JP2007135894A - Blood flow analysis device and simulation method based on human blood flow data - Google Patents
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Abstract
【課題】インビボでの血流動態解析を行い血管壁剪断応力及び圧力を求めることができる血流解析装置、血流シミュレーション方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】空間３次元と時間から成る４次元の速度３成分ベクトル情報をもつヒト血流データが入力されるデータ入力部１０と、入力されたデータから４次元の速度３成分ベクトル情報を取得し、当該４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて血管壁剪断応力及び圧力を算出するデータ解析部２０と、データ解析部での解析により得られた血管壁剪断応力及び圧力などの解析結果を表示する表示部５０を有する。
【選択図】図１A blood flow analysis apparatus, a blood flow simulation method, and a program capable of performing blood flow dynamics analysis in vivo to obtain blood vessel wall shear stress and pressure are provided.
A data input unit to which human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information composed of three-dimensional space and time is input, and four-dimensional velocity three-component vector information is obtained from the input data. The data analysis unit 20 calculates the vascular wall shear stress and pressure based on the four-dimensional velocity three-component vector information, and the analysis results such as the vascular wall shear stress and pressure obtained by the analysis in the data analysis unit. It has the display part 50 to display.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ヒト血流データをもとにした血流解析を行う血流解析装置、血流シミュレーション方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a blood flow analysis device, a blood flow simulation method, and a program for performing blood flow analysis based on human blood flow data.
粥状動脈硬化病変、脳動脈瘤、解離性大動脈瘤などの血管病変には好発部位があり、これらの発生や進行には血管壁に加わる剪断応力が大きな役割を果たすと考えられる。個々の患者等の血管壁剪断応力を正確かつ容易に求めることができれば、病変の予後推定や治療方針決定に役立てることができる可能性が高く、また、将来の血管病変発生を推定して、その予防に役立てることができる可能性もある。 Vascular lesions such as atherosclerotic lesions, cerebral aneurysms, and dissecting aortic aneurysms have recurrent sites, and it is considered that shear stress applied to the vascular wall plays a major role in the occurrence and progression of these lesions. If it is possible to accurately and easily determine the vascular wall shear stress of individual patients, etc., there is a high possibility that it will be useful for estimating the prognosis of the lesion and determining the treatment strategy. There is a possibility that it can be useful for prevention.
正確な血管壁剪断応力及び圧力を求めるには、血管壁近傍の血流動態を正確に解析することが必要である。近年のヒト血流解析方法には、計算流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）のインシリコン血流解析、レーザードップラー流速測定法（ＬＤＶ：Laser Doppler Velocimetry）や粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）によるインビトロ（in vitro）血流解析、及び位相コントラストシネ磁気共鳴画像法（ＰＣ ｃｉｎｅ ＭＲＩ：Phase Contrast cine Magnetic Resonance Imaging）によるインビボ（in vivo）血流解析などがある。 In order to obtain accurate vascular wall shear stress and pressure, it is necessary to accurately analyze the blood flow dynamics in the vicinity of the vascular wall. Recent human blood flow analysis methods include computational fluid dynamics (CFD) in-silicon blood flow analysis, laser doppler velocimetry (LDV) and particle image velocimetry (PIV). In vitro blood flow analysis by Velocimetry, and in vivo blood flow analysis by phase contrast cine magnetic resonance imaging (PC) MRI (Phase Contrast Cine Magnetic Resonance Imaging).
上述した血流解析方法において、ＣＦＤによる血流解析やインビトロ血流解析では、生体の血流動態を正確に表現することが難しく、計算条件や実験条件などに依存して結果が異なることが知られている。また、個々の患者毎に血流動態を表現することも困難である。
このような事情から、インビボで生体から血流動態を直接測定できることが望ましい。しかしながら、現在、インビボ血流解析では、血流速度ベクトルは比較的簡便に得られるようになったものの、血管壁剪断応力及び圧力を簡便かつ正確に得ることができない。
In the blood flow analysis method described above, it is difficult to accurately express the blood flow dynamics of a living body in CFD blood flow analysis or in vitro blood flow analysis, and the results differ depending on calculation conditions and experimental conditions. It has been. It is also difficult to express blood flow dynamics for each individual patient.
Under such circumstances, it is desirable that blood flow dynamics can be directly measured from a living body in vivo. However, at present, in vivo blood flow analysis, blood flow velocity vectors can be obtained relatively easily, but vascular wall shear stress and pressure cannot be obtained easily and accurately.
