WO2017047819A1 - Blood vessel shape analysis device, method for same, and computer software program for same - Google Patents
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- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
Definitions
- the present invention relates to a blood vessel shape analysis apparatus having a function of determining and displaying an abnormality of a blood vessel shape, which is a hotbed for the onset and growth of vascular lesions, a method thereof, and a computer software program thereof.
- Vascular lesions are the main cause of death if the heart and brain are summed up.
- advanced countries that are facing a super-aging society there is an urgent need to try to prevent vascular lesions. For this reason, it is required to clarify the causal relationship between lesions.
- the fragment analysis unit discriminates the type of vascular lesion as the attribute of the fragment.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a blood vessel shape analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing a blood vessel shape analysis flow in one embodiment of the present invention.
- FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the thinning of the blood vessel shape.
- FIG. 4 is a diagram for explaining graphing.
- FIG. 5 is a diagram for explaining a phenomenon that appears to be adhered.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the graphing of the blood vessel structure and the depth-first search of the graph.
- FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating the adhesion separation process.
- FIG. 8 is a diagram for explaining measurement of a blood vessel shape.
- FIGS. 1 is a schematic configuration diagram of a blood vessel shape analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIGS. 2 is a diagram showing a blood vessel shape analysis flow in one embodiment of the present invention.
- FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the th
- FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining measurement of irregularities on the surface of a blood vessel.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a table of shape measurement data.
- FIGS. 11A and 11B are views for explaining determination of blood vessel shape classification.
- FIG. 12 is a diagram graphically showing the determination result superimposed on the three-dimensional shape of the blood vessel.
- FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional method for measuring a vascular lesion site.
- FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a blood vessel abnormality detection division apparatus according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 15 is a diagram showing a blood vessel abnormality detection division flow in the second embodiment of the present invention.
- FIGS. 16A to 16C are views for explaining generation of a standard blood vessel in the second embodiment.
- FIG. 17 is a diagram for explaining a difference image in the second embodiment.
- FIG. 18 is a diagram for explaining fragment analysis in the second embodiment.
- FIG. 19 is a diagram
- the first aspect of the present invention is an apparatus that analyzes (diagnose) a blood vessel shape serving as a hotbed for the onset / growth of a vascular lesion and outputs the result.
- calculating the degree of abnormality of the blood vessel shape identifies the blood vessel site that can be a factor that causes the onset and progression of vascular tissue lesions. -Determine the state.
- the configuration (input unit 14, thinning unit 15, graphing unit 16, shape measuring unit 17, determining unit 18, and display unit 19) is actually configured by computer software stored in a storage area of the hard disk. By being called by the CPU 11 and expanded and executed on the RAM 12, it is configured and functions as each component of the present embodiment.
- the input unit 14 reads a medical image or the like (step S0).
- the input medical image is a device capable of acquiring a tomographic image of a target blood vessel site such as MRA (magnetic resonance image), CTA (X-ray computed tomography image), DSA (angiographic image), or the like.
- MRA magnetic resonance image
- CTA X-ray computed tomography image
- DSA angiographic image
- it may be obtained by various apparatuses capable of acquiring image data in a target blood vessel site, such as US (ultrasonic image), IVUS (intravascular ultrasonic image), OCT (near infrared image).
- the thinning unit 15 binarizes and thins the medical image to acquire the center line of the blood vessel (step S1).
- the thinning unit 15 first binarizes the read medical image as shown in FIG. 3A, extracts a target blood vessel region, and generates blood vessel three-dimensional shape data (FIG. 3B).
- the thinning unit 15 automatically sets a binarization threshold so as to extract a characteristic specific to a blood vessel wall based on a histogram of luminance values of the entire image.
- the user may select a binarization threshold.
- the thinning unit 15 performs thinning processing on the binarized blood vessel three-dimensional shape data (hereinafter referred to as “blood vessel shape”) to obtain a blood vessel center line (FIG. 3C).
- blood vessel shape binarized blood vessel three-dimensional shape data
- a plurality of algorithms are known for thinning and are not limited to a specific algorithm.
- the thinning unit 15 centers the extracted voxel of the blood vessel region from the outer peripheral side (that is, the surface) of the blood vessel region.
- the center line is obtained by extracting the core of the blood vessel by cutting it toward the center and fitting a spline curve or the like in the blood vessel running direction.
- the graphing unit 16 performs graphing using the blood vessel center line obtained by the thinning process (step S2).
- graphing means labeling center line data corresponding to each blood vessel portion, and the graphed data is referred to as graph data.
- the graphing unit 16 first divides the blood vessel center line into elements for each region. As shown in FIG. 4, this element division is performed by specifying the end / branch point (A, B, C,%) In the center line acquired by the thinning process, and at the end / branch point. This is done by dividing the center line.
- each blood vessel portion corresponding to the center line between the divided end points and branch points is referred to as a “blood vessel element”.
- the graphing unit 16 performs labeling (# 1, 2, 3,%) On the center line data of each blood vessel element to generate graph data (graph).
- the blood vessel is a loop circuit of a closed circuit at the whole body level, but a loop is not formed in a relatively microscopic region that is a target of blood vessel shape diagnosis. Therefore, in this embodiment, the presence or absence of adhesion is detected according to the presence or absence of a loop.
- detection and separation of adhesions will be described in more detail.
- the adhesion site is detected by executing a depth-first search on the graph. That is, end points and branch points are detected by analyzing the three-dimensional blood vessel shape of the extracted blood vessels, and their connection relationship is examined.
- a solid arrow indicates a forward path
- a dotted arrow indicates a return path.
- a closed circuit is formed between No. 5 and No. 6.
- the depth-first search proceeds from the 5th node to 6th, 7th, 8th and returns to 6th.
- the forward path has passed through the lower side between No. 5 and No. 6, the upper side has not yet passed. However, if you select the upper side, you will arrive at the number 5 that you have already visited. If there is no closed path, only the return path will return to the visited node, but if there is a closed path, the visited node will be reached in the forward path.
- the flow of separation processing is as follows. (1) The adhesion section is obtained from the change in the cross-sectional area of the blood vessel. (2) Estimate the center line of the adhesion section using the center line of the blood vessels before and after the adhesion section. (3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two tangent ellipses in the blood vessel cross section of the adhesion section to the contour of the blood vessel surface. (4) Divide the cross section of the adhesion section into two.
- the separation processes (1) to (4) will be described in more detail with reference to FIG.
- the cross-sectional area of the blood vessel before and after the adhesion section is measured. Since the two blood vessels are united in the adhesion part, when the cross-sectional area is plotted along the travel of the blood vessel, the cross-sectional area only in the adhesion section as shown in the lower graph of FIG. Will increase. This change is detected and the adhesion interval is determined.
- the center line of the blood vessel the two center lines originally shifted to the inside, and finally touched to become a branch point. This is indicated by the one-dot chain line in FIG.
- FIG. 7B shows a cross section of the adhesion section.
- Two black dots 51 indicate the estimated center line.
- the cross section of the blood vessel is an ellipse
- the two ellipses 52 are fitted to the blood vessel contour 53 of the adhesion section under the condition that the centers of the two ellipses 52 are known and are in contact.
- Two ellipses 52 fitted by dotted lines in FIG. 7B are shown.
- the inside of the adhesion section is divided into two regions according to the ratio of the diameters of the two blood vessels, and the separation process is completed.
- the shape measuring unit 17 measures the shape of each vascular element obtained by the graphing process (step S3).
- the following parameters (1) to (5) are measured.
- Concavity and convexity (information on blood vessel surface shape) (3) Bending (Information on geometric features of blood vessel center line)
- Twist (Information on geometric features of blood vessel center line) (5) Bifurcation angle (Information on geometric characteristics of blood vessel center line)
- “(1) Diameter” is an equivalent diameter of the blood vessel cross-sectional area in the blood vessel centerline traveling direction. As shown in FIG.
- this parameter (1) is one or more discrete positions (for example, along the blood vessel centerline running direction in each blood vessel element (# 1, 2, 3,).
- the shape measurement unit 17 may determine the minimum value, the maximum value, the average value of the measurement values for each vascular element from the measurement values. A fluctuation value (standard deviation or the like) can be calculated.
- the parameters (2) to (4) described in detail below can also calculate the minimum value, maximum value, average value, variation value (standard deviation, etc.), etc., of each measurement value for each blood vessel element. .
- FIG. 9A is a diagram for explaining the blood vessel surface coordinate system
- FIG. 9B is a three-dimensional information mapping the blood vessel height H measured at each position Q in the blood vessel surface coordinate system. An example is shown.
- solid lines 41 and 42 extending in the blood vessel running direction indicate examples of line segments in the blood vessel surface running coordinate system.
- the position on the line segment extending in the blood vessel traveling direction is shown as the blood vessel surface traveling distance L.
- the number of each line segment arranged in the circumferential direction of the blood vessel is shown as a line segment number N.
- FIG. 10 shows an example of a table of shape measurement data measured by the shape measurement unit 17.
- the above (1) to (5) are measured, but the present invention is not limited to this.
- one or more parameters of the above (1) to (5) may be measured, and shape parameters other than the above parameters may be measured.
- the determination unit 18 determines the blood vessel shape classification based on the result output by the shape measurement unit 17 (step S4).
- the judgment algorithm is based on statistical data.
- FIG. 11A is statistical data showing a change ratio of the equivalent diameter.
- the normal range of the change rate of the equivalent diameter is determined by calculating a change value (change rate) based on the average value of the change ratios.
- the “variation value” is a standard deviation value or a multiple thereof. In the example shown in FIG. 11A, it is shown that the normal range of the variation value of the equivalent diameter is determined to be ⁇ 20 deg to +20 deg.
- the reference information (threshold value) determined based on the statistical data is stored in the storage unit of the apparatus, and the determination unit 18 uses the range based on the read statistical data as a reference for the measured shape.
- the presence or absence of the risk of vascular lesion occurrence for each vascular shape is determined from the parameters. In the example shown in FIG. 11, it is determined that there is a risk of vascular lesion occurrence when the variation rate of the diameter exceeds a threshold value ⁇ 20 deg.
- FIG. 11B shows the relationship between the position of each blood vessel element in the blood vessel centerline running direction and the measured equivalent diameter. In this embodiment, as shown in FIG.
- a disease risk in which a region where the variation rate of the diameter is a positive value and exceeds a threshold value (+20 deg or more) is an area where the blood vessel indicates an enlarged type. Is determined. Further, a region where the fluctuation rate is a negative value and exceeds the threshold value ( ⁇ 20 deg or less) is determined to be a disease risk as a region showing a reduced type with strong locality.
- the blood vessel shape analyzer After the determination process, the blood vessel shape analyzer outputs a determination result (step 5).
- the determination result is displayed to the user in a three-dimensional or two-dimensional manner superimposed on the blood vessel shape.
- FIG. 12 shows an example of a result output by computer processing. A hatched line in FIG. 12 indicates a portion of the determination result that exceeds the threshold value.
- data measured by the shape measuring unit 17 may be output.
- this apparatus can determine the risk of occurrence or occurrence of vascular lesions, the type and extent thereof based on the local shape change of the blood vessel shape, and can visually display the result on the user interface.
- FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional method for measuring a vascular lesion performed at a medical site, and shows a case of a cerebral aneurysm as an example.
- the conventional measurement is performed in a state in which a three-dimensional cerebral aneurysm is viewed two-dimensionally from a certain viewpoint direction.
- the neck length (n), maximum length (l), height (h), etc. of the aneurysm as shown by the dotted line in FIG. 13 are measured.
- the difference image includes information and noise in which a part of a blood vessel such as a cerebral aneurysm is specifically changed, and the apparatus according to the present embodiment identifies the information and noise as “fragments”. Then, by classifying the fragments by supervised machine learning, the connection points between the morphological features of the fragments and the vascular lesions are constructed, and vascular abnormalities are analyzed by automatically analyzing the fragments based on this correspondence. Is detected and divided.
- FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a blood vessel abnormality detection division apparatus according to the second embodiment of the present invention.
- the input is a medical image
- the output is a blood vessel shape abnormal portion divided and attributed based on the medical image, shape information of the shape abnormal portion, and the shape abnormal portion superimposed on the input medical image, etc. .
- the blood vessel abnormality detection / division device 100 has a program storage unit 160 and data storage units 170 and 171 connected to a bus 150 to which a CPU 111, a RAM 112, and an input / output IF 113 are connected. .
- the program storage unit 160 includes an input unit 114, a thinning unit 115, a graphing unit 116, a shape measurement unit 117, a standard blood vessel generation unit 118, a difference image calculation unit 119, a fragment analysis unit 120, a blood vessel abnormality division unit 121, and a display. Part 122 is provided.
- the data storage unit 170 stores the input medical image.
- the data storage unit 171 stores blood vessel shape data 123, blood vessel shape measurement data 124, standard blood vessel shape data 125, fragment shape data 126, fragment shape measurement data 127, and risk determination result 128.
- the above configuration (input unit 114, thinning unit 115, graphing unit 116, shape measuring unit 117, standard blood vessel generating unit 118, difference image calculating unit 119, fragment analyzing unit 120, abnormal blood vessel dividing unit 121, and display unit 122) Is configured by computer software stored in the storage area of the hard disk, and is configured to function as each component of the present embodiment by being called by the CPU 111 and expanded and executed on the RAM 112. It has become.
- the shape measuring unit 117 measures the shape of each vascular element obtained by the graphing process in the same manner as the shape measuring unit 17 of the apparatus 10 of the first embodiment (step S13).
- the shape measuring unit 117 measures the diameter (equivalent diameter) of each blood vessel. That is, as shown in FIG. 8, the shape measuring unit 117 sets a plurality of vertical cross sections at different positions (p1, p2, p3...) In the blood vessel centerline running direction in each blood vessel element, and the cross sectional areas thereof. From these, the diameter (equivalent diameter) of the blood vessel at each position is calculated.
