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WO2014084382A1 - 医用画像処理装置 - Google Patents

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WO2014084382A1
WO2014084382A1 PCT/JP2013/082278 JP2013082278W WO2014084382A1 WO 2014084382 A1 WO2014084382 A1 WO 2014084382A1 JP 2013082278 W JP2013082278 W JP 2013082278W WO 2014084382 A1 WO2014084382 A1 WO 2014084382A1
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WO
WIPO (PCT)
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responsible
stenosis
blood vessel
unit
region
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2013/082278
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
匠真 五十嵐
智司 若井
和正 荒木田
石井　秀明
藤澤　恭子
茂生 神長
廣畑　賢治
淳一郎 大賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Canon Medical Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Medical Systems Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to US14/726,158 priority Critical patent/US9811907B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US15/715,793 priority patent/US10748285B2/en
Priority to US16/929,392 priority patent/US11481901B2/en
Priority to US17/939,014 priority patent/US12437405B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30048—Heart; Cardiac
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    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular
    • G06T2207/30104—Vascular flow; Blood flow; Perfusion

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a medical image processing apparatus.
  • ischemic heart disease blood flow to the myocardium is inhibited due to occlusion or stenosis of the coronary arteries, and the blood supply is insufficient or interrupted, resulting in damage to the heart.
  • Symptoms include pain and pressure mainly in the front chest and sometimes in the left arm and back.
  • the treatment methods for patients with ischemic heart disease are roughly classified into three types: bypass surgery, PCI (catheter surgery), and drug therapy.
  • PCI is a treatment method for forcibly expanding a blood vessel by directly inserting a treatment device having a thin tubular structure into a blood vessel that is obstructed or stenotic.
  • Pharmacological therapy is a treatment that improves heart ischemia and prevents thrombus formation.
  • FFR Fractional Flow Reserve
  • Evaluation of the degree of progression of stenosis is generally performed by inserting a pressure wire directly into a blood vessel.
  • the pressure wire is inserted as shown in FIG. 23 and measures pressures P in and P out before and after the constriction.
  • FFR is defined by P out / P in , and if this value is lower than 0.8, the doctor selects PCI as the treatment method, and if this value is higher than 0.8, the doctor sets the drug therapy as the treatment method. select.
  • PCI the treatment method
  • FFR estimation method the measurement of the pressures P in and P out using a pressure wire is invasive, a non-invasive measurement method and an FFR estimation method are desired.
  • a simulation-based FFR estimation method using fluid analysis is devised.
  • the existing simulation is a simulation using a 3D image.
  • CFD Computer Fluid Dynamics
  • FFR is estimated (calculated) using the Naviestokes equation.
  • the causal relationship between the ischemic myocardium and the stenosis to be treated and the risk assessment have not been performed, that is, the FFR is appropriately reflected in the causal relationship and risk assessment between the ischemic myocardium and the stenosis to be treated.
  • the decision as to which stenosis should be treated with the highest priority largely depends on the doctor's empirical rules. For this reason, there is an inconvenience that a human error may occur such as unnecessary treatment or oversight.
  • the purpose is to provide a medical image processing apparatus that can reduce the possibility of human error.
  • the medical image processing apparatus extracts a plurality of coronary arteries depicted in data of images of a plurality of time phases related to the heart, and extracts at least one stenosis site depicted in each of the extracted coronary arteries.
  • a first extraction unit a calculation unit for calculating a pressure difference between the extracted coronary arteries based on the extracted tissue blood flow volumes of the plurality of coronary arteries, and a second unit for extracting the ischemic region depicted in the image
  • a responsible blood vessel of the ischemic region is identified by querying an extraction unit and a dominant map that associates the extracted ischemic region with each extracted coronary artery and the dominant region;
  • a display control unit for displaying on those having a.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a medical image processing system including a medical image processing apparatus according to a first embodiment. It is a schematic diagram which shows an example of the territory map memorize
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a medical image processing system including a medical image processing apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 illustrates a territory map stored in a territory map storage unit according to the first embodiment.
  • a medical image processing system 1 shown in FIG. 1 includes a medical image processing apparatus 10, a CT (Computed Tomography) apparatus 20, and a PACS (Picture Archiving and Communication System) 30, for example, a LAN (Local Area Network) or a public electronic communication line. It is the system connected so that communication was possible via the networks 40, such as. For this reason, the medical image processing apparatus 10 is provided with a communication interface 103 that enables communication with the CT apparatus 20 and the PACS 50.
  • the medical image processing apparatus 10 includes an image storage unit 101, a territory map storage unit 102, a communication interface 103, a control unit 104, a cardiac region extraction unit 105, a myocardial analysis unit 106, a coronary artery analysis unit 107, and a responsibility.
  • a blood vessel specifying unit 108, an FFR calculating unit 109, a responsible stenosis specifying unit 110, a marker generating unit 111, and a display unit 112 are provided.
  • functions of the respective units 101 to 112 constituting the medical image processing apparatus 10 will be described in detail.
  • the image storage unit 101 includes time-series three-dimensional contrast CT image data (hereinafter referred to as a plurality of time phases) related to a chest region including the heart of the subject as a processed image transmitted from the CT apparatus 20 or the PACS 50 under the control unit 104. , Simply a volume data).
  • the territory map storage unit 102 is a storage device that stores a territory map (hereinafter referred to as a control map) that defines a relationship between a coronary artery and a control region in which nutrition is supplied by each coronary artery.
  • a territory map hereinafter referred to as a control map
  • the heart region extraction unit 105 extracts a heart region from the volume data by a heart contour extraction process or the like.
  • the myocardial analyzer 106 extracts a myocardial region from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast agent concentration.
  • the myocardial analysis unit 106 generates myocardial perfusion analysis, that is, generates a time concentration curve for the contrast agent for each pixel or each region in the extracted myocardial region, and for each pixel or each region based on the time concentration curve. The amount of blood flow that moves during the period from the inflow of the contrast agent to the outflow is calculated.
  • a nonionic contrast agent can be injected into a patient, and organ perfusion information can be depicted from changes in CT values. Therefore, in CT perfusion analysis, for example, a temporal change of a CT image (volume data) composed of 512 ⁇ 512 pixels can be measured from a change in CT value in each pixel, and a blood flow rate or the like can be quantified. . In this way, one color map representing organ perfusion information (for example, blood flow) is generated from a plurality of time-phase CT images.
  • the myocardial analyzer 106 identifies an ischemic region by threshold processing from the calculated spatial distribution of blood flow.
  • the coronary artery analyzing unit 107 extracts a plurality of coronary arteries from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105, and further extracts at least one stenosis site from each extracted coronary artery. Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque characteristics of the coronary artery along the coronary artery blood vessel core line and the inner wall of the blood vessel, and extracts volume data related to the coronary artery. A stenosis site located on the inner wall of the coronary artery is extracted. Specific examples of the plaque properties include lipid amount, serum cholesterol concentration, hardness, calcification degree, fibrous coating (Thin-cap) thickness, and FFR value (in this embodiment, the FFR value is And the like are calculated by the FFR calculation unit 109).
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 inherently takes responsibility for supplying nutrients to the ischemic region by inquiring the control map stored in the territory map storage unit 102 for the ischemic region specified by the myocardial analysis unit 106. Identify the blood vessels you have (hereinafter referred to as responsible blood vessels).
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value corresponding to each stenosis site extracted by the coronary artery analysis unit 107 on a simulation basis. Specifically, first, the FFR calculation unit 109 performs, for each stenosis site extracted by the coronary artery analysis unit 107, at least one position downstream of each stenosis site based on the color map generated by the myocardial analysis unit 106. A tissue blood flow and a tissue blood flow are calculated at at least one position upstream of each stenosis site.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value at each position including at least the stenosis site by dividing the calculated tissue blood flow downstream of the stenosis site by the calculated tissue blood flow upstream of the stenosis site.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value by the calculation method as described above, but the FFR value calculation method is not limited to this, and corresponds to each stenosis site. If the calculated FFR value can be calculated, it can be appropriately applied as a method for calculating the FFR value used in the FFR calculation unit 109.
  • the responsible stenosis specifying unit 110 is a stenosis site (hereinafter referred to as responsible stenosis) located on the inner wall of the responsible blood vessel specified by the responsible blood vessel specifying unit 108 among the stenosis sites extracted by the coronary artery analyzing unit 107, that is, Among the stenosis candidates, a stenosis site whose FFR value is less than the threshold is specified as a responsible stenosis.