本発明は、インビボでの血流動態解析を行い血管壁剪断応力及び圧力を求めることができる血流解析装置、血流シミュレーション方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a blood flow analysis device, a blood flow simulation method, and a program that can perform blood flow dynamic analysis in vivo and obtain blood vessel wall shear stress and pressure.
本発明の血流解析装置は、空間３次元と時間から成る４次元の速度３成分ベクトル情報をもつヒト血流データが入力される入力手段と、上記入力手段より入力されたデータから４次元の速度３成分ベクトル情報を取得し、当該４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて血管壁に加わる剪断応力、又は剪断応力及び圧力を算出する解析手段と、上記解析手段にて得られた解析結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
本発明の血流シミュレーション方法は、空間３次元と時間から成る４次元の速度３成分ベクトル情報をもつヒト血流データが入力される入力手段より入力されたデータから４次元の速度３成分ベクトル情報を含む血流情報を取得し、当該血流情報に基づいて血管壁に加わる剪断応力及び圧力を算出し、上記血流情報及び血管壁に加わる剪断応力及び圧力に係る情報の提供を受け、当該情報を用いて計算流体力学による血流シミュレーションを行うことを特徴とする。
本発明のプログラムは、空間３次元と時間から成る４次元の速度３成分ベクトル情報をもつヒト血流データが入力される入力手段より入力されたデータから取得した４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて、血管形状内の所定点における４次元の速度３成分ベクトル情報を補間する補間処理ステップと、上記情報取得ステップ及び上記補間処理ステップにて得られた４次元の速度３成分ベクトル情報を用い、血管形状内の所定領域の血管壁に加わる剪断応力、又は剪断応力及び圧力を算出する情報算出ステップと、上記各ステップにて得られる任意の情報を表示部に表示させる表示ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
The blood flow analysis apparatus according to the present invention includes input means for inputting human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information composed of three-dimensional space and time, and four-dimensional data from the data input from the input means. Analyzing means for acquiring velocity three-component vector information and calculating shear stress applied to the blood vessel wall, or shear stress and pressure based on the four-dimensional velocity three-component vector information, and an analysis result obtained by the analyzing means And display means for displaying.
According to the blood flow simulation method of the present invention, four-dimensional velocity three-component vector information is obtained from data input from an input means to which human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information consisting of three-dimensional space and time is input. Blood flow information including the blood flow information, calculating the shear stress and pressure applied to the blood vessel wall based on the blood flow information, receiving the blood flow information and information relating to the shear stress and pressure applied to the blood vessel wall, It is characterized by performing blood flow simulation by computational fluid dynamics using information.
The program according to the present invention converts four-dimensional velocity three-component vector information acquired from data input from input means to which human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information consisting of space three dimensions and time is input. Based on the interpolation processing step for interpolating the four-dimensional velocity three-component vector information at a predetermined point in the blood vessel shape, and using the information acquisition step and the four-dimensional velocity three-component vector information obtained in the interpolation processing step. An information calculation step for calculating a shear stress applied to a blood vessel wall in a predetermined region in the blood vessel shape, or a shear stress and a pressure, and a display step for causing the display unit to display arbitrary information obtained in the above steps are displayed on the computer. It is made to perform.
