血管解析裝置、醫(yī)用圖像診斷裝置及血管解析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)施方式涉及血管解析裝置、醫(yī)用圖像診斷裝置及血管解析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 希望有用來(lái)非侵襲或低侵襲地預(yù)防、診斷冠狀動(dòng)脈的狹窄、腦動(dòng)脈瘤或基于作為 它們的前兆的頸動(dòng)脈的斑塊的狹窄的技術(shù)，所述冠狀動(dòng)脈的狹窄是作為三大疾病之一的心 疾病的原因。
[0003] 冠狀動(dòng)脈的狹窄是導(dǎo)致虛血性心疾病的重大的病變。作為冠狀動(dòng)脈的狹窄診斷， 通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行的冠狀動(dòng)脈造影檢查（CAG :Coronary Angiography)是主流。作為冠狀動(dòng)脈 的器質(zhì)性病變的診斷指標(biāo)，有心肌血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR fractional Flow Reserve)。FFR被 定義為狹窄存在下的最大冠脈血流相對(duì)于狹窄非存在下的最大冠脈血流的比率。FFR與狹 窄遠(yuǎn)位部冠內(nèi)壓相對(duì)于狹窄近位部冠內(nèi)壓的比率大致一致。測(cè)量設(shè)在導(dǎo)管前端的壓力傳感 器。SP，F(xiàn)FR的測(cè)量需要導(dǎo)管手術(shù)。
[0004] 冠狀動(dòng)脈的狹窄解析如果能夠通過(guò)心臟CT進(jìn)行，則與通過(guò)導(dǎo)管手術(shù)進(jìn)行的FFR的 測(cè)量相比，能夠低侵襲且減輕患者的負(fù)擔(dān)、以及節(jié)約醫(yī)療成本。然而，在心臟CT中，僅基于 CT圖像中包含的斑塊區(qū)域或狹窄區(qū)域的大小的指標(biāo)能夠低侵襲地計(jì)測(cè)。如果能夠基于CT 圖像通過(guò)構(gòu)造流體解析來(lái)計(jì)測(cè)狹窄前后的壓力差等，則能夠期待狹窄（或斑塊）帶來(lái)的影 響的定量化。
[0005] 作為冠脈循環(huán)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，在臨床上開發(fā)導(dǎo)入了包括超高速CT、心血管熒光電影 照相、超聲波法、SPECT (單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像）及PET (正電子發(fā)射斷層掃描）的核 醫(yī)學(xué)成像、MRI (核磁共振圖像法）等，對(duì)診斷及治療法的評(píng)價(jià)很有幫助。
[0006] 但是，難以將冠脈微小血管用醫(yī)用圖像診斷裝置正確地捕捉。此外，即使血管形狀 鮮明，在醫(yī)用圖像中包含噪聲的情況或在生物體組織的邊界的閾值設(shè)定中存在含糊性的情 況也較多。這樣，從醫(yī)用圖像診斷裝置得到的血管形狀具有不確定性。
[0007] 在臨床應(yīng)用中利用醫(yī)用圖像診斷裝置的情況下，從比冠脈微小血管靠上游的大動(dòng) 脈起始部起、僅將冠狀動(dòng)脈的較粗的區(qū)域作為對(duì)象進(jìn)行解析的情況也較多。由于冠狀動(dòng)脈 的血流也較大地受冠脈微小血管的緊張性（tonus，強(qiáng)直性）影響，所以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定較粗的 區(qū)域的冠狀動(dòng)脈的出口處的流量或壓力、或者它們的變化率等的流體解析的邊界條件成為 課題。此外，冠狀動(dòng)脈的血流受到因心臟的搏動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械性因素（因搏動(dòng)帶來(lái)的整體性 的運(yùn)動(dòng)、由局部性的伸縮、扭轉(zhuǎn)、剪切變形帶來(lái)的強(qiáng)制位移或外力）影響。僅通過(guò)流體解析， 不能考慮心臟的搏動(dòng)等的機(jī)械性因素的影響，所以不能精確地計(jì)測(cè)血流的流量分布及內(nèi)壓 分布。另一方面，還以在圖像中捕捉到的心臟及血管系統(tǒng)為對(duì)象，實(shí)施考慮到機(jī)械性因素的 影響的構(gòu)造一流體復(fù)合解析。但是，在進(jìn)行構(gòu)造一流體復(fù)合解析的情況下，難以正確地設(shè)定 血液（包括造影劑）的流體解析中的血管的入口及出口的邊界條件、血管及斑塊的材料模 型的情況也較多。此外，在存在圖像中未描繪出的微小血管的情況下，還有不能考慮微小血 管給血流帶來(lái)的影響的情況。因此，構(gòu)造一流體復(fù)合解析的解析結(jié)果有可能不能將實(shí)際的 血流及血管變形再現(xiàn)。此外，還有邊界條件、負(fù)荷條件、材料模型不適當(dāng)?shù)那闆r、或在血管伴 隨著較大的運(yùn)動(dòng)的情況下收斂性及解析穩(wěn)定性上有問(wèn)題的情況。這樣，以往的血管的構(gòu)造 流體解析有需要極大的解析資源和解析時(shí)間的情況、或解析結(jié)果的誤差變大的情況，有在 現(xiàn)實(shí)在臨床的現(xiàn)場(chǎng)中利用上發(fā)生問(wèn)題的情況。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2008 - 241432號(hào)公報(bào)
