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CN105705084A - 血管内血流动态的图像处理方法及系统 - Google Patents

血管内血流动态的图像处理方法及系统 Download PDF

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CN105705084A
CN105705084A CN201480060640.XA CN201480060640A CN105705084A CN 105705084 A CN105705084 A CN 105705084A CN 201480060640 A CN201480060640 A CN 201480060640A CN 105705084 A CN105705084 A CN 105705084A
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Abstract

本发明的技术问题是，提供关于用术中显微镜摄影的荧光造影剂的动态图像数据的解析技术，提供通过将可推定BV、BF、MTT等信息的灌注(Persusion)解析方法应用于荧光造影剂解析中，从而在荧光造影剂解析中也能推定BV、BF、MTT等信息和血管壁厚等的方法及系统。解决方案如下，根据本发明的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，以注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分作为摄影对象，利用红外光进行动态图像摄影，对进行了该动态图像摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析，基于该图像解析的结果，计算血液量或血流量的非定量数据。

Description

血管内血流动态的图像处理方法及系统
技术领域
本发明涉及血管内血流动态的图像处理方法及系统。
背景技术
为了对脑动脉瘤或烟雾病等脑血管疾病进行其疾病的诊断或治疗结果的判定，实施着各种各样的检查。例如，在CT(ComputedTomography：计算机断层扫描)检查或MRI(MagneticResonanceImaging：核磁共振成像法)检查中利用断层图像或重组其图像的图像，在血管造影检查(Angiography)中通过从导管注入造影剂来描绘出血管，基于通过连续摄影获得的图像，观察脑实质的状态或血管的分布、血液的流动。
在血管外科手术的诊断中，不仅将器官或血管的形态作为图像观察，并判定局部贫血部位或范围、自发病起的经过时间等，而且还可以通过对流经血管的血流的状态进行图像化、数字化，定量且定性地判定疾病的诊断或治疗结果的效果。
灌注成像(PerfusionImaging)法是一种在组织的毛细血管或以此为基准的功能血管系统的血流(灌注)中，在动脉侧对血流施加某种标记(示踪物)，观察示踪物随血流通过组织的状态的摄影方法，从而可以定量地、或半定量地对毛细血管级别的组织血流进行图像化，用这种方法摄影的图像被称作灌注成像。灌注成像法是一种组织(毛细血管)的解析法。
此外，作为用于判定血流的指标，利用到达时间(AT：ArrivalTime)、到峰值的时间(TTP：TimeToPeak)、血流量(BF：BloodFlow)、血液量(BV：BloodVolume)、平均通过时间(MTT：MeanTransitTime)等。例如，当利用诊断图像定量地评价血流量时，计算表示由示踪物物质引起的图像的随时间的浓度变化的时间密度曲线(TimeDensityCurve，TDC)，并通过解析该时间密度曲线计算所述评价值。而且，基于这些评价值以及TDC的解析，制作BF、BV、MTT的各定性图像，并用于临床评价。
能够对血流状态进行图像化、数字化的检查有以下几种。
<利用CT装置或MRI装置的方法>
利用CT装置摄影的方法被称为CT灌注，利用MRI装置摄影的方法被称为MRI灌注。利用了CT和MRI的灌注成像可通过如下方式获得，即，为强调摄影血管而将造影剂作为示踪物快速进行静脉注射，对同一断层图像连续进行摄影，计算表示所获得的断层图像的每个像素的随时间的浓度变化的TDC，并对其进行解析而获得。CT灌注和MRI灌注均为组织(毛细血管)的解析法。
CT灌注存在受到X射线辐射的情况，在推断血脑屏障(BloodBrainBarrier)异常的病情中，当寻求定量性时需要特殊的顾虑，而若有标准的CT装置和解析软件，则能够容易测定。另一方面，MRI灌注不适用于做过在体内植入磁性体的手术的患者，由于无法保证造影剂浓度和信号强度之间的线性，存在难以获取定量性数据的缺点。此外，由于不能向对造影剂过敏的患者静脉注射示踪物，因此CT灌注、MRI灌注均无法适用于这种患者。
<利用XeCT的方法>
是一种将非放射性Xe(Xenon，氙)气体用作示踪物的方法，该方法利用如下情况，即，当吸入Xe气体，用CT装置继时性地获得断层图像，则Xe扩散至脑组织，CT图像的组织浓度(CT值)轻微上升。根据这种继时性CT值的上升而计算TDC，并对血流状态进行图像化。
由于Xe气体具有兴奋作用、麻醉作用，难以利用，需要有提供气体的封闭回路装置，还需要顾虑受到X射线辐射的情况。
<利用SPECT装置或PET装置的方法>
