JP6934948B2

JP6934948B2 - 流体解析装置および流体解析装置の作動方法並びに流体解析プログラム

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Publication number: JP6934948B2
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Authority: JP
Inventors: 広貴伊藤
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Description

本発明は、解剖学的構造物内の流体の流速を表示する流体解析装置および流体解析装置の作動方法並びに流体解析プログラムに関する。

近年、血液の流れを診断または治療に役立てようとする研究などが多数報告され、実際の血流を４次元的に測定する４ＤＦｌｏｗ技術、または数値流体力学を用いた血流解析（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）により血液の流れをシミュレーションにより把握する方法などが用いられるようになってきた。

このような医用画像を用いた血流解析の手法を用いれば、例えば、超音波、または、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像を用いて、３次元または２次元平面上において、各ボクセル、各ピクセル、または領域毎に流速ベクトルを表示することが可能である。また、造影剤を投与して撮影したＣＴ画像またはＭＲＩ画像から血管モデルを生成し、その血管モデルに基づいて、ＣＦＤを行って流速ベクトルを求める手法も提案されている。

また、患者の心疾患の診断をする際には、血液の流速をベクトル表示をして確認できるようにすることが望まれている。画像診断の初期、カンファレンスまたは学会発表時、または、患者説明時などにおいて血液の流れの全体像をわかりやすく簡便に示すことが有用であり、様々な表示手法が検討されている。

特許文献１には、３次元流速ベクトルを平面上に投影して２次元流速ベクトルを表示する手法が開示されている。特許文献２には、流体速度ベクトルを算出および表示する超音波診断装置において、流体速度ベクトルの各成分が、平均値などから所定の範囲を求め、その範囲に入らない流体速度ベクトルのデータをゼロベクトルに変換することにより、平均的な流体速度ベクトルに比べてその大きさまたは向きにばらつきのある流体速度ベクトルの表示を抑止する手法が開示されている。また、特許文献３には、心臓本来の３次元的な運動を考慮して、実際の血流に近い流速ベクトルを得るために、心臓の運動を表す３次元運動ベクトルとドプラ情報とを用いて所定断面内の各位置における流体の速さに関する２次元血流ベクトルを求める手法が記載されている。

特開平２−１４３１６７号公報特開平５−４９６４０号公報特開２０１７−５１４２４号公報

従来、図１４に示すように３次元投影画像上に各ボクセルがもつ速度ベクトルを表示する方法が広く用いられている。しかし、ベクトルが多く、表示が重なり、かつ、手前と奥の関係の区別が難しいため、迅速かつ直感的に流れの傾向を３次元的に把握するのは困難である。

そこで、本発明では、上述のような問題を解決するために、流体の流れの傾向を把握し易くするように流速ベクトルを表示する流体解析装置および流体解析装置の作動方法並びに流体解析プログラムを提供することを目的とする。

本発明の流体解析装置は、内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報をボクセルごとに取得し、投影面の投影方向に重なる複数のボクセルの３次元流速ベクトルを投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得するベクトル取得部と、投影面に投影した代表２次元流速ベクトルを表示させる表示部とを備える。

本発明の流体解析装置の作動方法は、ベクトル取得部と表示部を備えた流体解析装置の作動方法であって、ベクトル取得部が、内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報をボクセルごとに取得し、投影面の投影方向に重なる複数のボクセルの３次元流速ベクトルを投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得し、表示部が、投影面に投影した代表２次元流速ベクトルを表示させる。

本発明の流体解析プログラムは、コンピュータを、内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報をボクセルごとに取得し、投影面の投影方向に重なる複数のボクセルの３次元流速ベクトルを投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得するベクトル取得部と、投影面に投影した代表２次元流速ベクトルを表示させる表示部として機能させる。

