore, the original center line of the adhesion section is estimated by interpolating from the front and back center lines. Next, the outline of each blood vessel is estimated on the cross section of the adhesion section using the estimated center line. FIG. 12B shows a cross section perpendicular to the blood vessel running direction in the adhesion section. Two black dots 51 indicate the estimated center line. Assuming that the cross section of the blood vessel is an ellipse, the two ellipses 52 are fitted to the blood vessel contour 53 of the adhesion section under the condition that the centers of the two ellipses 52 are known and are in contact. The two ellipses fitted by the dotted line in FIG. Finally, the inside of the adhesion section is divided into two regions according to the ratio of the diameters of the two blood vessels, and the separation process is completed.
次にこの血管形状構築部14は、血管ごとにラベリングを行う(ステップS4-4-1)。血管のラベリングは、主要血管を特定し、グラフデータに基づき各血管をトラッキングすることで行う。解剖学的位置・配向性を示す解剖学テンプレートと照合することで各血管にコンピュータが自動的にラベリングを行う。この際、血管病変と疑われる位置を特定する。血管病変とは血管の瘤化や狭窄であり、血管形状が局所的に変化するものである。血管ごとに血管走行方向の形状変化を分析することで病変の種類・部位の特定を行う。例えば、瘤であれば局所的に断面積が増大するのに対し狭窄であれば局所的に断面積は減少する。この断面積変化の度合いに応じて病変部位・種類を特定する。
Next, the blood vessel shape constructing unit 14 performs labeling for each blood vessel (step S4-4-1). Blood vessel labeling is performed by identifying main blood vessels and tracking each blood vessel based on graph data. The computer automatically labels each blood vessel by collating it with an anatomical template indicating the anatomical position and orientation. At this time, a position suspected of being a vascular lesion is specified. A vascular lesion is an aneurysm or stenosis of a blood vessel, and the shape of the blood vessel changes locally. The type and site of the lesion are identified by analyzing the shape change in the blood vessel running direction for each blood vessel. For example, the cross-sectional area locally increases for an aneurysm, whereas the cross-sectional area decreases locally for a stenosis. The lesion site / type is specified according to the degree of change in the cross-sectional area.
次に、血管形状構築部14は、フィルタリングで血流解析のための血管形状を構築するために不要な血管を削除する(ステップS4-4-2)。不要な血管とは血流解析には不適な細血管や短血管である。血管の直径や長さは細線化・グラフ化で取得していることから規定された閾値と照合することでフィルタリングを行う。その後、病変の種類・部位に応じて血流解析のための領域を自動的に抽出する(ステップS4-4-3)。ここでは、事前に準備されたテンプレートを参考にして決定している。
Next, the blood vessel shape constructing unit 14 deletes unnecessary blood vessels for constructing a blood vessel shape for blood flow analysis by filtering (step S4-4-2). Unnecessary blood vessels are fine blood vessels and short blood vessels that are inappropriate for blood flow analysis. Since the diameter and length of the blood vessel are obtained by thinning and graphing, filtering is performed by matching with a prescribed threshold value. Thereafter, a region for blood flow analysis is automatically extracted according to the type and site of the lesion (step S4-4-3). Here, the determination is made with reference to a template prepared in advance.
次に、この血管形状構築部14は、マーチングキューブ法などにより血管の局面をポリゴンにより形成し、適切なスムージングとともに血流解析のための血管形状データを取得する(ステップS4-5)。なお、ここではマーチングキュームに限らず、血管壁面を数理モデルで構成したものを用いてもよいし手法は問わない。
Next, the blood vessel shape constructing unit 14 forms a blood vessel phase with polygons by a marching cube method or the like, and acquires blood vessel shape data for blood flow analysis together with appropriate smoothing (step S4-5). Here, not only the marching cues, but also a method of using a mathematical model of the blood vessel wall surface may be used.
その後、この血管形状構築部14は、血管形状データ、病変部位・酒類の特定データ、画像適正度、画像補正度の各データを出力する(ステップS4-6)。
Thereafter, the blood vessel shape constructing unit 14 outputs blood vessel shape data, lesion site / alcohol specific data, image suitability, and image correction data (step S4-6).