该方法将含有放射性同位素的药品(以下称RI药品)用作示踪物，是一种如下摄影方法，即，通过将RI药品注射或吸入末梢静脉，继时性地利用SPECT装置(SinglePhotonEmissionComputedTomography，单光子发射计算机断层成像)或PET装置(PositronEmissionTomography，正电子发射断层成像)，从体外测量RI药品的体内分布，从而计算TDC，并对血流状态进行图像化。
利用PET的检查，在当前可利用的灌注成像法中定量性最为优越，具有能够同时测定氧摄入率和能量代谢率等的优点。但是，SPECT、PET摄影均需要用于处理RI药品的核医学设备，检查时受到的辐射也多。
<利用血管造影检查的方法>
该方法是通过将导管从腹股沟、肘部、手腕等的动脉引入目标血管中，将造影剂注入血管内进行X射线透视摄影来观察血管的分布和狭窄部位等的方法。利用该方法，能够同时进行治疗。通过用数字减影血管造影法(DSA)摄影，能够用高对比度只观察注入造影剂的血管。对摄影到的DSA图像中的欲评价的血管设定ROI，解析存在于所设定的ROI内的血管(造影剂)的TDC，从而能够对血流状态进行图像化。
虽然血管造影检查能够容易地判定血管内手术前后的效果，但存在受到X射线辐射的情况，而且，不适合检查对造影剂过敏的患者。此外，由于直接在血管内插入导管，因此要求检查室和检查仪器的清洁度达到手术室级别。此外，手术后为了止血而几个小时需要绝对安静，因此这基本上是一项需要住院的检查。
血管疾病的诊断不仅对血流状态进行图像化而进行，而且还对血流状态、血流量进行定量、定性地进行数字化而进行。这些信息可通过解析所述图像的随时间的浓度变化曲线而计算的方法、和利用超声波的超声波多普勒、利用电磁血流量计(ElectromagneticBloodFlowMeter)的血流测量仪器的方法获得。
<利用超声波多普勒的方法>
利用超声波检查装置的彩色多普勒法(ColorDopplerImaging)，能够实时地对生物体内的血液循环流体着色，将其叠加到作为二维断层图像的B模式图像上来获取血液循环状态。彩色多普勒法是根据超声波的多普勒效应，利用反射后的声波的频率发生变化的情况，判定目标物体(血液)是接近探头(探针)还是远离探头并实现图像化的技术。
由于超声波探针片较大，无法进行较小血管的评价，若血管直径和探针尺寸不同，则血流测量也无法进行，但可以不论场所容易检查，能够从多个方向观察，能够实时观察结果。
<利用电磁血流量计的方法>
该方法基于磁场中当导体运动时产生电动势的弗来明定律，将血流视作电流，利用在血流和磁场两者的直角方向产生电动势的现象，测定瞬时血流量、平均血流量、每搏输出量等。
利用电磁血流量计的方法，用于手术过程中的血流量测量，可以测定实时测量结果。但电磁血流量计需要将探针直接安装在血管内，因此必须露出目标血管才能进行测量。
而且，血流的评价也可以通过观察血液流动本身来进行。
<利用术中荧光血管造影的方法>
该方法通过在手术用显微镜的近红外区光下，对作为示踪物投药到静脉内的荧光血管造影剂所激发的近红外区的荧光进行视频录制，从而评价血流。
虽然可以掌握血管内的荧光血管造影剂的状态(有无血流)，但不能详细解析血流状态、血流量等信号变化。虽然摄影需要在手术用显微镜装置的近红外光下对目标血管进行视频录制，但可以在手术中实时确认血流状态。
如上所述，尽管血管疾病中的血流评价有各种检查和测定方法，但在临床现场中根据患者的病情或用途、诊断定时来研讨最佳的检查、测定法后再采用。例如，当评价动脉瘤夹闭术后的血流状态时，要求在手术中实时评价血流。此时，不适用CT或MRI、血管造影检查等需要手术室未配备的专用装置的检查，而是选择利用电磁血流量计或术中荧光血管造影法的血流评价。
而且，根据所使用的装置能够获取的信息的种类，也能确定能否利用该检查、测定法。例如，用电磁血流量计能够测定瞬时血流量、平均血流量、每搏输出量等，但输出的数据为数值数据(曲线图)，在术中荧光血管造影法中可以通过目测来推定AT、TTP图像，但无法制作BV、BF、MTT数据及附加了这些信息的血流评价图像。因此，做手术的人员还需要根据其可测定的数据内容恰当地选择能够获得术后评价所需的信息的测量仪器，并进行手术的评价。即，例如在欲获得BV、BF、MTT的值和血流评价图像的情况下，例如，需要在患者的病情稳定下来的术后几天进行CT灌注图像摄影，而且解析所摄影的图像。即，很难在手术过程中实时获取BV、BF、MTT的值和血流评价图像。
例如，在专利文献1中公开了使用放射特定波长的放射线的荧光显像剂，对接受旁路移植手术等的血管的通畅性进行评价的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－147797号公报
发明内容
然而，在现有技术中根据术中荧光血管造影推定BV(BloodVolume：血液量)、BF(BloodFlow：血流量)、MTT(MeanTransitTime：平均通过时间)等所需的信息是极其困难的。
本发明提供有关用术中显微镜摄影的荧光造影剂的动态图像数据的解析技术，旨在提供通过将可推定BV、BF、MTT等信息的灌注(Perfusion)解析方法应用于荧光造影剂解析中，实现在荧光造影剂解析中也能推定BV、BF、MTT等信息、血管壁厚等的方法及系统。
根据本发明的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，以注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分作为摄影对象，利用红外光进行动态图像摄影，对进行了该动态图像摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析，并基于该图像解析的结果，计算血液量或血流量的非定量数据。