「解剖学的構造物」とは、組織または臓器などの体を構成する構造物をいう。

また、「３次元ボリュームデータ」は、３次元空間を細かく区切ったボクセルにより構成され、各ボクセルの位置に存在する流体の流速、あるいは、臓器または組織などを放射線または磁気が透過した透過量などに応じた物理量を表わすデータにより構成される。例えば、具体的には、各ボクセルに、血液などの流体の流速の値、臓器または組織に応じた濃度値などのデータを有している。また、濃度値は、血管のような組織に含まれる血液などの流体の濃度値も含んでいる。また、「３次元流速ベクトル」は、各ボクセルの流速の値から取得してもよいし、組織に応じた濃度値の移動量から取得してもよい。

また、解剖学的構造物の少なくとも一部が投影方向に重なりを有し、代表２次元流速ベクトルは、重なった解剖学的構造物のうち投影面に近い解剖学的構造物内の３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを代表する２次元流速ベクトルであってもよい。

また、代表２次元流速ベクトルは、投影方向に重なる３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトル、または、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルであってもよい。

また、代表２次元流速ベクトルは、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルであってもよい。

また、代表２次元流速ベクトルは、重なった解剖学的構造物のうち投影面に近い解剖学的構造物内において、投影方向に重なる３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトル、または、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルであってもよい。

また、代表２次元流速ベクトルは、重なった解剖学的構造物のうち投影面に近い解剖学的構造物内において、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、投影方向に重なる３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルであってもよい。

また、３次元流速ベクトルは、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元ボリュームデータから得られてもよい。

また、表示部は、解剖学的構造物の形態画像上に代表２次元流速ベクトルを重ねて表示してもよい。

また、「形態」とは、組織または臓器を外から見たかたちをいい、「解剖学的構造物の形態」とは、解剖学的構造物を外から見たかたちをいう。例えば、具体的には、解剖学的構造物が血管の場合には、血管を外から見たかたちを指し、ボリュームレンダリングなどを用いて形態画像を生成することができる。

また、解剖学的構造物が血管であり、かつ、流体が血液であり、３次元流速ベクトルは、血液の流速ベクトルであってもよい。

また、３次元流速ベクトルは、数値流体力学を用いた血流解析の結果により得られてもよい。

また、流体が髄液であり、３次元流速ベクトルは、髄液の流速ベクトルであってもよい。

本発明の他の流体解析装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータであり、かつ、解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報をボクセルごとに有する３次元ボリュームデータから、投影面の投影方向に重なる複数のボクセルの３次元流速ベクトルを投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルのうち、複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得し、投影面に投影した代表２次元流速ベクトルを表示させる処理を実行する。

本発明によれば、解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報をボクセルごとに有する３次元ボリュームデータから、投影面の投影方向に重なる複数のボクセルの３次元流速ベクトルを投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルのうち、これらを代表する代表２次元流速ベクトルを取得して表示するようにしたので、迅速かつ直感的に流れの傾向を３次元的に把握することが可能になる。

医療情報システムの概略構成を表す図本発明の第１の実施形態の流体解析装置の概略構成を表す図３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータを説明するための図３次元流速ベクトルを取得する方法を説明するための図血管領域内の３次元流速ベクトルを取得する方法を説明するための図代表２次元流速ベクトルを取得する方法を説明するための図血管が投影方向に重なった血管のうち投影面に近い血管領域から３次元流速ベクトルを取得する手法を説明するための図流体解析装置の処理の流れを示すフローチャート代表２次元流速ベクトルを形態画像上に重ねて表示した一例本発明の第２の実施形態の流体解析装置の概略構成を表す図経路位置情報の付与の方法を説明するための図２つの血管領域が隣接する場所における経路位置情報の付与の方法を説明するための図血管が投影方向に重なった血管のうち投影面に近い血管領域から３次元流速ベクトルを取得する手法を説明するための図従来の流速ベクトルの表示例

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態の流体解析装置を備えた医療情報システムについて説明する。図１は、本実施形態の医療情報システムの概略構成を示すブロック図である。

本実施形態の医療情報システムは、具体的には、図１に示すように、流体解析装置１、医用画像保管サーバ２、および、撮影装置３（以下、モダリティという）がネットワーク４を介して互いに通信可能な状態で接続されて構成されている。