(形状計測から出力まで(ステップS5~S7))
次に、形状計測部15と品質評価部16の動作を図13を参照して説明する。 (From shape measurement to output (steps S5 to S7))
Next, operations of theshape measuring unit 15 and the quality evaluating unit 16 will be described with reference to FIG.
次に、形状計測部15と品質評価部16の動作を図13を参照して説明する。 (From shape measurement to output (steps S5 to S7))
Next, operations of the
この場合、入力は、(1)血管形状データ、(2)病変部位・種類、(3)画像適正度、(4)画像補正度であり、出力は(1)血管形状データ、(2)血管形状計測データ、(3)病変部位・種類、(4)病変形状計測データ、(5)品質スコアとなる。
In this case, the input is (1) blood vessel shape data, (2) lesion site / type, (3) image suitability, (4) image correction degree, and output is (1) blood vessel shape data, (2) blood vessel Shape measurement data, (3) lesion site / type, (4) lesion shape measurement data, and (5) quality score.
形状計測部15は、ラベル化された血管・病変の領域のそれぞれにおいて、ポリゴン化された血管形状データ((ステップS5-0で入力された(1)血管形状データ及び(2)病変部位・種類))をもとに形状計測を行う(ステップS5-1)。正常血管部位に対しては、血管の中心線に基づいて直交断面を構築することで等価直径を算出し形状計測の基本とする。この実施形態では、長さ、表面積、体積などの基本値の他に、真円からの逸脱度を算出した血管歪みなどを計測する。病変形状に対しては種類に応じた形状計測を行う。例えば、瘤の場合は、ネック長さ、瘤深さ、アスペクト比、表面積、体積などを計測する。
The shape measuring unit 15 converts the polygonal blood vessel shape data ((1) blood vessel shape data input in step S5-0 and (2) lesion site / type in each of the labeled blood vessel / lesion regions. )) To measure the shape (step S5-1). For normal blood vessel sites, an equivalent diameter is calculated by constructing an orthogonal cross section based on the center line of the blood vessel, which is the basis for shape measurement. In this embodiment, in addition to basic values such as length, surface area, and volume, vascular strain calculated from a deviation from a perfect circle is measured. For the lesion shape, shape measurement according to the type is performed. For example, in the case of an aneurysm, a neck length, an aneurysm depth, an aspect ratio, a surface area, a volume, and the like are measured.
上記形状計測の後に、品質評価部16が、得られた血管形状データに対して品質評価を行う(ステップS6)。この実施形態において、品質評価とは、(1)画像適正度、(2)画像補正度、(3)形状構築精度、の3つを対象としてスコアリングされる血管形状データの総合評価値である。(1)(2)に関しては前述の通りである。(3)形状構築精度とは、この実施形態では血管壁特定精度である。血管壁特定精度を定量化する方法は一つではないが、この実施形態では、ポリゴン化された血管形状データを医用画像に重畳することで定量化する。すなわち、血管壁近傍の輝度勾配値を用いて行う。
After the shape measurement, the quality evaluation unit 16 performs quality evaluation on the obtained blood vessel shape data (step S6). In this embodiment, the quality evaluation is a comprehensive evaluation value of blood vessel shape data that is scored for (1) image appropriateness, (2) image correction, and (3) shape construction accuracy. . (1) (2) is as described above. (3) The shape construction accuracy is the blood vessel wall identification accuracy in this embodiment. Although there is not one method for quantifying the blood vessel wall specifying accuracy, in this embodiment, the blood vessel shape data that has been polygonized is quantified by superimposing it on a medical image. That is, it is performed using the luminance gradient value near the blood vessel wall.