  • the marker generating unit 111 is extracted by the responsible blood vessel identified by the responsible blood vessel identifying unit 108, the responsible stenosis identified by the responsible stenosis identifying unit 110, the FFR value calculated by the FFR calculating unit 109, and the coronary artery analyzing unit 107. Marker data representing the candidate responsible stenosis is generated. These markers are displayed on the display unit 112 by being superimposed on a three-dimensional image generated by rendering or the like from volume data or a two-dimensional image generated by cross-section transformation (Multi-PlanarPlanReconstruction). Note that the image on which the marker generated from the marker generation unit 111 is superimposed is not limited to an image derived from the volume data obtained by the CT apparatus 20, and may be an image acquired from another modality such as an X-ray diagnostic apparatus. May be.
  • control unit 104 when receiving the input of time-series volume data over a plurality of time phases related to the chest region from the CT apparatus 20 or the PACS 50 via the communication interface 103, the control unit 104 receives the input volume data from the image storage unit. Write to 101 (step S1).
  • the heart region extraction unit 105 reads volume data of a specific time phase with relatively few pulsations under the control unit 104 from the image storage unit 101 as a processed image, and extracts a heart region from the volume data (step). S2).
  • the coronary artery analysis unit 107 executes a coronary artery analysis process for the heart region extracted by the heart region extraction unit 105 (steps S3 and S4). Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque characteristics of the coronary artery along the coronary vascular core line and the inner wall of the blood vessel, and extracts the stenosis portion located on the coronary artery and the inner wall of the coronary artery To do. Thereafter, as shown in FIGS. 4A and 4B, for example, the coronary artery analysis unit 107 superimposes the anatomical structure of the coronary artery on the heart morphological image to form a three-dimensional image g1 or a two-dimensional image g2.
  • the timing at which the images g1 and g2 shown in FIGS. 4A and 4B are displayed on the display unit 112 can be arbitrarily set by the operator, that is, they may be displayed during the processing. , It may be displayed together with the processing result.
  • the myocardial analysis unit 106 extracts a myocardial region from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast agent concentration (step S5).
  • the myocardial analyzer 106 executes CT perfusion analysis processing only for the extracted myocardium (steps S6, S7, S8). Specifically, the myocardial analyzer 106 generates a time concentration curve related to a contrast agent for each pixel or each local area in the extracted myocardial region based on time-series volume data. Thereafter, the myocardial analyzer 106 calculates the blood flow volume that moves during the period from the inflow of the contrast medium to the outflow for each pixel or each region based on these time density curves. Thereby, for example, as shown in FIG. 5, a color map g3 indicating the spatial distribution of the blood flow is generated. Then, the myocardial analysis unit 106 identifies a region less than the predetermined blood flow as an ischemic region based on the generated color map g3, that is, the calculated spatial distribution of blood flow.
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 refers to the control map stored in the territory map storage unit 102 for the ischemic region specified by the myocardial analysis unit 106, as shown in FIG. A responsible blood vessel is specified (step S9).
  • the FFR calculation unit 109 downstream of each stenosis site based on the color map g3 generated by the myocardial analysis unit 106. And the tissue blood flow upstream of each stenosis site are calculated. Then, the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value at each position including at least the stenosis site by dividing the calculated tissue blood flow downstream of the stenosis site by the calculated tissue blood flow upstream of the stenosis site ( Step S10).
  • the responsible stenosis specifying unit 110 specifies a stenosis site where the FFR value calculated by the FFR calculating unit 109 is less than the threshold value as the responsible stenosis (step S11).
  • the display unit 112 displays the responsible blood vessel, the responsible stenosis, and the marker representing the FFR value generated by the marker generating unit 111 as a three-dimensional image g4 or two-dimensional image derived from the volume data.
  • the image is superimposed and displayed on the image g5 (step S12).
  • the heart region extraction unit 105 the myocardial analysis unit 106, and the coronary artery analysis unit 107 that can extract the heart region, myocardial region, coronary artery, and stenosis from the volume data obtained by the CT apparatus 20, and the myocardial analysis.
  • Responsible blood vessel identifying unit 108 that identifies the responsible blood vessel based on the processing result by the unit 106
  • Responsible stenosis identifying unit that identifies the responsible stenosis based on the processing results by the coronary artery analyzing unit 107, the responsible blood vessel identifying unit 108, and the FFR calculating unit 109 110 and a display unit 112 that superimposes and displays a responsible blood vessel or responsible stenosis marker on a volume data-derived 3D image or 2D image, for example, as shown in FIG.
  • the correspondence with the community can be visually shown to the doctor, which reduces the possibility of human error. Rukoto can.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value on a simulation basis, that is, without using an invasive material such as a pressure wire, it is possible to reduce the burden on the patient during the examination.
  • FIGS. 6 and 7 are shown as examples of images displayed on the display unit 112.
  • the images displayed on the display unit 112 are not limited to these, and for example, FIGS. 8A and 8B.
  • Images g6 and g7 as shown in FIG. 8A and 8B show an example of images g6 and g7 in which priorities of treatments for stenotic sites are ranked based on the FFR values calculated by the FFR calculation unit 109, and the processing results are superimposed as markers.
  • the stenosis part (circle) which shows a stenosis part is large, so that a treatment priority is high.
  • FIG. 8A shows an example of an image g6 in which a bar graph indicating the analysis result of the plaque property by the coronary artery analysis unit 107 is superimposed as a marker in addition to the priority.
  • blood properties or the like may be further superimposed on the image g6 shown in FIG. 8A as a marker.
  • the priority of the treatment of the stenosis site is ranked over the plurality of responsible blood vessels, and then an image in which the processing results are superimposed as a marker can be displayed on the display unit 112.
  • the medical image processing apparatus 10 determines whether or not another arterial region protrudes from a part of a region to be supplied by a certain artery when the responsible blood vessel reference unit 108 makes a reference to the control map. If it is detected that another arterial region is overhanging, it can be suggested that there is a possibility of blood supply by the collateral blood vessel.
  • the reliability of the FFR value decreases when a collateral blood vessel exists, for example, as shown in FIG. 9, by displaying an image g8 suggesting the presence of a collateral blood vessel on the display unit 112, more human error The possibility of this can be reduced.
  • the diameter and length of the cross section of the responsible stenosis are measured from the two-dimensional image derived from the volume data. Based on this measurement result, an optimal catheter / stent size can be suggested. Specifically, for example, as shown in FIG. 10, by displaying an image g9 suggesting an optimal catheter / stent size on the display unit 112, the possibility of human error can be further reduced.
  • the thickness of the myocardium is measured from the volume data, and this measurement is performed. Based on the result, it is possible to add a setting such that the blood vessel corresponding to the dominant region of the myocardium that is necrotic is not identified as the responsible blood vessel.
  • a responsible blood vessel or responsible stenosis is selected from an input interface (not shown) such as a mouse, a keyboard, or a touch panel.
  • an input interface such as a mouse, a keyboard, or a touch panel.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a medical image processing system including a medical image processing apparatus according to the second embodiment.
  • a medical image processing system 1 shown in FIG. 11 includes a medical image processing apparatus 10, a CT (Computed Tomography) apparatus 20, an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus 30, a nuclear medicine diagnostic apparatus 40, and a PACS (Picture Archiving and Communication System) 50.
  • a medical image processing apparatus 10 is provided with a communication interface 103 that enables communication with the CT apparatus 20, the MRI apparatus 30, the nuclear medicine diagnosis apparatus 40, and the PACS 50.
  • the medical image processing apparatus 10 includes an image storage unit 101, a territory map storage unit 102, a communication interface 103, a control unit 104, a cardiac region extraction unit 105, a myocardial analysis unit 106, a coronary artery analysis unit 107, and a responsibility.
  • a blood vessel specifying unit 108, an FFR calculating unit 109, a marker generating unit 111, and a display unit 111 are provided. Only the configuration different from the medical image processing apparatus 1 shown in the first embodiment will be described below.
  • the image storage unit 101 stores time-series three-dimensional contrast CT image data over a plurality of time phases related to the chest region including the heart of the subject as a processed image transmitted from the CT apparatus 20 or the PACS 50 under the control unit 104. Storage device.
  • the territory map storage unit 102 is a storage device that stores a territory map that defines the relationship between the coronary arteries and the territory where nutrition is supplied by each coronary artery.
  • the heart region extraction unit 105 extracts a heart region from the volume data by a heart contour extraction process or the like.
  • the myocardial analyzer 106 extracts a myocardial region from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast agent concentration.