モダリティ３は、たとえばＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置および超音波撮影装置などであり、撮影された３次元ボリュームデータは、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）規格に準拠した格納フォーマットおよび通信規格に従って、ネットワーク４を介して医用画像保管サーバ２に送信されて保管される。

流体解析装置１は、汎用のコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ（主記憶装置）、ストレージ（補助記憶装置）、入出力インターフェース、通信インターフェース、入力装置、表示装置、および、データバスなどの周知のハードウェア構成を備え、周知のオペレーションシステムなどがインストールされている。また、表示装置として液晶ディスプレイなどを有し、入力装置としてキーボードおよび／またはマウスなどのポインティングデバイスを有している。ストレージは、ハードディスクまたはＳＳＤ(Solid State Drive)などにより構成される。なお、必要に応じてコンピュータにＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を設けるようにしてもよい。このコンピュータに、本実施形態の流体解析プログラムをインストールし、このコンピュータが流体解析プログラムを実行することにより流体解析装置１として機能する。また、流体解析装置１は、医用画像保管サーバ２に対する画像の送信要求、および、医用画像保管サーバ２から画像の受信を行う機能を備え、各機能のためのソフトウェアプログラムを実行することにより行われる。

流体解析プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）およびＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、流体解析プログラムは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置もしくはネットワークストレージに対して、外部からアクセス可能な状態で記憶され、外部からの要求に応じてコンピュータにダウンロードされた後に、インストールされるようにしてもよい。

流体解析装置１は、図２に示すように画像取得部１０、構造物抽出部１１、ベクトル取得部１２、形態画像生成部１３、および表示部１４を備える。

画像取得部１０は、予め撮影された患者の３次元ボリュームデータ６を取得する。３次元ボリュームデータ６は、本実施形態においては、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置または超音波撮影装置などによって撮影されたデータである。

３次元ボリュームデータ６は、医用画像保管サーバ２に患者の識別情報とともに予め保管されており、画像取得部１０は、キーボードなどの入力装置を用いてユーザによって入力された患者の識別情報に基づいて、その識別情報を有する１種類以上の３次元ボリュームデータ６を医用画像保管サーバ２から読み出してストレージ（不図示）に記憶する。また、３次元ボリュームデータ６は、ＣＴ画像、造影ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、造影ＭＲＩ画像、および３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法（3D cine PC MRI）によって撮影されたボリュームデータなどであり、本実施形態では、同じ患者の同じ部位を撮影した複数種類の３次元ボリュームデータをストレージに記憶する。

構造物抽出部１１は、３次元ボリュームデータ６から解剖学的構造物を抽出する。以下、本実施形態では、画像取得部１０により、患者の胸部の３次元ボリュームデータ６を取得し、解剖学的構造物が血管あり、流体が血液である場合について説明する。なお、構造物抽出部１１は、血管領域抽出部１１として以下説明する。

血管領域抽出部１１は、３次元ボリュームデータ６から血管領域（解剖学的構造物の領域）を抽出する。具体的には、血管領域の抽出は、ＣＴ画像（または、造影ＣＴ画像）、ＭＲＩ画像（または造影ＭＲＩ画像）を用いて行われる。本実施形態の血管領域抽出部１１は、胸部のＣＴ画像から血管領域を抽出する場合について説明する。血管領域抽出部１１は、例えば、胸部の３次元ボリュームデータ６に対して多重解像度変換を行って複数の異なる解像度の画像を生成し、各解像度の画像に対してヘッセ行列を用いて固有値解析を行って線構造を抽出する。さらに、各解像度の画像における解析結果を統合することによって、胸部領域中の様々なサイズの線構造の集合体として、血管領域を抽出する（たとえばY Sato, et al.、「Three-dimensional multi-scale line filter for segmentation and visualization of curvilinear structures in medical images.」、Medical Image Analysis、1998年6月、Vol.2、No.2、p.p.143-168など参照）。さらに、最小全域木アルゴリズムなどを用いて、抽出された各線構造の中心線を連結することにより、血管を表す木構造のデータを生成する。あるいは、血管の中心線を結ぶ芯線上の各点において芯線に直交する断面を求め、各断面において血管の輪郭を認識し、その輪郭を表す情報を利用してグラフカット法などの公知のセグメンテーション手法を用いて、血管領域を抽出するようにしてもよい。