より具体的には、図14(a)に示すように、ポリゴン化された血管形状データの微小面(微小三角形要素)の重心に対して血管表面直行方向に線分Xiを形成し、当該線分に沿って輝度勾配を算出する。図14(b)に横軸をXi、縦軸を輝度値とするグラフを示す。同図に示すように、血管内から血管外に向けて輝度値が低下する。低下の度合いが急峻であればあるほど血管内外のコントラストが明瞭であるため血管形状構築精度が高いことを意味する。そこで、品質評価部16は、上記輝度勾配を血管形状データの各三角形要素に対して算出する。図14(c)は、1血管要素の各三角形要素における輝度勾配をヒストグラムにしたものである。尚、この実施形態では、各血管要素に対してヒストグラムを作成しているがこれに限られない。その後、ヒストグラムに対して閾値を設定することで形状構築精度を定量化する。例えば、図14(c)に斜線で示すように輝度勾配が閾値以下のものを品質低下と判定し、その閾値以下の割合を算出する。
More specifically, as shown in FIG. 14A, a line segment Xi is formed in the direction orthogonal to the blood vessel surface with respect to the center of gravity of the micro surface (micro triangular element) of the polygonal blood vessel shape data. The brightness gradient is calculated along the minute. FIG. 14B shows a graph in which the horizontal axis is Xi and the vertical axis is the luminance value. As shown in the figure, the luminance value decreases from the inside of the blood vessel to the outside of the blood vessel. The sharper the degree of decrease, the clearer the contrast inside and outside the blood vessel, which means that the blood vessel shape construction accuracy is higher. Therefore, the quality evaluation unit 16 calculates the luminance gradient for each triangular element of the blood vessel shape data. FIG. 14C shows a histogram of the luminance gradient in each triangular element of one blood vessel element. In this embodiment, a histogram is created for each blood vessel element, but the present invention is not limited to this. Thereafter, the shape construction accuracy is quantified by setting a threshold value for the histogram. For example, as indicated by diagonal lines in FIG. 14 (c), it is determined that the luminance gradient is equal to or lower than the threshold value as a quality deterioration, and a ratio equal to or lower than the threshold value is calculated.
その後、品質評価部16は、品質評価値Xを(1)画像適正度(α)、(2)画像補正度(β)、(3)形状構築精度(γ)を用いて下式より算出する。
Thereafter, thequality evaluation unit 16 calculates the quality evaluation value X from the following equation using (1) image appropriateness (α), (2) image correction (β), and (3) shape construction accuracy (γ). .
Thereafter, the
ここで各比例係数kα、kβ、kγは、品質評価値Xの最大値が1となるように規格化された値であり、各値に対し個別に割り当てられている。
Here, the proportional coefficients k α , k β , and k γ are values that are standardized such that the maximum value of the quality evaluation value X is 1, and are individually assigned to each value.
最後に、この装置10は、血管形状データ、血管形状計測データ、病変部位・種類、病変形状計測データ、品質スコア等を出力する(ステップS7)。尚、品質スコアは、上記品質評価値Xそのものであってもよいし、品質評価値Xをグレードに分類して文字として表現しても良い。また、血管形状データに重畳して表示させてもよい。
Finally, the device 10 outputs blood vessel shape data, blood vessel shape measurement data, lesion site / type, lesion shape measurement data, quality score, and the like (step S7). The quality score may be the quality evaluation value X itself, or the quality evaluation value X may be classified into grades and expressed as characters. Further, it may be displayed superimposed on the blood vessel shape data.
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
In addition, the configuration of each part of the apparatus according to the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
例えば、上記実施形態では、画像判別部12においてノイズ量に基づいて画像適正度を判別しているが、これに限られるものではなく、例えば、その他の画像分析により取得した画像分析情報に基づいて画像適正度を判別してもよい。さらに、各種ノイズ量も上記実施形態に示したものに限られず、画像分析によりその他のノイズ量を定量化してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the image determination unit 12 determines the image suitability based on the amount of noise. However, the present invention is not limited to this, and for example, based on image analysis information acquired by other image analysis. The degree of image suitability may be determined. Furthermore, various noise amounts are not limited to those shown in the above embodiment, and other noise amounts may be quantified by image analysis.