根据本发明的一个方式，计算所述血液量或血流量的定量数据来代替所述非定量数据。
根据本发明的一个方式，以所述血管的一部分作为测定对象，利用电磁血流量计测定血流量，并基于该测定结果和所述非定量数据，计算血液量或血流量的定量数据。
根据本发明的一个方式，根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。此外，生成解析动态图像来代替所述解析图像。
根据本发明的一个方式，所述荧光造影剂为吲哚菁绿或荧光素。
根据本发明的一个方式，其特征在于，利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影，使利用该自然光进行了动态图像摄影的输出图像和利用所述红外光进行了动态图像摄影的输出图像融合。
根据本发明的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，包括：红外光摄影装置，利用红外光对注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分进行动态图像摄影；以及图像解析装置，对由该摄影装置摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析，并基于该图像解析的结果而计算血液量或血流量的非定量数据。
根据本发明的一个方式，所述图像解析装置包括计算定量数据来代替非定量数据的图像解析装置。
根据本发明的一个方式，进一步包括解析图像生成装置，该解析图像生成装置根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
根据本发明的一个方式，包括：自然光摄影装置，利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影；以及图像融合装置，使该自然光摄影装置的输出图像和由所述解析图像生成装置生成的解析图像融合。
根据本发明的血管内血流动态的图像处理方法及系统，可以推定BV、BF、MTT等信息、血管壁厚等。
附图说明
图1是根据第一实施方式的方法的流程图。
图2是示出系统结构的一例的图。
图3是说明第一实施方式的图像解析中的输出参数图像的定义的图。
图4是说明ROI的制作位置的图。
图5是说明第一实施方式的图像解析中的输出参数图像的定义的图。
图6是说明第二实施方式的图像解析中的输出参数图像的定义的图。
图7是说明BF的计算方法的流程图。
图8是说明BF和血管截面积之间的关系的图。
图9是说明第二实施方式的BF的计算方法的图。
图10是说明第三实施方式的BF的计算方法的图。
图11是示出移植手术前后的解析图像的变化的图。
图12是包括图像融合处理的方法的流程图。
图13是示出图像融合处理的处理步骤的图。
具体实施方式
以下，说明用于实施本发明的血管内血流动态的图像处理方法及系统的实施方式。在本实施方式中，将脑血管的移植手术中在手术室内计算BV和BF定量图像并诊断的方法作为示例进行说明。
此外，显然本发明不限于以下实施方式。
在以下实施方式中，术语和缩略语(解析输出图像名)如下对应。
AT：ArrivalTime，到达时间[sec]
TTP：TimeToPeak，到达峰值的时间[sec]
MTT：MeanTransitTime，平均通过时间[sec]
MFV：MeanFlowVelocity，定量血流速度[cm/sec]
BV：BloodVolume，定量血液量[ml]
BF：BloodFlow，定量血流量[ml/min]
rMFV：relativeMeanFlowVelocity，非定量血流速度
rBV：relativeBloodVolume，非定量血液量
rBF：relativeBloodFlow，非定量血流量
eBF：利用电磁血流量计测量的定量血流量[ml/min]
Peak：峰值图像
Kbf：定量化换算系数
S：血管截面积(内侧)[mm×mm]
Fusion：图像叠加
ROI：RegionofInterest，兴趣区域
ICG：Indocyaningreen，吲哚菁绿
FITC：Fluoresceinisothiocyanate荧光素
此外，在本实施方式中，所谓图像输出是指根据图像、动态图像、或从动态图像的片段中提取的图像的输出。
<第一实施方式>
首先，对根据第一实施方式的血管内血流动态的图像处理的系统的结构进行说明。根据本实施方式的系统，如图1所示，包括：红外光摄影装置100，用于利用红外光对血管进行动态图像摄影；动态图像转换装置102，用于转换由红外光摄影装置100输出的视频信号，并制作动态图像文件；图像解析装置104，用于解析由动态图像转换装置102转换的动态图像文件，并基于该图像解析结果计算血液量或血流量的非定量数据；以及解析图像生成装置106，用于根据由图像解析装置104获取的血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
这些装置，例如也可以设置于一台个人计算机的内部。或者，也可以设置成独立的装置。或者，也可以将其中一部分或全部的功能以软件形式编入个人计算机或测定仪器、显示装置、分析装置等。
图2示出了根据本实施方式的系统结构的一例。图2记载了显微外科手术(使用显微镜进行的手术)中，根据本实施方式的发明的结构的一例。
根据本实施方式的方法的实施步骤如下。
[荧光造影剂的投药]
将吲哚菁绿作为荧光造影剂投药。以经静脉或经动脉路径进行投药。例如，将吲哚菁绿25mg稀释成10ml，并一次投药2ml。