本発明によれば、入力される４次元の速度ベクトルデータを収集可能な画像データに基づいて、３次元血流速度３成分ベクトル情報及び時間情報を有する４次元の速度３成分ベクトル情報を取得し、取得した４次元の速度３成分ベクトル情報を基に血管壁剪断応力及び圧力を算出するので、対象者を撮影して得られた画像データを用いたインビボでの血流解析により血管壁剪断応力及び圧力を正確かつ容易に求めることができる。 According to the present invention, based on image data that can collect input four-dimensional velocity vector data, three-dimensional blood velocity three-component vector information and four-dimensional velocity three-component vector information having time information are acquired. Since the vascular wall shear stress and pressure are calculated based on the acquired four-dimensional velocity three-component vector information, the vascular wall shear stress is obtained by in vivo blood flow analysis using image data obtained by photographing the subject. And the pressure can be determined accurately and easily.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による血流解析装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように本実施形態による血流解析装置は、データ入力部１０、データ解析部２０、関心領域設定部３０、結果出力部４０、表示部５０、及びデータ出力部６０を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a blood flow analysis device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the blood flow analysis device according to the present embodiment includes a
データ入力部１０は、外部からデータを入力するためのものであり、例えば本実施形態では、３次元位相コントラストシネ磁気共鳴画像法（３Ｄ ＰＣ ｃｉｎｅ ＭＲＩ）により得られた画像データが入力される。なお、この３次元位相コントラストシネ磁気共鳴画像法は、３次元空間におけるｘ、ｙ、ｚの３軸すべてに速度エンコードを行い、時間軸を含めて４次元の速度ベクトルデータ（３次元空間速度３成分情報及び時間情報を有する速度ベクトルデータ）を収集可能な撮影法である。
The
データ解析部２０は、データ入力部１０より供給されるデータの解析を行い、当該データに基づいて血流情報や血管壁剪断応力及び圧力などを算出する。データ解析部２０は、血管情報作成部２１、血流情報取得部２２、補間処理部２３、及び剪断応力及び圧力算出部２４を有する。
The
血管情報作成部２１は、データ入力部１０より供給されるデータに基づいて、血管形態（血管壁面形状、より詳しくは血管壁に相当するサーフェイスの形状）の情報を求めて血管形状ファイルを作成する。なお、この血管形状ファイルにおける血管形態の情報は、３次元空間での血管形状を経時的に得た情報、すなわち４次元的な血管形態の情報である。
Based on the data supplied from the
血流情報取得部２２は、データ入力部１０より供給されるデータから、経時的な３次元血流速度ベクトルデータ、すなわち４次元血流速度ベクトルデータ（４次元血流速度３成分情報）を含む血流情報（流速、流量等）を取得する。
The blood flow
補間処理部２３は、供給されるデータを基に作成された血管形状内における血流情報に係る補間処理を行う。具体的には、補間処理部２３は、作成された血管形状内に所定の精度で格子点（計測補点）を生成し、その計測補点における血流情報を血流情報取得部２２がデータより取得した血流情報を基に補間設定する。また、補間処理部２３は、血管内の任意の指定位置における血流情報を、これら計測補点で補間設定された血流情報に基づいて算出する。なお、血管形状内における計測補点の生成精度は任意に指定可能である。
The
剪断応力及び圧力算出部２４は、血管情報作成部２１により作成された血管形状ファイルと、血流情報取得部２２及び補間処理部２３により得られた４次元血流速度ベクトルデータとに基づいて、後述する関心領域設定部３０等により設定された関心領域での血管壁剪断応力及び圧力を算出する。より詳細には、剪断応力及び圧力算出部２４は、関心領域における４次元血流速度ベクトルデータから、所望の血管壁近傍における剪断速度（ｄｖ／ｄｘ）を計算する。ここで、ｄｖは所望の血管壁に沿った血流の流速であり、ｄｘは血管壁から流速ｄｖの測定部位までの距離である。続いて、剪断応力及び圧力算出部２４は、計算して得られた剪断速度と粘度とを乗算して血管壁剪断応力を算出する。
The shear stress and
関心領域設定部３０は、血流情報や血管壁剪断応力及び圧力について算出やその結果出力を行う関心領域を設定する。関心領域設定部３０は、３次元空間における複数の方向から任意の矩形がユーザーにより選択されることで、３次元空間上での関心領域を決定する。ユーザーによる一度の矩形選択では、３次元空間において視線方向へ無限遠方まで領域選択される。さらに、ユーザーにより任意の角度にオブジェクトを回転させることで関心領域の絞込みを行うことを可能にしている。なお、この関心領域設定部３０により決定される領域が各種のデータ解析の対象範囲となるが、同時に存在可能な関心領域は１つに限定されず、複数存在しても良い。
The region-of-
結果出力部４０は、データ解析部２０がデータの解析等を行って得られた血流情報や血管壁剪断応力及び圧力（以下、これらをまとめて「血流流れ場情報」とも称す。）を表示部５０やデータ出力部６０を介して出力する。表示部５０は、例えばディスプレイなどの表示装置で構成され、結果出力部４０からの指示に基づいて結果をユーザーが閲覧可能なように表示する。また、データ出力部６０は、結果出力部４０からの指示に基づいて結果を媒体（記録媒体や印刷媒体等）を介して出力したり、ファイル等のデータとして外部に出力したりする。
The
ここで、本実施形態において、表示部５０を用いて表示される結果表示には、例えば以下の（ａ）〜（ｅ）がある。
（ａ）入力されたデータより得られる血流速度ベクトルデータの経時的な３次元空間表示