なお、血管領域の抽出方法としては上記の方法に限らず、領域拡張法などのその他の公知な手法を用いるようにしてもよい。

ベクトル取得部１２は、血管領域内の血流速度および血流方向を表す３次元流速ベクトルを投影面に投影した２次元流速ベクトルから、複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得する。３次元流速ベクトルは、種々の方法により取得することができるが、例えば、画像取得部１０において３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元ボリュームデータ６を取得し、その３次元ボリュームデータ６に基づいて取得された血管領域内の速度情報を用いて３次元流速ベクトルを取得する。

以下、ＭＲＩ装置を用いて３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータを用いて、代表２次元流速ベクトルを取得する場合を例に具体的に説明する。

図３に示すように、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータは、マグニチュードデータＭと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にエンコード（ＶＥＮＣ：velocity encoding）したＸ方向の位相データＰｈｘ、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚを時間ｔに沿って所定の周期（例えば、心周期）で得たボリュームデータにより構成される。Ｘ方向の位相データＰｈｘ、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚは各軸方向の流速を表すデータであり、３つの位相データから各ボクセル位置の３次元流速ベクトルが得られる。

各位相データＰｈｘ、Ｐｈｙ、およびＰｈｚごとに、図４に示すように、投影面の１つのピクセルｐiから投影面Ｓに対して垂直方向（以下、投影方向という）に伸びるレイｒが通過する各ボクセルが血管領域か否かを、血管領域抽出部１１の結果に基づいて判定する。血管領域のボクセルである場合には、各位相データＰｈｘ、Ｐｈｙ、およびＰｈｚの各ボクセルから各軸方向の速度成分を得て３次元流速ベクトルをサンプリングする。図４は、Ｘ方向の位相データＰｈｘの例を示すが、Ｙ軸方向の位相データＰｈｙ、およびＺ軸方向の位相データＰｈｚも同様に通過するボクセルの値から速度成分を得て、３方向の速度成分を得る。なお、血管領域抽出部１１によって、血管領域を抽出したＣＴ画像と３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された各位相データＰｈｘ、Ｐｈｙ、およびＰｈｚは、同じ位置が対応するように位置合せが行われているものとする。ボリュームデータ間の位置合せは、撮影部位の特徴点を位置合わせするなど公知の手法を用いればよい。

図５に示すように、投影面Ｓのピクセルｐiからレイｒを飛ばし、血管領域Ｒに入ったボクセルｖ１の３次元流速ベクトルを取得する。さらに、にレイｒを伸ばして血管領域Ｒを出るまでの区間Ｄにあるボクセルの３次元流速ベクトルをサンプリングする。しかし、サンプリングした複数の３次元流速ベクトルを全て投影面Ｓに投影すると、図６の左図のようにベクトル（矢印）が重なり合って見にくい画像となる。そこで、各ピクセルに対してサンプリングした複数の３次元流速ベクトルから代表２次元流速ベクトルを１つだけ求めることにより、図６の右図に示すように表示する２次元流速ベクトルを減らすことができる。

例えば、投影方向に重なる３次元流速ベクトル、つまり、レイｒが透過する血管領域Ｒのボクセルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを代表２次元流速ベクトルとする。または、レイｒが透過する血管領域Ｒのボクセルの３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを代表２次元流速ベクトルとする。

あるいは、レイｒが透過する血管領域Ｒのボクセルの３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトルを代表２次元流速ベクトルとしてもよい。また、レイｒが透過する血管領域Ｒのボクセルの３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルを代表２次元流速ベクトルとしてもよい。