吲哚菁绿(ICG：Indocyaningreen)、荧光素(FITC：Fluoresceinisothiocyanate)等可用作荧光造影剂。ICG通过在血液内与α－脂蛋白聚合，针对红外线显出单色荧光。利用该现象，在眼科领域中将吲哚菁绿应用于眼底荧光血管造影。FITC为荧光色素，当照射紫外线时发出绿光。
除了上述荧光造影剂，例如，只要是通过照射特定波长的光而放出特定波长的光的药剂，就可以适当采用。
[使用电磁血流量计的定量BF值的测量]
使用电磁血流量计(ElectromagneticBloodFlowMeter)测量某一特定血管位置的定量血流值。将该定量测量值定义为eBF(ROI)。就实际的使用电磁血流量计的测量操作而言，用电磁血流量计探针夹住包括旁路移植的血管结构进行测量。
[动态图像摄影]
用红外光摄影装置100进行摄影。可以将能够进行红外光摄影的普通的手术中显微镜用作红外光摄影装置100。
[动态图像文件转换]
使用动态图像转换装置102的视频捕捉装置对由红外光摄影装置100摄影的模拟(合成)视频信号进行视频信号的模拟-数字转换。使用个人计算机将数字视频信号作为动态图像文件输入本地磁盘中。动态图像文件可以是MPEG或MOV等通用动态图像文件。
[动态图像文件的定量解析]
在图像解析装置104中，按以下步骤对动态图像摄影后的图像输出进行解析。
此处，使用电磁血流量计在血管手术前对手术中視野内看得见的某一特定血管进行的定量BF值测量、和手术中使用荧光血管造影药进行的灌注解析的一阶矩(FirstMoment)法计算处理同时进行，计算定量MTT数据和非定量rBV、rBF数据。
首先，随着时间的推移，监控图像中的血管的一个点(1像素)。从而，可获取该血管的一个点(1像素)的亮度值的变化的信息。在此，获取亮度值变化的信息的对象可以为1像素，也可以使用多个像素的每个亮度值的平均值信息。
通过解析亮度值时间变化曲线，可以定量分析ICG药剂呈块状通过血管的状态。对动态图像的全部像素实行图3所示的定量解析。以时间(X轴)单位计算解析结果的AT、TTP、MTT作为定量图像数据求出。根据亮度值(Y轴)的积分值计算解析结果的rBV、rBF作为非定量图像数据求出。
将荧光造影剂的动态图像数据视作导引图像，同时在与由电磁血流量计测量的特定血管位置相同的血管位置制作ROI(图4)。然后，对rBF图像进行ROI统计处理。将通过ROI统计处理计算出的平均非定量血流值定义为rBF(ROI)。计算eBF(ROI)和rBF(ROI)之间成立的换算系数值：Kbf。
eBF(ROI)＝Kbf×rBF(ROI)
其中，ROI是兴趣区域(ROI：RegionofInterest)。ROI制作是用二维闭合曲线包围所观测的图像上的兴趣区域的兴趣区域制作处理。ROI统计是计算ROI形状内部的每单位像素的平均图像值的图像处理。
假定在特定血管位置(ROI)成立的定量化换算公式
eBF(ROI)＝Kbf×rBF(ROI)为对整个图像空间位置也依然成立的定量化换算公式。
即，如下面的公式，对通过灌注解析的一阶矩法计算处理计算出的整个非定量rBF图像乘以系数而能够转换成定量BF。
BF＝Kbf×rBF
根据在灌注解析的一阶矩法计算中成立的关系式rBF＝rBF/MTT、BF＝BV/MTT、以及将非定量rBF图像转换成定量BF图像的定量化换算公式BF＝Kbf×rBF成立，如下所述的将非定量rBV图像转换成定量BV图像的定量化换算公式成立。
BV＝Kbf×rBV
此外，所述参数处于下面的关系。
rBF＝rBV/MTT：非定量关系式
BF＝BV/MTT：定量关系式
eBF(ROI)＝Kbf×rBF(ROI)：在特定血管位置(ROI)成立的定量化换算公式
BF＝Kbf×rBF：在整个图像中成立的rBF和BF之间的定量化换算公式
BV＝Kbf×rBV：在整个图像中成立的rBV和BV之间的定量化换算公式
图像解析的输出参数图像能够从如图5所示的根据血管的一个点的亮度值的变化信息获取的亮度值时间变化曲线的形状抽出，各参数间的关系如图5所示。
图11示出旁路手术前后的解析图像的一例。从图中可知，在该例子中，旁通手术后AT缩短(血流变快)，在图像中央部颜色深的部分增多。
为进行定量性的术中荧光血管摄影解析，难以根据荧光造影剂的静脉注射的定时来获取稳定的结果。通过根据亮度值时间变化曲线求出积分值，并求出面积重心，从而能够求出不依赖于注射定时的稳定的BF、BV、MTT。此外，通过参考利用电磁血流量计获取的移植血流，还考虑移植血管直径、荧光造影剂的投药量等，能够计算出更准确的BF。根据需求，可通过在颈动脉注入荧光造影剂，以固定的定时反复进行检查。
如上所述，在根据本实施方式的方法中，通过利用电磁血流量计测量特定血管的定量BF值，能够诊断血管手术前或后的血管的状态，尤其能够以视觉上易于识别的形式提供。
此外，在作为组织(毛细血管)的解析法所利用的CT灌注和MRI灌注的灌注解析的一阶矩法中，将曲线下面积定义为非定量rBV，能够容易地求出每个像素的非定量rBV图像。此外，将AT时间定义为原点零[sec]时的面积重心时间被定义为定量MTT。还能够容易地求出每个像素的定量MTT图像。
在现有的灌注解析方法中，非定量rBV和非定量rBF之间成立计算公式rBF＝rBV/MTT是已知的事情。仅凭现有的灌注解析的一阶矩法不能推定定量BV、BF图像，但根据本实施方式的方法，通过利用计算公式rBF＝rBV/MTT，能够根据每个像素的非定量rBV图像和定量MTT图像容易地求出非定量rBF图像。
<第二实施方式>