- the standard blood vessel generation unit 118 generates a standard blood vessel based on the blood vessel diameter in the shape measurement unit 117 (step S14).
- FIG. 16 schematically shows the processing in the standard blood vessel generation unit 118.
- the standard blood vessel generating unit 118 calculates the diameter of each cross section (P1 to P6) of the blood vessel element as shown in FIG. 16A acquired in the previous step (step S13) as shown in FIG.
- an image mapped with the center line traveling direction as an axis is generated.
- the standard blood vessel generation unit 118 generates a graph showing the change characteristic of the blood vessel diameter from the mapped image, with the horizontal axis as the center line position and the vertical axis as the equivalent diameter, By applying an approximate curve to the discrete points, the feature quantity of the blood vessel diameter change is converted into a mathematical expression. Thereafter, a new standard blood vessel image is generated so as to satisfy the feature amount. As described above, the standard blood vessel generation unit 118 calculates a feature amount related to a change in blood vessel shape, and artificially generates a blood vessel model as a standard blood vessel based on the feature amount.
- the difference image calculation unit 119 calculates a difference image between the input medical image and the standard blood vessel image obtained by the standard blood vessel generation unit 118 (step S15).
- FIG. 17 schematically shows the processing in the difference image calculation unit 119.
- a solid line indicates a medical image as an input
- a broken line indicates a standard blood vessel image.
- the difference image calculation unit 119 outputs two locations 43 and 44 indicated by hatching in FIG. 17 as a difference image between the medical image and the standard blood vessel image.
- the result obtained from supervised machine learning for a large-scale database is used as the determination algorithm for the fragment analysis process. That is, in this supervised machine learning, for example, in the case of a cerebral aneurysm, the computer determines whether each fragment is a cerebral aneurysm or noise, and tags each of the determined cerebral aneurysm and noise. This will build a database on fragment shape information.
- the fragment shape information includes fragment volume, surface area, sphericity, representative length, and blood vessel part information where the fragment is located.
- a multivariate analysis using a single or a plurality of combinations of these shape information is performed to determine a shape parameter that constitutes a significant difference from the noise. Using this shape parameter, the noise and the blood vessel abnormality to be measured are determined. Get identifying geometric features.
- the fragment analysis unit 120 analyzes a new fragment shape based on the geometric feature and determines whether or not it is a blood vessel abnormality and what kind of abnormality is. In machine learning, the determination result of a blood vessel abnormality is improved by creating a database and analyzing the determination result.
- the abnormal blood vessel division unit 121 searches the surroundings of a target divided into regions as an abnormal part (lesioned part) with the surface of the target as a starting point, and calculates the feature amount of the corresponding part in a high dimension, thereby improving the division accuracy. May be raised. More specifically, abnormal blood vessels such as cerebral aneurysms are accompanied by inversion of curvature from the parent blood vessel, and the abnormal blood vessel division unit 121 increases the abnormal blood vessel portion by tracking the inversion of curvature. Can be divided with accuracy.
- the display unit 122 superimposes and displays the input medical image (step S18).
- the thick solid line in FIG. 19 is a neckline specified with high accuracy by high-dimensional processing.
- the shape information of the abnormal part measured by the shape measuring unit 117 may be displayed together with the superimposed image.
- the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
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Abstract
[Solution] This device comprises: an acquisition unit for acquiring a medical image; a thinning unit that extracts a blood vessel area contained in at least part of the medical image, and acquires a centerline of a blood vessel in the blood vessel area; a dividing unit that divides the blood vessel area into blood vessel elements on the basis of the centerline of the blood vessel; and a shape measuring unit that generates shape measurement data by measuring the three-dimensional shape of each of the blood vessel elements, the shape measurement data containing at least one of information pertaining to the blood vessel cross section at one or more positions in each of the blood vessel elements, information pertaining to the surface shape of the blood vessel, and information pertaining to the geometrical characteristics of the centerline of the blood vessel.
Description
本発明は、血管病変の発症・成長の温床である血管形状の異常を判定し表示する機能を有する血管形状分析装置、その方法、及びそのコンピュータソフトウェアプログラムに関する。
The present invention relates to a blood vessel shape analysis apparatus having a function of determining and displaying an abnormality of a blood vessel shape, which is a hotbed for the onset and growth of vascular lesions, a method thereof, and a computer software program thereof.
従来、動脈硬化や動脈瘤等の血管病変には好発部位があることが知られている。血管病変の発症原因の1つとしては血流による悪性刺激がある。血流による流体力は血管内皮細胞を介して血管調節機能と密接にかかわっており、血管自身のもつ代償範囲を超えた刺激の存在は血管病変のトリガーとなると一般に考えられている。
Conventionally, it is known that vascular lesions such as arteriosclerosis and aneurysms have a common site. One cause of vascular lesions is malignant stimulation by blood flow. The fluid force due to the blood flow is closely related to the vascular regulatory function via the vascular endothelial cells, and it is generally considered that the presence of a stimulus exceeding the compensation range of the blood vessel itself triggers the vascular lesion.
近年では、上記血流の状態の分析手法として、位相コントラストMRIなどによる実験計測的手法やコンピュータシミュレーションによる計算科学的手法が実用段階を迎え、上述したような血流の悪性刺激の定量化も試みられるようになってきた。例えば、特許第5596865号には、血流をコンピュータシミュレーションにより流体解析して血管壁面の各位置における壁面せん断応力ベクトルを求め、当該せん断応力ベクトルから血流の悪性/良性を判別する技術が開示されている。
In recent years, experimental measurement methods such as phase contrast MRI and computational science methods using computer simulation have entered practical use as methods for analyzing the above-mentioned blood flow state, and attempts have been made to quantify malignant stimulation of blood flow as described above. Has come to be. For example, Japanese Patent No. 5596865 discloses a technique for determining a wall shear stress vector at each position of a blood vessel wall surface by analyzing a blood flow by computer simulation and determining malignant / benign blood flow from the shear stress vector. ing.
血流の悪性化はせん断応力の不安定化と密接に関係している。ここで、「不安定化」とは、せん断応力の向きが一拍動周期内で不安定化すること意味する。例えば流れの衝突、渦、剥離等は、せん断応力の不安定化を引き起こす要因となる。この血流の「不安定化」は、下記に詳述するように血管形状に起因する。従って、血管形状を分析することにより、上記手法をおこなわずとも血流が悪性化・不安定化するリスクを予測し得ることが期待される。
Malignant blood flow is closely related to unstable shear stress. Here, “instability” means that the direction of the shear stress is destabilized within one pulsation cycle. For example, flow collisions, vortices, separation, and the like are factors that cause instability of shear stress. This “destabilization” of blood flow is attributed to the shape of the blood vessel as described in detail below. Therefore, by analyzing the blood vessel shape, it is expected that the risk of malignant or unstable blood flow can be predicted without performing the above method.
ところで、現代医療においても、血管形状異常を計測することで、脳動脈瘤等の血管病変の分析が行なわれている。しかしながら、その計測は一般に3次元形状である血管病変をある視点方向から2次元的に見た状態で行われる。また、このような従来の計測手法では、計測の原理の共有化・標準化が十分になされておらず、計測結果が測定者に依存する点、自動計測できないために網羅的かつ大規模なデータベースを構築できない点が課題となっている。
By the way, in modern medicine, blood vessel lesions such as cerebral aneurysms are analyzed by measuring abnormal blood vessel shapes. However, the measurement is generally performed in a state where a three-dimensional vascular lesion is viewed two-dimensionally from a certain viewpoint direction. In addition, these conventional measurement methods do not fully share and standardize the principles of measurement, and the measurement results depend on the measurer. The problem is that it cannot be built.
血管病変は心臓と脳を総括すれば主要死亡原因である。特に、超高齢化社会を迎える先進国では血管病変を未然に防ぐ試みが急務とされ、そのために病変の因果関係を明らかにすることが求められている。このような状況において、血管病変のビックデータをデータベース化し、その特徴量を統計解析していくことは重要である。例えば、脳動脈瘤は50歳以上でおおよそ人口の5%程度が潜在的に保有するとされており、脳動脈瘤ビックデータのデータベース化とコンピュータ自動解析技術が進展すれば脳動脈瘤の発症、成長、破裂の因果関係を明らかにできることが期待される。
Vascular lesions are the main cause of death if the heart and brain are summed up. In particular, in advanced countries that are facing a super-aging society, there is an urgent need to try to prevent vascular lesions. For this reason, it is required to clarify the causal relationship between lesions. In such a situation, it is important to make big data of vascular lesions into a database and statistically analyze the feature values. For example, about 5% of the population of cerebral aneurysms is potentially over 50 years old, and the development and development of cerebral aneurysms will progress if database of cerebral aneurysm big data and computer analysis technology advance It is expected to be able to clarify the causal relationship of rupture.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、血管病変の発症・成長の温床となる血管形状を分析(診断)し表示する装置、その方法、及びそのコンピュータソフトウェアプログラムを提供することにある。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to analyze (diagnose) and display a blood vessel shape serving as a hotbed for the onset and growth of vascular lesions, a method thereof, and computer software thereof. To provide a program. *
上記課題を解決するために、本発明の第1の主要な観点によれば、医用画像を取得する取得部と、前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化部と、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割部と、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測部であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測部とを有することを特徴とする血管形状分析装置が提供される。
In order to solve the above-described problem, according to a first main aspect of the present invention, an acquisition unit that acquires a medical image and a blood vessel region included in at least a part of the medical image are extracted, and the blood vessel region is placed in the blood vessel region. A thinning unit that acquires a blood vessel center line, a dividing unit that divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line, and a three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data A shape measurement unit, wherein the shape measurement data includes at least one of information relating to a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element, information relating to a blood vessel surface shape, and information relating to a geometric characteristic of a blood vessel center line. A blood vessel shape analysis apparatus comprising the shape measurement unit including a plurality of shape measurement units is provided.
ここで、この発明の一の実施態様によれば、この装置は、さらに、前記形状計測データが閾値を超過するか否かに基づいて各血管形状に対する病変発症のリスクを判定する判定部であって、前記閾値は血管の幾何学的形状情報に関する統計データに基づき予め設定されたものである、前記判定部と、前記判定結果を出力する出力部とを有するものである。さらに、この場合、前記出力部は、前記判定結果を前記血管領域と共に表示するものであることが好ましい。
Here, according to one embodiment of the present invention, the apparatus further includes a determination unit that determines a risk of developing a lesion for each blood vessel shape based on whether or not the shape measurement data exceeds a threshold value. The threshold value includes the determination unit and an output unit that outputs the determination result. The determination unit is preset based on statistical data on the geometric shape information of the blood vessel. Further, in this case, it is preferable that the output unit displays the determination result together with the blood vessel region.
また、前記形状計測部は、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面の径、凹凸度、曲げ度、及び捩れ度、並びに、血管要素間の血管分岐部分における分岐角度の少なくとも1つを算出するものであることが好ましい。
In addition, the shape measuring unit includes at least one of the diameter, unevenness, bending degree, and twisting degree of the blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element, and the branching angle at the blood vessel branching portion between the blood vessel elements. Is preferably calculated.
また、別の一実施態様によれば、前記形状計測部は、前記血管中心線の走行方向に沿って血管断面積を計測しその等価直径を算出するものであり、この装置は、さらに、前記等価直径に基づいて標準血管モデルを構築する標準血管生成部と、前記医用画像と前記標準血管モデルとの差分画像を計算して当該差分画像に含まれるフラグメントをそれぞれ特定する差分画像計算部と、前記フラグメントそれぞれの形状を計測し、当該計測されたフラグメントの形状から前記フラグメントの属性を教師付き機械学習により得られたフラグメント幾何学的特徴情報に基づいて判別し、当該判別結果を出力するフラグメント分析部であって、このフラグメント分析部は、少なくともフラグメントが血管異常部であるかノイズであるかを判別するものであるフラグメント分析部とを有するものである。この場合、この装置は、さらに、前記フラグメントの属性の判別結果に基づいて血管異常部を分割し表示する血管異常分割部を有することが好ましい。
According to another embodiment, the shape measuring unit measures a blood vessel cross-sectional area along the traveling direction of the blood vessel center line and calculates an equivalent diameter thereof. A standard blood vessel generation unit that constructs a standard blood vessel model based on an equivalent diameter, a difference image calculation unit that calculates a difference image between the medical image and the standard blood vessel model and identifies fragments included in the difference image, and Fragment analysis that measures the shape of each fragment, determines the attribute of the fragment from the measured shape of the fragment based on fragment geometric feature information obtained by supervised machine learning, and outputs the determination result This fragment analysis unit determines whether at least a fragment is a blood vessel abnormality or noise. Those having a that fragment analyzer. In this case, it is preferable that the apparatus further includes a blood vessel abnormality dividing unit that divides and displays the blood vessel abnormal portion based on the determination result of the attribute of the fragment.
また、更なる別の一実施態様によれば、前記標準血管生成部は、前記血管要素内の複数の離散的位置において算出された等価直径に基づいて血管直径の変化特性データを生成し、当該血管直径の変化特性データに近似曲線をフィッティングすることで前記標準血管モデルを構築するものである。
According to yet another embodiment, the standard blood vessel generation unit generates blood vessel diameter change characteristic data based on an equivalent diameter calculated at a plurality of discrete positions in the blood vessel element, and The standard blood vessel model is constructed by fitting an approximate curve to the blood vessel diameter change characteristic data.
また、別の一実施態様によれば、前記フラグメント分析部は、前記フラグメントの属性として、血管病変の種類を判別するものである。
According to another embodiment, the fragment analysis unit discriminates the type of vascular lesion as the attribute of the fragment.
