JP6017284B2 - 医用画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置に関する。

脳梗塞や心筋梗塞などの、いわゆる血栓症が原因の死亡者は、依然として多い。心筋梗塞の原因の１つとしてプラークの剥離がある。プラークとは、冠動脈の血管の内膜にコレステロール脂肪などの物質と血中にあるマクロファージとが沈着したものである。プラークが内圧などにより剥離すると、剥離した箇所に血栓ができ、血栓が血流に乗って流れ、冠動脈を閉塞することにより、心筋梗塞が発生する。したがって、心筋梗塞を予防するためには、剥離する可能性の高いプラークをカテーテル手術等により除去する必要がある。カテーテル手術が必要かの判断には、プレッシャーワイヤーを用いたＦＦＲ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｆｌｏｗ Ｒｅｓｅｒｖｅ：心筋部分血流予備量）の測定結果等が用いられる。しかし、ＦＦＲの測定はプレッシャーワイヤーを挿入する必要があるため、患者への負担が大きい。そのため、カテーテル手術が必要かの判断を、患者への負担が小さて済むような方法で出来ることが望まれている。

現在、患者への負担が小さくて済むように、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：コンピュータ断層撮影）装置により撮影されたＣＴ画像のＣＴ値に基づいて、プラーク性状を推定する技術がある。しかしながら、そのプラークが剥離する可能性の高い危険度の高いプラークかどうかを判定することは難しい。

危険度の高いプラークを推定できる医用画像診断装置を提供することにある。

本実施形態による医用画像診断装置は、造影剤により血管が強調されたＣＴ画像のデータを記憶する記憶部と、前記ＣＴ画像のデータに基づいて、血管内の複数のプラークの位置と前記プラークそれぞれの硬さとを推定する推定部と、前記ＣＴ画像から血管壁構造と芯線構造とを抽出する抽出部と、前記血管壁構造と前記芯線構造とにから定まる、拍動による前記血管壁にかかる応力値と前記硬さとに基づいて、前記複数のプラークから剥離可能性の高いプラークを特定する特定部と、を具備することを特徴とする。

図１は、本実施形態に係る医用画像診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る医用画像診断装置が備えるプラーク強調表示処理を説明するためのフローチャートである。 図３は、本実施形態に係る医用画像診断装置のプラーク強調表示機能により、表示部に表示される３次元の重畳画像の一例を示した図である。 図４は、本実施形態に係る医用画像診断装置のプラーク強調表示機能により、表示部に表示される２次元の重畳画像の一例を示した図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る医用画像診断装置１を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係る医用画像診断装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、医用画像診断装置１は、通信インターフェース部１１と、記憶部１２と、制御部１３と、入力部１４と、再構成部１５と、冠動脈解析部１６（抽出部１６）と、プラーク位置推定部１７と、カラーマップ変換部１８と、硬さ推定部１９と、プラークマップ発生部２０と、危険度評価部（特定部）２１と、アノテーション発生部２２と、表示部２３と、を有する。

本実施形態に係る医用画像診断装置１は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や公衆電子通信回線等のネットワークを介して、ＣＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置、ＰＡＣＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：医療画像情報システム）等の外部装置に接続される。

本医用画像診断装置１は、ネットワークを介して外部装置に接続するための通信インターフェース部１１を有する。通信インターフェース部１１は、例えば、外部装置等と有線ケーブル等で接続されるためのコネクタ部（図示せず）及び外部装置からの無線信号を受信するための無線信号受信部（図示せず）等を有する。本医用画像診断装置１は、後述の制御部１３の制御に従って、外部装置と通信インターフェース部１１を介したデータの送受を行う。

記憶部１２は、半導体記憶素子であるＦｌａｓｈ ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ）などの半導体記憶装置及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等である。記憶部１２は、制御部１３による制御に従って、外部装置から送信された本医用画像診断装置１で処理対象となる画像のデータを記憶する。処理対象の画像のデータとは、トレーサーにより冠動脈を造影して心拍動の１サイクルにわたり、連続的に繰り返し撮影された一連の画像のデータである。一連の画像のデータは典型的にはＣＴ装置により収集された心拍動の１サイクルを構成する時系列のＣＴボリュームデータである。