（ｂ）血流速度ベクトルデータに基づく、関心領域の血管断面における瞬時最高速度・最低速度・平均速度、経時的な最高速度・最低速度・平均速度の表示（そのグラフ化を含む。）
（ｃ）血流情報に基づく、関心領域の血管断面における瞬時流量、経時的な流量、１心拍平均流量の表示（そのグラフ化表示を含む。）
（ｄ）入力されたデータの解析結果として得られる関心領域の血管壁領域内における血管壁剪断応力及び圧力の経時的な３次元空間表示
（ｅ）関心領域の血管壁領域内における血管壁剪断応力及び圧力の最大値・最小値・平均値・標準偏差値、及び経時的なそれらの表示（そのグラフ化表示を含む。）
Here, in the present embodiment, the result display displayed using the
(A) Three-dimensional spatial display of blood flow velocity vector data obtained from input data over time (b) Instantaneous maximum velocity / minimum velocity / average velocity in the blood vessel cross section of the region of interest based on the blood flow velocity vector data Display of maximum speed, minimum speed, and average speed over time (including graphing)
(C) Display of instantaneous flow rate, temporal flow rate, and 1 heart rate average flow rate in the blood vessel cross section of the region of interest based on blood flow information (including its graphed display).
(D) Three-dimensional spatial display of vascular wall shear stress and pressure in the vascular wall region of the region of interest obtained as an analysis result of the input data over time (e) vascular wall shear stress in the vascular wall region of the region of interest And the maximum value, minimum value, average value, standard deviation value of pressure, and their display over time (including its graphed display)
次に、動作について説明する。
図２は、本実施形態による血流解析装置での解析処理動作例を示すフローチャートである。
Next, the operation will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of analysis processing operation in the blood flow analysis apparatus according to the present embodiment.
まず、医療用画像診断装置を用いて得られた対象者（患者等）に係る４次元的な画像データが、データ入力部１０を介して読み込まれる（Ｓ１１）。このとき、読み込まれた４次元的な画像データは、本実施形態における血流解析装置において処理可能なように必要に応じてデータ入力部１０によりデータ変換処理が施される。画像データとしては、例えばＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）形式の画像データが用いられる。
First, four-dimensional image data relating to a subject (patient or the like) obtained using the medical image diagnostic apparatus is read via the data input unit 10 (S11). At this time, the read four-dimensional image data is subjected to data conversion processing by the
本実施形態では、この４次元的な画像データは、上述したように３次元空間の３軸すべてに時間軸を含めた４次元の速度ベクトルデータを収集可能な３次元位相コントラストシネ磁気共鳴画像法（３Ｄ ＰＣ ｃｉｎｅ ＭＲＩ）を用いて得られたＭＲＩ画像データとする。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、４次元的な画像データは、ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ装置、回転血管撮影装置等の医療用画像診断装置を用いて得られる４次元の速度ベクトルデータが収集可能な任意の画像データを適用可能である。 In the present embodiment, the four-dimensional image data is obtained from the three-dimensional phase contrast cine magnetic resonance imaging method capable of collecting four-dimensional velocity vector data including the time axis in all three axes of the three-dimensional space as described above. It is set as the MRI image data obtained using (3D PC cine MRI). Note that the present invention is not limited to this, and the four-dimensional image data is obtained by using a medical image diagnostic apparatus such as a CT (Computed Tomography) apparatus, an MRI apparatus, and a rotating angiography apparatus. Any image data that can collect the velocity vector data can be applied.