  • the myocardial analysis unit 106 also performs a necrotic myocardial region, i.e., myocardial infarction among the extracted myocardial regions by delayed contrast imaging (late gadolinium enhancement) by the MRI device 30, sugar metabolism measurement by the nuclear medicine diagnostic device 40, or the like.
  • the myocardial infarction region that contributes to is identified.
  • the myocardial analysis unit 106 calculates myocardial perfusion analysis, that is, the amount of blood flow that moves during the period from the inflow of the contrast medium to the outflow for each pixel or local area in the extracted myocardial region.
  • myocardial perfusion analysis for example, a temporal change of a CT image (volume data) composed of 512 ⁇ 512 pixels can be measured from a change in CT value in each pixel, and a blood flow rate or the like can be quantified. .
  • one color map representing organ perfusion information (for example, blood flow) is generated from a plurality of time-phase CT images.
  • the myocardial analysis unit 106 not only specifies the myocardial infarction region, but also can specify a blood flow reduction site, that is, an ischemic region by threshold processing from the spatial distribution of the calculated blood flow.
  • the coronary artery analyzing unit 107 extracts a plurality of coronary arteries from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105, and further extracts at least one stenosis site from each extracted coronary artery. Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque characteristics of the coronary artery along the coronary artery blood vessel core line and the inner wall of the blood vessel, and extracts volume data related to the coronary artery. A stenosis site located on the inner wall of the coronary artery is extracted.
  • the plaque properties include lipid amount, serum cholesterol concentration, hardness, calcification, and thickness of fibrous coating (Thin-cap).
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 inherently assumes the nutrition supply responsibility to the myocardial infarction region by inquiring the control map stored in the territory map storage unit 102 for the myocardial infarction region specified by the myocardial analysis unit 106.
  • a blood vessel (hereinafter referred to as an infarct responsible blood vessel) is specified.
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 performs the territory map storage unit 102 for the ischemic region specified by the myocardial analysis unit 106.
  • the blood vessel that is inherently responsible for supplying nutrients to the ischemic region (hereinafter, referred to as ischemic responsible blood vessel) is identified by querying the control map stored in FIG.
  • the FFR calculation unit 109 calculates FFR values related to a plurality of positions including at least a stenosis site on each coronary artery extracted by the coronary artery analysis unit 107 on a simulation basis. Specifically, the FFR calculation unit 109 first determines the tissue blood flow rate and the stenosis site in the coronary artery at at least one position downstream of the stenosis site in the coronary artery based on the color map generated by the myocardial analysis unit 106. Tissue blood flow rate is calculated at at least one position upstream of.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value at each position including at least the stenosis site by dividing the calculated tissue blood flow downstream of the stenosis site by the calculated tissue blood flow upstream of the stenosis site.
  • the FFR value corresponding to one stenosis site in the coronary artery is calculated, for example, when the FFR value of the entire coronary artery is calculated, the upstream of the stenosis site located most upstream in the coronary artery The tissue blood flow volume is fixed as a reference value, and the tissue blood flow volume at other multiple locations (provided that the FFR calculation unit 109 calculates the tissue blood flow volume at multiple locations within the coronary artery) is a variable.
  • the FFR calculation unit 109 can calculate the FFR values corresponding to the plurality of locations, that is, the FFR values of the entire coronary artery.
  • the marker generating unit 111 generates data of a marker (mark) representing the infarct responsible blood vessel (or ischemic responsible blood vessel) specified by the responsible blood vessel specifying unit 108 or the FFR value calculated by the FFR calculating unit 109. These markers are displayed on the display unit 111 by being superimposed on a three-dimensional image generated by rendering or the like from volume data or a two-dimensional image generated by cross-section transformation (Multi-PlanarPlanReconstruction). Note that the image on which the marker generated from the marker generation unit 111 is superimposed is not limited to an image derived from the volume data obtained by the CT apparatus 20, and may be an image acquired from another modality such as an X-ray diagnostic apparatus. May be.
  • time series volume data over a plurality of time phases related to the chest region from the CT apparatus 20 or the PACS 50 is stored in the image storage unit 101 in advance.
  • the heart region extraction unit 105 reads volume data of a specific time phase with relatively few pulsations under the control unit 104 from the image storage unit 101 as a processed image, and already extracts the heart region from the volume data. Suppose you are.
  • the coronary artery analysis unit 107 executes a coronary artery analysis process for the heart region extracted by the heart region extraction unit 105 (step S21). Specifically, the coronary artery analysis unit 107 analyzes the anatomical structure and plaque characteristics of the coronary artery along the coronary vascular core line and the inner wall of the blood vessel, and extracts the stenosis portion located on the coronary artery and the inner wall of the coronary artery To do.
  • the myocardial analyzer 106 extracts a myocardial region from the heart region extracted by the heart region extracting unit 105 by threshold processing using a CT value corresponding to the contrast agent concentration. After that, the myocardial analysis unit 106 performs the delayed contrast imaging by the MRI apparatus 30, the sugar metabolism measurement by the nuclear medicine diagnosis apparatus 40, and the like, and the myocardial infarction that contributes to the myocardial infarction. An area is specified (steps S22, S23, S24).
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 is extracted by the coronary artery analyzing unit 107 by referring to the dominant map stored in the territory map storage unit 102 for the myocardial infarction region specified by the myocardial analyzing unit 106.
  • An infarct responsible blood vessel is identified from each coronary artery (step S25).
  • the marker generating unit 111 generates marker data representing the infarct responsible blood vessel specified by the responsible blood vessel specifying unit 108 (step S26). Specifically, the marker generator 111 generates a marker m1 representing the contour of the infarct responsible blood vessel, for example, as shown in FIG.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value of the entire coronary artery for each coronary artery extracted by the coronary artery analysis unit 107 (step S27).
  • the marker generator 111 generates a marker representing the FFR value corresponding to each coronary artery calculated by the FFR calculator 109 (step S28). Specifically, for example, as shown in FIG. 14, the marker generating unit 111 generates a marker m2 representing a transition of the FFR value of each coronary artery.
  • the display unit 111 generates a marker m1 representing the infarct responsible blood vessel generated by the marker generating unit 111 and a marker m2 representing the transition of the FFR value of each coronary artery from the volume data 2
  • the two-dimensional image g1 is superimposed and displayed (step S29).
  • the image displayed by the display unit 111 is not limited to the two-dimensional image g1, but for example, as shown in FIG. 16, a marker is added to a three-dimensional image g2 derived from volume data or an image acquired from another modality. A superimposed image may be used.
  • the responsible blood vessel specifying unit 108 specifies the infarct responsible blood vessel.
  • the medical image processing apparatus 10 specifies the ischemic region by myocardial perfusion analysis by the CT apparatus 20 or the MRI apparatus 30, SPECT examination by the nuclear medicine diagnosis apparatus 40, and the like (steps S22 ′, S23 ′, S24 ′), specifying the ischemic responsible blood vessel from the specified ischemic region (step S25 ′), and generating a marker representing the specified ischemic responsible blood vessel (step S26 ′). It operates in the same way.
  • the heart region extraction unit 105, the myocardial analysis unit 106, and the coronary artery analysis that can extract the heart region, the myocardial region, the coronary artery, the stenosis site, and the myocardial infarction region from the volume data obtained by the CT apparatus 20.
  • Unit 107, responsible blood vessel specifying unit 108 for identifying the infarct responsible blood vessel based on the processing result by the myocardial analysis unit 106, the infarct responsible blood vessel, and a marker representing the FFR value calculated by the FFR calculating unit 109 are derived from the volume data.
  • the configuration including the display unit 111 that superimposes and displays the two-dimensional image or the three-dimensional image is provided to the doctor that the reliability of the FFR value of the portion where the marker representing the infarct responsible blood vessel is superimposed and displayed is low. be able to.
  • the FFR calculation unit 109 calculates the FFR value on a simulation basis, that is, without using an invasive material such as a pressure wire, it is possible to reduce the burden on the patient during the examination.
  • the medical image processing apparatus 10 shown in the second embodiment is added with a function of determining whether a stenosis site in a coronary artery is a treatment target stenosis or a non-treatment stenosis.
  • steps S21 to S28 are the same as those in the above-described second embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • the processes in steps S30 to S36 are mainly described below.
  • the coronary artery analysis unit 107 determines, for each stenosis site extracted in step S21, whether or not the stenosis site is a stenosis located in the infarct responsible blood vessel (step S30).
