以下、図面を参照して本発明の心機能表示 装置の実施の形態を詳細に説明する。図1は� �発明の心機能表示装置の概略構成図である� �なお、図1のような心機能表示装置1の構成は 、補助記憶装置に読み込まれた心機能表示処 理プログラムをコンピュータ上で実行するこ とにより実現される。このとき、この心機能 表示処理プログラムは、CD-ROM等の記憶媒体に 記憶され、もしくはインターネット等のネッ トワークを介して配布され、コンピュータに インストールされる。

本発明の心機能表示装置1は、被写体を撮� �して得た三次元医用画像を構成する第1のボ� ��セルデータ100を記憶する第1の記憶手段10と� ��第1のボクセルデータ100を用いて心臓の各位 置における機能を表した機能画像200を生成す る機能画像生成手段20と、前記被写体を撮影� ��て得た三次元医用画像を構成する第2のボク セルデータ110を記憶する第2の記憶手段30と、 被写体を撮影して得た三次元医用画像を構成 する第2のボクセルデータ110のうち心臓の心� �外壁に沿う血管を含む領域のボクセルデー� �を用いて、前記血管の形態を描画した形態� �像を生成する形態画像生成手段40と、第1の� �クセルデータ100と第2のボクセルデータ110を� ��置合せする位置合せ手段50と、形態画像210� �機能画像200とを重ねて表示装置2上に表示す� ��重ね表示手段60とを備える。

第1、第2のボクセルデータ100、110は、CT(Comp uted Tomography)装置やMRI(Magnetic Resonance Imaging)� ��置などにより撮影されて得られた3次元画像 である。第1のボクセルデータ100は、機能画� �200を生成するために用いられ、第2のボクセ� ��データ110は、形態画像210を生成するために� ��いられる。

第1、第2の記憶手段10、30は、大容量の記憶 装置であり、ハードディスクや画像サーバな どである。被写体をCT装置やMRI装置などを用� ��て撮影した第1、第2のボクセルデータ100、11 0が記憶される。

機能画像200は、心臓の動きや心室の内径や 心筋の厚さなどに応じて、心臓の機能の評価 を表す評価値の分布を表す画像である。具体 的には、あるフェーズにおける心室の径を表 した心室内径画像、拡張期における心室の径 を表した拡張末期心室内径の画像、収縮期に おける心室の径を表した収縮末期心室内径の 画像、区画された領域毎の駆出率を表した局 所駆出率の画像、あるフェーズでの心筋の厚 みを表した壁厚の画像、拡張期における心筋 の厚さを表した拡張末期壁厚の画像、収縮期 における心筋の厚さを表した収縮末期壁厚の 画像、拡張期の心筋の厚さから収縮期の心筋 の厚さの差を表した壁厚変化量の画像、拡張 期の心筋の厚さをA、収縮期の心筋の厚さをB� ��した時、B-A/Aで計算された値を表した壁厚� �加率の画像、拡張期の心室の径から収縮期� �心室の径の差を表した壁運動量の画像、心� �シンチグラフィの画像などがある。

心筋シンチグラフィを表す機能画像200は、 心筋に集まる薬を被検者の腕から注射して、 その薬の分布を体の外から測定したデータを 画像として表したもので、薬を変えることで 、心筋の血流状態、心筋組織の代謝、神経の 働きなどを表すことができる。

また、機能画像200で心臓の動きの評価を表 す場合には、動いている心臓を複数フェーズ 撮影して画像間の違いから心臓の機能を評価 する値を得て機能画像200を作成する。このよ うに複数フェーズ撮影する場合には、被曝す ることがないMRI装置で複数フェーズ撮影した 画像から機能画像200を生成するのが望ましい 。

一方、形態画像210は心臓の心筋外壁に沿う 血管などの形態を表す画像であるが、各臓器 の構造が明瞭に表れるCT装置で撮影した三次� ��画像から生成するのが好ましい。

また、形態画像210の作成に用いる第2のボ� �セルデータには、形態を詳細に表すために� �CT装置やMRI装置などで細かいピッチ(例えば� �1~3mm間隔)で撮影した断層画像から生成した� �クセルデータを用いるのが好ましい。一方� �機能画像200の作成するために心臓の動きに� �じて複数のフェーズで撮影する必要がある� �合は、細かいピッチで撮影を行ったのでは� �複数フェーズを撮影することができない場� �があるので、第1のボクセルデータは、MRI装� ��などで広いピッチ(例えば、5~10mm間隔)で撮� �した断層画像から生成したボクセルデータ� �用いることが多い。