次に、血管情報作成部２１が、ステップＳ１１において読み込まれたデータを用いて血管形状の解析を行い、３次元空間での経時的な血管形状を内容とする４次元的な血管形状ファイルを作成する（Ｓ１２）。
Next, the blood vessel
また、血管情報取得部２２が、ステップＳ１１において読み込まれたデータから４次元血流速度ベクトルデータを含む血流情報を取得する（Ｓ１３）。続いて、補間処理部２３が、ステップＳ１２において作成された血管形状内に格子状の計算ポイント（計測補点）を生成して、各計算ポイントにおける血流情報をステップＳ１３において取得した血流情報に基づいて算出することにより補間する（Ｓ１４）。
In addition, the blood vessel
次に、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４により得られた血管形状及び血流情報（詳細には、それに含まれる血流速度ベクトルデータ）を参照し、剪断応力及び圧力算出部２４が、予め関心領域設定部３０により設定された関心領域での血管壁剪断応力及び圧力を、流速、その測定点の血管壁からの距離、及び流体である血液の粘性係数に基づいて算出する（Ｓ１５）。
そして、上述したデータ解析部２０の各機能部での処理により解析結果として得られた血流流れ場情報を、外部からの要求等に応じて表示部５０に表示したり、データ出力部６０を介して出力したりする（Ｓ１６）。
Next, referring to the blood vessel shape and blood flow information (specifically, blood flow velocity vector data included therein) obtained in steps S12 to S14 described above, the shear stress and
The blood flow field information obtained as an analysis result by the processing in each functional unit of the
図３は、上述した処理により得られる解析結果（流速分布）の表示例を示す図である。
本実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、関心領域内の血管内部において指定された分解能で流速を算出した結果を、例えば色付のベクトル矢印で表示する。流速値は３次元ベクトル成分として流速の大小に応じて矢印が色付けされる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a display example of an analysis result (flow velocity distribution) obtained by the above-described processing.
In this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the result of calculating the flow velocity with the resolution specified inside the blood vessel in the region of interest is displayed, for example, with a colored vector arrow. The flow velocity value is colored as an arrow according to the magnitude of the flow velocity as a three-dimensional vector component.
なお、計測時間分のスライダを合わせて表示して、ユーザーが指定した任意時刻における情報を表示できるようにしても良いし、時刻を任意の速さで変化させたアニメーションとして情報を表示できるようにしても良い。また、３次元空間での各座標における最大流速が表示可能であり、血管形状がＳＴＬファイルとして提供される場合には、ベクトル情報に重ねて表示する。また、すべての３次元オブジェクトは、ユーザーの指定に応じて回転や拡縮など描画変更可能なようにしても良い。 The slider for the measurement time may be displayed together so that the information at an arbitrary time specified by the user can be displayed, or the information can be displayed as an animation with the time changed at an arbitrary speed. May be. In addition, the maximum flow velocity at each coordinate in the three-dimensional space can be displayed, and when the blood vessel shape is provided as an STL file, it is displayed superimposed on the vector information. Also, all three-dimensional objects may be rendered changeable such as rotating or scaling according to the user's specification.
図４は、上述した処理により得られる解析結果（血流状態）の表示例を示す図である。
本実施形態では、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、解析結果として得られる血流の状況を、流線図、流跡線図、流脈線図などにより表示することが可能である。図４（ａ）は、血流状態を流線図により示した例であり、流線はある瞬間の速度ベクトルをたどっていった線を示している。図４（ｂ）は、血流状態を流跡線図により示した例であり、線は特定の流体の塊が経時的にたどった跡を示している。また、図４（ｃ）、（ｄ）は、血流状態を流脈線図により示した例であり、特定の一点を通過した流体のつながりを示している。なお、図４（ｃ）は流脈を点を用いてポイント表示したものであり、図４（ｄ）は流脈を線を用いてライン表示したものである。
FIG. 4 is a diagram illustrating a display example of an analysis result (blood flow state) obtained by the above-described processing.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4A to 4D, the state of blood flow obtained as an analysis result is displayed as a stream diagram, a trajectory diagram, a flow diagram, or the like. Is possible. FIG. 4A is an example showing a blood flow state by a flow diagram, and the stream line shows a line that follows a velocity vector at a certain moment. FIG. 4B is an example in which the blood flow state is shown by a trajectory diagram, and the line shows a trace of a specific fluid mass over time. FIGS. 4C and 4D are examples in which the blood flow state is shown by a flow diagram, and shows the connection of fluid that has passed a specific point. Note that FIG. 4C shows a flow point displayed using points, and FIG. 4D shows a flow line displayed using lines.
図５は、上述した処理により得られる解析結果（血管壁剪断応力）の表示例を示す図である。
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、関心領域内の血管内部において指定された測定点における血管壁剪断応力を算出した結果を、例えばカラーマップ表示により表示する。
なお、図示しないが関心領域の血管断面における血流量の経時変化等もグラフ化などして表示可能であり、複数断面における血流量を１つに重ねて表示できるようにしても良い。
FIG. 5 is a diagram illustrating a display example of an analysis result (blood vessel wall shear stress) obtained by the above-described processing.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the result of calculating the blood vessel wall shear stress at the measurement point designated inside the blood vessel in the region of interest is displayed by, for example, a color map display.
