專利名稱：診斷輔助設(shè)備和冠狀動脈分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過基于三維數(shù)據(jù)對冠狀動脈的狀態(tài)進(jìn)行分析來由醫(yī)生進(jìn)行輔助診斷的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
基于通過CT (計算機(jī)斷層照相法)檢查獲得的三維圖像數(shù)據(jù)(體數(shù)據(jù))來對器官和血管的狀態(tài)進(jìn)行分析的設(shè)備和軟件程序被提供為用于由醫(yī)生進(jìn)行輔助圖像診斷的工具。 心臟功能分析功能和冠狀動脈分析功能被廣泛地用作用于對心臟進(jìn)行輔助診斷的功能。關(guān)于心臟動脈分析功能，日本未審查專利公開No. 2009-195561公開了從單獨的三維X射線CT 圖像中提取血管內(nèi)區(qū)域和軟斑塊候選、并且在三維CT圖像上重疊顯示所提取的軟斑塊區(qū)域的設(shè)備。對心臟功能進(jìn)行分析時，為了理解心臟的運動(時間變化)，及時表示心臟不同點狀態(tài)的多組體數(shù)據(jù)是必須的。因此，在心臟檢查期間，通常獲得單個心動周期內(nèi)不同相的多組體數(shù)據(jù)。同時，在單個心動周期內(nèi)，狹窄癥(stenosis)的狀態(tài)不會劇烈變化。因此，如在日本未審查專利公開No. 2009-195561中的描述，采用單組體數(shù)據(jù)來對冠狀動脈進(jìn)行分析。當(dāng)對冠狀動脈進(jìn)行分析時，理想的是采用心肌運動最小時獲得的一組體數(shù)據(jù)。心肌運動大時獲得的體數(shù)據(jù)組通常存在問題，諸如由于對比劑注入時機(jī)的移位而產(chǎn)生的運動偽影和故障對比，從而冠狀動脈區(qū)域的準(zhǔn)確提取變得困難。通常認(rèn)為，使用舒張中期 (middiastolic)狀態(tài)期間獲得的體數(shù)據(jù)組來對冠狀動脈進(jìn)行分析是有利的。但是，個人之間的心臟形狀以及心肌運動存在差異。此外，心臟的跳動伴隨著心肌的扭動。因此，在同一心臟中，左冠狀動脈周圍和右冠狀動脈周圍的心肌運動不同。因此，表示心臟處于舒張中期狀態(tài)的體數(shù)據(jù)組并不總是用來對冠狀動脈進(jìn)行分析的最佳數(shù)據(jù)。事實上，存在這樣的報告，即，使用收縮末期狀態(tài)期間獲得的體數(shù)據(jù)組來對右冠狀動脈進(jìn)行分析以及對高心率期間的狀態(tài)進(jìn)行分析是有利的。因此，很難確定單個分析的最佳相?；谶@些情況，當(dāng)前由醫(yī)生和技師基于視覺評價來執(zhí)行對用來分析冠狀動脈的體數(shù)據(jù)的選擇(最佳相的選擇)。如上所述，通常必須選擇一個特定相來執(zhí)行冠狀動脈分析。計算機(jī)很難自動選擇一個最佳相，而必須依靠醫(yī)生和技師的視覺評價。一個問題是，如果最佳相的選擇是錯誤的，則不能獲得準(zhǔn)確的評價結(jié)果。鑒于這些情況，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備和方法，其可以持續(xù)準(zhǔn)確地分析和評價冠狀動脈的狹窄癥狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種診斷輔助設(shè)備裝配有體數(shù)據(jù)獲得裝置、冠狀動脈區(qū)域提取裝置、相關(guān)性確定裝置、指標(biāo)值計算裝置、指標(biāo)值整合(integrating)裝置、以及輸出控制裝置，作為用于實現(xiàn)上述目的的裝置。存儲在本發(fā)明的記錄介質(zhì)中的冠狀動脈分析程序是軟件程序，其使一個或多個計算機(jī)用作體數(shù)據(jù)獲得裝置、冠狀動脈區(qū)域提取裝置、相關(guān)性確定裝