  • step S30 If the result of the determination in step S30 indicates that the stenosis is located in the infarct responsible blood vessel (Yes in step S30), the myocardial analysis unit 106 is within the myocardial infarction region identified in the process in step S24. It is determined whether or not there is a surviving myocardium (step S31). Specifically, the myocardial analyzer 106 determines whether or not the myocardial infarction region has reached half the thickness of the myocardium from delayed contrast imaging by the MRI apparatus 30 and the result of the determination has reached. If the result indicates that there is no living myocardium, if the result of the determination indicates no, it is considered that there is a living myocardium. If the result of the determination in step S31 indicates NO (No in step S31), the process proceeds to step S35 described later.
  • the marker generating unit 111 includes a marker indicating the infarct responsible blood vessel having the surviving myocardium and a marker indicating the treatment target stenosis. Is generated (step S32). Specifically, for example, as shown in FIG. 19, the marker generating unit 111 generates a marker m3 that represents the contour of the infarct responsible blood vessel having a living myocardium and a marker m4 that represents the treatment target stenosis.
  • the coronary artery analysis unit 107 determines that the stenosis site is included in the FFR value of each coronary artery calculated in the process of step S27. It is determined whether or not the corresponding FFR value is equal to or less than a threshold value (step S33).
  • step S34 the marker generating unit 111 generates a marker representing the treatment target stenosis (step S34). That is, the marker generator 111 generates a marker corresponding to the marker m4 shown in FIG.
  • step S35 the marker generating unit 111 generates a marker indicating treatment non-target stenosis. Specifically, for example, as shown in FIG. 19, the marker generating unit 111 generates a marker m5 representing non-target stenosis.
  • the display unit 111 displays a marker m1 representing the infarct responsible blood vessel generated by the marker generating unit 111, a marker m2 representing the transition of the FFR value of each coronary artery, a marker m3 representing the infarct responsible blood vessel having a living myocardium, and a treatment target stenosis. And a marker m5 representing non-target stenosis are superimposed and displayed on the three-dimensional image g3 derived from the volume data (step S36).
  • the image displayed by the display unit 111 is not limited to the three-dimensional image g3, but may be a two-dimensional image derived from volume data, or an image in which a marker is superimposed on an image acquired from another modality. .
  • the marker m3 is preferentially displayed.
  • myocardial analysis for determining whether or not there is a living myocardium in the myocardial infarction region, and whether the stenotic site in the coronary artery is a treatment target stenosis or a non-treatment stenosis 106 and coronary artery analysis unit 107, a marker representing an infarct responsible blood vessel having a surviving myocardium, a marker representing treatment target stenosis, and a marker representing treatment non-target stenosis in a three-dimensional image or two-dimensional image derived from volume data
  • the configuration including the display unit 111 that displays the images in a superimposed manner.
  • doctors can determine whether the reliability of the FFR value is low, whether there is a surviving myocardium, and whether the stenotic site is a stenosis suitable for treatment. Therefore, the possibility of human error can be reduced.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Medical image processing system, 10 ... Medical image processing apparatus, 20 ... CT apparatus, 30 ... PACS, 40 ... Network, 101 ... Image storage part, 102 ... Territory map storage part, 103 ... Communication interface, 104 ... Control part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 105 ... Heart region extraction part, 106 ... Myocardial analysis part, 107 ... Coronary artery analysis part, 108 ... responsible blood vessel specification part, 109 ... FFR calculation part, 110 ... responsible stenosis specification part, 111 ... Marker generation part, 112 ... Display part.

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Abstract

　ヒューマンエラーの可能性を低減し得る医用画像処理装置を提供すること。　心臓に関する複数時相の画像のデータに描出された複数の冠動脈を抽出し、当該抽出された各冠動脈に描出された少なくとも１つの狭窄部位を抽出する第１抽出ユニットと、前記抽出された複数の冠動脈の組織血流量に基づいて、前記抽出された各冠動脈の圧較差を計算する計算ユニットと、前記画像に描出された虚血領域を抽出する第２抽出ユニットと、前記抽出された虚血領域を前記抽出された各冠動脈と支配域とを関係付ける支配マップに照会することにより当該虚血領域の責任血管を特定し、前記特定された責任血管内の狭窄部位に対応した前記圧較差に基づいて責任狭窄を特定する特定ユニットと、前記特定された責任狭窄が描出された画像を、当該責任狭窄を示す情報と共に表示ユニットに表示させる表示制御ユニットと、を具備する医用画像処理装置である。