Although not shown, it is possible to display a change in blood flow over time in the blood vessel cross section of the region of interest in a graph or the like, and the blood flow volume in a plurality of cross sections may be displayed in an overlapping manner.
以上、説明したように本実施形態によれば、３次元位相コントラストシネ磁気共鳴画像法をはじめ、空間３次元と時間から成る４次元の速度３成分ベクトル情報をもつヒト血流データが入力されたデータなどにより得られた４次元の速度ベクトルデータを収集可能なデータに基づいて、関心領域における３次元血流速度３成分ベクトル情報及び時間情報を取得する。そして、得られた３次元血流速度３成分ベクトル情報及び時間情報を基に、所望の血管壁近傍における血管壁剪断応力及び圧力を算出し表示する。これにより、対象者（患者等）を実際に撮影して得られた画像データを用いて、インビボでの血流解析により血管壁剪断応力及び圧力を正確かつ容易に求めることができる。また、実際に対象者を撮影して得られた画像データを用いて血流解析を行うので、対象者毎の血流動態を容易に把握することができる。 As described above, according to the present embodiment, human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information including three-dimensional space and time is input, including three-dimensional phase contrast cine magnetic resonance imaging. Three-dimensional blood flow velocity three-component vector information and time information in the region of interest are acquired based on data that can collect four-dimensional velocity vector data obtained from data or the like. Based on the obtained three-dimensional blood velocity three-component vector information and time information, the vascular wall shear stress and pressure near the desired vascular wall are calculated and displayed. Thereby, the blood vessel wall shear stress and pressure can be accurately and easily determined by in vivo blood flow analysis using image data obtained by actually photographing the subject (patient or the like). Moreover, since blood flow analysis is performed using image data obtained by actually photographing the subject, blood flow dynamics for each subject can be easily grasped.
なお、入力されたデータをデータ解析部２０にて解析して得られる血流流れ場情報を解析結果として出力するだけではなく、当該血流流れ場情報を用いて計算流体力学（ＣＦＤ）などによる血流シミュレーションを実行するようにしても良い。図６は、本発明の実施形態による血流解析装置の他の構成例を示すブロック図である。なお、この図６において、図１に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In addition, the blood flow field information obtained by analyzing the input data by the
図６に示す血流解析装置は、データ解析部２０にて得られる血流流れ場情報を用いて血流シミュレーションを実行可能にした血流解析装置であり、データ入力部１０、データ解析部２０、関心領域設定部３０、結果出力部４０、表示部５０、データ出力部６０、シミュレーション実行部７０、及び条件設定部８０を有する。すなわち、図６に示す血流解析装置は、上述した図１に示した血流解析装置に、シミュレーション実行部７０と条件設定部８０とをさらに設けたものである。
The blood flow analysis device shown in FIG. 6 is a blood flow analysis device that enables blood flow simulation using the blood flow field information obtained by the
シミュレーション実行部７０は、入力されたデータをデータ解析部２０にて解析して得られた血流流れ場情報が供給され、当該血流流れ場情報及び条件設定部８０から入力されるシミュレーション条件を用いて血流シミュレーションを実行する。シミュレーション実行部７０は、血管の時間的（経時的）なシミュレーションを行うものであり、例えば供給される血流流れ場情報を境界条件として用いて計算流体力学（ＣＦＤ）による血流シミュレーションを行ったり、さらには構造力学（有限要素法：ＦＥＭ）の処理を加えて計算流体力学（ＣＦＤ）との連成問題を解き血流シミュレーションを行ったりする。
条件設定部８０は、シミュレーション実行部７０で実行するシミュレーションの条件を入力設定するものであり、境界条件や血管形状などを指定することが可能である。
The
The
このように、対象者を実際に撮影して得られた画像データに基づいて得られた対象者毎の血流流れ場情報を用いて血流シミュレーションを行うことにより、生体内の血流動態を反映させた血流シミュレーションを行うことができる。 In this way, by performing blood flow simulation using blood flow field information for each subject obtained based on image data obtained by actually photographing the subject, blood flow dynamics in the living body can be determined. The reflected blood flow simulation can be performed.
