医用图像处理装置制造方法
【专利摘要】医用图像处理装置具备：中心线分析处理部（15），从与心脏相关的与至少2心跳时相分别对应的至少2个图像的数据中提取至少2个冠状动脉中心线构造，为了产生涵盖心脏的1次心跳的与多个心跳时相分别对应的冠状动脉中心线构造，根据提取出的至少2个冠状动脉中心线构造插补其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造；位移分布计算部（19），根据涵盖1次心跳的多个冠状动脉中心线构造计算各心跳相位间的多个位移分布。
【专利说明】医用图像处理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明的实施方式涉及医用图像处理装置。
【背景技术】
[0002]如公知的那样，在缺血性心脏病中，由于冠状动脉的闭塞或狭窄等，向心肌的血流被阻碍，供给不足或者中断，从而在心脏中发生障碍。作为症状，主要在前胸部、有时在左腕或背部疼痛，产生压迫感。
[0003]FFR (Fractional Flow Reserve:血流储备分数)是用于判断是否由于冠状动脉狭窄而心肌成为缺血状态的指标。如图9所示，将压力导丝插入到被检体的血管中，测量作为狭窄部的上游压力的Pin和作为下游的压力的Pout。由FFR=Pout/Pin进行定义。
[0004]一般而言，大多数情况下，当FFR值比0.8低(重症)时需要外科治疗(导管手术:PCI)，当比0.8高时选择药物疗法。使用了压力导丝的FFR的测量是侵入性的，因此，希望非侵入性的测量/计算法。
[0005]因此，近年来，设计了使用了流体分析的基于仿真的测量法。
[0006]该仿真是三维仿真。作为基于仿真的测量的基本概念，将根据造影图像计算出的血管壁的硬度或血液流入量等物理参数作为输入，使用在CFD(Computational FluidDynamics:计算流体力学)中一般使用的纳维斯托克斯方程(Navier Stokes equations)计算(计算)压力，求FFR。
[0007]但是，在基于仿真的测量中，需要涵盖至少I次心跳的时间序列的体数据，因此，在摄像或数据分析中也会花费大量的工夫和时间。另外，在心脏的活动快的心跳相位中，冠状动脉有时还会模糊地描绘出，反而在数据中还可能会包含有误差。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2007-151881号公报
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1:Journal of Cardiovascular Computed Tomography-Min etal.-2011
【发明内容】
[0013]目的在于，当根据时间序列的体数据经过流体分析等来计算血流压时，削减分析处理等所需的时间，并且减少由于跳动导致的模糊为主要的原因的分析误差。
[0014]本实施方式所涉及的医用图像处理装置具备:中心线分析处理部，从与心脏相关的与至少2个心跳时相 分别对应的至少2个图像的数据中提取至少2个冠状动脉中心线构造，为了产生涵盖心脏的I次心跳的与多个心跳时相分别对应的冠状动脉中心线构造，根据提取出的至少2个冠状动脉中心线构造，插补其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造；位移分布计算部，根据涵盖I次心跳的多个冠状动脉中心线构造计算各心跳相位间的多个位移分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本实施方式所涉及的医用图像处理装置的结构的图。
[0016]图2是表示本实施方式所涉及的医用图像处理的步骤的图。
[0017]图3是表示图2的S2的2个心跳相位(ES，ED)的图。
[0018]图4是表示图2的S5、S4、S7的概念的图。
[0019]图5是表示图2的步骤的变形例的图。
[0020]图6是表示图5的S2的3个心跳相位(ES，ED，MD)的图。
[0021]图7是表示图2的步骤的变形例的图。
[0022]图8是表示图7的S14的心跳期与收集密度的关系的一个例子的图。
[0023]图9是FFR的说明补充图。
【具体实施方式】
[0024]本实施方式所涉及 的医用图像处理装置对与心脏相关的多个心跳时相的图像进行处理。从多个图像中提取多个冠状动脉中心线构造。通过根据提取出的多个冠状动脉中心线构造插补其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造，从而产生涵盖心脏的I次心跳的多个冠状动脉中心线构造。根据涵盖I次心跳的多个冠状动脉中心线构造计算各心跳相位间的位移分布。根据特定时相所涉及的图像生成冠状动脉模型。冠状动脉模型根据位移分布在每个心跳相位进行变形。