Description

医用画像処理装置
　本発明の実施形態は、医用画像処理装置に関する。
　一般に、虚血性心疾患では、冠動脈の閉塞や狭窄等により、心筋への血流が阻害され、血液の供給が不足もしくは途絶えることにより、心臓に障害が生じる。症状としては、主に前胸部、時に左腕や背中に痛みや圧迫感を感じる。虚血性心疾患の患者に対しての治療法は、大きく分けると、バイパス手術、ＰＣＩ（カテーテル手術）、薬物療法の３つに分類される。
　バイパス手術は、図２０に示すように、狭くなっていたり閉塞していたりする血管に対して他の血管を繋げることにより、その血管を介して虚血となっている部位により多くの血液が流れるようにしてやる治療法である。
　ＰＣＩは、図２１，図２２に示すように、細い管状構造の治療器具を閉塞や狭窄を起こしている血管に直接挿入して強制的に血管を広げる治療法である。
　薬物療法は、心臓の虚血を改善したり、血栓ができるのを予防したりする治療法である。
　医師がこれら３つの治療法のうちのどの治療法を選択するかの指標として、ＦＦＲ（Fractional Flow Reserve）がある。
　狭窄の進行度の評価は、一般的に、プレッシャーワイヤーを直接血管に挿入して行う。プレッシャーワイヤーは、図２３に示すように挿入され、狭窄部の前後の圧力Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔを計測する。
　ここで、ＦＦＲはＰｏｕｔ／Ｐｉｎで定義され、この値が０．８より低いと医師はＰＣＩを治療法として選択し、この値が０．８より高いと医師は薬物療法を治療法として選択する。しかしながら、プレッシャーワイヤーを用いた圧力Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔの計測は侵襲的であるため、非侵襲的な計測法及びＦＦＲの推定法が望まれている。
　そこで、近年、流体解析を用いたシミュレーションベースのＦＦＲの推定法が考案されている。既存のシミュレーションは３Ｄ画像を用いてのシミュレーションである。このようなシミュレーションベースのＦＦＲの推定法の基本概念としては、モダリティから取得される血管の形状と、血液等のもつ粘性値等の物理パラメータとをインプットとして、例えばＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）で用いられるナビエストークスの式を用いてＦＦＲを推定（計算）する。
　このような３Ｄシミュレーションでの問題点は多大な計算時間を要することである。そのため、ＦＦＲを用いて治療法を選択するまでにも時間を要し、一刻を争うときには不向きであるという不都合が生じる。そこで、改善策として、３Ｄ画像を用いてのシミュレーションを２Ｄ近似することで、シミュレーションに要する時間を大幅に削減する手法がある。
　これによりＦＦＲをシミュレーションベースで素早く計算することが可能となり、医師はＦＦＲをより有効的な指標として用いることができる。
WO10/098444 特開２００７－１５１８８１号公報
Journal of Cardiovascular Computed Tomography-Min et al.-2011
　しかしながら、現在、虚血心筋と治療すべき狭窄部との因果関係やリスク評価を行えていない、つまり、虚血心筋と治療すべき狭窄部との因果関係やリスク評価にＦＦＲを適切に反映させることができておらず、どの狭窄部を最優先に治療すべきか等の判断は医師の経験則に依る所が大きい。このため、不要な治療や見落とし等、ヒューマンエラーが発生する恐れがあるという不都合がある。
　また、例えば心筋梗塞に寄与する冠動脈では血流量及び圧力が低下するため、上記したＦＦＲは見かけ上高くなる。このため、心筋梗塞といった重大な症状を引き起こしているにも関わらず、ＦＦＲが見かけ上高い。この様な場合においても、症状の見落としや治療法の選択ミス等、ヒューマンエラーが発生する恐れがあるという不都合がある。
　目的は、ヒューマンエラーの可能性を低減し得る医用画像処理装置を提供することである。
　本実施形態に係る医用画像処理装置は、心臓に関する複数時相の画像のデータに描出された複数の冠動脈を抽出し、当該抽出された各冠動脈に描出された少なくとも１つの狭窄部位を抽出する第１抽出ユニットと、前記抽出された複数の冠動脈の組織血流量に基づいて、前記抽出された各冠動脈の圧較差を計算する計算ユニットと、前記画像に描出された虚血領域を抽出する第２抽出ユニットと、前記抽出された虚血領域を前記抽出された各冠動脈と支配域とを関係付ける支配マップに照会することにより当該虚血領域の責任血管を特定し、前記特定された責任血管内の狭窄部位に対応した前記圧較差に基づいて責任狭窄を特定する特定ユニットと、前記特定された責任狭窄が描出された画像を、当該責任狭窄を示す情報と共に表示ユニットに表示させる表示制御ユニットと、を具備するものである。
第１の実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの構成例を示す模式図である。 第１の実施形態に係るテリトリーマップ記憶部に記憶されるテリトリーマップの一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る医用画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る冠動脈解析部による解析結果の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る心筋解析部による解析結果の一例を示す模式図である。 同実施形態に係る表示部により表示される責任血管の３次元画像の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る表示部により表示される責任血管の２次元画像の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る表示部により表示される責任血管の２次元画像であって、治療の優先度を示唆する２次元画像の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る表示部により表示される責任血管の２次元画像であって、治療の優先度を示唆する２次元画像の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る表示部により表示される責任血管の２次元画像であって、側副血管の存在を示唆する２次元画像の一例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る表示部により表示される責任血管の２次元画像であって、カテーテル・ステントのサイズを示唆する２次元画像の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像システムの構成例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るマーカ発生部により発生させる梗塞責任血管の輪郭を表すマーカの一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係るマーカ発生部により発生させるＦＦＲ値の遷移を表すマーカの一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る表示部により表示される梗塞責任血管の２次元画像の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る表示部により表示される梗塞責任血管の３次元画像の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る医用画像処理装置の別の動作の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る医用画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る表示部により表示される梗塞責任血管の３次元画像の一例を示す模式図である。 バイパス手術の原理を説明するための模式図である。 血管狭窄に対するカテーテル手術の原理を説明するための模式図である。 バルーンカテーテル手術の原理を説明するための模式図である。 冠動脈へのプレッシャーワイヤーの挿入法を説明するための模式図である。
　［第１の実施形態］
　図１は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの構成例を示す模式図であり、図２は同実施形態に係るテリトリーマップ記憶部に記憶されるテリトリーマップの一例を示す模式図である。図１に示す医用画像処理システム１は、医用画像処理装置１０と、ＣＴ（Computed Tomography）装置２０及びＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）３０とが、例えばＬＡＮ（Local Area Network）や公衆電子通信回線等のネットワーク４０を介して通信可能に接続されたシステムである。このため、医用画像処理装置１０には、ＣＴ装置２０及びＰＡＣＳ５０との通信を可能にする通信インターフェース１０３が設けられている。
　医用画像処理装置１０は、図１に示すように、画像記憶部１０１、テリトリーマップ記憶部１０２、通信インターフェース１０３、制御部１０４、心臓領域抽出部１０５、心筋解析部１０６、冠動脈解析部１０７、責任血管特定部１０８、ＦＦＲ計算部１０９、責任狭窄特定部１１０、マーカ発生部１１１及び表示部１１２を備えている。以下に、医用画像処理装置１０を構成する各部１０１乃至１１２の機能について詳細に説明する。
　画像記憶部１０１は、制御部１０４の下でＣＴ装置２０又はＰＡＣＳ５０から送信された処理画像としての当該被検体の心臓を含む胸部領域に関する複数時相にわたる時系列の３次元造影ＣＴ画像データ（以下、単にボリュームデータと表記）を記憶する記憶装置である。
　テリトリーマップ記憶部１０２は、図２に示すように、冠動脈と各冠動脈により栄養供給がなされる支配域との関係を定義するテリトリーマップ（以下、支配マップと表記）を記憶する記憶装置である。
　心臓領域抽出部１０５は、ボリュームデータから心輪郭抽出処理等により心臓領域を抽出する。