機能画像生成手段20は、第1の記憶手段10に� ��憶されている第1のボクセルデータ100より機 能画像200を生成する。ここでは、心筋の壁厚 を表した心機能画像200をブルズアイ表示法で 生成する場合について具体的に説明する。

まず、第1のボクセルデータ100から、図2に示� ��ような楕円形状Eで表面モデルを近似して、 心臓の長軸A ₁ 、短軸A ₂ を決定する。この長軸A ₁ は、心臓の心基部から心尖部に向けて伸び、 さらに、心室領域の中心部を貫くように決定 する。また、短軸A ₂ は長軸A ₁ に直交する。

この長軸A ₁ を横切る方向(つまり短軸A ₂ の方向)に一定の間隔で心臓を切ったスライ� �面P1,P2,・・・,Pi,・・・,Pn-1,Pn上の心臓の断� �画像を第1のボクセルデータ100から生成して� ��筋の壁厚を求める。例えば、図4に示すよう なスライス面Pi上の断面から心内膜の輪郭と� ��外膜の輪郭を抽出し、各スライス面Pi上の� �室領域内の長軸が通る点Cから放射線状に広� ��る線l1,l2,l3,・・・,lj,・・・,lm上の心内膜の 輪郭と心外膜の輪郭の間の距離を壁厚dとし� �求める。

ブルズアイ表示する際、心筋の壁厚dに応� �て色を変えて表示し、心臓の心基部に近い� �ライス面P1,P2,・・・の壁厚dを中心の近くの� ��心円上に表示し、心臓の心尖部に近いスラ� ��ス面Pn,Pn-1,・・・の壁厚dを中心より遠い外� ��側の同心円上に表示する。また、スライス� ��上の各線l1,l2,l3,・・・,lj,・・・,lm上の壁厚 dを基準線Lと各線l1,l2,l3,・・・,lj,・・・,lm間 の角度θに対応させて、スライス面Piの壁厚d� ��同心円Qi上に表示した短軸画像を生成する� �図3に示すように、このようにして作成され� ��同心円Q1,Q2,・・・,Qi,・・・,Qn-1,Qnに表示さ� ��た短軸画像を重ねてブルズアイ表示した機� ��画像200を生成する。図5に心筋の壁厚dをブ� �ズアイ表示した一例を示す。図5の各領域は� ��厚dに応じて分けられた状態を示し、各領域 は壁厚dに応じて色を変えるようにしたもの� �好ましい。あるいは、領域内にマウスなど� �持っていくと数値で厚さが示されるように� �てもよい。

形態画像生成手段40は、第2の記憶手段30に記� ��されている第2のボクセルデータ110から形態 画像210を生成する。形態画210では、心筋外壁 に沿って走行する冠状動脈の情報が重要であ ることから、冠状動脈を含むような心臓の表 面モデルを作成する。まず、図6Aのような形� ��をした心臓より、心筋外壁に沿って走行す� ��冠状動脈を抽出し(図6B参照)、その芯線間を 補間したりスプラインなどの関数当てはめる ことによって連続曲面を推定して表面モデル を生成する。図6Cに生成した表面モデルの一� ��を示す。さらに、この表面モデルを基準に� ��機能画像生成手段20と同様に、図2に示すよ� ��な楕円形状Eで表面モデルを近似して、心臓 の長軸A ₁ 、短軸A ₂ の方向を決定する。

図7Aに示すように、長軸A1を横切るスライス� �Piを生成する。血管の画素値は大きい値を持 つので、血管を含むボクセルデータに対して MIP処理を施すことで血管を投影することがで きる。そこで、図7A,B(図7Bは図7Aの一部を拡大 した図)に示すように、各スライス画像Piの中 心C(スライス面が長軸A ₁ と交差する点)から各方向に放射状に伸びた� �が表面モデルとの交差する一定の距離D内に� ��在するボクセルデータを用いてMIP処理を行� ��、MIP処理で各線上l1,l2,l3,・・・,lj,・・・,lm の距離d内を探索して得られた最大となる画� �値(以下、MIP値という)を投影してブルズアイ 表示をする。この距離Dは血管構造が得られ� �ように、抽出時に得られた血管Bの血管径を� ��とに決定する。スライス面P1,P2,・・・,Pi,・ ・・,Pn-1,Pnの間隔はなるべく細かくしてMIP処� ��を行なうようにすることで、心筋外壁に沿� ��冠状動脈などの血管の走行の状態が詳細に� ��察できる。また、心基部に近いスライス面P 1,P2,・・・のMIP値を中心の近くの同心円上に� ��示し、心臓の心尖部に近いスライス面Pn,Pn-1 ,・・・のMIP値を中心より遠い外周側の同心� �上に表示すると、図8に示すように、心筋外� ��に沿う冠状動脈の分岐が同心円の中心から� ��側に向かって分岐して行くので、心筋外壁� ��沿って心基部から心尖部に向かって走行す� ��管状動脈が観察しやすくなる。また、MIP処� ��を用いることで、血管の形態を詳細に表す� ��とができる。