[0025]在图1中示出本实施方式所涉及的医用图像处理装置的结构。本实施方式所涉及的医用图像处理装置I经由LAN或公共电子通信线路等网络4连接到具备心电图仪3的CT装置2。CT装置2具备二维阵列检测器，实现体扫描。通过体扫描，产生三维的CT图像数据(以下，简单地称为体数据)。
[0026]医用图像处理装置I具有接口 11。医用图像处理装置I具有图像存储部13，该图像存储部13对在控制部12的控制下从CT装置2供给的、作为处理对象图像的与包含该被检体的心脏的胸部区域相关的与多个心跳时相分别对应的体数据进行存储。对各体数据关联有由心电图仪3测量到的数据收集时的心跳相位。另外，所谓心跳相位是指将I次心跳期间的各位置用百分率来表现的心跳相位。
[0027]冠状动脉分析处理部14从体数据中，使用根据造影剂CT值提取出的冠状动脉区域，提取冠状动脉的内壁的区域以及外壁的区域。三维模型生成部16根据由冠状动脉分析处理部14提取出的、与特定的心跳相位对应的内壁的区域以及外壁的区域，生成表示内壁线以及外壁线的立体的构造的三维冠状动脉模型。另外，特定的心跳相位典型地是跳动比较少的舒张末期(ED)。
[0028]中心线分析处理部15将从存储于图像存储部13中的与多个心跳时相分别对应的体数据中通过控制部12的读出控制而选择出的与2个特定的心跳相位分别对应的体数据作为对象，提取表示根据造影剂CT值提取出的冠状动脉区域的中心线的冠状动脉中心线构造(导丝模型)。另外，2个特定的心跳相位典型地是由跳动比较少的收缩末期(ES)和舒张末期(ED)构成。另外，中心线分析处理部15根据收缩末期(ES)的冠状动脉中心线构造和舒张末期(ED)的冠状动脉中心线构造，通过插补处理来生成其他的心跳相位的冠状动脉中心线构造。由此，生成涵盖I次心跳期间的与多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造。进而，中心线分析处理部15根据涵盖I次心跳期间的与多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造，针对各心跳相位间的中心线上的各点的每一个点计算位移，即，计算移动方向和移动距离，制作其位移分布。
[0029]四维模型生成部18按照位移分布对三维冠状动脉模型进行变形。通过在所有的心跳相位将变形处理连锁，从而生成涵盖I次心跳期间的与多个心跳相位分别对应的多个三维冠状动脉模型。将构成这样的时间序列的多个三维冠状动脉模型统称为四维冠状动脉变形模型。
[0030]流体分析处理部19根据四维冠状动脉变形模型针对冠状动脉上的各位置的每一个位置计算各心跳相位间的冠状动脉的变形量(直径变化、屈曲角度变化、移动距离等)，根据该变形量针对每个位置且每个心跳相位计算血管壁的硬度以及血液流入量。另外，流体分析处理部19通过对血管壁的硬度以及血液流入量的分布应用流体分析处理，从而针对冠状动脉上的各位置的每一个位置且每个心跳相位计算压力。由此能够生成与由压力导丝实际测量的压力分布近似的压力分布。
[0031]颜色图产生部20针对各心跳相位的每一个心跳相位，将压力分布通过规定的查找表转换成色调根据压力而不同的颜色图。各颜色图重叠于对应的心跳相位的三维冠状动脉模型并显示于显示部21。
[0032]在图2中示出基于本实施方式的医用图像处理的步骤。通过冠状动脉分析处理部14，从存储于存储部13的时间序列的体数据的各个中根据造影剂的CT值提取冠状动脉区域(造影剂区域)，从该 冠状动脉区域中提取冠状动脉的内壁以及外壁(SI)。通过控制部12的读出控制从各心跳相 位的内壁以及外壁中选择特定的心跳相位、典型地是跳动少的舒张末期的心跳相位的内壁以及外壁的数据(S3)，根据该舒张末期相位的内壁以及外壁的数据，通过三维模型生成部16生成表示与舒张末期相位对应的冠状动脉血管的立体构造的三维冠状动脉模型(参照图4左上)(S5)。