また、上記実施形態では、メーカーやモダリティーなどの判別を医用画像に付加されているデータに基づいて行なっているが、これに限られるものではなく、例えば、入力される医用画像との対応が付く場合、医用画像を撮像した撮像機器からネットワークやケーブル等を介して上記メーカーやモダリティーを含む画像属性情報を取得しても良い。また、上記実施形態では、院外に機械学習のためのデータベースが設置されるものであるが、これに限られるものではなく、例えば院内にデータベースを設置し、ネットワークを介してその他の施設と通信しデータベースの更新や機械学習を行なってもよい。
In the above-described embodiment, the manufacturer and modality are determined based on the data added to the medical image. However, the present invention is not limited to this, and for example, it corresponds to the input medical image. In this case, image attribute information including the manufacturer and modality may be acquired from an imaging device that has captured a medical image via a network or a cable. In the embodiment described above, a database for machine learning is set up outside the hospital, but this is not a limitation. For example, a database is set up in the hospital and communicates with other facilities via a network. Database updates and machine learning may be performed.
また、上記実施形態では、画像標準化部13が補正箇所の領域の大きさに基づいて画像補正度を取得しているが、これに限られるものではなく、例えば補正箇所における輝度の変化値など、補正前後での補正の程度を示すその他の情報を画像補正度として取得してもよい。
In the above embodiment, the image standardization unit 13 acquires the image correction degree based on the size of the area of the correction location. However, the present invention is not limited to this. For example, the luminance change value at the correction location, etc. Other information indicating the degree of correction before and after correction may be acquired as the degree of image correction.
また、例えば、上記実施形態では、血管形状構築部14が粗抽出により特定された血管領域を基準とし、精密抽出を行うごとに得られる血管領域との差分を定量化し、その差分の収束性を判定することで精密抽出の終了条件を与えているが、終了条件の与え方はこれに限られるものではなく、血流解析のための血管形状の品質を保証し得る限り、その他の終了条件であってもよい。例えば、終了条件に精密抽出の回数を含めても良い。
Further, for example, in the above embodiment, the difference between the blood vessel region obtained each time precise extraction is performed using the blood vessel shape construction unit 14 as a reference by the blood vessel region specified by rough extraction, and the convergence of the difference is determined. However, the method of giving the end condition is not limited to this, and other end conditions can be used as long as the quality of the blood vessel shape for blood flow analysis can be guaranteed. There may be. For example, the number of precision extractions may be included in the end condition.
また、上記実施形態における装置は、出力部を備え、血管形状データや血管形状計測データ、病変部位・種類、病変形状計測データ及び品質スコアを出力するが、これらのデータは、その一部または全部を、有線や無線で伝送し、その他のデバイス、例えばその他のパーソナルコンピュータまたはラップトップ、またはスマートフォン、タブレットなどで表示してもよい。
In addition, the apparatus according to the embodiment includes an output unit, and outputs blood vessel shape data, blood vessel shape measurement data, a lesion site / type, lesion shape measurement data, and a quality score. May be transmitted wired or wirelessly and displayed on other devices such as other personal computers or laptops, smartphones, tablets, and the like.
また、本発明では、本発明における装置は、上記実施形態で説明した装置各部における処理に加えて、ユーザー依存性がなく精密な血管形状を構築するのに適したその他の処理を加えても良い。また、本発明の血管形状構築装置、その方法及びコンピュータプログラムは、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて様々な用途に応用できることを理解されたい。
In the present invention, in addition to the processing in each part of the device described in the above embodiment, the device in the present invention may add other processing suitable for constructing a precise blood vessel shape without user dependency. . In addition, it should be understood that the blood vessel shape constructing apparatus, the method thereof, and the computer program of the present invention can be applied to various uses as long as they have substantially the same operation.
Claims (32)
- 医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、
前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、
前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、
前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、
前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部と
を有することを特徴とする装置。 An input availability determination unit that receives a medical image, determines an image attribute of the medical image and an appropriateness as a medical image, and determines whether the medical image can be processed based on the attribute;
The medical image determined to be processable as the input image is corrected / corrected based on the determined image attribute and appropriateness, the image quality of the medical image is standardized, and the degree of correction / correction is indicated. An image standardization unit for outputting the correction degree;
A blood vessel shape constructing unit for constructing a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image;
The blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape is determined, and a total quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape is calculated and output based on the blood vessel shape construction accuracy, the appropriateness, and the correction degree. A blood vessel shape quality evaluation unit;
A blood vessel shape data output unit that outputs the blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation. - 請求項1記載の装置において、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断部は、
上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image and imaging conditions.