位置合せ手段50は、第1のボクセルデータ100 の心臓と第2のボクセルデータ110の心臓を位� �合わせする。例えば、第1のボクセルデータ1 00がMRI装置で心臓を撮影した画像であり、第2 のボクセルデータ110がCT装置で心臓を撮影し� ��画像である場合には、同じ被写体を撮影し� ��場合であっても、全く同じ位置になるよう� ��撮影することは難しい。そこで、機能画像2 00の対応する心臓の位置に心臓の周囲に存在� ��る血管の形態を投影するためには、第1のボ クセルデータ100の心臓の形状と第2のボクセ� �データ110の心臓の形状とを位置合わせを行� �う。

この位置合わせはレジストレーションと呼ば れる種々の手法を用いることができる。ここ で、第1のボクセルデータ100の画像Aの点x _A を第2のボクセルデータ110の画像Rの点x _R に変換する場合について具体的に考える。

変換関数をTとすると、
と表すことができる。

心臓の形状を剛体として考えた場合には、3� �元空間内のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各� �向への移動(t _x 、t _y 、t _z )と、各軸の回転(α、β、γ)により変換関数が 表され、下式のようになる。

心臓の形状は変化するため非剛体として考 えた場合には、自由度が増えるためTが多項� �やスプライン関数などを含む複雑な関数で� �される。

変換関数は、具体的には、心臓の特徴とな る解剖学的な点をいくつか(例えば、3点)検出 して、この点から求めるようにしてもよい。 あるいは、一つの画像の輪郭を決定し、もう 一つの画像の表面に相当する点列の距離が最 も小さくなるように、フィティングを繰り返 して変換関数を求めることもできる。あるい は、画像中の全てのボクセルの画素値を用い て類似度を調べることによって重ね合わせる ようにして求めてもよい。このように画像中 の全ての画素値を用いるようにすると、画素 上の雑音成分が打ち消しあうので比較的安定 した結果を得ることができる。(詳細は、日� �放射線技術学会雑誌、第53巻、第1号、P60~P65� ��2003年1月などを参照)。

位置合わせは、上述のいずれのレジストレ ーションの手法を用いてもよいが、例えば、 心臓を剛体として考えて、第1、第2のボクセ� ��データ100,110の画素値を用いて相関係数を用 いて評価し、形態画像の座標系から機能画像 の座標系へ変換するときの回転量、移動量な どの変位量を求める。

重ね表示手段60は、図5に示す機能画像200上 に図8の形態画像210を重ね合わせて表示する� �位置合せ手段50より求めた形態画像の座標系 から機能画像の座標系へ変換するときの変位 量を用いて、機能画像200上の心臓の位置と形 態画像210の心臓の位置が一致するように重ね 合わせる。図9に図5に示す機能画像200と図8の 形態画像210を重ね合わせて表示した一例を示 す。図9に示すように、重ね合わせて表示す� �ことによって、血管の位置から心臓のどの� �たりの機能が正常であるか異常であるかな� �を観察することができる。また、心基部に� �い画像を同心円の中心付近に置き、心尖部� �近い画像を同心円の外側に置くことにより� �冠状動脈は心基部から心尖部に向かって分� �するので走行の状態が認識しやすくなり、� �剖学的な位置と各位置での心臓の機能がど� �ような状態であるかを把握しやすくなる。

次に、心機能表示装置1を用いて、機能画� �200上に形態画像210を重ねた画像を表示する� �きの流れについて図10のフローチャートに従 って説明する。

まず、被写体の心臓をCT装置で撮影し、撮� ��した画像を第1のボクセルデータ100として第 1の記憶手段10に記憶する(S100)。さらに、同じ 被写体をMRI装置で撮影した画像を第2のボク� �ルデータ110として第2の記憶手段20に記憶す� �(S101)。