在第二实施方式的方法中，虽然与第一实施方式的“动态图像文件的定量解析”中的计算方法不同，但系统的结构、方法中的其他步骤等与第一实施方式相同。
以下，对利用术中荧光血管造影(利用显微镜摄像头)数据，在血管的解析法中使用用于组织(毛细血管)解析法即CT灌注和MRI灌注的灌注成像法(一阶矩法)时的计算方法进行说明。
在利用灌注成像法(一阶矩法)的组织(毛细血管)解析中，将AT时间定义为原点零[sec]时的面积重心时间被定义为定量MTT，曲线下面积被定义为非定量rBV。非定量rBV和非定量rBF以及定量MTT之间成立下面的关系式。
rBF＝rBV/MTT
考虑组织(毛细血管)解析法的电磁血流量计修正公式。非定量rBF可通过利用电磁血流量计测量特定血管位置的定量BF[ml/min]，向BF[ml/min]图像进行定量值换算。
BF[ml/min]＝Kbf×rBF：电磁血流量计修正公式
其中，BF[ml/min]是“流经每单位组织”的定量血流量(BloodFlow)。
从组织(毛细血管)解析中可以直接计算BF[ml/min]和BV[ml]。可以预想到在血管解析中“流经每单位组织”」这概念不恰当。血管解析中要求计算流经某一根血管的BF[ml/min]和BV[ml]。
对将利用灌注成像法(一阶矩法)的组织(毛细血管)解析应用于血管解析时的精确解进行考察。血管解析中将AT时间定义为原点零[sec]时的面积重心时间被定义为定量MTT。此关系式与组织(毛细血管)解析法一致。
定量MTT是在组织解析、血管解析中均能以相同概念定义的计算量。将曲线下面积定义为rβ。非定量rβ和定量MTT以及rMFV：非定量平均血流速度(MeanFlowVelocity)之间成立下面的关系式。
rMFV＝rβ/MTT
在该实施方式中，前面所述的图3的rBF相当于rβ。
图6示出所述关系式的说明。此关系式可以从改变血管直径的仿真实验的数据解析中导出。仿真实验的结果，rβ/MTT不与rBF成比例。实验表明的结论是，“rβ/MTT”与“rBF/S”成比例。
考虑血管解析法的电磁血流量计修正公式。非定量rMFV可通过使用电磁血流量计测量特定血管位置的定量MFV[cm/sec]，向MFV[cm/sec]图像进行定量值换算。
MFV[cm/sec]＝Kbf×rMFV：电磁血流量计修正公式
MFV[cm/sec]是“流经每单位空间的”平均血流速度。在此，单位空间的空间可以理解为指血管和组织(毛细血管)这两者。
考虑血管解析法的血管直径换算公式。由于最终欲计算的定量值为BF[ml/min]，因此考虑计算定量BF的方法。定量MFV和定量BF之间如下成立以下的血管直径换算公式。
BF[ml/min]＝S[mm×mm]×MFV[cm/sec]：血管直径换算公式
图7的流程图示出BF的计算过程的概要。
此外，如图8所示，将S定义为某血管位置上的内侧血管截面积。
该血管直径换算公式意味着若能在每个血管的位置测定内侧血管截面积S，则能够计算定量BF。重要的是，内侧血管截面积S不是一个值。血管的粗细(血管截面积)因血管而异。若严格分析，即使是在一根血管上，根据位置的不同，其血管的粗细(血管截面积)是不同的。这种差异意味着在严格意义上内侧血管截面积S由图像提供。
若使用灌注成像(一阶矩法)血管解析法，则直接获取的物理量为非定量rMFV。根据该非定量rMFV，通过利用电磁血流量计修正公式(MFV＝Kbf×rMFV)和血管直径换算公式(BF＝S×MFV)能够计算定量BF(图9)。
根据第二实施方式的方法，可以计算更精确的BF值。
<第三实施方式>
在第三实施方式的方法中，虽然BF的计算式与第二实施方式不同，但系统的结构、方法中的其他步骤等与第一实施方式相同。
为了精确地计算BF，需要精确地测量内侧血管截面积S[mm×mm]。但是，在现实中很难精确地测量内侧血管截面积S[mm×mm]。
在进行电磁血流量计修正的步骤中，测定某一处的血管位置的血流速度(血流量)。该某一处的血管位置中的血管直径R[mm]是能够测量的。根据所测量的血管直径R[mm]求出内侧血管截面积S。最初的近似是，在用电磁血流量计测量的同一根血管中内侧血管截面积S近似于相同。
对于未用电磁血流量计测量的其他血管的内侧血管截面积S，也近似于相同。根据该近似，能够将原来难以精确测量的内侧血管截面积S图像视作常数来处理。
根据第三实施方式的方法，可以近似地计算灌注成像(一阶矩法)血管解析法。
<第四实施方式>
作为第四实施方式，虽然不进行电磁血流量计测定，但通过设定手术条件能够进行与第一至第三实施方式相同的解析，对该方法进行说明。在第四实施方式中，除了不进行电磁血流量计测定而设定手术条件之外，均与所述第一至第三实施方式相同。
每次进行电磁血流量计测定不是简单的事情。由于电磁血流量计测定的测量操作包括损伤血管结构的风险，因此在现实中都想尽量避免。每次手术时，即使不使用电磁血流量计，通过备齐手术条件，就能够近似地计算定量BV、BF图像。在此，手术条件是指：显微镜摄像头的灵敏度、显微镜摄像头的倍率、显微镜摄像头的工作距离(WorkingDistance)、显微镜摄像头的角度(Angle)、荧光造影剂(ICG、FITC)的投药量等。
工作距离(WorkingDistance)是从显微镜摄像头的物镜的前端到已对焦的被摄物体的距离。角度(Angle)是显微镜摄像头观察被摄物体的角度。
荧光造影剂的投药量是从臂的静脉注射荧光造影剂(ICG、FITC)时所注射的药量。通常，将荧光造影剂稀释成易于注射的状态。使稀释的状态相同意味着注射相同量的稀释后的注射药。此外，用于备齐手术条件的具体的条件，例如也可以由医院等各机关规定。