4置、指標(biāo)值計算裝置、指標(biāo)值整合裝置、以及輸出控制裝置。冠狀動脈分析程序通常由多個程序模塊組成。以上所列舉的裝置中的每一個的功能由一個或多個程序模塊實現(xiàn)。程序模塊組通過記錄在諸如⑶-ROM和DVD之類的存儲介質(zhì)中、通過以可下載狀態(tài)記錄在附著到服務(wù)器計算機(jī)的存儲單元中、或者通過以可下載狀態(tài)記錄在網(wǎng)絡(luò)存儲(非暫時存儲)中來提供給用戶。本發(fā)明的冠狀動脈分析方法是通過執(zhí)行以下將描述的體數(shù)據(jù)獲得裝置、冠狀動脈區(qū)域提取裝置、相關(guān)性確定裝置、指標(biāo)值計算裝置、指標(biāo)值整合裝置、以及輸出控制裝置的處理來對冠狀動脈的狀態(tài)進(jìn)行分析的方法。體數(shù)據(jù)獲得裝置獲得多組體數(shù)據(jù)，每組體數(shù)據(jù)表示不同相的心跳狀態(tài)。在獲得的體數(shù)據(jù)組被用來分析心臟功能的情況下，優(yōu)選地，體數(shù)據(jù)獲得裝置獲得單個心動周期內(nèi)所有相的、通過醫(yī)療器械(諸如CT設(shè)備)產(chǎn)生并輸出的體數(shù)據(jù)。同時，在獲得的體數(shù)據(jù)組僅被用來對冠狀動脈功能進(jìn)行分析的情況下，不必須獲得所有相的體數(shù)據(jù)，而可以獲得表示預(yù)定范圍內(nèi)相的體數(shù)據(jù)。冠狀動脈區(qū)域提取裝置從體數(shù)據(jù)獲得裝置所獲得的體數(shù)據(jù)組中的至少兩組體數(shù)據(jù)中提取冠狀動脈區(qū)域。冠狀動脈區(qū)域提取裝置可以針對體數(shù)據(jù)獲得裝置所提供的所有體數(shù)據(jù)組來執(zhí)行提取處理。可替換地，冠狀動脈區(qū)域提取裝置可以僅針對體數(shù)據(jù)獲得裝置所提供的體數(shù)據(jù)組中表示特定相的狀態(tài)的體數(shù)據(jù)組來執(zhí)行提取處理。從分析準(zhǔn)確性的觀點來看，優(yōu)選地針對表示心臟處于收縮末期狀態(tài)的一組或多組體數(shù)據(jù)、以及表示心臟處于舒張中期狀態(tài)的一組或多組體數(shù)據(jù)來執(zhí)行提取冠狀動脈區(qū)域的處理。相關(guān)性確定裝置在所提取的冠狀動脈區(qū)域中的每一個中設(shè)置多個分析點，并且確定多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)設(shè)置在相同解剖位置處的分析點間的相關(guān)性。被設(shè)置為分析點的點可以是那些被冠狀動脈區(qū)域提取裝置提取為表示冠狀動脈路徑的點，可以從這些點中選擇。注意，表述“相同解剖位置”是指在診斷期間被看作相同部分的范圍內(nèi)的位置，并且這些位置不必完全匹配。指標(biāo)值計算裝置計算所有多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個分析點處表示斑塊特性的指標(biāo)值。此處，表述“斑塊特性”是指斑塊是否存在、斑塊所占百分比(狹窄率)、斑塊屬性(諸如斑塊是否不穩(wěn)定)、斑塊成分等?；诠跔顒用}的冠狀動脈區(qū)域、血管內(nèi)區(qū)域、或二者的直徑、面積和信號值中的至少一個來計算指標(biāo)值。將通過指標(biāo)值計算裝置所執(zhí)行的處理來針對相同解剖位置計算多個指標(biāo)值。指標(biāo)值整合裝置通過整合在對應(yīng)于每個解剖位置的多個分析點處計算出的指標(biāo)值來評價冠狀動脈區(qū)域內(nèi)各解剖位置處斑塊的特性。例如，指標(biāo)值整合裝置可以基于多個指標(biāo)值的總和來評價斑塊特性?？商鎿Q地，指標(biāo)值整合裝置可以通過使指標(biāo)值乘以針對每個相設(shè)置的加權(quán)系數(shù)來計算多個指標(biāo)值的加權(quán)平均，并且基于該加權(quán)平均的值來評價斑塊特性。指標(biāo)值整合裝置基于多個指標(biāo)值來評價斑塊特性。因此，即使在多個指標(biāo)值中的一些不準(zhǔn)確的情況下，不準(zhǔn)確值對于評價結(jié)果的影響也被減小了。在通過指標(biāo)值整合裝置計算指標(biāo)值的加權(quán)平均的情況下，優(yōu)選地，針對右冠狀動脈區(qū)域內(nèi)對應(yīng)于各位置的分析點計算的指標(biāo)值乘以的加權(quán)系數(shù)被設(shè)置為收縮末期相的比其他相的高。