機能画像生成手段20で、第1のボクセルデー タ100より心臓の機能をブルズアイ表示した機 能画像200を生成する(S102)。

次に、第2のボクセルデータ110を用いて、� �態画像生成手段40で形態画像210を生成する。 各スライス面で長軸が交差する点から放射状 に伸びた各線l1,l2,l3,…,lm上で血管を含む一定 の距離内Dのボクセルデータを用いてMIP計算� �行い、MIP計算で得られたMIP値を投影して、� �ルズアイ表示した形態画像210を生成する(S103 )。

位置合せ手段50で、第1のボクセルデータ100 の心臓と第2のボクセルデータ110の心臓の形� �を位置合わせする。具体的には、例えば、� �臓を剛体として考えて、ボクセルデータ100,1 10の画素値を用いて相関係数を用いて評価し� ��機能画像の座標系から形態画像の座標系へ� ��換するときの回転量、移動量などの変位量� ��求めることができる(S104)。

さらに、重ね表示手段60で、位置合せ手段5 0で得られた変位量を用いて、機能画像200上� �心臓の位置と形態画像210の心臓の位置が一� �するように機能画像200の座標系を形態画像21 0の座標系に変換して、機能画像220と形態画� �210とを重ね合わせて表示する(S105)。

上述では、第1のボクセルデータと第2のボ� ��セルデータが異なる場合について説明した� ��、第1と第2のボクセルデータを同じボクセ� �データを用いてもよい。同じボクセルデー� �を用いる場合には、上述の位置合わせを行� �う必要がない。

また、第1のボクセルデータと第2のボクセ� ��データがCT装置によって撮影されたものとMR I装置によって撮影されたものである場合や� �共にMRI装置あるいはCT装置によって撮影され たものであってもスライス間隔が異なる場合 には、上述のレジストレーションの手法を用 いて位置合わせが行なわれるが、心筋シンチ グラフィを対象とする場合は、画像の撮影目 的が異なり形態画像と機能画像との関連が小 さいため、画素値の相関を用いたレジストレ ーションでは上手く位置合わせできないこと がある。そこでこのような場合には、それぞ れの画像から対応する特徴点を選択し、その 点間でレジストレーションをおこない座標変 換のための回転量、移動量を算出するように してもよい。

また、上述では機能画像200の座標系を形態 画像210の座標系に変換する場合について説明 したが、心臓上の各位置が一致するように変 換するのであれば、形態画像210の座標系を機 能画像200の座標系に変換しても、双方を変形 するようにしてもよい。

あるいは、機能画像200と形態画像210のいず れか一方の画像を生成し、位置合わせの情報 を用いて他方の画像を先に生成した画像の位 置に対応させて描画するようにしてもよい。

また、上述では、長軸を横切るスライス面を 等間隔の同心円状に形態画像と機能画像を表 示する場合について説明したが、図11Aに示す ように、心臓の表面に沿って放射線状に伸び る線S ₁ 、S ₂ 、S ₃ 、S ₄ の距離に対応させて、図11Bに示すように、機 能画像と形態画像の値を配置するようにして 、表面形状上の距離に依存したブルズアイ表 示が可能になる。このように、表面形状の距 離に依存したブルズアイ表示を行うと、図12� ��示すような画像が生成される。

上述では、心基部に違い画像を同心円の中 心付近に置き、心尖部に近い画像を同心円の 外側に置いたブルズアイ表示について説明し たが、従来から行なわれているように、心尖 部に近い画像を同心円の中心付近に置き、心 基部に近い画像を同心円の外側に置いたブル ズアイ表示をしてもよい。

上述の図9では、形態画像210と機能画像200� �表す心臓上の範囲が略同じ場合について説� �したが、図14に示すように、形態画像210上に 描かれた血管の範囲が、機能画像200に表され た機能の心臓上の範囲より広い範囲を表すよ うにしてもよい。このように形態画像210が表 す心臓の範囲が機能画像200より広ければ、形 態画像210と機能画像200とを重ねて表示しても 機能画像200の表示範囲に限定されることなく 心臓の解剖学的な位置を確認できる部分があ るので、心臓の位置と機能との対応が把握し やすい。

図14では、同心円の外側の形態画像210が機� ��画像200より広い場合について示しているが� ��同心円の内側の形態画像210が機能画像200よ� ��広くなっていてもよい。さらに、同心円の� ��側と外側の両方の形態画像210が機能画像200� ��り広くなっていてもよい。

以上、詳細に説明したように、ブルズアイ 表示した心臓の機能画像上に冠状動脈などの 血管の形態を表した形態画像を重ね合わせる ことにより、心臓の位置と機能を対比して観 察することが可能になる。