　心筋解析部１０６は、造影剤濃度に対応するＣＴ値による閾値処理等により、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から心筋領域を抽出する。また、心筋解析部１０６は、心筋パフュージョン解析、つまり、抽出した心筋領域内の画素毎又は局所毎に造影剤に関する時間濃度曲線を生成し、その時間濃度曲線に基づいて画素毎又は局所毎に造影剤が流入してから流出するまでの期間に移動する血流の量を算出する。
　例えば、ＣＴ装置を用いた撮影では非イオン性造影剤を患者へ注入し、ＣＴ値の変化から臓器の灌流情報を描出することができる。このため、ＣＴパフュージョン解析では、例えば、５１２×５１２ピクセルで構成されたＣＴ画像（ボリュームデータ）の経時変化を各画素におけるＣＴ値の変化から測定し、血流量等を数値化することができる。このようにして、複数時相のＣＴ画像から臓器の灌流情報（例えば、血流量）を表す１枚のカラーマップが生成される。
　更に、心筋解析部１０６は、算出した血流量の空間分布から閾値処理により虚血領域を特定する。
　冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から複数の冠動脈を抽出し、更に、当該抽出した各冠動脈から少なくとも１つの狭窄部位を抽出する。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って、冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状の分析を行い、冠動脈に関するボリュームデータを抽出する、つまり、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位を抽出する。なお、プラーク性状の具体例としては、脂質量、血清コレステロール濃度、硬さ、石灰化度、繊維性被膜（Thin-cap）の厚さ、及びＦＦＲ値（但し、本実施形態では、ＦＦＲ値はＦＦＲ計算部１０９により算出されるものとする）等が挙げられる。
　責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により特定された虚血領域に対して、テリトリーマップ記憶部１０２に記憶された支配マップを照会することにより、虚血領域へ本来的に栄養供給責任を有している血管（以下、責任血管と表記）を特定する。
　ＦＦＲ計算部１０９は、冠動脈解析部１０７により抽出された各狭窄部位に対応するＦＦＲの値をシミュレーションベースで計算する。具体的には、まずＦＦＲ計算部１０９は、冠動脈解析部１０７により抽出された狭窄部位毎に、心筋解析部１０６により生成されたカラーマップに基づいて、各狭窄部位の下流の少なくとも一つの位置において組織血流量と、各狭窄部位の上流の少なくとも一つの位置において組織血流量とを算出する。そして、ＦＦＲ計算部１０９は、算出した狭窄部位の下流の組織血流量を、算出した狭窄部位の上流の組織血流量で除算することで、少なくとも狭窄部位を含む各位置におけるＦＦＲ値を算出する。なお、本実施形態では、ＦＦＲ計算部１０９は、上記のような計算手法によりＦＦＲ値を算出するものとしたが、ＦＦＲ値の計算手法はこれに限定されるものでなく、各狭窄部位に対応したＦＦＲ値を算出可能であれば、ＦＦＲ計算部１０９で用いるＦＦＲ値の計算手法として適宜適用可能である。
　責任狭窄特定部１１０は、冠動脈解析部１０７により抽出された狭窄部位のうち、責任血管特定部１０８により特定された責任血管の内壁に位置する狭窄部位（以下、責任狭窄と表記）、つまり、責任狭窄候補の中からＦＦＲ値が閾値未満である狭窄部位を責任狭窄として特定する。
　マーカ発生部１１１は、責任血管特定部１０８により特定された責任血管や、責任狭窄特定部１１０により特定された責任狭窄、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲ値、ならびに冠動脈解析部１０７により抽出された責任狭窄候補等を表すマーカのデータを発生する。これらマーカは、ボリュームデータからレンダリング等により生成された３次元画像や、断面変換（Multi-Planar Reconstruction）により生成された２次元画像に重畳させて、表示部１１２に表示される。なお、マーカ発生部１１１から発生したマーカを重畳させる画像としては、ＣＴ装置２０によるボリュームデータに由来する画像には限定されず、例えばＸ線診断装置等、他のモダリティから取得される画像であってもよい。
　ここで、本実施形態に係る医用画像処理装置１０の動作の一例について、図２，図４乃至図７の模式図と、図３に示すフローチャートとを参照しながら説明する。
　始めに、制御部１０４は、通信インターフェース１０３を介して、ＣＴ装置２０又はＰＡＣＳ５０から胸部領域に関する複数時相にわたる時系列のボリュームデータの入力を受け付けると、当該入力を受け付けたボリュームデータを画像記憶部１０１に書込む（ステップＳ１）。
　続いて、心臓領域抽出部１０５は、制御部１０４の下で拍動が比較的少ない特定時相のボリュームデータを処理画像として画像記憶部１０１から読出し、当該ボリュームデータから心臓領域を抽出する（ステップＳ２）。
　次に、冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域を対象にして冠動脈解析処理を実行する（ステップＳ３，Ｓ４）。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って、冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状の分析を行い、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位を抽出する。その後、冠動脈解析部１０７は、例えば、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、冠動脈の解剖学的構造を心臓形態画像に重畳させて３次元画像ｇ１又は２次元画像ｇ２として表示部１１２に表示させる。なお、図４（ａ），図４（ｂ）に示す画像ｇ１，ｇ２を表示部１１２に表示させるタイミングは、操作者が任意に設定可能である、つまり、処理途中に表示させてもよいし、処理結果と共に表示させてもよい。
　続いて、心筋解析部１０６は、造影剤濃度に対応するＣＴ値による閾値処理により、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から心筋領域を抽出する（ステップＳ５）。
　次に、心筋解析部１０６は、抽出した心筋に限定してＣＴパフュージョン解析処理を実行する（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８）。具体的には、心筋解析部１０６は、時系列のボリュームデータに基づいて、抽出した心筋領域内の画素毎又は局所毎に造影剤に関する時間濃度曲線を生成する。その後、心筋解析部１０６は、それら時間濃度曲線に基づいて画素毎又は局所毎に造影剤が流入してから流出するまでの期間に移動する血流量を算出する。これにより、例えば図５に示すように、血流量の空間分布を示すカラーマップｇ３が生成される。そして、心筋解析部１０６は、生成したカラーマップｇ３、つまり、算出した血流量の空間分布に基づいて、所定の血流量未満の領域を虚血領域として特定する。
　続いて、責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により特定された虚血領域に対して、図２に示すように、テリトリーマップ記憶部１０２に記憶されている支配マップを照会することにより、責任血管を特定する（ステップＳ９）。
　次に、ＦＦＲ計算部１０９は、責任血管特定部１０８により特定された責任血管の内壁に位置する狭窄部位毎に、心筋解析部１０６により生成されたカラーマップｇ３に基づいて、各狭窄部位の下流の組織血流量と、各狭窄部位の上流の組織血流量とを算出する。そして、ＦＦＲ計算部１０９は、算出した狭窄部位の下流の組織血流量を、算出した狭窄部位の上流の組織血流量で除算することで、少なくとも狭窄部位を含む各位置におけるＦＦＲ値を算出する（ステップＳ１０）。
　続いて、責任狭窄特定部１１０は、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲ値が閾値未満である狭窄部位を責任狭窄として特定する（ステップＳ１１）。
　しかる後、表示部１１２は、例えば図６，７に示すように、マーカ発生部１１１により発生した責任血管、責任狭窄、ならびにＦＦＲ値を表すマーカをボリュームデータに由来した３次元画像ｇ４又は２次元画像ｇ５に重畳させて表示する（ステップＳ１２）。
　以上説明した一実施形態によれば、ＣＴ装置２０によるボリュームデータから心臓領域、心筋領域、冠動脈及び狭窄部位を抽出可能な心臓領域抽出部１０５、心筋解析部１０６及び冠動脈解析部１０７と、心筋解析部１０６による処理結果に基づいて責任血管を特定する責任血管特定部１０８と、冠動脈解析部１０７、責任血管特定部１０８及びＦＦＲ計算部１０９による処理結果に基づいて責任狭窄を特定する責任狭窄特定部１１０と、責任血管や責任狭窄に関するマーカをボリュームデータに由来した３次元画像又は２次元画像に重畳表示させる表示部１１２とを備えた構成により、例えば、図６に示すように、責任狭窄と支配域との対応関係を医師に対して視覚的に示すことができる、ひいては、ヒューマンエラーの可能性を低減させることができる。
　また、本実施形態では、ＦＦＲ計算部１０９がシミュレーションベースでＦＦＲ値を算出する、つまり、プレッシャーワイヤー等、侵襲性をもつものを用いないため、検査時に患者にかかる負担を低減させることができる。
　なお、本実施形態では、表示部１１２が表示する画像の一例として図６，７を示したが、表示部１１２が表示する画像はこれらに限定されるものでなく、例えば、図８Ａ，図８Ｂに示すような画像ｇ６，ｇ７が表示されるとしてもよい。図８Ａ，図８Ｂは、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲ値に基づいて、狭窄部位の治療の優先度を順位付し、この処理結果をマーカとして重畳した画像ｇ６，ｇ７の一例を示す。ここでは、治療の優先度が高い狭窄部位ほど狭窄部位を示すマーカ（丸印）が大きくなっている。また、図８Ａでは、優先度の他に、冠動脈解析部１０７によるプラーク性状の分析結果を示す棒グラフをマーカとして重畳した画像ｇ６の一例を示す。なお、図８Ａに示す画像ｇ６には、プラーク性状の分析結果の他に、血液の性質等をマーカとして更に重畳させてもよい。また、責任血管が複数存在する場合、複数の責任血管にわたって狭窄部位の治療の優先度を順位付した後に、この処理結果をマーカとして重畳した画像を表示部１１２に表示させることもできる。