The appropriateness as the medical image is information including the noise level of the medical image,
The input availability determination unit
The determination as to whether or not input is possible is performed by referring to a predetermined template for image attributes and appropriateness. - 請求項2記載の装置において、
前記入力可否判別部は、医用画像を画像分析することでノイズレベルを判別するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 2.
The apparatus according to claim 1, wherein the input availability determination unit is configured to determine a noise level by performing image analysis on a medical image. - 請求項3記載の装置において、
前記入力可否判別部は画像分析により前記画像属性に応じて異なる種類のノイズ成分を算出し、それに基づいて各成分のノイズレベルを判別するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 3.
The input enable / disable determining unit calculates different types of noise components according to the image attributes by image analysis, and determines the noise level of each component based on the calculated noise components. - 請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性と適正度に基づいて、前記医用画像から特定のノイズ成分を除去する修正・補正を実行することで画像品質を標準化するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image standardization unit standardizes image quality by executing correction / correction to remove a specific noise component from the medical image based on the image attribute and the degree of appropriateness. - 請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、医用画像が有する互いに直交するXYZ座標系においてX方向、Y方向、及びZ方向の空間解像度を補間により等しくすることで前記画像品質標準化としての等方化を行う修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image standardization unit performs correction / correction to perform isotropicization as the image quality standardization by equalizing the spatial resolution in the X direction, the Y direction, and the Z direction by interpolation in an orthogonal XYZ coordinate system of a medical image A device characterized by that. - 請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記医用画像の空間解像度を画像補間により増加させることで前記画像品質標準化としての高解像度化を行う修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image standardization unit executes correction / correction for increasing the resolution as the image quality standardization by increasing the spatial resolution of the medical image by image interpolation. - 請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像品質の標準化として、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image standardization unit executes correction of image distortion derived from imaging and correction of shape distortion of a local blood vessel shape as the standardization of the image quality. - 請求項8記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性の判別により非造影MRAと判別された医用画像に対して前記局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行するものであり、この画像標準化部は、この形状歪みの補正を非造影MRAの特性である血管内方と血管外周間での流速依存性を排除するように前記医用画像上の前記血管内方と外周間に対応する領域の輝度情報に基づいて行うものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 8.
The image standardization unit performs correction of the shape distortion of the local blood vessel shape on the medical image determined as non-contrast MRA by the determination of the image attribute. The image standardization unit The distortion is corrected based on the luminance information of the region corresponding to the inside and the outside of the blood vessel on the medical image so as to eliminate the flow velocity dependence between the inside and the outside of the blood vessel, which is a characteristic of non-contrast MRA. A device characterized by what is to be performed. - 請求項9記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記医用画像の流速依存性が所定より強い箇所を前記医用画像上の血管壁近傍に対応する箇所の輝度情報に基づいて検出し、血管の形態情報もしくは血流情報に基づいて前記検出された箇所の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 9.
The image standardization unit detects a location where the flow velocity dependence of the medical image is stronger than a predetermined value based on luminance information of a location corresponding to the vicinity of a blood vessel wall on the medical image, and based on blood vessel morphology information or blood flow information The flow rate dependency of the detected part is corrected. - 請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管壁近傍における血管中心線に直交する各断面での輝度勾配値が閾値以下となる箇所を前記流速依存性が強い箇所として検出するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 10.
The image standardization unit detects a location where a luminance gradient value in each cross section orthogonal to a blood vessel center line in the vicinity of the blood vessel wall is equal to or less than a threshold as a location having strong flow velocity dependency. . - 請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管の形態情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検出された箇所において、前記血管の統計モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 10.