また、別の一実施態様によれば、前記教師付き機械学習は、前記判定結果をデータベース化・分析することにより、前記フラグメント幾何学的特徴情報を更新するものである。
According to another embodiment, the supervised machine learning is to update the fragment geometric feature information by creating a database and analyzing the determination result.
この発明の第2の主要な観点によれば、コンピュータが、医用画像を取得する取得工程と、コンピュータが、前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化工程と、
コンピュータが、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割工程と、コンピュータが、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測工程であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測工程とを有することを特徴とする血管形状分析方法が提供される。 According to the second main aspect of the present invention, the computer acquires the medical image, the computer extracts the blood vessel region included in at least a part of the medical image, and the blood vessel center in the blood vessel region A thinning process to obtain a line;
A dividing step in which the computer divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line; and a shape measuring step in which the computer measures the three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data. The shape measurement data includes at least one of information on a blood vessel cross-section at one or more positions of each blood vessel element, information on a blood vessel surface shape, and information on a geometric characteristic of a blood vessel center line. There is provided a blood vessel shape analysis method comprising the shape measurement step.
コンピュータが、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割工程と、コンピュータが、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測工程であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測工程とを有することを特徴とする血管形状分析方法が提供される。 According to the second main aspect of the present invention, the computer acquires the medical image, the computer extracts the blood vessel region included in at least a part of the medical image, and the blood vessel center in the blood vessel region A thinning process to obtain a line;
A dividing step in which the computer divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line; and a shape measuring step in which the computer measures the three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data. The shape measurement data includes at least one of information on a blood vessel cross-section at one or more positions of each blood vessel element, information on a blood vessel surface shape, and information on a geometric characteristic of a blood vessel center line. There is provided a blood vessel shape analysis method comprising the shape measurement step.
また、この発明の第3の主要な観点によれば、血管形状を分析するコンピュータソフトウェアプログラムであって、以下の工程:コンピュータが、医用画像を取得する取得工程と、コンピュータが、前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化工程と、コンピュータが、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割工程と、コンピュータが、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測工程であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測工程とを実行させる命令を含むことを特徴とするコンピュータソフトウェアプログラムが提供される。
According to a third main aspect of the present invention, there is provided a computer software program for analyzing a blood vessel shape, comprising the following steps: an acquisition step in which a computer acquires a medical image; A thinning step of extracting a blood vessel region included in at least a part and acquiring a blood vessel center line in the blood vessel region; and a dividing step of dividing the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line; A shape measurement step in which a computer measures the three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data, the shape measurement data being information relating to a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element , Information on the surface shape of the blood vessel, and information on the geometric characteristics of the blood vessel center line. Computer software program, characterized in that it includes instructions for executing the said shape measuring process is provided.
なお、この発明の上記述べた以外の他の特徴については、次に説明する「発明を実施するための形態」及び図面を参照することにより当業者にとって容易に理解することができる。
It should be noted that other features of the present invention other than those described above can be easily understood by those skilled in the art by referring to the “Description of Embodiments” and the drawings described below.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
前述したように、本発明の第1の側面は、血管病変の発症・成長の温床となる血管形状を分析(診断)し、その結果を出力する装置である。この発明では、血流の不安定化が血管形状に起因することに着目し、血管形状の異常度を算出することで、血管組織の病変の発症や進展をもたらす一要因となり得る血管部位を特定・状態判別する。
As described above, the first aspect of the present invention is an apparatus that analyzes (diagnose) a blood vessel shape serving as a hotbed for the onset / growth of a vascular lesion and outputs the result. In this invention, focusing on the fact that blood flow instability is caused by the blood vessel shape, calculating the degree of abnormality of the blood vessel shape identifies the blood vessel site that can be a factor that causes the onset and progression of vascular tissue lesions. -Determine the state.
例えば、配管設計などの工業分野においては、拡大管を設計する際、配管の拡大角をある一定角(例、10度)以内に収めることが一般的である。これは、規定角度を超えると流れが剥離することで壁近傍では渦が発生し、実質的に物質輸送に寄与しないデッドゾーンを形成するためである。本発明者等は、このような視点から血管形状を見た場合、正常血管の大半は縮小型となっているが、血管病変を伴う場合には血管限局的に拡大型となっている場合があることを経験的に知得した。すなわち、縮小型の管路では、流れ方向に対して流れの不安定化は抑制される。一方で、前述したように拡大型では不安定化する性質がある。これは流れ方向に対して圧力勾配が異なり、縮小型では負値をとり流体は加速するが、拡大型では正値をとり流体は減速するためである。この発明は、上記観点に基づき誠意検証・実験を行った結果、完成したものである。
For example, in the industrial field such as piping design, when designing an expansion pipe, it is common to keep the expansion angle of the pipe within a certain angle (eg, 10 degrees). This is because if the flow exceeds the specified angle, the flow is separated, and a vortex is generated in the vicinity of the wall to form a dead zone that does not substantially contribute to mass transport. When the present inventors look at the blood vessel shape from such a viewpoint, most of the normal blood vessels are reduced, but when accompanied by vascular lesions, the blood vessels may be locally enlarged. I learned from experience. That is, in the reduced type pipe, the flow instability is suppressed with respect to the flow direction. On the other hand, as described above, the enlargement type has the property of becoming unstable. This is because the pressure gradient is different with respect to the flow direction, and the fluid is accelerated with a negative value in the reduction type, but the fluid is decelerated with a positive value in the expansion type. This invention has been completed as a result of sincerity verification and experiments based on the above viewpoint.
以下、本発明の一実施形態について具体的に説明する。尚、以下では好適な例として、脳動脈瘤の場合をもって説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described. In the following, a case of a cerebral aneurysm will be described as a preferred example.
図1は、本発明の一実施形態が示す血管形状分析装置(血管形状診断装置)10の概略構成図である。医用画像を入力とする。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a blood vessel shape analyzer (blood vessel shape diagnostic device) 10 according to an embodiment of the present invention. Take a medical image as input.
血管形状分析装置10は、CPU11、RAM12及び入力/出力IF13が接続されたバス50に、プログラム格納部60とデータ格納部70、71が接続されている。この装置10は、さらに、各種外部参照データを格納するその他の機器および/または通信ポートに前記バス50が接続されてもよい。また、この装置10の入力/出力IF13には、マウスやキーボード、タッチスクリーンなどの入力デバイス(不図示)や、ディスプレイ(不図示)又はその他の出力デバイスを接続することができる。
In the blood vessel shape analysis apparatus 10, a program storage unit 60 and data storage units 70 and 71 are connected to a bus 50 to which a CPU 11, a RAM 12, and an input / output IF 13 are connected. In the device 10, the bus 50 may be further connected to other devices and / or communication ports that store various external reference data. Further, an input device (not shown) such as a mouse, a keyboard, or a touch screen, a display (not shown), or another output device can be connected to the input / output IF 13 of the apparatus 10.
プログラム格納部60は、入力部14、細線化部15、グラフ化部16、形状計測部17、判定部18、及び表示部19を備えている。
The program storage unit 60 includes an input unit 14, a thinning unit 15, a graphing unit 16, a shape measuring unit 17, a determining unit 18, and a display unit 19.
データ格納部70は入力された医用画像を格納する。データ格納部71は、血管形状データ20、血管形状計測データ21、およびリスク判定結果22等を格納する。
The data storage unit 70 stores the input medical image. The data storage unit 71 stores the blood vessel shape data 20, the blood vessel shape measurement data 21, the risk determination result 22, and the like.
前記構成(入力部14、細線化部15、グラフ化部16、形状計測部17、判定部18、及び表示部19)は、実際にはハードディスクの記憶領域に格納されたコンピュータソフトウエアによって構成され、前記CPU11によって呼び出されRAM12上に展開され実行されることによって、本実施形態の各構成要素として構成され機能するようになっている。
The configuration (input unit 14, thinning unit 15, graphing unit 16, shape measuring unit 17, determining unit 18, and display unit 19) is actually configured by computer software stored in a storage area of the hard disk. By being called by the CPU 11 and expanded and executed on the RAM 12, it is configured and functions as each component of the present embodiment.
各部の機能についてそれぞれの受け持つ工程とともに以下に述べる。図2は、本実施形態における装置10の血管形状分析(血管形状診断)フローを示す図である。
The function of each part is described below together with the processes that each takes charge of. FIG. 2 is a diagram showing a blood vessel shape analysis (blood vessel shape diagnosis) flow of the apparatus 10 in the present embodiment.
(入力部)
入力部14は医用画像などを読み込む(ステップS0)。この実施形態において、入力される医用画像は、例えばMRA(磁気共鳴画像)、CTA(X線コンピュータ断層撮影画像)、DSA(血管造影画像)などの対象血管部位の断層画像を取得可能な装置の他、US(超音波画像)、IVUS(血管内超音波画像)、OCT(近赤外画像)など、対象血管部位における画像データを取得可能な種々の装置により得られたものであってよい。また、対象血管部位としては、例えば脳動脈、冠動脈、頚動脈、大動脈、または被験者のその他の対象血管部位であってよい。当該医用画像は、入力/出力IF13を介して、または不図示の通信ポートやその他の転送手段により一旦データ格納部70に記録された後、細線化部15に入力される。 (Input section)
Theinput unit 14 reads a medical image or the like (step S0). In this embodiment, the input medical image is a device capable of acquiring a tomographic image of a target blood vessel site such as MRA (magnetic resonance image), CTA (X-ray computed tomography image), DSA (angiographic image), or the like. In addition, it may be obtained by various apparatuses capable of acquiring image data in a target blood vessel site, such as US (ultrasonic image), IVUS (intravascular ultrasonic image), OCT (near infrared image). The target blood vessel site may be, for example, a cerebral artery, a coronary artery, a carotid artery, an aorta, or another target blood vessel site of a subject. The medical image is temporarily recorded in the data storage unit 70 via the input / output IF 13 or by a communication port (not shown) or other transfer means, and then input to the thinning unit 15.
入力部14は医用画像などを読み込む(ステップS0)。この実施形態において、入力される医用画像は、例えばMRA(磁気共鳴画像)、CTA(X線コンピュータ断層撮影画像)、DSA(血管造影画像)などの対象血管部位の断層画像を取得可能な装置の他、US(超音波画像)、IVUS(血管内超音波画像)、OCT(近赤外画像)など、対象血管部位における画像データを取得可能な種々の装置により得られたものであってよい。また、対象血管部位としては、例えば脳動脈、冠動脈、頚動脈、大動脈、または被験者のその他の対象血管部位であってよい。当該医用画像は、入力/出力IF13を介して、または不図示の通信ポートやその他の転送手段により一旦データ格納部70に記録された後、細線化部15に入力される。 (Input section)
The
(細線化部)
細線化部15は、医用画像を二値化・細線化処理して血管の中心線を取得する(ステップS1)。以下、図3を参照して具体的に説明する。細線化部15は、まず、読み込まれた図3(a)に示すような医用画像を二値化し、対象血管領域を抽出して、血管3次元形状データを生成する(図3(b))。この実施形態では、細線化部15は二値化の閾値を画像全体の輝度値のヒストグラムに基づいて血管壁特有の特徴を抽出するように自動設定する。他の実施例では、ユーザーが二値化の閾値を選定してもよい。次いで、細線化部15は、二値化した血管3次元形状データ(以下、「血管形状」と言う)に対して細線化処理を行い血管中心線を取得する(図3(c))。細線化は複数のアルゴリズムが知られており、特定のアルゴリズムに限定されないが、この実施形態では、細線化部15は、抽出した血管領域のボクセルを当該血管領域の外周側(すなわち表面)から中心に向けて削ることで血管の芯を抽出し、血管走行方向にスプライン曲線などをフィッティングすることで中心線を取得する。 (Thinning section)
The thinningunit 15 binarizes and thins the medical image to acquire the center line of the blood vessel (step S1). Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG. The thinning unit 15 first binarizes the read medical image as shown in FIG. 3A, extracts a target blood vessel region, and generates blood vessel three-dimensional shape data (FIG. 3B). . In this embodiment, the thinning unit 15 automatically sets a binarization threshold so as to extract a characteristic specific to a blood vessel wall based on a histogram of luminance values of the entire image. In other embodiments, the user may select a binarization threshold. Next, the thinning unit 15 performs thinning processing on the binarized blood vessel three-dimensional shape data (hereinafter referred to as “blood vessel shape”) to obtain a blood vessel center line (FIG. 3C). A plurality of algorithms are known for thinning and are not limited to a specific algorithm. In this embodiment, the thinning unit 15 centers the extracted voxel of the blood vessel region from the outer peripheral side (that is, the surface) of the blood vessel region. The center line is obtained by extracting the core of the blood vessel by cutting it toward the center and fitting a spline curve or the like in the blood vessel running direction.