　また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、責任血管特定部１０８による支配マップ照会時に、ある動脈が供給すべき領域の一部に対して別の動脈の領域が張り出しているか否かを検出し、別の動脈の領域が張り出していることが検出された場合に、側副血管による血液供給の可能性があることを示唆することもできる。一般に、側副血管が存在するとＦＦＲ値の信頼性は低下するため、例えば、図９に示すように、側副血管の存在を示唆する画像ｇ８を表示部１１２に表示させることで、よりヒューマンエラーの可能性を低減させることができる。
　更に、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、責任狭窄特定部１１０により責任狭窄を特定した後に、ボリュームデータに由来する２次元画像から責任狭窄の断面の径や長さを測定し、この測定結果に基づいて最適なカテーテル・ステントのサイズを示唆することもできる。具体的には、例えば、図１０に示すように、最適なカテーテル・ステントのサイズを示唆する画像ｇ９を表示部１１２に表示させることで、よりヒューマンエラーの可能性を低減させることができる。
　また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、心筋解析部１０６により虚血領域が複数個所存在する旨が示された場合に、ボリュームデータから心筋の厚み等を測定し、この測定結果に基づいて壊死している心筋の支配領域に対応する血管は責任血管として特定しないといった設定を付加することも可能である。
　更に、本実施形態に係る医用画像処理装置１０によれば、表示部１１２により所望の３次元画像を表示したときに、マウスやキーボード、タッチパネル等の図示しない入力インターフェースから責任血管や責任狭窄を選択する旨の入力を受け付けると、当該選択された責任血管や責任狭窄が観察しやすい角度に３次元画像を自動で回転させることも可能である。
　［第２の実施形態］
　図１１は第２の実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの構成例を示す模式図である。図１１に示す医用画像処理システム１は、医用画像処理装置１０と、ＣＴ（Computed Tomography）装置２０、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置３０、核医学診断装置４０及びＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）５０とが、例えばＬＡＮ（Local Area Network）や公衆電子通信回線等のネットワーク６０を介して通信可能に接続されたシステムである。このため、医用画像処理装置１０には、ＣＴ装置２０、ＭＲＩ装置３０、核医学診断装置４０及びＰＡＣＳ５０との通信を可能にする通信インターフェース１０３が設けられている。
　医用画像処理装置１０は、図１１に示すように、画像記憶部１０１、テリトリーマップ記憶部１０２、通信インターフェース１０３、制御部１０４、心臓領域抽出部１０５、心筋解析部１０６、冠動脈解析部１０７、責任血管特定部１０８、ＦＦＲ計算部１０９、マーカ発生部１１１及び表示部１１１を備えている。第１の実施形態で示した医用画像処理装置１と異なる構成についてのみ、以下説明する。
　画像記憶部１０１は、制御部１０４の下でＣＴ装置２０又はＰＡＣＳ５０から送信された処理画像としての当該被検体の心臓を含む胸部領域に関する複数時相にわたる時系列の３次元造影ＣＴ画像データを記憶する記憶装置である。
　テリトリーマップ記憶部１０２は、図２に示すように、冠動脈と各冠動脈により栄養供給がなされる支配域との関係を定義するテリトリーマップを記憶する記憶装置である。
　心臓領域抽出部１０５は、ボリュームデータから心輪郭抽出処理等により心臓領域を抽出する。
　心筋解析部１０６は、造影剤濃度に対応するＣＴ値による閾値処理等により、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から心筋領域を抽出する。また、心筋解析部１０６は、ＭＲＩ装置３０による遅延造影（late gadolinium enhancement）や、核医学診断装置４０による糖代謝測定等により、抽出した心筋領域のうち壊死している心筋領域、つまり、心筋梗塞に寄与する心筋梗塞領域を特定する。
　更に、心筋解析部１０６は、心筋パフュージョン解析、つまり、抽出した心筋領域内の画素毎又は局所毎に造影剤が流入してから流出するまでの期間に移動する血流の量を算出する。例えば、ＣＴ装置２０を用いた撮影では非イオン性造影剤を患者へ注入し、ＣＴ値の変化から臓器の灌流情報を描出することができる。このため、ＣＴパフュージョン解析では、例えば、５１２×５１２ピクセルで構成されたＣＴ画像（ボリュームデータ）の経時変化を各画素におけるＣＴ値の変化から測定し、血流量等を数値化することができる。このようにして、複数時相のＣＴ画像から臓器の灌流情報（例えば、血流量）を表す１枚のカラーマップが生成される。
　即ち、心筋解析部１０６は心筋梗塞領域を特定するだけでなく、例えば、算出した血流量の空間分布から閾値処理により血流低下部位、つまり、虚血領域を特定することもできる。
　冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から複数の冠動脈を抽出し、更に、当該抽出した各冠動脈から少なくとも１つの狭窄部位を抽出する。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って、冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状の分析を行い、冠動脈に関するボリュームデータを抽出する、つまり、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位を抽出する。なお、プラーク性状には、脂質量、血清コレステロール濃度、硬さ、石灰度及び繊維性被膜（Thin-cap）の厚さ等が含まれる。
　責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により特定された心筋梗塞領域に対して、テリトリーマップ記憶部１０２に記憶された支配マップを照会することにより、心筋梗塞領域へ本来的に栄養供給責任を有している血管（以下、梗塞責任血管と表記）を特定する。
　なお、心筋解析部１０６により心筋梗塞領域に代えて虚血領域が特定されている場合、責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により特定された虚血領域に対して、テリトリーマップ記憶部１０２に記憶された支配マップを照会することにより、虚血領域へ本来的に栄養供給責任を有している血管（以下、虚血責任血管と表記）を特定する。
　ＦＦＲ計算部１０９は、冠動脈解析部１０７により抽出された各冠動脈上の狭窄部位を少なくとも含む複数の位置に関するＦＦＲ値をシミュレーションベースで計算する。具体的には、まずＦＦＲ計算部１０９は、心筋解析部１０６により生成されたカラーマップに基づいて、冠動脈内の狭窄部位の下流側の少なくとも一つの位置において組織血流量と、冠動脈内の狭窄部位の上流の少なくとも一つの位置において組織血流量とを算出する。そして、ＦＦＲ計算部１０９は、算出した狭窄部位の下流の組織血流量を、算出した狭窄部位の上流の組織血流量で除算することで、少なくとも狭窄部位を含む各位置におけるＦＦＲ値を算出する。なお、ここでは、冠動脈内の１つの狭窄部位に対応したＦＦＲ値を算出する場合について説明したが、例えば、冠動脈全体のＦＦＲ値を算出する場合、冠動脈内の最も上流に位置する狭窄部位の上流の組織血流量を基準値として固定し、他の複数箇所の組織血流量（但し、ＦＦＲ計算部１０９が冠動脈内の複数箇所の組織血流量を算出しているものとする）を変数とすることで、ＦＦＲ計算部１０９は、当該複数箇所に対応したＦＦＲ値、つまり、冠動脈全体のＦＦＲ値を算出することができる。
　マーカ発生部１１１は、責任血管特定部１０８により特定された梗塞責任血管（又は、虚血責任血管）や、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲ値を表すマーカ（マーク）のデータを発生する。これらマーカは、ボリュームデータからレンダリング等により生成された３次元画像や、断面変換（Multi-Planar Reconstruction）により生成された２次元画像に重畳させて、表示部１１１に表示される。なお、マーカ発生部１１１から発生したマーカを重畳させる画像としては、ＣＴ装置２０によるボリュームデータに由来する画像には限定されず、例えばＸ線診断装置等、他のモダリティから取得される画像であってもよい。
　ここで、本実施形態に係る医用画像処理装置１０の動作の一例について、図２，図１３乃至図１６の模式図と、図１２のフローチャートとを参照しながら説明する。
　但し、ここでは、画像記憶部１０１には、ＣＴ装置２０又はＰＡＣＳ５０からの胸部領域に関する複数時相にわたる時系列のボリュームデータが予め記憶されているものとする。また、ここでは、心臓領域抽出部１０５が、制御部１０４の下で拍動が比較的少ない特定時相のボリュームデータを処理画像として画像記憶部１０１から読出し、当該ボリュームデータから心臓領域を既に抽出しているものとする。
　始めに、冠動脈解析部１０７は、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域を対象にして冠動脈解析処理を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、冠動脈解析部１０７は、冠動脈の血管芯線や血管内壁等に沿って、冠動脈の解剖学的構造やプラーク性状の分析を行い、冠動脈ならびにその冠動脈の内壁に位置する狭窄部位を抽出する。
　続いて、心筋解析部１０６は、造影剤濃度に対応するＣＴ値による閾値処理により、心臓領域抽出部１０５により抽出された心臓領域から心筋領域を抽出する。その後、心筋解析部１０６は、ＭＲＩ装置３０による遅延造影や、核医学診断装置４０による糖代謝測定等により、抽出した心筋領域のうち壊死している心筋領域、つまり、心筋梗塞に寄与する心筋梗塞領域を特定する（ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４）。
　次に、責任血管特定部１０８は、心筋解析部１０６により特定された心筋梗塞領域に対して、テリトリーマップ記憶部１０２に記憶された支配マップを照会することにより、冠動脈解析部１０７により抽出された各冠動脈から梗塞責任血管を特定する（ステップＳ２５）。
　続いて、マーカ発生部１１１は、責任血管特定部１０８により特定された梗塞責任血管を表すマーカのデータを発生させる（ステップＳ２６）。具体的には、マーカ発生部１１１は、例えば図１３に示すように、梗塞責任血管の輪郭を表すマーカｍ１を発生させる。