しかし、血管領域の全てのボクセルに対してサンプリングを行うと、投影方向に２つ以上の血管が重なっていた場合には、投影面に対して手前となる血管だけでなく奥側の血管の流速ベクトルを表示することになる。例えば、図１４の中心付近には血管を横切るベクトルが表示されている。このように、奥側の血管の流速ベクトルが表示されるため直感的に血液の流れの傾向を把握するのは困難になる。また、静脈と動脈が重なっている場合には流速の大きさが違うため、重なった血管の３次元流速ベクトルの全てを表示したのでは、血流の流れを正確に把握するのは困難であった。

そこで、図７に示すように、血管が投影方向に重なりかつ血管同士が離れている場合は、血管領域Ｒ１に入った位置ｖ１からレイｒを伸ばして血管領域Ｒ１を出る位置ｖ２までの間だけ３次元流速ベクトルをサンプリングするようにする。このようにすれば、投影面Ｓに近い血管領域Ｒ１内の３次元流速ベクトルのみをサンプリングすることが可能になり、投影面Ｓから遠い奥側の血管領域Ｒ２の３次元流速ベクトルはサンプリングされない。

上述では、３次元流速ベクトルを３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータから取得する場合について説明したが、血管領域抽出部１１によって抽出された血管領域を用いて数値流体力学を用いた血流解析（ＣＦＤ）を行うことによって流速ベクトルを取得するようにしてもよい。例えば、時系列で撮影されたＣＴ画像のそれぞれから抽出された血管領域を用いて血流解析を行うことが可能である。具体的には、造影ＣＴ画像、または造影ＭＲＩ画像を用いることができる。

また、画像取得部１０においてドップラー計測によって時系列に撮影された３次元の超音波画像を取得し、その超音波画像に基づいて取得された血管領域内の速度情報を用いて流速ベクトルを取得するようにしてもよい。

形態画像生成部１３は、ＣＴ画像またはＭＲＩ画像に対してボリュームレンダリング処理を施すことにより形態画像を生成する。形態画像を生成する場合には、特に、造影ＣＴ画像または造影ＭＲＩ画像のように血管領域とそれ以外の領域の区別が明確な画像を用いて、形態画像を生成するようにするのが望ましい。

表示部１４は、形態画像生成部１３によって生成された形態画像上に、ベクトル取得部１２によって取得された代表２次元流速ベクトルを重ねて、ディスプレイ上に表示させる。

表示された代表２次元流速ベクトルの大きさは奥行き方向に向かって流れている場合には小さくなり、投影面に平行な方向に向かってに流れている場合は大きくなるので、このように投影面に投影した代表２次元流速ベクトルの表示することによって、血流の流れている方向をも推測することも可能である。

次に第１の実施形態の流体解析装置１の処理の流れについて、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ユーザによる患者の識別情報などの設定入力に応じて、その患者の造影ＣＴ画像と、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータが画像取得部１０によって取得される（Ｓ１０）。

次に、画像取得部１０によって取得された胸部の造影ＣＴ画像から血管領域抽出部１１を用いて血管領域を抽出する（Ｓ１１）。また、形態画像生成部１３によって形態画像を生成する（Ｓ１２）。

表示部１４は、形態画像生成部１３によって生成された血管の形態画像を表示する。ベクトル取得部１２は、投影面Ｓ上のピクセルを走査して各ピクセル位置における代表２次元流速ベクトルを取得する。まず、投影面Ｓ上の１番目のピクセルからレイｒを飛ばして、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータを透過するボクセルのうち血管領域抽出部１１を用いて抽出した血管領域に該当するボクセルの３次元流速ベクトルを取得し、３次元流速ベクトルを投影面Ｓに投影した２次元流速ベクトルの代表２次元流速ベクトルを取得する（Ｓ１３）。