また、入力されたデータを解析して得られた解析結果である血流流れ場情報を所定の記憶装置などに蓄積してデータベース化し、個々の血流流れ場情報を用いて予測を行ったり、血流シミュレーションを行ったりするようにしても良い。また、通信ネットワークを介して血流解析装置により血流解析を行ったり、解析結果を共有したりできるようにしても良い。 In addition, blood flow field information, which is the analysis result obtained by analyzing the input data, is stored in a predetermined storage device or the like to create a database, and prediction is performed using individual blood flow field information, A blood flow simulation may be performed. In addition, blood flow analysis may be performed by a blood flow analysis device or an analysis result may be shared via a communication network.
また、上述した実施形態では、データ解析部２０にて、供給されたデータを基に得られた血管形状ファイルと、４次元血流速度ベクトルデータを含む血流情報とに基づいて、関心領域での血管壁剪断応力を算出するようにしているが、血管壁に加わる圧力を算出することも可能である。
In the above-described embodiment, the region of interest is determined based on the blood vessel shape file obtained based on the supplied data and the blood flow information including the four-dimensional blood flow velocity vector data by the
また、上述した実施形態では、４次元の速度ベクトルデータを収集可能なインビボの４次元的なデータを用いて血流解析等を行う場合について説明しているが、レーザードップラー流速測定法（ＬＤＶ）や粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）により得られたインビトロの４次元的なデータを用いて同様に血流解析等を行うことも可能である。 In the above-described embodiment, a case where blood flow analysis or the like is performed using in vivo four-dimensional data capable of collecting four-dimensional velocity vector data has been described. However, laser Doppler velocimetry (LDV) Similarly, blood flow analysis and the like can be performed using in vitro four-dimensional data obtained by particle image velocimetry (PIV).
（本発明の他の実施形態）
なお、以上に説明した本実施形態の血流解析装置は、コンピュータのＣＰＵ又はＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。したがって、上記機能を果たすようにコンピュータを動作させるプログラムをコンピュータに読み込ませることによって実現できるものであり、そのプログラム及び当該プログラムをコンピュータが読み取り可能なように記録した、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体は、それぞれ本発明を構成する。上記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）又は他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理のすべて又は一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明の実施形態に含まれる。
(Other embodiments of the present invention)
The blood flow analysis apparatus according to the present embodiment described above is configured by a CPU or MPU of a computer, a RAM, a ROM, and the like, and can be realized by operating a program stored in the RAM or ROM. Therefore, it can be realized by causing a computer to read a program for operating the computer so as to perform the above functions, and the program and the program are recorded so as to be readable by the computer, such as a CD-ROM. Each medium constitutes the present invention. As a recording medium for recording the program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM.
Moreover, not only the functions of the above-described embodiments are realized by executing a program supplied by a computer, but the program is also shared with an OS (operating system) or other application software running on the computer. When the functions of the above-described embodiment are realized, or when all or part of the processing of the supplied program is performed by a function expansion board or a function expansion unit of the computer, the functions of the above-described embodiment are realized. Such a program is included in the embodiment of the present invention.