細線化部15は、医用画像を二値化・細線化処理して血管の中心線を取得する(ステップS1)。以下、図3を参照して具体的に説明する。細線化部15は、まず、読み込まれた図3(a)に示すような医用画像を二値化し、対象血管領域を抽出して、血管3次元形状データを生成する(図3(b))。この実施形態では、細線化部15は二値化の閾値を画像全体の輝度値のヒストグラムに基づいて血管壁特有の特徴を抽出するように自動設定する。他の実施例では、ユーザーが二値化の閾値を選定してもよい。次いで、細線化部15は、二値化した血管3次元形状データ(以下、「血管形状」と言う)に対して細線化処理を行い血管中心線を取得する(図3(c))。細線化は複数のアルゴリズムが知られており、特定のアルゴリズムに限定されないが、この実施形態では、細線化部15は、抽出した血管領域のボクセルを当該血管領域の外周側(すなわち表面)から中心に向けて削ることで血管の芯を抽出し、血管走行方向にスプライン曲線などをフィッティングすることで中心線を取得する。 (Thinning section)
The thinning
(グラフ化部)
グラフ化部16は、細線化処理で得られた血管中心線を用いてグラフ化を行う(ステップS2)。この実施形態において、グラフ化とは、各血管部分に対応する中心線データにラベリングすることであり、そのグラフ化されたデータをグラフデータと言う。グラフ化処理において、グラフ化部16は、まず血管中心線を領域ごとに要素分割する。この要素分割は、図4に示すように、細線化処理で取得した中心線においてその端部・分岐点(A、B、C、・・・)を特定し、当該端部・分岐点で前記中心線を分割することで行う。以下、この分割された端点・分岐点間の中心線に対応する各血管部分を「血管要素」と言う。その後、グラフ化部16は、各血管要素の中心線データにラベリング(#1、2、3、・・・)を行い、グラフデータ(グラフ)を生成する。 (Graphing part)
Thegraphing unit 16 performs graphing using the blood vessel center line obtained by the thinning process (step S2). In this embodiment, graphing means labeling center line data corresponding to each blood vessel portion, and the graphed data is referred to as graph data. In the graphing process, the graphing unit 16 first divides the blood vessel center line into elements for each region. As shown in FIG. 4, this element division is performed by specifying the end / branch point (A, B, C,...) In the center line acquired by the thinning process, and at the end / branch point. This is done by dividing the center line. Hereinafter, each blood vessel portion corresponding to the center line between the divided end points and branch points is referred to as a “blood vessel element”. Thereafter, the graphing unit 16 performs labeling (# 1, 2, 3,...) On the center line data of each blood vessel element to generate graph data (graph).
グラフ化部16は、細線化処理で得られた血管中心線を用いてグラフ化を行う(ステップS2)。この実施形態において、グラフ化とは、各血管部分に対応する中心線データにラベリングすることであり、そのグラフ化されたデータをグラフデータと言う。グラフ化処理において、グラフ化部16は、まず血管中心線を領域ごとに要素分割する。この要素分割は、図4に示すように、細線化処理で取得した中心線においてその端部・分岐点(A、B、C、・・・)を特定し、当該端部・分岐点で前記中心線を分割することで行う。以下、この分割された端点・分岐点間の中心線に対応する各血管部分を「血管要素」と言う。その後、グラフ化部16は、各血管要素の中心線データにラベリング(#1、2、3、・・・)を行い、グラフデータ(グラフ)を生成する。 (Graphing part)
The
次に、グラフ化部16は、癒着の検出・分離を行う。ここでいう「癒着」とは、図5に示すように、近接して走行している二本の血管が、本来癒着していないにも関わらず、上記抽出処理において分離されずに一体となって抽出される現象を言う。
Next, the graphing unit 16 detects and separates adhesions. As shown in FIG. 5, “adhesion” here means that two blood vessels that are running in close proximity are integrated without being separated in the extraction process even though they are not originally adhered. Refers to the phenomenon that is extracted.
通常、血管とは全身レベルでは一巡閉鎖系のループ回路となっているが、血管形状診断の対象となるような比較的に微視的な領域においてループは形成しない。従って、この実施形態では、ループの有無に応じて癒着の有無を検出する。以下、癒着の検出・分離をより詳しく説明する。
Normally, the blood vessel is a loop circuit of a closed circuit at the whole body level, but a loop is not formed in a relatively microscopic region that is a target of blood vessel shape diagnosis. Therefore, in this embodiment, the presence or absence of adhesion is detected according to the presence or absence of a loop. Hereinafter, detection and separation of adhesions will be described in more detail.
まず、癒着部位の検出を、グラフに対して深さ優先探索を実行することにより行う。すなわち、抽出された血管の3次元血管形状を解析することによって端点と分岐点を検出し、それらの接続関係を調べる。
First, the adhesion site is detected by executing a depth-first search on the graph. That is, end points and branch points are detected by analyzing the three-dimensional blood vessel shape of the extracted blood vessels, and their connection relationship is examined.
例えば、図6(b)に示すグラフでは血管の分岐構造が表現されている。図6に円で示したものは節点であり、端点または分岐点を示す。癒着が生じると、このグラフに閉路(ループ)として表れるようになっており、この閉路をグラフの深さ優先探索を行うことで検出する。これは初期の節点からすべての節点を通るように辺をたどっていく操作である。たどり方の規則は以下の通りである。
(1)分岐点に来たときには、通過していない辺を選び、次の節点に進む。
(2)端点に来たときには、手前の分岐点に戻る。
(3)分岐点に戻ったときに通過していない辺がなければ、手前の分岐点に戻る。
図6(c)において、各節点の番号は深さ優先探索の訪問順序を表す。また、実線矢印は往路、点線矢印は復路を示す。この図6(c)に示す例では5番と6番の間に閉路が生じている。深さ優先探索を行うと、5番の節点から6番、7番、8番と進み6番に戻ってくる。ここで、往路は5番と6番間において下側の辺を通ってきたので、上側の辺はまだ通過していない。ところが上の辺を選ぶとすでに訪問済みの5番に着く。閉路がなければ訪問済みの節点に戻るのは復路だけであるが、閉路が存在する場合は往路で訪問済みの節点に到達する。従って、グラフ化部16は、節点と辺の通過状況を記録しておくことによって閉路を検出し、閉路と判定された時点の節点(例えば、図6(c)に示すグラフの場合は6番)を癒着部位とみなす。 For example, in the graph shown in FIG. 6B, a blood vessel branch structure is expressed. In FIG. 6, circles indicate nodes, which are end points or branch points. When adhesion occurs, this graph appears as a cycle (loop), and this cycle is detected by performing a depth-first search of the graph. This is an operation that follows the edges from the initial node through all nodes. The rules for tracing are as follows.
(1) When a branch point is reached, an edge that has not passed is selected and the process proceeds to the next node.
(2) When the end point is reached, return to the previous branch point.
(3) If there is no side that has not passed when returning to the branch point, the process returns to the previous branch point.
In FIG.6 (c), the number of each node represents the visit order of depth priority search. A solid arrow indicates a forward path, and a dotted arrow indicates a return path. In the example shown in FIG. 6C, a closed circuit is formed between No. 5 and No. 6. When the depth-first search is performed, it proceeds from the 5th node to 6th, 7th, 8th and returns to 6th. Here, since the forward path has passed through the lower side between No. 5 and No. 6, the upper side has not yet passed. However, if you select the upper side, you will arrive at thenumber 5 that you have already visited. If there is no closed path, only the return path will return to the visited node, but if there is a closed path, the visited node will be reached in the forward path. Therefore, the graphing unit 16 detects the closed circuit by recording the passage conditions of the nodes and edges, and the node at the time point when the closed circuit is determined (for example, in the case of the graph shown in FIG. 6 (c), the number 6). ) Is considered an adhesion site.
(1)分岐点に来たときには、通過していない辺を選び、次の節点に進む。
(2)端点に来たときには、手前の分岐点に戻る。
(3)分岐点に戻ったときに通過していない辺がなければ、手前の分岐点に戻る。
図6(c)において、各節点の番号は深さ優先探索の訪問順序を表す。また、実線矢印は往路、点線矢印は復路を示す。この図6(c)に示す例では5番と6番の間に閉路が生じている。深さ優先探索を行うと、5番の節点から6番、7番、8番と進み6番に戻ってくる。ここで、往路は5番と6番間において下側の辺を通ってきたので、上側の辺はまだ通過していない。ところが上の辺を選ぶとすでに訪問済みの5番に着く。閉路がなければ訪問済みの節点に戻るのは復路だけであるが、閉路が存在する場合は往路で訪問済みの節点に到達する。従って、グラフ化部16は、節点と辺の通過状況を記録しておくことによって閉路を検出し、閉路と判定された時点の節点(例えば、図6(c)に示すグラフの場合は6番)を癒着部位とみなす。 For example, in the graph shown in FIG. 6B, a blood vessel branch structure is expressed. In FIG. 6, circles indicate nodes, which are end points or branch points. When adhesion occurs, this graph appears as a cycle (loop), and this cycle is detected by performing a depth-first search of the graph. This is an operation that follows the edges from the initial node through all nodes. The rules for tracing are as follows.
(1) When a branch point is reached, an edge that has not passed is selected and the process proceeds to the next node.
(2) When the end point is reached, return to the previous branch point.
(3) If there is no side that has not passed when returning to the branch point, the process returns to the previous branch point.
In FIG.6 (c), the number of each node represents the visit order of depth priority search. A solid arrow indicates a forward path, and a dotted arrow indicates a return path. In the example shown in FIG. 6C, a closed circuit is formed between No. 5 and No. 6. When the depth-first search is performed, it proceeds from the 5th node to 6th, 7th, 8th and returns to 6th. Here, since the forward path has passed through the lower side between No. 5 and No. 6, the upper side has not yet passed. However, if you select the upper side, you will arrive at the
グラフ化部16は、癒着部位を検出すると、次に当該癒着部位の分離を行う。癒着部位に接続されている血管の走行方向と形状に基づいて癒着部位を分離する。分離の処理を行う前提として、血管の領域と中心線が抽出されており、血管の走行方向および断面積が既知であるとする。
When the graphing unit 16 detects the adhesion site, it next separates the adhesion site. The adhesion site is separated based on the running direction and shape of the blood vessel connected to the adhesion site. As a premise for performing the separation process, it is assumed that the blood vessel region and the center line are extracted, and the traveling direction and cross-sectional area of the blood vessel are known.
分離処理の流れは以下の通りである。
(1)血管の断面積の変化から癒着区間を求める。
(2)癒着区間の前後の血管の中心線を用いて、癒着区間の中心線を推定する。
(3)癒着区間の血管断面において二つの接する楕円を血管表面の輪郭に当てはめることによって各血管の形状を推定する。
(4)癒着区間断面を二つに分割する。 The flow of separation processing is as follows.
(1) The adhesion section is obtained from the change in the cross-sectional area of the blood vessel.
(2) Estimate the center line of the adhesion section using the center line of the blood vessels before and after the adhesion section.
(3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two tangent ellipses in the blood vessel cross section of the adhesion section to the contour of the blood vessel surface.
(4) Divide the cross section of the adhesion section into two.
(1)血管の断面積の変化から癒着区間を求める。
(2)癒着区間の前後の血管の中心線を用いて、癒着区間の中心線を推定する。
(3)癒着区間の血管断面において二つの接する楕円を血管表面の輪郭に当てはめることによって各血管の形状を推定する。
(4)癒着区間断面を二つに分割する。 The flow of separation processing is as follows.
(1) The adhesion section is obtained from the change in the cross-sectional area of the blood vessel.
(2) Estimate the center line of the adhesion section using the center line of the blood vessels before and after the adhesion section.
(3) The shape of each blood vessel is estimated by fitting two tangent ellipses in the blood vessel cross section of the adhesion section to the contour of the blood vessel surface.
(4) Divide the cross section of the adhesion section into two.
以下に、図7を参照して、上記(1)~(4)の各分離処理をより詳細
に説明する。まず、癒着区間とその前後における血管の断面積を計測する。癒着している部分は二本の血管が一体となっているため、血管の走行に沿って断面積をプロットしていくと図7(a)下方に示したグラフのように癒着区間のみ断面積が増大する。この変化を検出して、癒着区間を決定する。次に血管の中心線に着目すると、元々は二本だった中心線が内側へとずれていき、ついには接して分岐点となる。図7(a)の一点鎖線で示したものがそれに相当する。しかし、本来は二本の血管であるから、図7(a)の点線で示したように交わることの無い二本の曲線になっているはずである。そこで、癒着区間の本来の中心線をその前後の中心線から補間することによって推定する。その次に、推定された中心線を用いて、癒着区間の断面上で各血管の輪郭を推定する。図7(b)は癒着区間の断面を示している。二つの黒い点51は推定された中心線を示す。血管の断面は楕円と仮定して、二つ楕円52の中心が既知であり、接しているという条件の下で癒着区間の血管の輪郭53に二つの楕円を当てはめる。図7(b)の点線が当てはめた二つの楕円52を示す。最後に、癒着区間の内部を二つの血管の径の比に応じて二つの領域に分割し、分離処理を完了する。 Hereinafter, the separation processes (1) to (4) will be described in more detail with reference to FIG. First, the cross-sectional area of the blood vessel before and after the adhesion section is measured. Since the two blood vessels are united in the adhesion part, when the cross-sectional area is plotted along the travel of the blood vessel, the cross-sectional area only in the adhesion section as shown in the lower graph of FIG. Will increase. This change is detected and the adhesion interval is determined. Next, paying attention to the center line of the blood vessel, the two center lines originally shifted to the inside, and finally touched to become a branch point. This is indicated by the one-dot chain line in FIG. However, since it is originally two blood vessels, it should be two curves that do not intersect as shown by the dotted line in FIG. Therefore, the original center line of the adhesion section is estimated by interpolating from the front and back center lines. Next, the outline of each blood vessel is estimated on the cross section of the adhesion section using the estimated center line. FIG. 7B shows a cross section of the adhesion section. Twoblack dots 51 indicate the estimated center line. Assuming that the cross section of the blood vessel is an ellipse, the two ellipses 52 are fitted to the blood vessel contour 53 of the adhesion section under the condition that the centers of the two ellipses 52 are known and are in contact. Two ellipses 52 fitted by dotted lines in FIG. 7B are shown. Finally, the inside of the adhesion section is divided into two regions according to the ratio of the diameters of the two blood vessels, and the separation process is completed.