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn)1 :門岡等，（ITU y' \ -于卟，心臓；S Λ卜一夕妒拓 < 亍一 7 一 卜''醫(yī)療~世界最先端乃心臓；S Λ b-夕i〇適用例〇二'紹介~，ν〇1·41，Νο·6)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 有關(guān)本實(shí)施方式的血管解析裝置具備：存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)與被檢體的血管有關(guān)的時(shí)間 序列的醫(yī)用圖像的數(shù)據(jù)；設(shè)定部，對(duì)于在上述時(shí)間序列的醫(yī)用圖像中包含的血管區(qū)域設(shè)定 解析對(duì)象區(qū)域，對(duì)于上述解析對(duì)象區(qū)域設(shè)定潛在變量鑒定（identification、日語(yǔ)：同定） 區(qū)域；計(jì)算部，將上述時(shí)間序列的醫(yī)用圖像進(jìn)行圖像處理，計(jì)算上述解析對(duì)象區(qū)域的時(shí)間序 列的形態(tài)指標(biāo)和時(shí)間序列的形狀變形指標(biāo)；構(gòu)建部，基于上述時(shí)間序列的形態(tài)指標(biāo)、上述時(shí) 間序列的形狀變形指標(biāo)和上述時(shí)間序列的醫(yī)用圖像，暫定地構(gòu)建與上述解析對(duì)象區(qū)域的構(gòu) 造流體解析有關(guān)的力學(xué)模型；以及鑒定部，對(duì)與上述潛在變量鑒定區(qū)域有關(guān)的潛在變量進(jìn) 行鑒定，以使基于暫定地構(gòu)建出的上述力學(xué)模型的血管形態(tài)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值及血液流量指標(biāo) 的預(yù)測(cè)值中的至少一方與預(yù)先計(jì)測(cè)出的血管形態(tài)指標(biāo)的觀測(cè)值及血液流量指標(biāo)的觀測(cè)值 中的至少一方匹配。
[0014] 實(shí)施方式的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)與血管（包括血液）的構(gòu)造流體解析及圖像 解析一跟蹤處理有關(guān)的精度的提高的血管解析裝置、醫(yī)用圖像診斷裝置及血管解析方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是表示有關(guān)本實(shí)施方式的醫(yī)用圖像診斷裝置（X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置） 的概略性的塊結(jié)構(gòu)的圖。
[0016] 圖2是表示與本實(shí)施方式的構(gòu)造流體解析的對(duì)象區(qū)域有關(guān)的力學(xué)模型的一例的 圖。
[0017] 圖3是表示基于圖1的系統(tǒng)控制部的控制而進(jìn)行的構(gòu)造流體解析處理的典型的流 程的圖。
[0018] 圖4是表示圖1的圖像處理裝置的塊結(jié)構(gòu)的圖。
[0019] 圖5是示意地表示與血管的芯線正交的截面的圖。
[0020] 圖6是表示在圖4的圖像解析一跟蹤處理的圖像跟蹤處理中使用的血管芯線的形 態(tài)的時(shí)間性變化的圖。
[0021] 圖7是表示圖4的圖像解析一跟蹤處理的血管芯線的彎曲變形及旋轉(zhuǎn)位移的計(jì)算 例的圖。
[0022] 圖8是用來(lái)說(shuō)明圖4的圖像解析一跟蹤處理的圖像跟蹤處理的圖，是表示時(shí)刻t 與時(shí)刻t+ Λ t之間的跟蹤處理的一例的圖。
[0023] 圖9是表示通過(guò)圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部構(gòu)建的形狀模型的與芯線正交的截面的 圖。
[0024] 圖10是用來(lái)說(shuō)明由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的向形狀模型的強(qiáng)制位移履歷的 分配的圖。
[0025] 圖11是表示由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的向形狀模型的強(qiáng)制位移履歷的其他 分配方法的圖，是表示血管形狀變形指標(biāo)為扭轉(zhuǎn)的情況下的分配例的圖。
[0026] 圖12是表示由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的向形狀模型的強(qiáng)制位移履歷的其他 分配方法的圖，是表示血管形狀變形指標(biāo)為彎曲的情況下的分配例的圖。
[0027] 圖13是用來(lái)說(shuō)明由圖4的統(tǒng)計(jì)性鑒定部進(jìn)行的、關(guān)于層次貝葉斯模型及馬爾科夫 鏈蒙特卡羅法的負(fù)荷條件（血管內(nèi)的平均壓力）的事后分布計(jì)算和平均內(nèi)壓的鑒定的圖。
[0028] 圖14是用來(lái)說(shuō)明由圖4的統(tǒng)計(jì)性鑒定部進(jìn)行的、關(guān)于層次貝葉斯模型及馬爾科夫 鏈蒙特卡羅法的材料模型參數(shù)的事后分布計(jì)算和材料模型參數(shù)（血管壁的等價(jià)彈性率）的 鑒定的圖。