在根据第四实施方式的方法中，即使不使用利用电磁血流量计可计算定量BV、BF图像的技术和电磁血流量计，也能通过备齐手术条件，近似计算定量BV、BF图像。因此，具有所谓能够预测旁路移植能够向组织供给的血流量、历经长期的旁路的通畅性的具体效果。
[血管壁厚的测量]
关于脑动脉瘤、颈动脉狭窄病变，其厚度信息可以提供动脉瘤的易破裂程度、由狭窄病变引起的血栓脱落等有关手术操作的风险的信息。
ICG可以透视其荧光频率至10mm的深处。血管壁是0.1～10mm左右，手术时该血管壁的性质很重要。由于ICG亮度随血管壁厚而变化，因此可以通过使投药量、显微镜摄像头灵敏度、到所观察的对象物的距离和倍率保持恒定来推定壁厚。
FITC可以透视其荧光频率至5mm的深处。能够观察具有比较薄的血管壁的血管病变、旁路的通畅等。
本方法的目的不在于了解脑组织，而是在于了解血管本身的血流量(BV)、血液量(BF)、平均通过时间(MTT)，进而根据信号亮度了解血管壁厚。
[图像融合处理]
仅凭所述荧光造影剂解析结果的输出参数图像数据，无法弄清动脉、静脉、脑沟等的解剖学上位置关系。可通过在解剖学图像(动态图像)数据上叠加荧光造影剂解析结果的输出参数图像数据的图像叠加处理(图像融合处理)，来掌握解剖学上的位置关系。
虽然图像融合处理是组织(毛细血管)的解析法，但它需要血管的解析法。可以利用所述血管内血流动态的图像处理结果。涉及包含图像融合处理的血管内血流动态的图像处理方法的系统的结构如图12所示。
在包含图像融合处理的血管内血流动态的图像处理中，利用红外光摄影装置100进行摄影，并且还利用自然光摄影装置108进行摄影。此处，通过自然光进行摄影，并录制图像或动态图像数据。
图像融合装置110中，利用通过自然光将血管的一部分作为动态图像而摄影的自然光摄影装置108，并且对该自然光摄影装置108的输出图像和由解析图像(动态图像)生成装置106生成的解析(动态图像)图像进行融合。
图像融合处理中，利用如下(A)、(B)和(C)的图像(动态图像)数据。
(A)自然光的M张动态图像数据(彩色图像)
(B)荧光造影剂的N张动态图像数据(灰度图像)
(C)解析结果的静态图像数据(灰度图像)[有包含BF、BV、MTT等多个数据的静态图像数据]。
此处，灰度图像是指通过参照灰度颜色表来套用显示色的数值类型(valuetype)图像(医疗图像中，主要用于MRI、CT)。
色度(colourscale)图像是指通过参照彩虹色等颜色表来套用显示色的数值类型图像(医疗图像中，主要用于核医学)。
彩色图像是指固定有彩色的图像，如照片。
这里的N张动态图像数据是指时间轴方向上成N张动画(animation)的图像。静态图像数据是指如一张照片那样的图像。
根据上述实施方式1或2的技术的荧光造影剂解析，是从(B)导出(C)的处理。重要的是，在仅涉及荧光造影剂解析的处理中不使用(A)，由于根据(B)动态图像做出(C)静态图像，因此(B)和(C)处于相同位置关系。(B)和(C)的图像融合处理，由于是相同位置，因此位置关系必然一致。
(A)和(B)、(C)是否处于相同位置关系，根据所使用的仪器而不同。存在自然光动态图像和红外光动态图像的摄影位置不同的仪器和位置相同的仪器。此外，通常，自然光动态图像的动画张数M和荧光造影剂的动态图像的动画张数N不同。此外，摄影自然光动态图像的时机和摄影荧光造影剂动态图像的时机是否为同一时间所摄影，也根据显微镜仪器而不同。是否在同一时间摄影了这些图像，不是该图像融合处理的必要条件。
本实施例中，将对以下三种图像融合处理进行说明。
(I)图像融合处理I(乘法型的图像融合处理)：通过对根据荧光造影剂的动态图像数据计算的峰值静态图像数据(灰度图像)和(C)图像解析的输出参数静态图像数据(色度图像)进行图像融合处理，来制作图像融合静态图像数据(彩色图像)的图像融合处理I。
在该处理中，通过一张灰度图像和一张色度图像的组合来制作一张彩色图像。
(II)图像融合处理II(乘法型的图像融合处理)：通过对(B)荧光造影剂的动态图像数据(灰度图像)和(C)图像解析的输出参数静态图像数据(色度图像)进行图像融合处理，来制作图像融合动态图像数据(彩色图像)的图像融合处理II。
该处理中，通过N张灰度图像和一张色度图像的组合来制作N张彩色图像。
(III)图像融合处理III(自然光动态图像和图像融合处理)：通过对图像融合处理中所制作的图像融合动态图像数据(彩色图像)和(A)自然光的动态图像数据(彩色图像)或(A)自然光的静态图像数据(彩色图像)进行图像融合处理，来制作图像融合动态图像数据(彩色图像)的图像融合处理III。
该处理中，通过N张彩色图像和M张或一张彩色图像的组合来制作N张彩色图像。
图13示出了图像叠加处理(图像融合处理)的处理步骤的一例。示出该处理步骤如下：进行图像融合处理II和图像融合处理III，通过N张彩色图像和M张或一张彩色图像的组合来制作N张彩色图像。
图像融合处理I和图像融合处理II进行相同的乘法型的图像融合处理。图像融合处理I和图像融合处理II的不同之处在于，(I)的灰度图像为一张，而(II)的灰度图像为N张。(C)图像解析的输出参数静态图像数据(色度图像)一共是1张。
图像融合处理I中，只进行一次乘法型的图像融合处理。图像融合处理II中，通过改变荧光造影剂的动态图像数据(灰度图像)，进行N次处理。在图像融合处理的结果图像中，图像融合处理I成为静态图像，图像融合处理II成为动态图像。
此处，对图像融合处理I和图像融合处理II中通用的乘法型的图像融合处理的细节进行说明。乘法型的图像融合处理的优点在于，能可靠地再现灰度图像和彩色图像这两者的颜色。