The image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying the statistical model of the blood vessel at the detected location when the flow velocity dependency is corrected based on the morphological information of the blood vessel. A device characterized by being. - 請求項12記載の装置において、
前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 12.
The apparatus according to claim 1, wherein the statistical model of blood vessels is obtained by mathematically modeling a change in blood vessel cross section in a blood vessel traveling direction obtained from a blood vessel shape database. - 請求項10記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記血管の血流情報に基づいて前記流速依存性を補正する場合、前記検知された箇所において、血管の血流モデルを適用することで画像の流速依存性を補正するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 10.
The image standardization unit corrects the flow velocity dependency of the image by applying a blood flow model of the blood vessel at the detected location when the flow velocity dependency is corrected based on the blood flow information of the blood vessel. The device characterized by being. - 前記請求項14記載の装置において、前記血管の血流モデルは、位相コントラストMRI法により計測された実際の血流情報もしくは流速依存性の空間分布を分析することで得られる血流情報を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus according to claim 14, wherein the blood flow model of the blood vessel is obtained by analyzing actual blood flow information measured by a phase contrast MRI method or blood flow information obtained by analyzing a flow velocity-dependent spatial distribution. A device characterized in that - 請求項1記載の装置において、
前記画像標準化部は、前記画像属性の判別によりCTA(X線コンピュータ断層撮影画像)と判別された医用画像に対して、高輝度信号として血管と誤認識されやすい骨および/または石灰化を除去する修正・補正を実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The image standardization unit removes bone and / or calcification that is easily recognized as a blood vessel as a high-intensity signal from a medical image determined as a CTA (X-ray computed tomography image) by determining the image attribute. A device that performs correction / correction. - 請求項16記載の装置において、
前記画像標準化部は、骨の解剖学的特徴を用いて骨を除去するか、血管の統計モデルを複合的に用いて骨を除去するものであり、前記血管の統計モデルは、血管形状データベースから得られた血管走行方向における血管断面の変化を数理モデル化したものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 16.
The image standardization unit removes bone using anatomical features of bone, or removes bone using a composite statistical model of blood vessel. The statistical model of blood vessel is obtained from a blood vessel shape database. An apparatus characterized by mathematically modeling changes in blood vessel cross section in the obtained blood vessel traveling direction. - 請求項16記載の装置において、
前記画像標準化部は、骨や血管にはない石灰化に特異的な輝度特性に基づいて石灰化を除去するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 16.
The image standardization unit removes calcification based on luminance characteristics specific to calcification that are not present in bones or blood vessels. - 請求項1記載の装置において、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部と
を有するものであり、
この血管形状構築部は、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The blood vessel shape constructing unit
A coarse division unit that roughly divides a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural analysis of the roughly divided blood vessel region, and a precise division unit that performs a precise division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis;
A detection unit that detects the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis,
The blood vessel shape constructing unit re-executes the fine division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion. - 請求項1記載の装置において、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と
を有するものであり、
前記構造解析は
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 1.
The blood vessel shape constructing unit
A coarse division unit that roughly divides a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural analysis of the roughly segmented blood vessel region, and a precise segmentation unit that performs precise segmentation of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
The structural analysis acquires the centerline of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, an orthogonal image is acquired at each point on the center line, the luminance value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel, and the blood vessel region-specific determination of inside / outside blood vessel is performed from the luminance value analysis,
The precision dividing unit divides a blood vessel region based on the result of the blood vessel inside / outside determination. - 請求項20記載の装置において、
前記輝度値分析による内外判定は、中心線直交画像での最大輝度値の半値を基準とするものである
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 20.
The inside / outside determination by the brightness value analysis is based on a half value of the maximum brightness value in the center line orthogonal image. - 請求項20記載の装置において、
前記血管形状構築部は、前記血管領域分割・抽出において再帰的に血管内外判定を行うことで血管領域分割・抽出の精度を高める
ことを特徴とする装置。 The apparatus of claim 20.