例えば、本実施形態に示した血流解析装置は、図７に示すようなコンピュータ機能７００を有し、そのＣＰＵ７０１により上述した実施形態での動作が実施される。
コンピュータ機能７００は、図７に示すように、ＣＰＵ７０１と、ＲＯＭ７０２と、ＲＡＭ７０３と、キーボード（ＫＢ）７０９のキーボードコントローラ（ＫＢＣ）７０５と、表示部としてのＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）７１０のＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）７０６と、ハードディスク（ＨＤ）７１１及びフレキシブルディスク（ＦＤ）７１２のディスクコントローラ（ＤＫＣ）７０７と、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）７０８とが、システムバス７０４を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
ＣＰＵ７０１は、ＲＯＭ７０２若しくはＨＤ７１１に記憶されたソフトウェア、又はＦＤ７１２より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス７０４に接続された各構成部を総括的に制御する。すなわち、ＣＰＵ７０１は、上述したような動作を行うための処理プログラムを、ＲＯＭ７０２、ＨＤ７１１、又はＦＤ７１２から読み出して実行することで、上述した実施形態での動作を実現するための制御を行う。ＲＡＭ７０３は、ＣＰＵ７０１の主メモリ又はワークエリア等として機能する。
ＫＢＣ７０５は、ＫＢ７０９や図示していないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。ＣＲＴＣ７０６は、ＣＲＴ７１０の表示を制御する。ＤＫＣ７０７は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び上述した実施形態における処理プログラム等を記憶するＨＤ７１１及びＦＤ７１２とのアクセスを制御する。ＮＩＣ７０８はネットワーク７１３上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
For example, the blood flow analysis apparatus shown in the present embodiment has a
As shown in FIG. 7, the
The
The
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
１０ データ入力部
２０ データ解析部
２１ 血管情報作成部
２２ 血流情報取得部
２３ 補間処理部
２４ 剪断応力及び圧力算出部
３０ 関心領域設定部
４０ 結果出力部
５０ 表示部
６０ データ出力部
７０ シミュレーション実行部
８０ 条件設定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記入力手段より入力されたデータから４次元の速度３成分ベクトル情報を取得し、当該４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて血管壁に加わる剪断応力、又は剪断応力及び圧力を算出する解析手段と、
上記解析手段にて得られた解析結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする血流解析装置。 Input means for inputting human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information composed of three-dimensional space and time;
Analysis means for acquiring four-dimensional velocity three-component vector information from data input from the input means and calculating shear stress applied to the blood vessel wall or shear stress and pressure based on the four-dimensional velocity three-component vector information When,
A blood flow analysis apparatus comprising: display means for displaying an analysis result obtained by the analysis means.
上記入力手段より入力されたデータから４次元の速度３成分ベクトル情報を取得する情報取得手段と、
上記情報取得手段にて取得した４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて、血管形状内の所定点における４次元の速度３成分ベクトル情報を補間する補間処理手段と、
上記情報取得手段及び上記補間処理手段により得られた４次元の速度３成分ベクトル情報を用い、血管形状内の所定領域の血管壁に加わる剪断応力、又は剪断応力及び圧力を算出する情報算出手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の血流解析装置。 The analysis means is
Information acquisition means for acquiring four-dimensional velocity three-component vector information from data input from the input means;
Interpolation processing means for interpolating the four-dimensional velocity three-component vector information at a predetermined point in the blood vessel shape based on the four-dimensional velocity three-component vector information acquired by the information acquisition means;
Information calculation means for calculating shear stress, or shear stress and pressure applied to a blood vessel wall in a predetermined region in the blood vessel shape, using the four-dimensional velocity three-component vector information obtained by the information acquisition means and the interpolation processing means; The blood flow analysis apparatus according to claim 1, comprising:
上記血流情報及び血管壁に加わる剪断応力及び圧力に係る情報の提供を受け、当該情報を用いて計算流体力学による血流シミュレーションを行うことを特徴とする血流シミュレーション方法。 Obtaining blood flow information including four-dimensional velocity three-component vector information from data input from input means to which human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information consisting of space three dimensions and time is input; Calculate the shear stress and pressure applied to the blood vessel wall based on the blood flow information,
A blood flow simulation method characterized by receiving the blood flow information and information related to shear stress and pressure applied to a blood vessel wall and performing blood flow simulation by computational fluid dynamics using the information.
上記情報取得ステップにて取得した４次元の速度３成分ベクトル情報に基づいて、血管形状内の所定点における４次元の速度３成分ベクトル情報を補間する補間処理ステップと、
上記情報取得ステップ及び上記補間処理ステップにて得られた４次元の速度３成分ベクトル情報を用い、血管形状内の所定領域の血管壁に加わる剪断応力、又は剪断応力及び圧力を算出する情報算出ステップと、
上記各ステップにて得られる任意の情報を表示部に表示させる表示ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。 An information acquisition step of acquiring four-dimensional velocity three-component vector information from data input from input means for inputting human blood flow data having four-dimensional velocity three-component vector information consisting of space three dimensions and time;
An interpolation processing step for interpolating the four-dimensional velocity three-component vector information at a predetermined point in the blood vessel shape based on the four-dimensional velocity three-component vector information acquired in the information acquisition step;
An information calculation step for calculating shear stress or shear stress and pressure applied to the blood vessel wall in a predetermined region in the blood vessel shape using the four-dimensional velocity three-component vector information obtained in the information acquisition step and the interpolation processing step. When,
A program for causing a computer to execute a display step of displaying arbitrary information obtained in the above steps on a display unit.
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