　次に、ＦＦＲ計算部１０９は、冠動脈解析部１０７により抽出された冠動脈毎に、冠動脈全体のＦＦＲ値を算出する（ステップＳ２７）。
　続いて、マーカ発生部１１１は、ＦＦＲ計算部１０９により算出された各冠動脈に対応したＦＦＲ値を表すマーカを発生させる（ステップＳ２８）。具体的には、マーカ発生部１１１は、例えば図１４に示すように、各冠動脈のＦＦＲ値の遷移を表すマーカｍ２を発生させる。
　しかる後、表示部１１１は、例えば図１５に示すように、マーカ発生部１１１により発生した梗塞責任血管を表すマーカｍ１と各冠動脈のＦＦＲ値の遷移を表すマーカｍ２とをボリュームデータに由来した２次元画像ｇ１に重畳させて表示する（ステップＳ２９）。なお、表示部１１１が表示する画像は、上記２次元画像ｇ１だけでなく、例えば図１６に示すように、ボリュームデータに由来した３次元画像ｇ２や、他のモダリティから取得される画像にマーカを重畳させた画像であってもよい。
　なお、上記動作例の説明では、責任血管特定部１０８が梗塞責任血管を特定する場合について説明したが、例えば図１７のフローチャートに示すように、責任血管特定部１０８が虚血責任血管を特定する場合においても、医用画像処理装置１０は、ＣＴ装置２０又はＭＲＩ装置３０による心筋パフュージョン解析や、核医学診断装置４０によるＳＰＥＣＴ検査等により虚血領域を特定して（ステップＳ２２’，Ｓ２３’，Ｓ２４’）、当該特定した虚血領域から虚血責任血管を特定し（ステップＳ２５’）、当該特定した虚血責任血管を表すマーカを発生させる（ステップＳ２６’）こと以外は、上記動作例と同様に動作する。
　以上説明した第２の実施形態によれば、ＣＴ装置２０によるボリュームデータから心臓領域、心筋領域、冠動脈、狭窄部位及び心筋梗塞領域を抽出可能な心臓領域抽出部１０５、心筋解析部１０６及び冠動脈解析部１０７と、心筋解析部１０６による処理結果に基づいて梗塞責任血管を特定する責任血管特定部１０８と、梗塞責任血管や、ＦＦＲ計算部１０９により算出されたＦＦＲ値を表すマーカをボリュームデータに由来した２次元画像又は３次元画像に重畳表示させる表示部１１１とを備えた構成により、梗塞責任血管を表すマーカが重畳表示された部分のＦＦＲ値の信頼度が低い旨を医師に対して提示することができる。
　また、本実施形態では、ＦＦＲ計算部１０９がシミュレーションベースでＦＦＲ値を算出する、つまり、プレッシャーワイヤー等、侵襲性をもつものを用いないため、検査時に患者にかかる負担を低減させることができる。
　［第３の実施形態］
　次に、第３の実施形態に係る医用画像処理装置について、上記した図１１を用いて説明する。本実施形態は、第２の実施形態に示す医用画像処理装置１０に、冠動脈内の狭窄部位が治療対象狭窄であるか又は治療非対象狭窄であるかを判定する機能を付加したものである。なお、以下では、図１８のフローチャートと図１９の模式図とを参照しながら、第２の実施形態とは異なる機能についてのみ説明する。つまり、ステップＳ２１乃至Ｓ２８の処理は、上記した第２の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略し、以下では、ステップＳ３０乃至Ｓ３６の処理について主に説明する。
　冠動脈解析部１０７は、ステップＳ２１の処理において抽出した狭窄部位毎に、当該狭窄部位が梗塞責任血管内に位置する狭窄であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。
　ステップＳ３０の処理による判定の結果が梗塞責任血管内に位置する狭窄である旨を示す場合（ステップＳ３０のＹｅｓ）には、心筋解析部１０６は、ステップＳ２４の処理において特定した心筋梗塞領域内に生存心筋が有るか否かを判定する（ステップＳ３１）。具体的には、心筋解析部１０６は、ＭＲＩ装置３０による遅延造影等から当該心筋梗塞領域が心筋の厚さの半分にまで到達しているか否かを判定し、当該判定の結果が到達している旨を示す場合には生存心筋が無いとみなし、当該判定の結果が否を示す場合には生存心筋が有るとみなす。なお、ステップＳ３１の処理による判定の結果が否を示す場合（ステップＳ３１のＮｏ）には、後述するステップＳ３５の処理に進む。
　ステップＳ３１の処理による判定の結果が生存心筋が有る旨を示す場合（ステップＳ３１のＹｅｓ）には、マーカ発生部１１１は、生存心筋が有る梗塞責任血管を表すマーカと治療対象狭窄を表すマーカとを発生させる（ステップＳ３２）。具体的には、マーカ発生部１１１は、例えば図１９に示すように、生存心筋が有る梗塞責任血管の輪郭を表すマーカｍ３と、治療対象狭窄を表すマーカｍ４とを発生させる。
　ここで、ステップＳ３０の処理による判定の結果が否を示す場合（ステップＳ３０のＮｏ）には、冠動脈解析部１０７は、ステップＳ２７の処理において算出された各冠動脈のＦＦＲ値のうち当該狭窄部位に対応したＦＦＲ値が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。
　ステップＳ３３の処理による判定の結果が閾値以下である旨を示す場合（ステップＳ３３のＹｅｓ）には、マーカ発生部１１１は、治療対象狭窄を表すマーカを発生させる（ステップＳ３４）。即ち、マーカ発生部１１１は、図１９に示したマーカｍ４に相当するマーカを発生させる。
　ステップＳ３３の処理による判定の結果が否を示す場合（ステップＳ３３のＮｏ）には、マーカ発生部１１１は、治療非対象狭窄を表すマーカを発生させる（ステップＳ３５）。具体的には、マーカ発生部１１１は、例えば図１９に示すように、治療非対象狭窄を表すマーカｍ５を発生させる。
　しかる後、表示部１１１は、マーカ発生部１１１により発生した梗塞責任血管を表すマーカｍ１、各冠動脈のＦＦＲ値の遷移を表すマーカｍ２、生存心筋が有る梗塞責任血管を表すマーカｍ３、治療対象狭窄を表すマーカｍ４、及び治療非対象狭窄を表すマーカｍ５をボリュームデータに由来した３次元画像ｇ３に重畳させて表示する（ステップＳ３６）。なお、表示部１１１が表示する画像は、上記３次元画像ｇ３だけでなく、ボリュームデータに由来した２次元画像や、他のモダリティから取得される画像にマーカを重畳させた画像であってもよい。また、梗塞責任血管を表すマーカｍ１と生存心筋が有る梗塞責任血管を表すマーカｍ３との両方が画像上の同じ位置に重畳される場合、マーカｍ３が優先的に表示されるものとする。
　以上説明した第３の実施形態によれば、心筋梗塞領域に生存心筋が有るか否かや、冠動脈内の狭窄部位が治療対象狭窄であるか又は治療非対象狭窄であるかを判定する心筋解析部１０６及び冠動脈解析部１０７と、生存心筋が有る梗塞責任血管を表すマーカや、治療対象狭窄を表すマーカ、ならびに治療非対象狭窄を表すマーカをボリュームデータに由来した３次元画像や２次元画像に重畳表示させる表示部１１１とを備えた構成により、第１の実施形態に比べて、より多くの情報を医師に対して提示することができる。
　以上説明した第２及び第３の実施形態の少なくとも一方によれば、ＦＦＲ値の信頼度が低い旨や、生存心筋の有無、ならびに狭窄部位が治療するに適した狭窄であるか否かを医師に対して提示することができるため、ヒューマンエラーの可能性を低減させることができる。
　なお、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
　１…医用画像処理システム、１０…医用画像処理装置、２０…ＣＴ装置、３０…ＰＡＣＳ、４０…ネットワーク、１０１…画像記憶部、１０２…テリトリーマップ記憶部、１０３…通信インターフェース、１０４…制御部、１０５…心臓領域抽出部、１０６…心筋解析部、１０７…冠動脈解析部、１０８…責任血管特定部、１０９…ＦＦＲ計算部、１１０…責任狭窄特定部、１１１…マーカ発生部、１１２…表示部。

Claims (9)

  1. 　心臓に関する複数時相の画像のデータに描出された複数の冠動脈を抽出し、当該抽出された各冠動脈に描出された少なくとも１つの狭窄部位を抽出する第１抽出ユニットと、
    　前記抽出された複数の冠動脈の組織血流量に基づいて、前記抽出された各冠動脈の圧較差を計算する計算ユニットと、
    　前記画像に描出された虚血領域を抽出する第２抽出ユニットと、
    　前記抽出された虚血領域を前記抽出された各冠動脈と支配域とを関係付ける支配マップに照会することにより当該虚血領域の責任血管を特定し、前記特定された責任血管内の狭窄部位に対応した前記圧較差に基づいて責任狭窄を特定する特定ユニットと、
    　前記特定された責任狭窄が描出された画像を、当該責任狭窄を示す情報と共に表示ユニットに表示させる表示制御ユニットと、
    　を具備する医用画像処理装置。
  2. 　前記表示ユニットは、前記特定された責任狭窄が描出された画像を、当該責任狭窄に対応した圧較差と共に表示する請求項１に記載の医用画像処理装置。
  3. 　前記表示ユニットは、前記特定された責任血管が描出された画像を、当該責任血管を示す情報と共に表示する請求項１に記載の医用画像処理装置。
  4. 　前記特定ユニットは、前記抽出された虚血領域を前記支配マップに照会することにより当該虚血領域に側副血管が存在するか否かを特定し、
    　前記表示制御ユニットは、前記虚血領域に側副血管が存在するか否かを示す情報を表示させる請求項１記載の医用画像処理装置。
  5. 　前記抽出ユニットは、前記画像から心筋に関する組織血流画像を生成し、当該組織血流画像から前記虚血領域を抽出する請求項１記載の医用画像処理装置。
  6. 　前記特定された責任血管内の狭窄部位に対応した圧較差に基づいて狭窄部位の治療の優先度を順位付する優先順位決定ユニットを更に具備し、
    　前記表示ユニットは、前記決定された治療の優先度を示す情報を表示する請求項１に記載の医用画像処理装置。
  7. 　前記第２の抽出ユニットは、前記虚血領域から心筋梗塞領域を抽出し、
    　前記特定ユニットは、前記抽出された心筋梗塞領域を前記支配マップに照会することにより、前記各冠動脈から当該心筋梗塞領域の責任血管を特定し、
    　前記表示ユニットは、前記特定された責任血管が描出された画像を、当該責任血管を示す情報と共に表示する請求項１記載の医用画像処理装置。
  8. 　前記特定ユニットは、前記特定された責任狭窄のサイズに基づいて、当該責任狭窄の治療に用いるカテーテル及びステントの少なくとも一方を特定し、
    　前記表示ユニットは、前記特定されたカテーテル及びステントの少なくとも一方を表示する請求項１記載の医用画像処理装置。
  9. 　前記表示ユニットは、前記画像を、前記特定された責任狭窄の位置に応じて回転させて表示する請求項１記載の医用画像処理装置。
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