また、記憶部１２は、複数の硬さに対して、複数のＣＴ値を対応付けたＣＴ値対応表に関するデータを記憶する。

制御部１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリ回路等を有する。制御部１３は、入力部１４１７から入力された情報を受け取り、一時的にメモリ回路に入力情報を記憶する。制御部１３は、入力情報に基づいて本医用画像診断装置１の各部を制御する。また、制御部１３は、各部で発生又は受信したデータの記憶部１２への書き込み処理及び記憶部１２から各部へのデータの読み出し処理を一括して制御する。

入力部１４は、本医用画像診断装置１に対して、ユーザによる指示情報を受け付けるための、インターフェースとして機能する。入力部１４には、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル、及びボタン等の入力デバイスが適宜利用可能である。具体的には、入力部１４は、ユーザが所望する冠動脈の断面画像の入力を受け付ける。入力部１４は、所望する冠動脈を、例えば、後述の表示部２３に表示された冠動脈に関する３次元の形態画像上のユーザ操作に従って受け付ける。

再構成部１５は、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：コンピュータ断層撮影）ボリュームデータに基づいて、冠動脈に関する３次元又は２次元の形態画像を再構成する。以下、冠動脈に関する３次元及び２次元の形態画像を単に冠動脈に関する形態画像と呼ぶ。

冠動脈解析部１６は、心拍動の１サイクルを構成する時系列のＣＴボリュームデータに基づいて、冠動脈の各領域における応力値を計算する。そして、応力値分布図を発生する。冠動脈解析部１６の詳細説明は後述する。

プラーク位置推定部１７は、冠動脈に関する形態画像上のプラーク位置を推定する。プラーク位置の推定には、例えば、冠動脈の内径の大きさの変化が利用される。内径は冠動脈内の冠動脈の芯線に直交する長さで定義される。プラーク位置推定部１７は、冠動脈の複数の点における内径の大きさを計算する。そして、内径の大きさが急に狭くなる冠動脈の範囲を、プラークが存在する位置であると推定する。

カラーマップ変換部１８は、冠動脈解析部１６により発生された応力値分布図を、予め記憶部１２に記憶された応力値のＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）に基づいて、応力値カラーマップに変換する。

硬さ推定部１９は、プラーク位置推定部１７により推定されたプラークの位置のＣＴ値に基づいて、そのプラークの硬さを推定する。具体的には、硬さ推定部１９は、記憶部１２に記憶されているＣＴ値対応表を読み出す。そして、硬さ推定部１９は、ＣＴ値対応表を参照し、対象プラークのＣＴ値をＣＴ対応表における複数のＣＴ値と比較することで、硬さを推定することができる。

プラークマップ発生部２０は、冠動脈に関する形態画像上のプラークを表すマークに、プラークの硬さに応じて色情報を付加したプラークマップを発生する。色情報は、プラークの硬さに応じて、識別できればよく、例えば、色の種類及び色の濃淡等を含む。

危険度評価部２１は、プラークの硬さと応力値とに基づいて、プラークの危険度を評価する。具体的には、プラークの硬さと応力値とに基づいて、危険値を計算する。危険度評価部２１は、計算した危険値に応じて、そのプラークの危険度を評価する。例えば、危険度が３段階、「危険度なし」、「危険度小」、「危険度大」で表されている場合において、各段階に対して、各段階で評価される危険値の範囲が割り当てられている。そして、危険度評価部２１は、計算した危険値と、各段階に対して割り当てた危険値の範囲とに従って、危険度を評価する。

アノテーション発生部２２は、危険度の高いプラークを強調するためのアノテーションを発生する。アノテーションには、例えば、プラークの危険度評価結果に関するテキスト情報又はプラークの危険度評価結果に応じたグラフィック情報が含まれる。グラフィック情報とは、例えば、フラグ、円、矩形、及び星等のマークである。

表示部２３は、プラークマップに対して応力値カラーマップを重ねた重畳画像を表示する。また、表示部２３は、アノテーション発生部２２で発生されたアノテーションを表示する。なお、入力部１４を介したユーザ指示に従って、表示部２３は、プラークマップと応力値カラーマップと重畳画像との表示を切り替える。