表示部１４は、ベクトル取得部１２によって取得された代表２次元流速ベクトルを表す矢印を血管の形態画像に重ねてディスプレイ上に表示させる（Ｓ１４）。次に、ベクトル取得部１２は、２番目のピクセルからレイｒを飛ばして、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影されたボリュームデータの各位相データを透過するボクセルのうち血管領域抽出部１１を用いて抽出した血管領域に該当するボクセルの３次元流速ベクトルから代表２次元流速ベクトルを取得して（Ｓ１３）、取得された代表２次元流速ベクトルを表す矢印を血管の形態画像に重ねてディスプレイ上に表示させる（Ｓ１４）。以上のように、Ｓ１３およびＳ１４の処理を投影面Ｓの全てのピクセルが終了するまで繰り返す（Ｓ１５−ＮＯ）。全てのピクセルに対して、Ｓ１３およびＳ１４の処理が終わると終了する（Ｓ１５−ＹＥＳ）。

図９に、代表２次元流速ベクトルを形態画像上に重ねて表示した一例を示す。１ピクセルに１つの矢印だけが表示されるため、血流の流れが分かりやすくなる。このように流体解析装置１により、血液の流れを把握しやすくすることにより、心臓から出た動脈における逆流または、動脈瘤内において血流が渦状になっている箇所を観察することが可能になり診断が容易になる。

上述の第１の実施形態では、血流を解析する場合について説明したが、解剖学的構造物が脳のように髄液が流れる領域であって、流体が髄液であってもよい。なお、解剖学的構造物が脳の場合は、形態画像生成部１３では、脳などのボリュームレンダリングした形態画像を生成する。このようにして生成された形態画像上に代表２次元流速ベクトルを重ねて表示する。

次に、本発明の第２の実施形態の流体解析装置について説明する。本実施形態では、第１の実施形態の流体解析装置とは、投影方向に血管が重なっている場合に、投影面に近い血管領域を判定する方法が異なる。本実施形態では、第１の実施形態と異なる構成についてのみ説明し、第１の実施形態と同一の構成については省略する。なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、解剖学的構造物が血管あり、流体が血液である場合について説明する。

第１の実施形態では、複数の血管が投影方向に重なっているが、重なった血管が離れている場合について説明した。しかしながら、複数の血管が投影方向に重なる場合に血管の血管領域が隣接している場合には、第１の実施形態の手法では血管領域の境を検出することができないため投影面に近い血管領域のみを抽出することはできない場合がある。そこで、本実施形態では、投影方向に重なる血管の血管領域が隣接している場合についても、投影面に近い血管領域内のみの３次元流速ベクトルを取得可能な手法について図を用いて説明する。第１の実施形態と同じ構成には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態の流体解析装置１ａは、図１０に示すように、画像取得部１０、構造物抽出部１１、ベクトル取得部１２ａ、形態画像生成部１３、表示部１４、および付与部１５を備える。なお、構造物抽出部１１は、第１の実施形態と同様に血管領域抽出部１１として以下説明する。

付与部１５は、血管の経路に沿った位置の順番が識別可能な経路位置情報を血管の内部の各位置に付与する。

まず、図１１に示すように、血管領域抽出部１１によって抽出した血管領域の中心線Ｃを抽出する。中心線Ｃの各ボクセルに、一意に決められた経路位置情報を経路に沿って順に付与する。具体的には、経路位置情報は中心線の所定の１点から順に連続する数字を割り当てる。例えば、経路位置情報として、経路に沿って１，２，３・・・と順に数字を割り当てる。図１１は、割り当てた数字を１０ごとに表した例である。血管領域Ｒの中心線Ｃの各位置において垂直断面Ｑを設定して、中心線Ｃの経路位置情報と同じ経路位置情報を血管領域Ｒ内の全てのボクセルに付与する。図１１の右の拡大図に示すように、中心線Ｃに該当するボクセルの経路位置情報が「１０」の場合、垂直断面Ｑに含まれる血管領域Ｒのボクセルの経路位置情報は全て「１０」にする。