に説明する。まず、癒着区間とその前後における血管の断面積を計測する。癒着している部分は二本の血管が一体となっているため、血管の走行に沿って断面積をプロットしていくと図7(a)下方に示したグラフのように癒着区間のみ断面積が増大する。この変化を検出して、癒着区間を決定する。次に血管の中心線に着目すると、元々は二本だった中心線が内側へとずれていき、ついには接して分岐点となる。図7(a)の一点鎖線で示したものがそれに相当する。しかし、本来は二本の血管であるから、図7(a)の点線で示したように交わることの無い二本の曲線になっているはずである。そこで、癒着区間の本来の中心線をその前後の中心線から補間することによって推定する。その次に、推定された中心線を用いて、癒着区間の断面上で各血管の輪郭を推定する。図7(b)は癒着区間の断面を示している。二つの黒い点51は推定された中心線を示す。血管の断面は楕円と仮定して、二つ楕円52の中心が既知であり、接しているという条件の下で癒着区間の血管の輪郭53に二つの楕円を当てはめる。図7(b)の点線が当てはめた二つの楕円52を示す。最後に、癒着区間の内部を二つの血管の径の比に応じて二つの領域に分割し、分離処理を完了する。 Hereinafter, the separation processes (1) to (4) will be described in more detail with reference to FIG. First, the cross-sectional area of the blood vessel before and after the adhesion section is measured. Since the two blood vessels are united in the adhesion part, when the cross-sectional area is plotted along the travel of the blood vessel, the cross-sectional area only in the adhesion section as shown in the lower graph of FIG. Will increase. This change is detected and the adhesion interval is determined. Next, paying attention to the center line of the blood vessel, the two center lines originally shifted to the inside, and finally touched to become a branch point. This is indicated by the one-dot chain line in FIG. However, since it is originally two blood vessels, it should be two curves that do not intersect as shown by the dotted line in FIG. Therefore, the original center line of the adhesion section is estimated by interpolating from the front and back center lines. Next, the outline of each blood vessel is estimated on the cross section of the adhesion section using the estimated center line. FIG. 7B shows a cross section of the adhesion section. Two
(形状計測部)
形状計測部17はグラフ化処理により得られた各血管要素の形状計測を行う(ステップS3)。この実施形態では、下記パラメータ(1)~(5)を計測する。
(1)直径 (血管断面に関する情報)
(2)凹凸 (血管表面形状に関する情報)
(3)曲げ (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
(4)捻れ (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
(5)分岐角度 (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
ここで、「(1)直径」は、血管中心線走行方向での血管断面積の等価直径である。このパラメータ(1)は、図8に示すように、各血管要素(#1、2、3、...)内の血管中心線走行方向に沿う1若しくはそれ以上の離散的な位置(例えば、血管要素#1における位置P1、P2、P3...)で測定されてよく、形状計測部17は、それらの測定値から、血管要素毎に当該測定値の最小値、最大値、平均値、変動値(標準偏差など)等を算出することができる。以下に詳述するパラメータ(2)~(4)も、同様にして、血管要素毎に当該測定値の最小値、最大値、平均値、変動値(標準偏差など)等を算出することができる。 (Shape measurement unit)
Theshape measuring unit 17 measures the shape of each vascular element obtained by the graphing process (step S3). In this embodiment, the following parameters (1) to (5) are measured.
(1) Diameter (information on blood vessel cross section)
(2) Concavity and convexity (information on blood vessel surface shape)
(3) Bending (Information on geometric features of blood vessel center line)
(4) Twist (Information on geometric features of blood vessel center line)
(5) Bifurcation angle (Information on geometric characteristics of blood vessel center line)
Here, “(1) Diameter” is an equivalent diameter of the blood vessel cross-sectional area in the blood vessel centerline traveling direction. As shown in FIG. 8, this parameter (1) is one or more discrete positions (for example, along the blood vessel centerline running direction in each blood vessel element (# 1, 2, 3,...). Theshape measurement unit 17 may determine the minimum value, the maximum value, the average value of the measurement values for each vascular element from the measurement values. A fluctuation value (standard deviation or the like) can be calculated. Similarly, the parameters (2) to (4) described in detail below can also calculate the minimum value, maximum value, average value, variation value (standard deviation, etc.), etc., of each measurement value for each blood vessel element. .
形状計測部17はグラフ化処理により得られた各血管要素の形状計測を行う(ステップS3)。この実施形態では、下記パラメータ(1)~(5)を計測する。
(1)直径 (血管断面に関する情報)
(2)凹凸 (血管表面形状に関する情報)
(3)曲げ (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
(4)捻れ (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
(5)分岐角度 (血管中心線の幾何学的特徴に関する情報)
ここで、「(1)直径」は、血管中心線走行方向での血管断面積の等価直径である。このパラメータ(1)は、図8に示すように、各血管要素(#1、2、3、...)内の血管中心線走行方向に沿う1若しくはそれ以上の離散的な位置(例えば、血管要素#1における位置P1、P2、P3...)で測定されてよく、形状計測部17は、それらの測定値から、血管要素毎に当該測定値の最小値、最大値、平均値、変動値(標準偏差など)等を算出することができる。以下に詳述するパラメータ(2)~(4)も、同様にして、血管要素毎に当該測定値の最小値、最大値、平均値、変動値(標準偏差など)等を算出することができる。 (Shape measurement unit)
The
(1) Diameter (information on blood vessel cross section)
(2) Concavity and convexity (information on blood vessel surface shape)
(3) Bending (Information on geometric features of blood vessel center line)
(4) Twist (Information on geometric features of blood vessel center line)
(5) Bifurcation angle (Information on geometric characteristics of blood vessel center line)
Here, “(1) Diameter” is an equivalent diameter of the blood vessel cross-sectional area in the blood vessel centerline traveling direction. As shown in FIG. 8, this parameter (1) is one or more discrete positions (for example, along the blood vessel centerline running direction in each blood vessel element (# 1, 2, 3,...). The
「(2)凹凸」は、中心線直交断面上の中心線の位置から当該中心線直交断面上の血管表面若しくは血管外輪郭の位置までの距離(以下、「血管高さ」と言う)を測定することで算出する。図9(a)は上記血管表面座標系を説明するための図であり、図9(b)は、当該血管表面座標系の各位置Qにおいて測定される血管高さHを写像した3次元情報の一例を示す。図9(a)において血管走行方向に延びる実線41、42は血管表面走行座標系における線分の例を示す。図9(b)の横軸には、当該血管走行方向に延びる線分上の位置を血管表面走行距離Lとして示している。また、図9(b)の縦軸には、血管周方向に並ぶ各線分の番号を線分番号Nとして示している。
“(2) Concavity and convexity” measures the distance (hereinafter referred to as “blood vessel height”) from the position of the center line on the cross section orthogonal to the center line to the position of the blood vessel surface or the outer contour on the cross section of the center line. To calculate. FIG. 9A is a diagram for explaining the blood vessel surface coordinate system, and FIG. 9B is a three-dimensional information mapping the blood vessel height H measured at each position Q in the blood vessel surface coordinate system. An example is shown. In FIG. 9A, solid lines 41 and 42 extending in the blood vessel running direction indicate examples of line segments in the blood vessel surface running coordinate system. On the horizontal axis of FIG. 9B, the position on the line segment extending in the blood vessel traveling direction is shown as the blood vessel surface traveling distance L. In addition, on the vertical axis in FIG. 9B, the number of each line segment arranged in the circumferential direction of the blood vessel is shown as a line segment number N.
「(3)曲げ」と「(4)捻れ」は、血管中心線をスプライン関数近似することで定量する。また、「(5)分岐角度」は、血管分岐部における親血管と娘血管のなす角度である。図10に、形状計測部17で計測される形状計測データのテーブルの一例を示す。
“(3) Bending” and “(4) Twist” are quantified by approximating the blood vessel center line with a spline function. “(5) Branch angle” is an angle formed by the parent blood vessel and the daughter blood vessel in the blood vessel branch portion. FIG. 10 shows an example of a table of shape measurement data measured by the shape measurement unit 17.
尚、本実施形態では、上記(1)~(5)を計測しているが、これに限られるものではない。例えば、上記(1)~(5)のうちの1若しくはそれ以上のパラメータを計測してもよいし、上記パラメータ以外の形状パラメータも計測してもよい。
In this embodiment, the above (1) to (5) are measured, but the present invention is not limited to this. For example, one or more parameters of the above (1) to (5) may be measured, and shape parameters other than the above parameters may be measured.
(判定部)
判定部18は、形状計測部17が出力した結果をもとに血管形状分類を判定する(ステップS4)。判定アルゴリズムは、統計データを基準にする。「(1)等価直径」の場合を例に挙げて説明すると、図11(a)は、等価直径の変化割合を示した統計データである。図11(a)に示すように、等価直径の変化割合の正常範囲が、前記変化割合の平均値をもとに変動値(変動率)を算出することで決定される。ここで、「変動値」とは、標準偏差の値、もしくはその倍数とする。図11(a)に示す例では、等価直径の変動値の正常範囲を-20deg~+20degと決定されていることを示す。この統計データに基づいて決定された基準となる情報(閾値)はこの装置の格納部に格納されており、判定部18は、読み込んだ上記統計データに基づく範囲を基準として、前記計測された形状パラメータから各血管形状に対する血管病変発生リスクの有無を判定する。図11に示す例では、当該直径の変動率が閾値±20degを超えた場合に血管病変発生のリスク有と判定する。図11(b)は、各血管要素における血管中心線走行方向の位置と計測された等価直径との関係を示したものである。この実施形態では、図11(b)に示すように、各計測結果のうち、直径の変動率が正値となり且つ閾値(+20deg以上)を超える領域を血管が拡大型を示す領域として疾患リスク有りと判定する。また、変動率が負値となり且つ閾値を越える領域(-20deg以下)を局所性の強い縮小型を示す領域として疾患リスク有りと判定する。 (Judgment part)
Thedetermination unit 18 determines the blood vessel shape classification based on the result output by the shape measurement unit 17 (step S4). The judgment algorithm is based on statistical data. The case of “(1) equivalent diameter” will be described as an example. FIG. 11A is statistical data showing a change ratio of the equivalent diameter. As shown in FIG. 11A, the normal range of the change rate of the equivalent diameter is determined by calculating a change value (change rate) based on the average value of the change ratios. Here, the “variation value” is a standard deviation value or a multiple thereof. In the example shown in FIG. 11A, it is shown that the normal range of the variation value of the equivalent diameter is determined to be −20 deg to +20 deg. The reference information (threshold value) determined based on the statistical data is stored in the storage unit of the apparatus, and the determination unit 18 uses the range based on the read statistical data as a reference for the measured shape. The presence or absence of the risk of vascular lesion occurrence for each vascular shape is determined from the parameters. In the example shown in FIG. 11, it is determined that there is a risk of vascular lesion occurrence when the variation rate of the diameter exceeds a threshold value ± 20 deg. FIG. 11B shows the relationship between the position of each blood vessel element in the blood vessel centerline running direction and the measured equivalent diameter. In this embodiment, as shown in FIG. 11 (b), among the measurement results, there is a disease risk in which a region where the variation rate of the diameter is a positive value and exceeds a threshold value (+20 deg or more) is an area where the blood vessel indicates an enlarged type. Is determined. Further, a region where the fluctuation rate is a negative value and exceeds the threshold value (−20 deg or less) is determined to be a disease risk as a region showing a reduced type with strong locality.
判定部18は、形状計測部17が出力した結果をもとに血管形状分類を判定する(ステップS4)。判定アルゴリズムは、統計データを基準にする。「(1)等価直径」の場合を例に挙げて説明すると、図11(a)は、等価直径の変化割合を示した統計データである。図11(a)に示すように、等価直径の変化割合の正常範囲が、前記変化割合の平均値をもとに変動値(変動率)を算出することで決定される。ここで、「変動値」とは、標準偏差の値、もしくはその倍数とする。図11(a)に示す例では、等価直径の変動値の正常範囲を-20deg~+20degと決定されていることを示す。この統計データに基づいて決定された基準となる情報(閾値)はこの装置の格納部に格納されており、判定部18は、読み込んだ上記統計データに基づく範囲を基準として、前記計測された形状パラメータから各血管形状に対する血管病変発生リスクの有無を判定する。図11に示す例では、当該直径の変動率が閾値±20degを超えた場合に血管病変発生のリスク有と判定する。図11(b)は、各血管要素における血管中心線走行方向の位置と計測された等価直径との関係を示したものである。この実施形態では、図11(b)に示すように、各計測結果のうち、直径の変動率が正値となり且つ閾値(+20deg以上)を超える領域を血管が拡大型を示す領域として疾患リスク有りと判定する。また、変動率が負値となり且つ閾値を越える領域(-20deg以下)を局所性の強い縮小型を示す領域として疾患リスク有りと判定する。 (Judgment part)
The
前記「(2)凹凸」の場合も、同様にして、測定された血管の凹凸が統計データに基づく凹凸の閾値を超えた場合に、血管病変発生リスク有りの判定をすることができる。この実施形態では、負値であれば狭窄、正値であれば瘤の発生リスク有りと判定する。前記「(3)曲げ」、「(4)捻じり」、「(5)分岐角度」も同様にして、各測定値から血管病変の発生リスクを判定することができる。判定部18は、最終的な血管病変発生リスクの判定を、上記パラメータ(1)~(5)の測定・判定結果全てを用いて行なうことができるが、代替的に、例えば特定する血管病変の種類や計算負荷等に応じて、上記パラメータ(1)~(5)のうちの一部のパラメータの測定・判定結果を用いて行なってもよい。
In the case of “(2) Concavity and convexity” as well, it is possible to determine that there is a risk of vascular lesion occurrence when the measured concavity and convexity of the blood vessel exceeds the concavity and convexity threshold based on statistical data. In this embodiment, it is determined that there is a risk of stenosis if it is a negative value and there is a risk of aneurysm if it is a positive value. Similarly, “(3) bending”, “(4) twisting”, and “(5) branching angle” can determine the risk of occurrence of vascular lesion from each measured value. The determination unit 18 can determine the final risk of vascular lesion occurrence using all the measurement / determination results of the parameters (1) to (5). Depending on the type, calculation load, etc., the measurement / determination results of some of the parameters (1) to (5) may be used.