（プラーク強調表示機能）
プラーク強調表示機能は、本実施形態に係る医用画像診断装置１の表示部２３が、プラークマップに応力値マップを重ねた重畳画像上に、危険度の高いプラークを強調して表示する機能である。以下、プラーク強調表示機能に従う処理（以下、プラーク強調表示処理と呼ぶ）について、図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態に係る医用画像診断装置１が備えるプラーク強調表示処理を説明するためのフローチャートである。まず、外部装置から、通信インターフェース部１１を介して、冠動脈の心拍動の１サイクルを構成する時系列のＣＴボリュームデータを受信する（ステップＳ１１）。受信したＣＴボリュームデータは記憶部１２に記憶される。

ボリュームデータに基づいて、冠動脈解析部１６により、冠動脈の血管芯線や血管内壁等の冠動脈の解剖学的構造に関する情報が抽出される（ステップＳ１２）。抽出された冠動脈の解剖学的構造と冠動脈を流れる血液などの持つ粘性値などの物理パラメータとに基づいて、冠動脈解析部１６により、冠動脈の各領域の応力値に関する構造流体解析が実行される（ステップＳ１３）。そして、冠動脈解析部１６により応力値分布図が発生する（ステップＳ１４）。カラーマップ変換部１８により、応力値分布図が応力値カラーマップに変換される（ステップＳ１５）。

ボリュームデータに基づいて、プラーク位置推定部１７により、冠動脈に関する形態画像上のプラーク位置が推定される（ステップＳ１６）。プラーク位置推定部１７により推定されたプラークの位置のＣＴ値に基づいて、硬さ推定部１９により、そのプラークの硬さが推定される（ステップＳ１７）。そして、プラークマップ発生部２０により、冠動脈に関する形態画像上のプラークに、硬さに応じて色情報を付加したプラークマップが発生される（ステップＳ１８）。

プラークの硬さと応力値とに基づいて、危険等評価部により、プラークの危険度が評価される（ステップＳ１９）。評価された結果、危険度の高いプラークが形態画像上にある場合において、アノテーション発生部２２は、危険度の高いプラークを強調するためのアノテーションを発生する（ステップＳ２０）。そして、表示部２３は、プラークマップに対して応力値カラーマップを重ねた重畳画像とアノテーションを表示する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２０にて、表示部２３に表示される重畳画像とアノテーションとの一例について図３と図４を参照して説明する。

図３は、本実施形態に係る医用画像診断装置１のプラーク強調表示機能により、表示部２３に表示される３次元の重畳画像の一例を示した図である。図３には、冠動脈に関する３次元のプラークマップ上に応力値カラーマップを重ねた重畳画像とカラーバーと複数のアノテーションとが表示されている。重畳画像とプラークマップと応力値からマップとは、入力部１４を介したユーザ指示に従って、適宜切り替え可能である。表示エリアに、これらの画像を切り替えるためのアイコンが表示されてもよい。カラーバーは、カラーマップ変換部１８により、応力値分布図を応力値カラーマップに変換するために用いられたＬＵＴである。図３に示すように、３つの血管領域がアノテーションにより強調されている。アノテーションには、プラーク性状（硬さ）と応力値とに関するテキスト情報が含まれている。これらの血管領域それぞれのプラークは、プラークの硬さと応力値との組み合わせが異なる。しかしながら、これらの血管領域それぞれにあるプラークは、危険度評価部２１により、危険度が高いと判定されていることを示している。危険度評価部２１による危険度の判定基準は、ユーザ指示に従って、適宜変更が可能である。

図４は、本実施形態に係る医用画像診断装置１のプラーク強調表示機能により、表示部２３に表示される２次元の重畳画像の一例を示した図である。図４には、冠動脈に関する２次元のプラークマップ上に応力値カラーマップを重ねた重畳画像とカラーバーとアノテーションとプラーク応表とが表示されている。応力値カラーマップは、血管壁にかかる応力値が分かればよく、例えば図４に示すように、応力値カラーマップを血管輪郭に沿って表示される。２次元の重畳画像は、図３で示した３次元の重畳画像に比べて、プラークの位置をより詳細に表すことができる。プラーク対応表は、プラークの硬さを示すものであり、例えば図４に示すように、プラークの硬さと対応する色が表示される。カラーバーは、カラーマップ変換部１８により、応力値分布図を応力値カラーマップに変換するために用いられたＬＵＴに基づいて表示され、カラーバーは応力値の大きさを色で表現するためのものである。