[0029] 圖15是表示由圖1的顯示設(shè)備進(jìn)行的、作為力學(xué)性指標(biāo)之一的內(nèi)壓的空間分布的 顯示例的圖。
[0030] 圖16是表示由圖1的顯示設(shè)備進(jìn)行的、作為血液流量指標(biāo)之一的流速值的空間分 布的顯示例的圖。
[0031] 圖17是由圖1的顯示設(shè)備顯示的與左冠狀動(dòng)脈起始部的血壓有關(guān)的曲線圖。
[0032] 圖18是關(guān)于由圖1的顯示設(shè)備顯示的LCX與LDA的分叉點(diǎn)附近的血壓的曲線圖。
[0033] 圖19是由圖1的顯示設(shè)備顯示的關(guān)于與芯線方向有關(guān)的血壓變化的曲線圖。
[0034] 圖20是表示由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的強(qiáng)制位移履歷的其他分配例的圖。
[0035] 圖21是表示由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的強(qiáng)制位移履歷的其他分配例的圖。
[0036] 圖22是表示由圖4的力學(xué)模型構(gòu)建部進(jìn)行的強(qiáng)制位移履歷的其他分配例的圖。
[0037] 圖23是表示有關(guān)本實(shí)施方式的纖維組的變形圖。
[0038] 圖24是表示有關(guān)本實(shí)施方式的壁厚圓筒的力學(xué)模型的正交截面的圖。
[0039] 圖25是圖20的微小扇形要素的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下，參照【附圖說(shuō)明】有關(guān)本實(shí)施方式的血管解析裝置、醫(yī)用圖像診斷裝置及血管 解析方法。
[0041] 有關(guān)本實(shí)施方式的血管解析裝置是用來(lái)對(duì)在通過(guò)醫(yī)用圖像診斷裝置產(chǎn)生的醫(yī)用 圖像中包含的血管區(qū)域進(jìn)行構(gòu)造流體解析的計(jì)算機(jī)裝置。有關(guān)本實(shí)施方式的血管解析裝置 既可以裝入在醫(yī)用圖像診斷裝置中，也可以是與醫(yī)用圖像診斷裝置分體的工作站等的計(jì)算 機(jī)裝置。以下，為了具體地進(jìn)行說(shuō)明，假設(shè)有關(guān)本實(shí)施方式的血管解析裝置被裝入在醫(yī)用圖 像診斷裝置中。
[0042] 有關(guān)本實(shí)施方式的醫(yī)用圖像診斷裝置在裝備用來(lái)將被檢體攝像的攝像機(jī)構(gòu)的任 何種類的圖像診斷裝置中都能夠應(yīng)用。作為有關(guān)本實(shí)施方式的醫(yī)用圖像診斷裝置，例如可 以適當(dāng)?shù)厥褂肵射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（X射線CT裝置）、磁共振診斷裝置、超聲波診斷 裝置、SPECT裝置、PET裝置、放射線治療裝置等。以下，為了具體地進(jìn)行說(shuō)明，假設(shè)有關(guān)本實(shí) 施方式的醫(yī)用圖像診斷裝置是X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。
[0043] 圖1是有關(guān)本實(shí)施方式的醫(yī)用圖像診斷裝置（X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置）的概 略性的塊結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置具有CT架臺(tái)10和控制臺(tái)20。 CT架臺(tái)10按照來(lái)自控制臺(tái)20的架臺(tái)控制部23的控制，用X射線將被檢體的攝像部位攝 像。攝像部位例如是心臟。CT架臺(tái)10具有X射線管11、X射線檢測(cè)器13及數(shù)據(jù)收集裝置 15。X射線管11和X射線檢測(cè)器13可繞旋轉(zhuǎn)軸Z旋轉(zhuǎn)地裝備在CT架臺(tái)10上。X射線管 11向被注入了造影劑的被檢體照射X射線。X射線檢測(cè)器13檢測(cè)從X射線管11產(chǎn)生、透 過(guò)了被檢體的X射線，產(chǎn)生與檢測(cè)到的X射線的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。數(shù)據(jù)收集裝置15從X 射線檢測(cè)器13讀出電信號(hào)，變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將每1個(gè)視角的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的集合稱作原始數(shù) 據(jù)集。與多個(gè)掃描時(shí)刻有關(guān)的時(shí)間序列的原始數(shù)據(jù)集通過(guò)非接觸數(shù)據(jù)傳送裝置（未圖示） 被向控制臺(tái)20傳送。
[0044] 控制臺(tái)20以系統(tǒng)控制部21為中樞，具有架臺(tái)控制部23、再構(gòu)成裝置25、圖像處理 裝置27、輸入設(shè)備29、顯示設(shè)備31及存儲(chǔ)裝置33。
[0045] 架臺(tái)控制部23根據(jù)由用戶經(jīng)由輸入設(shè)備29設(shè)定的掃描條件控制控制臺(tái)20內(nèi)的 各裝置。
[0046] 再構(gòu)成裝置25基于原始數(shù)據(jù)集而產(chǎn)生關(guān)于被檢體的CT圖像