(表示部)
上記判定処理後、血管形状分析装置は判定結果を出力する(ステップ5)。判定結果は、血管形状に重畳してユーザーに3次元的または2次元的に表示される。図12にコンピュータ処理により出力した結果の一例を示す。図12の斜線は、判定結果のうち閾値を超えた箇所を示す。また、形状計測部17で計測されたデータも出力してもよい。 (Display section)
After the determination process, the blood vessel shape analyzer outputs a determination result (step 5). The determination result is displayed to the user in a three-dimensional or two-dimensional manner superimposed on the blood vessel shape. FIG. 12 shows an example of a result output by computer processing. A hatched line in FIG. 12 indicates a portion of the determination result that exceeds the threshold value. In addition, data measured by theshape measuring unit 17 may be output.
上記判定処理後、血管形状分析装置は判定結果を出力する(ステップ5)。判定結果は、血管形状に重畳してユーザーに3次元的または2次元的に表示される。図12にコンピュータ処理により出力した結果の一例を示す。図12の斜線は、判定結果のうち閾値を超えた箇所を示す。また、形状計測部17で計測されたデータも出力してもよい。 (Display section)
After the determination process, the blood vessel shape analyzer outputs a determination result (step 5). The determination result is displayed to the user in a three-dimensional or two-dimensional manner superimposed on the blood vessel shape. FIG. 12 shows an example of a result output by computer processing. A hatched line in FIG. 12 indicates a portion of the determination result that exceeds the threshold value. In addition, data measured by the
以上により、この装置では、血管形状の局所的形状変化に基づき血管病変の発生リスクまたは発生有無、その種類、程度を判定でき、また、その結果をユーザインターフェースに視覚的に表示することができる。
As described above, this apparatus can determine the risk of occurrence or occurrence of vascular lesions, the type and extent thereof based on the local shape change of the blood vessel shape, and can visually display the result on the user interface.
(第2の実施形態)
上記実施形態では、血管病変の発症・成長の温床となる血管形状を分析する技術について説明した。本実施形態では、当該血管形状の分析において判定される血管病変部と血管正常部との自動分割も行う場合を説明する。 (Second Embodiment)
In the above-described embodiment, a technique for analyzing a blood vessel shape serving as a hotbed for the onset and growth of a vascular lesion has been described. In the present embodiment, a case will be described in which automatic division of a vascular lesion part and a normal blood vessel part determined in the analysis of the vascular shape is also performed.
上記実施形態では、血管病変の発症・成長の温床となる血管形状を分析する技術について説明した。本実施形態では、当該血管形状の分析において判定される血管病変部と血管正常部との自動分割も行う場合を説明する。 (Second Embodiment)
In the above-described embodiment, a technique for analyzing a blood vessel shape serving as a hotbed for the onset and growth of a vascular lesion has been described. In the present embodiment, a case will be described in which automatic division of a vascular lesion part and a normal blood vessel part determined in the analysis of the vascular shape is also performed.
図13は、従来の医療現場で行なわれている血管病変の測定手法を説明するための図であり、脳動脈瘤の場合を例として示している。上述したように、従来の計測は、3次元形状である脳動脈瘤をある視点方向から2次元的に見た状態で行われている。図13に点線で示すような瘤のネック長(n)、最大長さ(l)、高さ(h)などが計測されている。
FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional method for measuring a vascular lesion performed at a medical site, and shows a case of a cerebral aneurysm as an example. As described above, the conventional measurement is performed in a state in which a three-dimensional cerebral aneurysm is viewed two-dimensionally from a certain viewpoint direction. The neck length (n), maximum length (l), height (h), etc. of the aneurysm as shown by the dotted line in FIG. 13 are measured.
しかしながら、血管病変は血管の曲げや捩れが著しい箇所に発生する傾向があることが知られており、そのような複雑な血管部位においても形状異常部を自動抽出する技術に関しては、未だ産業応用される精度に至るものはない。
However, it is known that vascular lesions tend to occur in places where the bending and twisting of blood vessels are significant, and the technology for automatically extracting abnormally shaped parts even in such complex vascular parts has not yet been industrially applied. There is nothing that leads to accuracy.
そこで、本発明の第2の実施形態では、標準血管および教師付き機械学習に基づいて血管フラグメントを分析することで、複雑な血管部位においても高精度に血管形態異常の自動検出・分割を行う。正常血管は、血管の進行方向に応じて血管径がある一定の割合で変化していく特性がある。本明細書では、この一定の割合をもとに人為的に構成した血管を「標準血管」と言う。また、入力である医用画像から標準血管を減じた画像を「差分画像」と言う。差分画像には、脳動脈瘤などの血管の一部が特異的に変化した情報とノイズとが含まれ、本実施形態の装置は、これらの情報およびノイズを「フラグメント」として特定する。そして、このフラグメントを教師付き機械学習により分類していくことでフラグメントの形態学的特徴と血管病変との接続点を構築し、この対応関係をもとに、フラグメントを自動分析することで血管異常を検出・分割する。
Therefore, in the second embodiment of the present invention, a blood vessel fragment is analyzed based on a standard blood vessel and supervised machine learning, thereby automatically detecting and dividing a blood vessel shape abnormality with high accuracy even in a complicated blood vessel site. A normal blood vessel has a characteristic that the blood vessel diameter changes at a certain rate according to the traveling direction of the blood vessel. In the present specification, a blood vessel artificially constructed based on this fixed ratio is referred to as a “standard blood vessel”. An image obtained by subtracting standard blood vessels from a medical image as an input is referred to as a “difference image”. The difference image includes information and noise in which a part of a blood vessel such as a cerebral aneurysm is specifically changed, and the apparatus according to the present embodiment identifies the information and noise as “fragments”. Then, by classifying the fragments by supervised machine learning, the connection points between the morphological features of the fragments and the vascular lesions are constructed, and vascular abnormalities are analyzed by automatically analyzing the fragments based on this correspondence. Is detected and divided.
以下、図14~19を参照してより具体的に説明する。
Hereinafter, a more specific description will be given with reference to FIGS.
図14は、本発明の第2の実施形態が示す血管異常検出分割装置の概略構成図である。入力は医用画像であり、出力はこの医用画像に基づき分割および属性判別した血管形状異常部、当該形状異常部の形状情報、および当該形状異常部を前記入力医用画像に重畳させたもの等となる。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a blood vessel abnormality detection division apparatus according to the second embodiment of the present invention. The input is a medical image, and the output is a blood vessel shape abnormal portion divided and attributed based on the medical image, shape information of the shape abnormal portion, and the shape abnormal portion superimposed on the input medical image, etc. .
血管異常検出分割装置100は、前記第1の実施形態と同様に、CPU111、RAM112及び入力/出力IF113が接続されたバス150に、プログラム格納部160とデータ格納部170、171が接続されている。
As in the first embodiment, the blood vessel abnormality detection / division device 100 has a program storage unit 160 and data storage units 170 and 171 connected to a bus 150 to which a CPU 111, a RAM 112, and an input / output IF 113 are connected. .
プログラム格納部160は、入力部114、細線化部115、グラフ化部116、形状計測部117、標準血管生成部118、差分画像計算部119、フラグメント分析部120、血管異常分割部121、及び表示部122を備えている。
The program storage unit 160 includes an input unit 114, a thinning unit 115, a graphing unit 116, a shape measurement unit 117, a standard blood vessel generation unit 118, a difference image calculation unit 119, a fragment analysis unit 120, a blood vessel abnormality division unit 121, and a display. Part 122 is provided.
データ格納部170は入力された医用画像を格納する。データ格納部171は、血管形状データ123と、血管形状計測データ124と、標準血管形状データ125、フラグメント形状データ126、フラグメント形状計測データ127、リスク判定結果128とを格納する。
The data storage unit 170 stores the input medical image. The data storage unit 171 stores blood vessel shape data 123, blood vessel shape measurement data 124, standard blood vessel shape data 125, fragment shape data 126, fragment shape measurement data 127, and risk determination result 128.
前記構成(入力部114、細線化部115、グラフ化部116、形状計測部117、標準血管生成部118、差分画像計算部119、フラグメント分析部120、血管異常分割部121、及び表示部122)は、実際にはハードディスクの記憶領域に格納されたコンピュータソフトウエアによって構成され、前記CPU111によって呼び出されRAM112上に展開され実行されることによって、本実施形態の各構成要素として構成され機能するようになっている。
The above configuration (input unit 114, thinning unit 115, graphing unit 116, shape measuring unit 117, standard blood vessel generating unit 118, difference image calculating unit 119, fragment analyzing unit 120, abnormal blood vessel dividing unit 121, and display unit 122) Is configured by computer software stored in the storage area of the hard disk, and is configured to function as each component of the present embodiment by being called by the CPU 111 and expanded and executed on the RAM 112. It has become.
各部の機能についてそれぞれの受け持つ工程とともに以下に述べる。図15は、本実施形態における装置100の血管形状異常検出分割フローを示す図である。
The function of each part is described below together with the processes that each takes charge of. FIG. 15 is a diagram illustrating a blood vessel shape abnormality detection division flow of the apparatus 100 according to the present embodiment.
(細線化部、グラフ化部、形状計測部)
装置100は、第1の実施形態の装置10と同様にして、細線化、グラフ化を行う(ステップS10~S12)。 (Thinning section, graphing section, shape measuring section)
Theapparatus 100 performs thinning and graphing similarly to the apparatus 10 of the first embodiment (steps S10 to S12).
装置100は、第1の実施形態の装置10と同様にして、細線化、グラフ化を行う(ステップS10~S12)。 (Thinning section, graphing section, shape measuring section)
The
(形状計測部)
形状計測部117は、第1の実施形態の装置10の形状計測部17と同様にして、グラフ化処理により得られた各血管要素の形状計測を行う(ステップS13)。形状計測部117は各血管の直径(等価直径)を計測する。すなわち、図8に示すように、形状計測部117は、各血管要素において血管中心線走行方向上の異なる位置(p1、p2、p3...)に複数の垂直断面を設定し、その断面積から各位置での血管の直径(等価直径)を算出する。 (Shape measurement unit)
Theshape measuring unit 117 measures the shape of each vascular element obtained by the graphing process in the same manner as the shape measuring unit 17 of the apparatus 10 of the first embodiment (step S13). The shape measuring unit 117 measures the diameter (equivalent diameter) of each blood vessel. That is, as shown in FIG. 8, the shape measuring unit 117 sets a plurality of vertical cross sections at different positions (p1, p2, p3...) In the blood vessel centerline running direction in each blood vessel element, and the cross sectional areas thereof. From these, the diameter (equivalent diameter) of the blood vessel at each position is calculated.
形状計測部117は、第1の実施形態の装置10の形状計測部17と同様にして、グラフ化処理により得られた各血管要素の形状計測を行う(ステップS13)。形状計測部117は各血管の直径(等価直径)を計測する。すなわち、図8に示すように、形状計測部117は、各血管要素において血管中心線走行方向上の異なる位置(p1、p2、p3...)に複数の垂直断面を設定し、その断面積から各位置での血管の直径(等価直径)を算出する。 (Shape measurement unit)
The
(標準血管生成部)
標準血管生成部118は、形状計測部117で血管直径をもとに標準血管を生成する(ステップS14)。図16は、この標準血管生成部118における処理を模式的に示したものである。まず、標準血管生成部118は、前工程(ステップS13)で取得した図16(a)に示すような血管要素の各断面(P1~6)の直径から、図16(b)に示すような、中心線走行方向を軸とするようにマッピングした画像を生成する。次いで、標準血管生成部118は、図16(c)に示すように、マッピングした画像から、横軸を中心線位置、縦軸を等価直径とした血管直径の変化特性を示すグラフを生成し、この離散点に対して近似曲線を当てはめることで血管径変化の特徴量を数式化する。その後、当該特徴量を満たすように新たに標準血管画像を生成する。このように、標準血管生成部118は、血管形状の変化に関する特徴量を算出し、当該特徴量に基づいて標準血管として人為的に血管モデルを生成する。 (Standard blood vessel generator)
The standard bloodvessel generation unit 118 generates a standard blood vessel based on the blood vessel diameter in the shape measurement unit 117 (step S14). FIG. 16 schematically shows the processing in the standard blood vessel generation unit 118. First, the standard blood vessel generating unit 118 calculates the diameter of each cross section (P1 to P6) of the blood vessel element as shown in FIG. 16A acquired in the previous step (step S13) as shown in FIG. Then, an image mapped with the center line traveling direction as an axis is generated. Next, as shown in FIG. 16C, the standard blood vessel generation unit 118 generates a graph showing the change characteristic of the blood vessel diameter from the mapped image, with the horizontal axis as the center line position and the vertical axis as the equivalent diameter, By applying an approximate curve to the discrete points, the feature quantity of the blood vessel diameter change is converted into a mathematical expression. Thereafter, a new standard blood vessel image is generated so as to satisfy the feature amount. As described above, the standard blood vessel generation unit 118 calculates a feature amount related to a change in blood vessel shape, and artificially generates a blood vessel model as a standard blood vessel based on the feature amount.