図１２に示すように、２つの血管領域Ｒ１およびＲ２が隣接する場所においては、各ボクセルｖｉから２つの血管領域Ｒ１およびＲ２の中心線Ｃ１およびＣ２までの距離が短い方の血管領域の経路位置情報をそのボクセルに付与する。図１２は、中心線Ｃ１の垂直断面のボクセルの経路位置情報が「２０」であり、中心線Ｃ２の垂直断面のボクセルの経路位置情報が「３０」である場合を示す。ボクセルｖｉから中心線Ｃ１までの距離と、ボクセルｖｉから中心線Ｃ２までの距離では、中心線Ｃ２までの距離の方が短いのでのボクセルｖｉの経路位置情報は「３０」となる。

ベクトル取得部１２ａは、図１３に示すように、血管が投影方向に重なりかつ血管同士が隣接している場合は、血管領域Ｒ１に入った位置のボクセルｖ１からレイｒを伸ばして血管領域Ｒ１を出る位置のボクセルｖ２までの間だけ３次元流速ベクトルをサンプリングするようにする。このとき、付与部１５によって付与された各ボクセルの経路位置情報が大きく変化しないところまでサンプリングすることにより、ボクセルｖ１からボクセルｖ２までの３次元流速ベクトルをサンプリングする。図１３では、ボクセルｖ１の経路位置情報が「１５０」であるが、ボクセルｖ２の経路位置情報が「５５０」となって、経路位置情報が「１５０」と大きく異なる値となっているので別の血管領域Ｒ２に入ったと判断して、「１５０」の経路位置情報が付与されたボクセルの３次元流速ベクトルから代表２次元流速ベクトルを求める。３次元流速ベクトルから表２次元流速ベクトルを求める手法は、第１の実施形態と同様である。

図１３は、ボクセルｖ１からボクセルｖ２までの経路位置情報が全て「１５０」である場合の例であるが、血管の走行する方向とレイｒの方向によっては、ボクセルｖ１からボクセルｖ２までの経路位置情報が「１５０」の前後の数字、例えば「１４９」または「１５１」などの「１５０」に近い数字になることがある。そこで、経路位置情報が所定の範囲内の数字であり、ボクセルの大きさと血管の幅から隣接するボクセルの経路位置情報が同じ血管領域Ｒ１内であると判定できる場合には、重なった血管領域Ｒ１およびＲ２のうち投影面Ｓに近い血管領域Ｒ１であると判定する。このように隣り合ったボクセルの経路位置情報が異なり、同じ血管領域Ｒ１内であると判定できない場合には、血管壁を越えて次の血管領域Ｒ２に入ったと判定する。

上記では、１つのコンピュータを流体解析装置として機能させる場合について説明したが、複数のコンピュータに機能を分散させるようにしてもよい。例えば、解剖学的構造物の抽出および／または形態画像の生成は画像処理専用の他のコンピュータによって行ない、流体解析処理の結果を表示させるコンピュータでは、画像処理専用の他のコンピュータから解剖学的構造物の情報および／または形態画像を受信して、形態画像を表示した上で代表２次元流速ベクトルを重ねて表示するようにしてもよい。

また、上記では、汎用コンピュータが流体解析装置として機能する場合について説明したが、専用コンピュータによって実施されてもよい。専用コンピュータは、内蔵されたＲＯＭ(Read Only Memory)またはフラッシュメモリなど、不揮発メモリに記録されたプログラムを実行するファームウェアであってもよい。さらに、この流体解析装置の少なくとも一部の機能を実行するためのプログラムを永久的に記憶するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ：特定用途向け集積回路）またはＦＰＧＡ（field programmable gate arrays）などの専用回路を設けるようにしてもよい。あるいは、専用回路に記憶されたプログラム命令と、専用回路のプログラムを利用するようにプログラムされた汎用のＣＰＵによって実行されるプログラム命令と組み合わせるようにしてもよい。以上のように、コンピュータのハードウェア構成をどのように組み合わせてプログラム命令を実行してもよい。