The blood vessel shape constructing unit improves the accuracy of blood vessel region segmentation / extraction by recursively determining whether the blood vessel region is segmented / extracted in the blood vessel region segmentation / extraction. - コンピュータにより実行されるコンピュータソフトウエアプログラムであって、以下の記憶媒体に格納される各命令:
コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断部と、
コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化部と、
コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築部と、
コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価部と、
コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力部と
を有することを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。 A computer software program executed by a computer, each instruction stored in the following storage medium:
An input availability determination unit that receives a medical image, determines an image attribute of the medical image and an appropriateness as a medical image, and determines whether the medical image can be processed based on them;
The computer corrects / corrects the medical image determined to be processable as the input image based on the determined image attribute and appropriateness, standardizes the image quality of the medical image, and performs the correction / correction An image standardization unit that outputs a correction degree indicating the degree;
A blood vessel shape constructing unit configured to construct a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image;
The computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and calculates the overall quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the appropriateness, and the correction degree. A blood vessel shape quality evaluation unit that outputs
A computer software program, comprising: a blood vessel shape data output unit that outputs blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation. - 請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断部は、コンピュータが、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。 24. A computer software program according to claim 23.
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image and imaging conditions.
The appropriateness as the medical image is information including the noise level of the medical image,
The computer is a computer software program characterized in that the input enable / disable determining unit is configured such that a computer executes the determination of input enable / disable by referring to a predetermined template for image attributes and appropriateness. - 請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記画像標準化部は、コンピュータが、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。 24. A computer software program according to claim 23.
The image standardization unit is a computer software in which a computer performs correction of image distortion derived from imaging and correction of shape distortion of a local blood vessel shape to standardize the image quality. program. - 請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出部と
を有するものであり、
この血管形状構築部は、コンピュータが、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。 24. A computer software program according to claim 23.
The blood vessel shape constructing unit
A coarse division unit that roughly divides a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural analysis of the roughly divided blood vessel region, and a precise division unit that performs a precise division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis;
A detection unit that detects the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis,
The blood vessel shape constructing unit is a computer software program in which a computer re-executes the precise division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion. - 請求項23記載のコンピュータソフトウエアプログラムにおいて、
前記血管形状構築部は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割部と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割部と
を有するものであり、
前記構造解析は、
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割部は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とするコンピュータソフトウエアプログラム。 24. A computer software program according to claim 23.
The blood vessel shape constructing unit
A coarse division unit that roughly divides a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural analysis of the roughly segmented blood vessel region, and a precise segmentation unit that performs precise segmentation of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
The structural analysis is
Get the centerline of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, an orthogonal image is acquired at each point on the center line, the luminance value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel, and the blood vessel site-specific determination of the inside and outside of the blood vessel is performed from the luminance value analysis.
The computer software program, wherein the precision dividing unit divides a blood vessel region based on a result of the blood vessel inside / outside determination. - コンピュータにより実行される方法であって、
コンピュータが、医用画像を受け取り、その医用画像の画像属性と医用画像としての適正度とを判別し、それらに基づいて入力画像として処理可能かの判断を行う入力可否判断工程と、
コンピュータが、前記入力画像として処理可能と判断された医用画像を、前記判別された画像属性及び適正度に基づいて修正・補正し、その医用画像の画像品質を標準化するとともに、前記修正・補正の度合いを示す補正度を出力する画像標準化工程と、
コンピュータが、前記標準化された医用画像に基づいて三次元血管形状の構築を行う血管形状構築工程と、
コンピュータが、前記構築された三次元血管形状の血管形状構築精度を判別すると共に、この血管形状構築精度、前記適正度、前記補正度に基づいて前記構築した三次元血管形状の総合品質評価を演算し出力する血管形状品質評価工程と、
コンピュータが、前記三次元血管形状を示す血管形状データを上記形状評価と共に出力する血管形状データ出力工程と
を有することを特徴とする方法。 A method performed by a computer,
A computer that receives a medical image, determines an image attribute of the medical image and a degree of appropriateness as a medical image, and determines whether or not it can be processed as an input image based on them;
The computer corrects / corrects the medical image determined to be processable as the input image based on the determined image attribute and appropriateness, standardizes the image quality of the medical image, and performs the correction / correction An image standardization step for outputting a correction degree indicating the degree;
A blood vessel shape constructing step in which a computer constructs a three-dimensional blood vessel shape based on the standardized medical image;
The computer determines the blood vessel shape construction accuracy of the constructed three-dimensional blood vessel shape, and calculates the overall quality evaluation of the constructed three-dimensional blood vessel shape based on the blood vessel shape construction accuracy, the appropriateness, and the correction degree. And outputting blood vessel shape quality evaluation process,
And a blood vessel shape data output step of outputting blood vessel shape data indicating the three-dimensional blood vessel shape together with the shape evaluation. - 請求項28記載の方法において、
前記医用画像の画像属性は、前記医用画像を撮像した撮像機器のメーカーおよびモダリティーならびに撮像条件の情報を含む情報であり、
前記医用画像としての適正度は、医用画像のノイズレベルを含む情報であり、
前記入力可否判断工程は、コンピュータが、上記入力可否の判断を、画像属性及び適正度を所定のテンプレートに参照することで実行するものである
ことを特徴とする方法。 30. The method of claim 28, wherein
The image attribute of the medical image is information including information on the manufacturer and modality of the imaging device that captured the medical image and imaging conditions.