標準血管生成部118は、形状計測部117で血管直径をもとに標準血管を生成する(ステップS14)。図16は、この標準血管生成部118における処理を模式的に示したものである。まず、標準血管生成部118は、前工程(ステップS13)で取得した図16(a)に示すような血管要素の各断面(P1~6)の直径から、図16(b)に示すような、中心線走行方向を軸とするようにマッピングした画像を生成する。次いで、標準血管生成部118は、図16(c)に示すように、マッピングした画像から、横軸を中心線位置、縦軸を等価直径とした血管直径の変化特性を示すグラフを生成し、この離散点に対して近似曲線を当てはめることで血管径変化の特徴量を数式化する。その後、当該特徴量を満たすように新たに標準血管画像を生成する。このように、標準血管生成部118は、血管形状の変化に関する特徴量を算出し、当該特徴量に基づいて標準血管として人為的に血管モデルを生成する。 (Standard blood vessel generator)
The standard blood
(差分画像計算部)
差分画像計算部119は、入力された医用画像と標準血管生成部118で得られた標準血管画像の差分画像を計算する(ステップS15)。図17は、この差分画像計算部119における処理を模式的に示したものである。図17において、実線は入力である医用画像、破線は標準血管画像を示す。差分画像計算部119は、図17に斜線で示す二箇所43、44を医用画像と標準血管画像の差分画像として出力する。 (Difference image calculator)
The differenceimage calculation unit 119 calculates a difference image between the input medical image and the standard blood vessel image obtained by the standard blood vessel generation unit 118 (step S15). FIG. 17 schematically shows the processing in the difference image calculation unit 119. In FIG. 17, a solid line indicates a medical image as an input, and a broken line indicates a standard blood vessel image. The difference image calculation unit 119 outputs two locations 43 and 44 indicated by hatching in FIG. 17 as a difference image between the medical image and the standard blood vessel image.
差分画像計算部119は、入力された医用画像と標準血管生成部118で得られた標準血管画像の差分画像を計算する(ステップS15)。図17は、この差分画像計算部119における処理を模式的に示したものである。図17において、実線は入力である医用画像、破線は標準血管画像を示す。差分画像計算部119は、図17に斜線で示す二箇所43、44を医用画像と標準血管画像の差分画像として出力する。 (Difference image calculator)
The difference
この実施形態では、標準血管生成部118が、自由度を制限した近似曲線を当てはめて標準血管画像を生成することで、当該標準血管画像が入力医用画像の局所的な形状変化に追従しないようになっている。例えば前記近似曲線は、低次の多項近似相当であってよい。
In this embodiment, the standard blood vessel generation unit 118 generates a standard blood vessel image by applying an approximate curve with a limited degree of freedom so that the standard blood vessel image does not follow a local shape change of the input medical image. It has become. For example, the approximate curve may correspond to a low-order polynomial approximation.
差分画像計算部119は、さらに、カットオフフィルタ機能を有し、差分画像中、極端に小さいノイズと認識できる部分を適切に除去する。例えば、差分画像計算部119は各フラグメントの体積で閾値を設けて閾値以下のフラグメントを除去する。
The difference image calculation unit 119 further has a cut-off filter function, and appropriately removes a portion that can be recognized as extremely small noise in the difference image. For example, the difference image calculation unit 119 sets a threshold for the volume of each fragment, and removes fragments below the threshold.
(フラグメント分析部)
フラグメント分析部120は、前工程(ステップS15)で出力された差分画像を分析する(ステップS16)。差分画像は、各血管の標準血管からの逸脱を示すが、本明細書では、この逸脱を「フラグメント」と言う。具体的には、フラグメント分析部120は、図18に示すように、各フラグメントの形状を分析して、各フラグメントを構成する成分が、(1)血管異常、又は(2)ノイズのいずれであるか、また、血管異常がどのような種類の異常であるか、を判定する。この実施形態では、血管異常とは、例えば血管の狭窄化や瘤化などの血管形態異常である。 (Fragment analysis part)
Thefragment analysis unit 120 analyzes the difference image output in the previous process (step S15) (step S16). The difference image shows a deviation of each blood vessel from the standard blood vessel. In this specification, this deviation is referred to as a “fragment”. Specifically, as shown in FIG. 18, the fragment analysis unit 120 analyzes the shape of each fragment, and the component constituting each fragment is either (1) a blood vessel abnormality or (2) noise. It is also determined what kind of abnormality the vascular abnormality is. In this embodiment, the vascular abnormality is a vascular morphology abnormality such as stenosis or aneurysm.
フラグメント分析部120は、前工程(ステップS15)で出力された差分画像を分析する(ステップS16)。差分画像は、各血管の標準血管からの逸脱を示すが、本明細書では、この逸脱を「フラグメント」と言う。具体的には、フラグメント分析部120は、図18に示すように、各フラグメントの形状を分析して、各フラグメントを構成する成分が、(1)血管異常、又は(2)ノイズのいずれであるか、また、血管異常がどのような種類の異常であるか、を判定する。この実施形態では、血管異常とは、例えば血管の狭窄化や瘤化などの血管形態異常である。 (Fragment analysis part)
The
上記フラグメント分析処理の判定アルゴリズムには大規模データベースに対して教師付機械学習から得られた結果を用いる。すなわち、この教師付機械学習では例えば脳動脈瘤の場合、コンピュータが、各フラグメントを脳動脈瘤とノイズのいずれであるかを判別し、当該判別した脳動脈瘤とノイズのそれぞれにタグ付けを行うことでフラグメント形状情報に関するデータベースを構築していく。この実施形態では、フラグメント形状情報とは、フラグメントの体積、表面積、球形度、代表長さ、および、そのフラグメントが位置する血管部位情報等である。その後、これら形状情報の単一ないしは複数の組み合わせによる多変量解析をして、ノイズとの有意差を構成する形状パラメータを決定し、この形状パラメータを用いてノイズと計測対象である血管異常とを識別する幾何学的特徴を取得する。
The result obtained from supervised machine learning for a large-scale database is used as the determination algorithm for the fragment analysis process. That is, in this supervised machine learning, for example, in the case of a cerebral aneurysm, the computer determines whether each fragment is a cerebral aneurysm or noise, and tags each of the determined cerebral aneurysm and noise. This will build a database on fragment shape information. In this embodiment, the fragment shape information includes fragment volume, surface area, sphericity, representative length, and blood vessel part information where the fragment is located. After that, a multivariate analysis using a single or a plurality of combinations of these shape information is performed to determine a shape parameter that constitutes a significant difference from the noise. Using this shape parameter, the noise and the blood vessel abnormality to be measured are determined. Get identifying geometric features.
フラグメント分析部120は、前記幾何学的特徴に基づき新たなフラグメント形状を分析し、血管異常であるかどうか、また、どのような種類の異常であるかを判定するが、この実施形態における教師付機械学習では、当該判定結果をデータベース化・分析することで血管異常の判定精度を高めるようになっている。
The fragment analysis unit 120 analyzes a new fragment shape based on the geometric feature and determines whether or not it is a blood vessel abnormality and what kind of abnormality is. In machine learning, the determination result of a blood vessel abnormality is improved by creating a database and analyzing the determination result.
尚、上記分析処理は、例えばデータベース化の初期段階において、脳外科臨床医等が脳動脈瘤かノイズかを判別し、その判別結果をフラグメント分析部120が分析して前記幾何学的特徴を取得するようにしてもよい。
In the analysis process, for example, in the initial stage of database creation, a brain surgeon or the like discriminates whether a cerebral aneurysm or noise, and the fragment analysis unit 120 analyzes the discrimination result to obtain the geometric feature. You may do it.
(血管異常分割部)
血管異常分割部121は、フラグメント分析部120で判定された血管異常に対して異常部を領域分割する(ステップS17)。領域判定はすでに差分画像よりなされているため、属性の判断をタグ付けすることで異常部の領域分割を行う。具体的には、瘤と判定されたものは瘤として、狭窄として判定されたものは狭窄として、ノイズと判定されたものはノイズとしてタグ付ける。 (Abnormal blood vessel division)
The abnormal bloodvessel division unit 121 divides the abnormal region into regions for the blood vessel abnormality determined by the fragment analysis unit 120 (step S17). Since the area determination has already been made from the difference image, the area of the abnormal part is divided by tagging the attribute determination. Specifically, those determined as an aneurysm are tagged as an aneurysm, those determined as a stenosis are tagged as stenosis, and those determined as a noise are tagged as noise.
血管異常分割部121は、フラグメント分析部120で判定された血管異常に対して異常部を領域分割する(ステップS17)。領域判定はすでに差分画像よりなされているため、属性の判断をタグ付けすることで異常部の領域分割を行う。具体的には、瘤と判定されたものは瘤として、狭窄として判定されたものは狭窄として、ノイズと判定されたものはノイズとしてタグ付ける。 (Abnormal blood vessel division)
The abnormal blood
血管異常分割部121は、異常部(病変部)として領域分割された対象に対して、当該対象の面を始点として周囲を探索し該当部の特徴量を高次元で算出することで分割精度を高めてもよい。より具体的には、脳動脈瘤などの血管異常部は親血管からの曲率の反転を伴うものであり、血管異常分割部121は、曲率反転箇所をトラッキングすることで、当該血管異常部を高精度で分割することができる。すなわち、脳動脈瘤の場合、正常血管である親血管は凸型の曲率となる一方、瘤化した部分は凹型の曲率を伴うものであり、血管異常分割部121は、この境界面をトラッキングすることで高精度な領域分割を行う。分割した結果はラベリングする。
The abnormal blood vessel division unit 121 searches the surroundings of a target divided into regions as an abnormal part (lesioned part) with the surface of the target as a starting point, and calculates the feature amount of the corresponding part in a high dimension, thereby improving the division accuracy. May be raised. More specifically, abnormal blood vessels such as cerebral aneurysms are accompanied by inversion of curvature from the parent blood vessel, and the abnormal blood vessel division unit 121 increases the abnormal blood vessel portion by tracking the inversion of curvature. Can be divided with accuracy. That is, in the case of a cerebral aneurysm, the parent blood vessel that is a normal blood vessel has a convex curvature, while the aneurysm portion has a concave curvature, and the abnormal blood vessel division unit 121 tracks this boundary surface. Thus, high-precision area division is performed. The result of the division is labeled.
(表示部)
表示部122は、図19に示すように入力医用画像に重畳して表示する(ステップS18)。図19の太実線は、高次元処理により高精度に特定されたネックラインである。さらに、前記重畳画像と共に、形状計測部117で計測された異常部の形状情報を表示してもよい。
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 (Display section)
As shown in FIG. 19, thedisplay unit 122 superimposes and displays the input medical image (step S18). The thick solid line in FIG. 19 is a neckline specified with high accuracy by high-dimensional processing. Further, the shape information of the abnormal part measured by the shape measuring unit 117 may be displayed together with the superimposed image.
In addition, the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
表示部122は、図19に示すように入力医用画像に重畳して表示する(ステップS18)。図19の太実線は、高次元処理により高精度に特定されたネックラインである。さらに、前記重畳画像と共に、形状計測部117で計測された異常部の形状情報を表示してもよい。
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 (Display section)
As shown in FIG. 19, the
In addition, the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
Claims (27)
- 医用画像を取得する取得部と、
前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化部と、
前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割部と、
前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測部であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測部と
を有することを特徴とする血管形状分析装置。 An acquisition unit for acquiring a medical image;
Extracting a blood vessel region included in at least a part of the medical image, and obtaining a blood vessel center line in the blood vessel region;
A dividing unit that divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line;
A shape measurement unit that measures shape of each of the blood vessel elements and generates shape measurement data, the shape measurement data including information on a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element, blood vessel surface shape The shape measuring unit includes at least one of information related to information and information related to a geometric characteristic of a blood vessel center line. - 請求項1に記載の血管形状分析装置において、この装置は、さらに、
前記形状計測データが閾値を超過するか否かに基づいて各血管形状に対する病変発症のリスクを判定する判定部であって、前記閾値は血管の幾何学的形状情報に関する統計データに基づき予め設定されたものである、前記判定部と、
前記判定結果を出力する出力部と
を有することを特徴とする、装置。 The blood vessel shape analysis device according to claim 1, wherein the device further comprises:
A determination unit that determines a risk of developing a lesion for each blood vessel shape based on whether or not the shape measurement data exceeds a threshold value, wherein the threshold value is set in advance based on statistical data regarding the geometric shape information of the blood vessel; The determination unit,
And an output unit for outputting the determination result. - 請求項2に記載の血管形状分析装置において、前記出力部は、前記判定結果を前記血管領域と共に表示することを特徴とする、装置。 3. The blood vessel shape analysis apparatus according to claim 2, wherein the output unit displays the determination result together with the blood vessel region.
- 請求項1に記載の血管形状分析装置において、前記形状計測部は、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面の径、凹凸度、曲げ度、及び捩れ度、並びに、血管要素間の血管分岐部分における分岐角度の少なくとも1つを算出するものである、装置。 2. The blood vessel shape analysis apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring unit includes a diameter, an unevenness, a bending degree, and a twisting degree of a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element, and between blood vessel elements. An apparatus for calculating at least one of branch angles in a blood vessel branch portion.
- 請求項1に記載の血管形状分析装置において、前記形状計測部は、前記血管中心線の走行方向に沿って血管断面積を計測しその等価直径を算出するものであり、
この装置は、さらに、
前記等価直径に基づいて標準血管モデルを構築する標準血管生成部と、
前記医用画像と前記標準血管モデルとの差分画像を計算して当該差分画像に含まれるフラグメントをそれぞれ特定する差分画像計算部と、
前記フラグメントそれぞれの形状を計測し、当該計測されたフラグメントの形状から前記フラグメントの属性を教師付き機械学習により得られたフラグメント幾何学的特徴情報に基づいて判別し、当該判別結果を出力するフラグメント分析部であって、このフラグメント分析部は、少なくともフラグメントが血管異常部であるかノイズであるかを判別するものであるフラグメント分析部と
を有することを特徴とする装置。 The blood vessel shape analysis apparatus according to claim 1, wherein the shape measurement unit measures a blood vessel cross-sectional area along a traveling direction of the blood vessel center line and calculates an equivalent diameter thereof.