１、１ａ流体解析装置
２医用画像保管サーバ
３撮影装置
４ネットワーク
６３次元ボリュームデータ
１０画像取得部
１１構造物抽出部
１２、１２ａベクトル取得部
１３形態画像生成部
１４表示部
１５付与部

Claims

内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、前記解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報を前記解剖学的構造物の領域内の各ボクセルごとに取得し、投影面から該投影面の投影方向に延びるレイが通過する前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの３次元流速ベクトルを前記投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、該複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得するベクトル取得部と、
前記投影面に投影した前記代表２次元流速ベクトルを表示させる表示部とを備え、
前記代表２次元流速ベクトルは、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを、投影した２次元流速ベクトルである、または、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルである流体解析装置。
前記解剖学的構造物の少なくとも一部が前記投影方向に重なりを有している場合には、
前記代表２次元流速ベクトルは、前記重なった部分の解剖学的構造物のうち前記投影面に近い解剖学的構造物内の３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを代表する２次元流速ベクトルである請求項１記載の流体解析装置。
前記代表２次元流速ベクトルは、前記重なった解剖学的構造物のうち前記投影面に近い解剖学的構造物内において、前記投影方向に重なる前記３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速度ベクトル、または、前記投影方向に重なる前記３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルである請求項２記載の流体解析装置。
前記代表２次元流速ベクトルは、前記重なった解剖学的構造物のうち前記投影面に近い解剖学的構造物内において、前記投影方向に重なる前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、前記投影方向に重なる前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルである請求項２記載の流体解析装置。
前記３次元流速ベクトルは、３次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法によって撮影された３次元ボリュームデータから得られる請求項１〜４のいずれか１項記載の流体解析装置。
前記表示部は、前記解剖学的構造物の形態画像上に前記代表２次元流速ベクトルを重ねて表示する請求項１〜５のいずれか１項記載の流体解析装置。
前記解剖学的構造物が血管であり、かつ、前記流体が血液であり、
前記３次元流速ベクトルは、血液の流速ベクトルである請求項１〜６のいずれか１項記載の流体解析装置。
前記３次元流速ベクトルは、数値流体力学を用いた血流解析の結果により得られる請求項７記載の流体解析装置。
前記流体が髄液であり、
前記３次元流速ベクトルは、髄液の流速ベクトルである請求項１〜８のいずれか１項記載の流体解析装置。
ベクトル取得部と表示部を備えた流体解析装置の作動方法であって、
前記ベクトル取得部が、内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、前記解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報を前記解剖学的構造物の領域内の各ボクセルごとに取得し、投影面から該投影面の投影方向に延びるレイが通過する前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの３次元流速ベクトルを前記投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、該複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得し、
前記表示部が、前記投影面に投影した前記代表２次元流速ベクトルを表示させ、
前記代表２次元流速ベクトルは、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを、投影した２次元流速ベクトルである、または、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルである流体解析装置の作動方法。
コンピュータを、
内部に流体が流れる解剖学的構造物を含む被写体を撮影した３次元ボリュームデータから、前記解剖学的構造物内の流体の流速を表わす３次元流速ベクトルの情報を前記解剖学的構造物の領域内の各ボクセルごとに取得し、投影面から該投影面の投影方向に延びるレイが通過する前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの３次元流速ベクトルを前記投影面に投影した複数の２次元流速ベクトルから、該複数の２次元流速ベクトルを代表する代表２次元流速ベクトルを取得するベクトル取得部と、
前記投影面に投影した前記代表２次元流速ベクトルを表示させる表示部として機能させるための流体解析プログラムであって、
前記代表２次元流速ベクトルは、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルのうち大きさが最大の３次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを平均した平均３次元流速ベクトルを、投影した２次元流速ベクトルである、または、
前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルのうち大きさが最大の２次元流速ベクトル、または、前記解剖学的構造物の領域内の複数のボクセルの前記３次元流速ベクトルを投影した２次元流速ベクトルを平均した平均２次元流速ベクトルである流体解析プログラム。