The appropriateness as the medical image is information including the noise level of the medical image,
In the method of determining whether or not input is possible, the computer executes the determination of whether or not input is possible by referring to a predetermined template with respect to image attributes and appropriateness. - 請求項28記載の方法において、
前記画像標準化工程は、コンピュータが、撮像由来の画像ひずみの補正と、局所的な血管形状の形状歪みの補正を実行し、前記画像品質の標準化を行うものである
ことを特徴とする方法。 30. The method of claim 28, wherein
In the image standardization step, a computer executes correction of image distortion derived from imaging and correction of local distortion of a blood vessel shape, and standardizes the image quality. - 請求項28記載の方法において、
前記血管形状構築工程は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割工程と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割工程と、
前記構造解析の結果に基づいて特定の血管の癒着の有無を検出する検出工程と
を有するものであり、
この血管形状構築工程は、コンピュータが、前記癒着の有無の判断に基づいて前記血管の精密分割を再実行するものである
ことを特徴とする方法。 30. The method of claim 28, wherein
The blood vessel shape construction step includes
A coarse division step of roughly dividing a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A precision division step of performing structural analysis of the roughly divided blood vessel region and executing fine division of the blood vessel region based on the result of the structural analysis;
A detection step of detecting the presence or absence of adhesion of a specific blood vessel based on the result of the structural analysis,
In this blood vessel shape constructing step, the computer re-executes the fine division of the blood vessel based on the determination of the presence or absence of the adhesion. - 請求項28記載の方法において、
前記血管形状構築工程は、
前記医用画像を画像解析することで血管領域を粗分割する粗分割工程と、
粗分割された血管領域を構造解析し、当該構造解析の結果に基づいて血管領域の精密分割を実行する精密分割工程と
を有するものであり、
前記構造解析は、
血管の中心線を取得し、
血管の中心線を得たら、中心線上の各点で直交画像を取得し、各血管で直交画像の輝度値分析を行い
輝度値分析から血管部位特異的な血管内外判定を行うものであり、
前記精密分割工程は、前記血管内外判定の結果に基づいて血管領域を分割するものである
ことを特徴とする方法。 30. The method of claim 28, wherein
The blood vessel shape construction step includes
A coarse division step of roughly dividing a blood vessel region by image analysis of the medical image;
A structural analysis of the roughly segmented blood vessel region, and a precise segmentation step of performing a precise segmentation of the blood vessel region based on the result of the structural analysis,
The structural analysis is
Get the centerline of the blood vessel,
Once the center line of the blood vessel is obtained, an orthogonal image is acquired at each point on the center line, the luminance value analysis of the orthogonal image is performed on each blood vessel, and the blood vessel site-specific determination of the inside and outside of the blood vessel is performed from the luminance value analysis.
The precision segmentation step divides a blood vessel region based on the result of the inside / outside blood vessel determination.
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