なお、図３と図４とで示した３次元重畳画像と２次元重畳画像とは、入力部１４を介したユーザ指示に従って、切り替えが可能である。また、図３や図４で示した、応力値カラーマップの表示方法、プラーク位置の表示方法、プラーク性状の表示方法、及びアノテーションの表示方法は、一例である。ユーザが、応力値カラーマップとプラークマップとを重ねた重畳画像の表示及び危険度の高いプラーク位置の表示が出来るのであれば、上述の表示方法に限定されない。

以上に述べたプラーク強調表示機能によれば、以下の効果を得ることができる。
プラーク強調表示機能を備える本実施形態に係る医用画像診断装置１によれば、例えば、ＣＴ装置等により収集された冠動脈の心拍動の１サイクルを構成する時系列のＣＴボリュームデータに基づいて、プラークマップと応力値カラーマップとを発生することができる。そして、プラークマップに対して、応力値カラーマップを重ねた重畳画像を表示することができる。そして、重畳画像上等で、危険度が高いプラークを強調して表示することができる。危険度は、プラークの硬さ及びプラークが位置する血管にかかる応力値等に基づいて、危険度評価部２１により、自動的に判定することができる。したがって、プラークの性状だけではなく、そのプラークにかかる応力値を考慮した上で、そのプラークの危険度を推定することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や趣旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものある。

１…医用画像診断装置、１１…通信インターフェース部、１２…記憶部、１３…制御部、１４…入力部、１５…再構成部、１６…冠動脈解析部（抽出部）、１７…プラーク位置推定部、１８…カラーマップ変換部、１９…硬さ推定部、２０…プラークマップ発生部、２１…危険度評価部（特定部）、２２…アノテーション発生部、２３…表示部

Claims (7)

1. 造影剤により血管が強調されたＣＴ画像のデータを記憶する記憶部と、
   前記ＣＴ画像のデータに基づいて、血管内の複数のプラークの位置と前記プラークそれぞれの硬さとを推定する推定部と、
   前記ＣＴ画像から血管壁構造と芯線構造とを抽出する抽出部と、
   前記血管壁構造と前記芯線構造とにから定まる、拍動による前記血管壁にかかる応力値と前記硬さとに基づいて、前記複数のプラークから剥離可能性の高いプラークを特定する特定部と、
   を具備することを特徴とする医用画像診断装置。
2. 前記記憶部は、複数のプラークの硬さに対して、それぞれＣＴ値を対応させたＣＴ値対応表のデータと造影剤により血管が強調されたＣＴ画像のデータとを記憶し、
   前記推定部は、前記ＣＴ値対応表に基づいて、前記複数のプラークの硬さを推定すること、
   を特徴とする請求項１記載の医用画像診断装置。
3. 前記複数のプラークにそれぞれ対応する複数のマークと前記応力値の分布図とを前記ＣＴ画像に重ねて表示する表示部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の医用画像診断装置。
4. 前記応力値の分布図は、応力値に応じたカラーマップであること、
   を特徴とする請求項３記載の医用画像診断装置。
5. 前記複数のマークは、それぞれ前記プラークの硬さを表すこと、
   を特徴とする請求項３記載の医用画像診断装置。
6. 前記表示部は、前記複数のマークのうち、前記剥離可能性の高いプラークに対応するマークを強調して表示すること、
   を特徴とする請求項３記載の医用画像診断装置。
7. 前記表示部は、前記複数のマークのうち、前記剥離可能性の高いプラークに対応するマークを、前記剥離可能性の高いプラークの硬さと前記剥離可能性の高いプラークが位置する血管壁にかかる応力値とに関するテキスト情報を含むアノテーションにより強調すること、
   を特徴とする請求項６記載の医用画像診断装置。

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