以下，以一张灰度图像和一张色度图像的情况为例，对乘法型的图像融合处理的具体处理步骤进行说明。首先说明的是，加法型的图像融合处理并非最佳的情况。
加法型的图像融合处理可通过下面的基本公式计算。
色度图像1的颜色＝(红1、绿1、蓝1)
色度图像2的颜色＝(红2、绿2、蓝2)
图像融合处理结果图像的颜色＝(融合红、融合绿、融合蓝)
α：合成比率为用0.0～1.0的数字表示的值。
融合红＝α×红2+(1.0-α)×红1
融合绿＝α×绿2+(1.0-α)×绿1
融合蓝＝α×蓝2+(1.0-α)×蓝1
加法型的图像融合处理式将两个图像的颜色相加，因此将其命名为加法型的图像融合处理式。
加法型的图像融合处理式中，当一张灰度图像和一张色度图像的情况下，
将色度图像1的颜色＝(红1、绿1、蓝1)置换为灰度图像的颜色＝(灰、灰、灰)。
将色度图像2的颜色＝(红2、绿2、蓝2)置换为色度图像的颜色＝(红、绿、蓝)。
融合红＝α×红+(1.0-α)×灰
融合绿＝α×绿+(1.0-α)×灰
融合蓝＝α×蓝+(1.0-α)×灰
加法型的图像融合处理式中，可以看出没有再现色度图像的颜色(红、绿、蓝)。
如此，加法型的图像融合处理是不能可靠地再现色度图像的颜色(红、绿、蓝)的方法。与此不同的是，乘法型的图像融合处理式对两个图像的颜色进行乘法，因此将其命名为乘法型的图像融合处理式。
利用乘法型的图像融合处理式，能够可靠地再现色度图像的颜色(红、绿、蓝)。灰度图像黑的位置必然使融合处理后的色度图像呈黒色。灰度图像白的位置使融合处理后的色度图像的颜色与原始图像的色度图像的颜色(红、绿、蓝)相同。
在自然光的M张动态图像数据之中，有时只使用特定时间的自然光的一张静态图像。当使用动态图像变得复杂时等，可通过仅用自然光的一张静态图像实现简化。
以上对本发明的实施方式进行了说明。可以将第一实施方式的方法的一部分置换成第四实施方式。此外，可以将第一实施方式的方法的一部分置换成第二实施方式或第三实施方式。即，可以组合所述这些实施方式。
如上面所说明，在血管外科手术中，在手术中能掌握血流状态尤为重要。脑血流阻断是否彻底、吻合血管所提供的血液量是否充足等血管手术的治疗效果判定很重要。根据上面所说明的实施方式的发明中，通过荧光造影剂解析，稳定地掌握先前未能掌握的BF、BV、MTT，进而提供根据信号亮度变化的血管壁厚推定、根据自然光和融合(fusion)的解剖学性定向。通过将荧光造影剂解析结果融合(fusion)于自然光下摄影的图像中，还能够容易掌握解剖学位置关系。
尤其，可以预测移植的长期通畅性和包含自从移植以来的血流评价的陷入过度灌注的风险，通过掌握脑浅表的血流变化状态，还能够检测出源于脑功能反应的BV、BF变化。进而单色动态图像编辑不只应用于荧光造影剂解析，通常的例如血管摄影的灰度动态图像也有可能应用于相同的解析中。通过利用定量BV、BF、MTT图像，对血管手术前的状态和血管手术后的状态进行定量比较，能够在刚进行血管手术之后判定治疗效果。
在现有的方法中，荧光造影剂的静脉注射的量和时机很重要，由于荧光造影剂在肝脏被代谢，因此根据肝功而在其荧光造影剂的亮度減衰过程中也会发生变化。根据所述实施方式的发明计算的定量BV、BF、MTT图像，即使注射荧光造影剂的时机发生偏差，也可以将偏差的影响限制到最小。因此，成为判定治疗效果的有效解析方法。
此外，有时在旁路手术后出现因血流的过度灌注引起的症状。在这种情况下，可通过观测移植手术后的BV、BF定量图像，进行预测诊断。由于过度灌注存在出血、痉挛等风险，因此能从手术过程中预测该症状尤为有用。仅凭现有技术所提供的AT、TTP的信息难以对该症状进行预测诊断，而通过根据上述实施方式的发明，还能够应对这种预测。
并且，通过利用融合图像，还可以预测该领域是否容易发生过度灌注。
此外，根据本发明的方法和系统可以应用于使用术中显微镜的脑神经外科手术、整形外科手术、眼科手术领域的血管外科手术中，但不限于这些手术，可以应用于多种血管手术。
附图标记说明：
100：红外光摄影装置
102：动态图像转换装置
104：图像解析装置
106：解析图像(动态图像)生成装置
108：自然光摄影装置
110：图像(动态图像)融合装置
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
以注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分作为摄影对象，利用红外光进行动态图像摄影；
对进行了该动态图像摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析；
基于该图像解析的结果，计算血液量或血流量的非定量数据；
以所述血管的一部分作为测定对象，利用电磁血流量计测定血流量；
基于该测定结果和所述非定量数据，计算血液量或血流量的定量数据。
2.根据权利要求1所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
3.根据权利要求2所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
生成解析动态图像来代替所述解析图像。
4.根据权利要求1或2所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影，使利用该自然光进行了动态图像摄影的输出图像和所述解析图像融合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