This device further
A standard blood vessel generating unit for constructing a standard blood vessel model based on the equivalent diameter;
A difference image calculation unit for calculating a difference image between the medical image and the standard blood vessel model and identifying each fragment included in the difference image;
Fragment analysis that measures the shape of each fragment, determines the attribute of the fragment from the measured shape of the fragment based on fragment geometric feature information obtained by supervised machine learning, and outputs the determination result The fragment analyzer includes at least a fragment analyzer that determines whether a fragment is a blood vessel abnormality portion or noise. - 請求項5に記載の血管形状分析装置において、この装置は、さらに、前記フラグメントの属性の判別結果に基づいて血管異常部を分割し表示する血管異常分割部を有することを特徴とする、装置。 6. The blood vessel shape analyzing apparatus according to claim 5, further comprising a blood vessel abnormality dividing unit that divides and displays a blood vessel abnormal part based on a determination result of the attribute of the fragment.
- 請求項5に記載の血管形状分析装置において、前記標準血管生成部は、前記血管要素内の複数の離散的位置において算出された等価直径に基づいて血管直径の変化特性データを生成し、当該血管直径の変化特性データに近似曲線をフィッティングすることで前記標準血管モデルを構築することを特徴とする、装置。 6. The blood vessel shape analyzing apparatus according to claim 5, wherein the standard blood vessel generating unit generates blood vessel diameter change characteristic data based on an equivalent diameter calculated at a plurality of discrete positions in the blood vessel element, and the blood vessel An apparatus for constructing the standard blood vessel model by fitting an approximate curve to diameter change characteristic data.
- 請求項5に記載の血管形状分析装置において、前記フラグメント分析部は、前記フラグメントの属性として、血管病変の種類を判別することを特徴とする、装置。 6. The blood vessel shape analysis apparatus according to claim 5, wherein the fragment analysis unit discriminates a type of blood vessel lesion as an attribute of the fragment.
- 請求項5に記載の血管形状分析装置において、前記教師付き機械学習は、前記判定結果をデータベース化・分析することにより、前記フラグメント幾何学的特徴情報を更新することを特徴する、装置。 6. The blood vessel shape analysis apparatus according to claim 5, wherein the supervised machine learning updates the fragment geometric feature information by creating a database and analyzing the determination result.
- コンピュータが、医用画像を取得する取得工程と、
コンピュータが、前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化工程と、
コンピュータが、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割工程と、
コンピュータが、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測工程であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測工程と
を有することを特徴とする血管形状分析方法。 An acquisition process in which a computer acquires a medical image;
A thinning step in which a computer extracts a blood vessel region included in at least a part of the medical image and obtains a blood vessel center line in the blood vessel region;
A dividing step in which the computer divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line;
A shape measurement step in which a computer measures a three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data, the shape measurement data is information on a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element; A blood vessel shape analysis method, comprising: the shape measurement step including at least one of information on a blood vessel surface shape and information on a geometric characteristic of a blood vessel center line. - 請求項10に記載の血管形状分析方法において、この方法は、さらに、
コンピュータが、前記形状計測データが閾値を超過するか否かに基づいて各血管形状に対する病変発症のリスクを判定する判定工程であって、前記閾値は血管の幾何学的形状情報に関する統計データに基づき予め設定されたものである、前記判定工程と、
コンピュータが、前記判定結果を出力する出力工程と
を有することを特徴とする、方法。 The blood vessel shape analysis method according to claim 10, wherein the method further comprises:
A determination step in which a computer determines a risk of developing a lesion for each blood vessel shape based on whether or not the shape measurement data exceeds a threshold value, the threshold value based on statistical data related to the geometric shape information of the blood vessel; The determination step, which is preset, and
A computer comprising: an output step of outputting the determination result. - 請求項11に記載の血管形状分析方法において、前記出力工程は、前記判定結果を前記血管領域と共に表示することを特徴とする、方法。 12. The blood vessel shape analysis method according to claim 11, wherein the output step displays the determination result together with the blood vessel region.
- 請求項10に記載の血管形状分析方法において、前記形状計測工程は、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面の径、凹凸度、曲げ度、及び捩れ度、並びに、血管要素間の血管分岐部分における分岐角度の少なくとも1つを算出するものである、方法。 The blood vessel shape analysis method according to claim 10, wherein the shape measurement step includes a diameter, an unevenness, a bending degree, and a twisting degree of a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element, and between blood vessel elements. A method for calculating at least one of branch angles in a blood vessel branch portion.
- 請求項10に記載の血管形状分析方法において、前記形状計測工程は、前記血管中心線の走行方向に沿って血管断面積を計測しその等価直径を算出するものであり、
この方法は、さらに、
コンピュータが、前記等価直径に基づいて標準血管モデルを構築する標準血管生成工程と、
コンピュータが、前記医用画像と前記標準血管モデルとの差分画像を計算して当該差分画像に含まれるフラグメントをそれぞれ特定する差分画像計算工程と、
コンピュータが、前記フラグメントそれぞれの形状を計測し、当該計測されたフラグメントの形状から前記フラグメントの属性を教師付き機械学習により得られたフラグメント幾何学的特徴情報に基づいて判別し、当該判別結果を出力するフラグメント分析工程であって、このフラグメント分析工程は、少なくともフラグメントが血管異常部であるかノイズであるかを判別するものであるフラグメント分析工程と
を有することを特徴とする、方法。 The blood vessel shape analysis method according to claim 10, wherein the shape measuring step measures a blood vessel cross-sectional area along a traveling direction of the blood vessel center line and calculates an equivalent diameter thereof.
This method further
A standard blood vessel generating step in which a computer constructs a standard blood vessel model based on the equivalent diameter;
A difference image calculation step in which a computer calculates a difference image between the medical image and the standard blood vessel model and specifies each fragment included in the difference image;
The computer measures the shape of each fragment, determines the attribute of the fragment from the measured fragment shape based on fragment geometric feature information obtained by supervised machine learning, and outputs the determination result A fragment analysis step, wherein the fragment analysis step comprises at least a fragment analysis step for discriminating whether a fragment is a blood vessel abnormality or noise. - 請求項14に記載の血管形状分析方法において、この方法は、さらに、コンピュータが、前記フラグメントの属性の判別結果に基づいて血管異常部を分割し表示する血管異常分割工程を有することを特徴とする、方法。 15. The blood vessel shape analysis method according to claim 14, further comprising: a blood vessel abnormality dividing step in which the computer divides and displays a blood vessel abnormal portion based on a result of discrimination of the attribute of the fragment. ,Method.
- 請求項14に記載の血管形状分析方法において、前記標準血管生成工程は、前記血管要素内の複数の離散的位置において算出された等価直径に基づいて血管直径の変化特性データを生成し、当該血管直径の変化特性データに近似曲線をフィッティングすることで前記標準血管モデルを構築することを特徴とする、方法。 15. The blood vessel shape analysis method according to claim 14, wherein the standard blood vessel generation step generates blood vessel diameter change characteristic data based on an equivalent diameter calculated at a plurality of discrete positions in the blood vessel element, and the blood vessel A method for constructing the standard blood vessel model by fitting an approximated curve to diameter change characteristic data.
- 請求項14に記載の血管形状分析方法において、前記フラグメント分析工程は、前記フラグメントの属性として、血管病変の種類を判別することを特徴とする、方法。 15. The blood vessel shape analysis method according to claim 14, wherein the fragment analysis step discriminates a type of blood vessel lesion as an attribute of the fragment.
- 請求項14に記載の血管形状分析方法において、前記教師付き機械学習は、前記判定結果をデータベース化・分析することにより、前記フラグメント幾何学的特徴情報を更新することを特徴する、方法。 15. The blood vessel shape analysis method according to claim 14, wherein the supervised machine learning updates the fragment geometric feature information by creating a database and analyzing the determination result.
- 血管形状を分析するコンピュータソフトウェアプログラムであって、以下の工程:
コンピュータが、医用画像を取得する取得工程と、
コンピュータが、前記医用画像の少なくとも一部に含まれる血管領域を抽出し、当該血管領域おける血管中心線を取得する細線化工程と、
コンピュータが、前記血管中心線に基づいて前記血管領域を血管要素毎に分割する分割工程と、
コンピュータが、前記血管要素それぞれの3次元形状を計測して形状計測データを生成する形状計測工程であって、前記形状計測データは、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面に関する情報、血管表面形状に関する情報、血管中心線の幾何学的特徴に関する情報のうちの少なくとも1つを含むものである、前記形状計測工程と
を実行させる命令を含むことを特徴とするコンピュータソフトウェアプログラム。 A computer software program for analyzing a blood vessel shape comprising the following steps:
An acquisition process in which a computer acquires a medical image;
A thinning step in which a computer extracts a blood vessel region included in at least a part of the medical image and obtains a blood vessel center line in the blood vessel region;
A dividing step in which the computer divides the blood vessel region into blood vessel elements based on the blood vessel center line;
A shape measurement step in which a computer measures a three-dimensional shape of each of the blood vessel elements to generate shape measurement data, the shape measurement data is information on a blood vessel cross section at one or more positions of each blood vessel element; A computer software program comprising instructions for executing the shape measuring step, wherein the computer program includes at least one of information on a blood vessel surface shape and information on a geometric characteristic of a blood vessel center line. - 請求項19に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、さらに、
コンピュータが、前記形状計測データが閾値を超過するか否かに基づいて各血管形状に対する病変発症のリスクを判定する判定工程であって、前記閾値は血管の幾何学的形状情報に関する統計データに基づき予め設定されたものである、前記判定工程と、
コンピュータが、前記判定結果を出力する出力工程と
を実行させる命令を含むことを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 The computer software program of claim 19, further comprising:
A determination step in which a computer determines a risk of developing a lesion for each blood vessel shape based on whether or not the shape measurement data exceeds a threshold value, the threshold value based on statistical data related to the geometric shape information of the blood vessel; The determination step, which is preset, and
A computer software program comprising: an instruction for causing a computer to execute an output step of outputting the determination result. - 請求項20に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記出力工程は、前記判定結果を前記血管領域と共に表示することを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 21. The computer software program according to claim 20, wherein the output step displays the determination result together with the blood vessel region.
- 請求項19に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記形状計測工程は、各血管要素の1若しくはそれ以上の位置における血管断面の径、凹凸度、曲げ度、及び捩れ度、並びに、血管要素間の血管分岐部分における分岐角度の少なくとも1つを算出するものである、コンピュータソフトウェアプログラム。 20. The computer software program according to claim 19, wherein the shape measuring step includes a blood vessel cross-sectional diameter, an unevenness degree, a bending degree, a twisting degree, and a blood vessel between the blood vessel elements at one or more positions of each blood vessel element. A computer software program for calculating at least one of branch angles in a branch portion.
- 請求項19に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記形状計測工程は、前記血管中心線の走行方向に沿って血管断面積を計測しその等価直径を算出するものであり、
このコンピュータソフトウェアプログラムは、さらに、
コンピュータが、前記等価直径に基づいて標準血管モデルを構築する標準血管生成工程と、
コンピュータが、前記医用画像と前記標準血管モデルとの差分画像を計算して当該差分画像に含まれるフラグメントをそれぞれ特定する差分画像計算工程と、
コンピュータが、前記フラグメントそれぞれの形状を計測し、当該計測されたフラグメントの形状から前記フラグメントの属性を教師付き機械学習により得られたフラグメント幾何学的特徴情報に基づいて判別し、当該判別結果を出力するフラグメント分析工程であって、このフラグメント分析工程は、少なくともフラグメントが血管異常部であるかノイズであるかを判別するものであるフラグメント分析工程と
を実行させる命令を含むことを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 The computer software program according to claim 19, wherein the shape measuring step measures a blood vessel cross-sectional area along a running direction of the blood vessel center line and calculates an equivalent diameter thereof.
This computer software program is further
A standard blood vessel generating step in which a computer constructs a standard blood vessel model based on the equivalent diameter;
A difference image calculation step in which a computer calculates a difference image between the medical image and the standard blood vessel model and specifies each fragment included in the difference image;
The computer measures the shape of each fragment, determines the attribute of the fragment from the measured fragment shape based on fragment geometric feature information obtained by supervised machine learning, and outputs the determination result A fragment analysis step, wherein the fragment analysis step includes instructions for executing at least a fragment analysis step for determining whether a fragment is a blood vessel abnormality or noise. Software program. - 請求項23に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、さらに、コンピュータが、前記フラグメントの属性の判別結果に基づいて血管異常部を分割し表示する血管異常分割工程を実行させる命令を含むことを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 24. The computer software program according to claim 23, further comprising an instruction for executing a blood vessel abnormality dividing step of dividing and displaying a blood vessel abnormal part based on a determination result of the attribute of the fragment. Computer software program.
- 請求項23に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記標準血管生成工程は、前記血管要素内の複数の離散的位置において算出された等価直径に基づいて血管直径の変化特性データを生成し、当該血管直径の変化特性データに近似曲線をフィッティングすることで前記標準血管モデルを構築することを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 24. The computer software program according to claim 23, wherein the standard blood vessel generation step generates blood vessel diameter change characteristic data based on an equivalent diameter calculated at a plurality of discrete positions in the blood vessel element, and the blood vessel diameter A computer software program for constructing the standard blood vessel model by fitting an approximated curve to the change characteristic data of
- 請求項23に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記フラグメント分析工程は、前記フラグメントの属性として、血管病変の種類を判別することを特徴とする、コンピュータソフトウェアプログラム。 24. The computer software program according to claim 23, wherein the fragment analysis step discriminates a type of vascular lesion as an attribute of the fragment.
- 請求項23に記載のコンピュータソフトウェアプログラムにおいて、前記教師付き機械学習は、前記判定結果をデータベース化・分析することにより、前記フラグメント幾何学的特徴情報を更新することを特徴する、コンピュータソフトウェアプログラム。 24. The computer software program according to claim 23, wherein the supervised machine learning updates the fragment geometric feature information by creating a database and analyzing the determination result.
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