[0033]对于通过控制部12的读出控制而从存储于图像存储部13的与多个心跳时相分别对应的体数据中选择出的、典型地是如图3所示与跳动比较少的收缩末期(ES)和舒张末期(ED)的2个心跳相位分别对应的体数据，通过中心线分析处理部15提取表示根据造影剂CT值提取出的冠状动脉区域的中心线的冠状动脉中心线构造(参照图4右上)(S2)。根据收缩末期(ES)的冠状动脉中心线构造和舒张末期(ED)的冠状动脉中心线构造，由中心线分析处理部15通过插补处理生成与其之间的多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造(S4)。由此，生成涵盖I次心跳期间的与多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造。接着，根据涵盖I次心跳期间的与多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造，针对各心跳相位间的中心线上的各点的每一个点计算位移(移动方向、移动距离)(S6)。
[0034]按照各心跳相位的位移分布，通过四维模型生成部18，以舒张末期(ED)的三维冠状动脉模型为基准，从此连锁地变形(参照图4中央)，由此生成四维模型(S7)。
[0035]根据该四维冠状动脉变形模型，通过流体分析处理部19针对冠状动脉上的各位置的每一个位置计算各心跳相位间的冠状动脉的变形量(直径变化、屈曲角度变化、移动距离等)，根据该变形量针对每个位置且每个心跳相位计算血管壁的硬度以及血液流入量(SS)0通过对血管壁的硬度以及血液流入量的分布应用流体分析处理，从而通过流体分析处理部19针对冠状动脉上的每个心跳相位计算压力分布(S9)。
[0036]这些各心跳相位的压力分布通过颜色图产生部20使用规定的查找表转换成色调根据压力而不同的颜色图(S10)。各颜色图重叠于对应的心跳相位的三维冠状动脉模型并显示于显示部21 (Sll)0
[0037]如上所述，将为了分析冠状动脉的活动而重要且心脏不怎么活动的心跳相位的中心线构造作为基准，插补其他的心跳相位的中心线构造，根据这些中心线构造将心脏不怎么活动的特定相位的三维冠状动脉模型作为基准进行变形而制作涵盖I次心跳的多个心跳相位所涉及的多个三维冠状动脉模型，即，制作四维冠状动脉变形模型，从而削减摄像、数据分析所花费的时间，且能够通过间拔心脏的活动快的心跳相位来防止产生分析误差。 [0038]图5示出图2的变形例。在图5中对与图2的工序相同的工序附加相同的符号来省略说明。在工序S12中，对于通过控制部12的读出控制而从存储于图像存储部13的与多个心跳时相分别对应的体数据中选择出的、典型地是如图6所示那样与跳动比较少的收缩末期(ES)、舒张末期(ED)、和这2个心跳相位的中央相位(MD)分别对应的体数据，通过中心线分析处理部15提取冠状动脉中心线构造。
[0039]根据收缩末期(ES)的冠状动脉中心线构造和中央相位(MD)的冠状动脉中心线构造，通过插补处理生成与其之间的多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造，根据中央相位(MD)的冠状动脉中心线构造和舒张末期(ED)的冠状动脉中心线构造，通过插补处理生成与其之间的多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造(S4)。
[0040]通过根据3个心跳相位的中心线构造插补其他的心跳相位的中心线构造，从而提高其插补精度，由此，四维冠状动脉变形模型的精度、进而流体分析处理的精度也能够与2个心跳相位下的分析相比提高。
[0041]图7表不图2的其他的变形例。在图7中，对于与图2的工序相同的工序附加相同的符号来省略说明。在工序S14中，通过控制部12的读出控制而从存储于图像存储部13的与多个心跳时相分别对应的体数据中选择处理对象的体数据。作为处理对象而选择的体数据的时间密度不相等，即，相邻的体数据的时间间隔不是固定的。典型地，控制部12在心脏的活动快、模糊多、不能清晰地进行摄影的期间，以低密度选择体数据，即，将相邻的体数据的时间间隔设定得比较长。相反，在心脏的活动慢、模糊少、能够清晰地摄影的期间，以高密度选择体数据，即，将相邻的体数据的时间间隔设定得比较短。
[0042]另外，以不相等的密度选择体数据的情况能够变更为如下:在CT装置2中根据心跳相位使体数据的收集密度发生变动，将这样收集并存储的全部体数据作为处理对象来使用。
[0043]从以根据心脏的活动而密度发生变化的方式选择出的体数据中提取冠状动脉中心线构造(S15)，根据这些冠状动脉中心线构造通过插补处理生成与各个之间的I个或者多个心跳相位分别对应的多个冠状动脉中心线构造(S16)。