所述荧光造影剂为吲哚菁绿。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
所述荧光造影剂为荧光素。
7.一种血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，包括：
红外光摄影装置，利用红外光对注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分进行动态图像摄影；以及
图像解析装置，对利用该摄影装置摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析，并基于该图像解析的结果而计算血液量或血流量的非定量数据。
8.根据权利要求7所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像解析装置包括计算定量数据来代替非定量数据的图像解析装置。
9.根据权利要求8所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像处理系统进一步包括解析图像生成装置，该解析图像生成装置根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
10.根据权利要求9所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像处理系统包括：
自然光摄影装置，利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影；以及
图像融合装置，使该自然光摄影装置的输出图像和由所述解析图像生成装置生成的解析图像融合。
11.根据权利要求1所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
利用定量化换算公式，将血液量或血流量的非定量数据换算成定量数据。
12.根据权利要求1所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
利用电磁血流量计修正公式和血管直径换算公式，将血液量或血流量的非定量数据换算成定量数据。

Claims (12)

1.一种血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
以注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分作为摄影对象，利用红外光进行动态图像摄影；
对进行了该动态图像摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析；
基于该图像解析的结果，计算血液量或血流量的非定量数据。
2.根据权利要求1所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
计算所述血液量或血流量的定量数据来代替所述非定量数据。
3.根据权利要求1所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
以所述血管的一部分作为测定对象，利用电磁血流量计测定血流量；
基于该测定结果和所述非定量数据，计算血液量或血流量的定量数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
5.根据权利要求4所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
生成解析动态图像来代替所述解析图像。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影，使利用该自然光进行了动态图像摄影的输出图像和所述解析图像融合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
所述荧光造影剂为吲哚菁绿。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的血管内血流动态的图像处理方法，其特征在于，
所述荧光造影剂为荧光素。
9.一种血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，包括：
红外光摄影装置，利用红外光对注入了一定量的荧光造影剂的血管的一部分进行动态图像摄影；以及
图像解析装置，对利用该摄影装置摄影的图像输出的亮度值时间变化曲线的形状进行图像解析，并基于该图像解析的结果而计算血液量或血流量的非定量数据。
10.根据权利要求9所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像解析装置包括计算定量数据来代替非定量数据的图像解析装置。
11.根据权利要求10所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像处理系统进一步包括解析图像生成装置，该解析图像生成装置根据所述血液量或血流量的定量数据生成解析图像。
12.根据权利要求11所述的血管内血流动态的图像处理系统，其特征在于，
所述图像处理系统包括：
自然光摄影装置，利用自然光对所述血管的一部分进行动态图像摄影；以及
图像融合装置，使该自然光摄影装置的输出图像和由所述解析图像生成装置生成的解析图像融合。
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