[0044]由此，与根据2个或者3个心跳相位的中心线构造插补其他的心跳相位的中心线构造的情况相比，能够进一步提高其插补精度以及减轻运动伪影的影响，由此，四维冠状动脉变形模型的精度、进而流体分析处理的精度也与2个心跳相位下的分析相比能够进一步提闻。[0045]虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定本发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种方式进行实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式和其变形与包含于发明的范围、要旨中一样，包含于权利要求书记载的发明及其均等的范围中 。
【权利要求】
1.一种医用图像处理装置，其特征在于，具备: 中心线提取部，从与心脏相关的与至少2个心跳时相分别对应的至少2个图像中，提取至少2个冠状动脉中心线构造； 插补处理部，为了产生涵盖上述心脏的I次心跳的与多个心跳时相分别对应的冠状动脉中心线构造，根据提取出的上述至少2个冠状动脉中心线构造插补其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造；以及 位移分布计算部，根据涵盖上述I次心跳的多个冠状动脉中心线构造计算各心跳相位间的多个位移分布。
2.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备: 冠状动脉基准模型生成部，根据上述至少2个图像 中的与特定的心跳时相对应的图像，生成冠状动脉基准模型；和 变形处理部，根据上述多个位移分布，对上述冠状动脉基准模型进行变形，产生涵盖上述I次心跳的多个冠状动脉模型。
3.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 根据从上述心脏的收缩末期相位的图像提取出的冠状动脉中心线构造、和从舒张末期相位的图像提取出的冠状动脉中心线构造，插补上述其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造。
4.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 根据从上述心脏的收缩末期相位的图像提取出的冠状动脉中心线构造、从舒张末期相位的图像提取出的冠状动脉中心线构造、以及从上述收缩末期和上述舒张末期的中间期的心跳相位的图像提取出的冠状动脉中心线构造，插补上述其他的心跳时相所涉及的冠状动脉中心线构造。
5.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 多个上述图像的相邻的图像之间的时间间隔不相等。
6.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述冠状动脉模型是根据舒张期的心跳相位所涉及的图像生成的。
7.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述图像是与包含上述心脏的部位相关的体数据。
8.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述医用图像处理装置还具备计算部，上述计算部根据变形后的上述冠状动脉模型的时间变化来计算涵盖上述心脏的I次心跳的与多个心跳时相分别对应的冠状动脉的血管壁的硬度和血液流入量。
9.根据权利要求8所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述医用图像处理装置还具备压力分布产生部，上述压力分布产生部根据计算出的上述血管壁的硬度和血液流入量产生与上述多个心跳时相分别对应的多个压力分布。
10.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述医用图像处理装置还具备显示部，上述显示部显示涵盖上述I次心跳的多个冠状动脉模型。
11.根据权利要求9所述的医用图像处理装置，其特征在于，上述医用图像处理装置还具备颜色图产生部，上述颜色图产生部根据上述多个压力分布，产生色调根据压力而不同的多个颜色图。
12.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于， 上述医用图像处理装置还具备显示部，上述显示部将上述颜色图重叠于上述冠状动脉模型而显示。
【文档编号】A61B6/03GK103957806SQ201380003274
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】石井秀明, 若井智司, 荒木田和正, 五十岚匠真, 藤泽恭子, 神长茂生, 广畑贤治, 大贺淳一郎 申请人:株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社