同時，優(yōu)選地，針對左冠狀動脈區(qū)域內(nèi)對應(yīng)于各位置的分析點計算的指標(biāo)值乘以的加權(quán)系數(shù)被設(shè)置為舒張中期相的比其他相的高。通過以此方式設(shè)置加權(quán)系數(shù)，根據(jù)在心肌運動較小期間獲得的體數(shù)據(jù)組計算出的指標(biāo)值對評價結(jié)果的影響可能相對增大。從而，可以改進(jìn)評價的準(zhǔn)確性。輸出控制裝置輸出關(guān)于冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個位置處斑塊特性的、與關(guān)于位置的信息相關(guān)的評價結(jié)果。除了將評價結(jié)果顯示在屏幕上，還可以將評價結(jié)果記錄到記錄介質(zhì)中、 以及將評價結(jié)果輸出到打印機(jī)看作是輸出評價結(jié)果的方式。在將評價結(jié)果顯示在屏幕上的情況下，優(yōu)選地，顯示針對每個位置的評價結(jié)果以使得它們重疊表示冠狀動脈區(qū)域的圖像?？梢圆捎眠@種配置，其中除了上述裝置之外，診斷輔助設(shè)備還包括需要報警區(qū)域檢測裝置，用于根據(jù)關(guān)于斑塊特性的評價結(jié)果來檢測需要報警的區(qū)域。在這種情況下，輸出控制裝置在評價結(jié)果輸出期間以可辨別的方式顯示或打印檢測到的需要報警的區(qū)域。此處，表述“需要報警的區(qū)域”是指被認(rèn)為診斷期間需要仔細(xì)觀察的區(qū)域。換句話說，需要報警的區(qū)域是可能存在能引起嚴(yán)重不正常的因素的區(qū)域。需要報警區(qū)域檢測裝置可以將具有表示狹窄率大于預(yù)定閾值的指標(biāo)值的區(qū)域檢測為需要報警的區(qū)域。可替換地，需要報警區(qū)域檢測裝置可以將具有表示斑塊的不穩(wěn)定性大于預(yù)定閾值的指標(biāo)值的區(qū)域檢測為需要報警的區(qū)域。此外，需要報警區(qū)域檢測裝置可以將具有表示狹窄率大于預(yù)定閾值的指標(biāo)值以及表示斑塊的不穩(wěn)定性大于預(yù)定閾值的指標(biāo)值的區(qū)域檢測為需要報警的區(qū)域。如果提供了需要報警區(qū)域檢測裝置，則可以預(yù)先關(guān)注感興趣的區(qū)域，以減少強加于醫(yī)生的觀察負(fù)擔(dān)，從而改進(jìn)診斷效率。根據(jù)本發(fā)明，不是必須選擇特定相來進(jìn)行分析。因此，選擇相的負(fù)擔(dān)不會強加于醫(yī)生或技師。此外，表示不同相狀態(tài)的多個體數(shù)據(jù)組被用來進(jìn)行分析。因此，具有較差圖像質(zhì)量的體數(shù)據(jù)組的影響可以被減小。從而，在分析結(jié)果中不會出現(xiàn)大錯，并且可以確保分析中持續(xù)不變的準(zhǔn)確性。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的診斷輔助設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)的示圖。 圖2是用于說明與ECG同步的成像的示圖。
圖3A是示出R-RO %相的心臟的示圖。 圖:3B是示出R-RlO %相的心臟的示圖。
圖3C是示出R_R20%相的心臟的示圖。
圖3D是示出R_R30%相的心臟的示圖。 圖3E是示出R_R40%相的心臟的示圖。圖3F是示出R_R50%相的心臟的示圖。
圖3G是示出R_R60%相的心臟的示圖。圖3H是示出R_R70%相的心臟的示圖。
圖31是示出R_R80%相的心臟的示圖。圖3J是示出R_R90%相的心臟的示圖。圖4是示出通過冠狀動脈區(qū)域提取裝置提取出的心臟區(qū)域示例的示圖。 圖5是示出通過冠狀動脈區(qū)域提取裝置檢測到的候選點示例的示圖。 圖6是示出通過連接所提取的候選點而構(gòu)成的樹結(jié)構(gòu)示例的示圖。
圖7是示出參考坐標(biāo)系示例的示圖。圖8是用于說明不同相期間冠狀動脈的路徑差異的示圖。
圖9是示出設(shè)置分析點的示例的示圖。圖10是用于說明由相關(guān)性確定裝置執(zhí)行的處理的示圖。圖IlA是示出沒有斑塊的冠狀動脈區(qū)域的橫切面的示圖。圖IlB是示出具有斑塊的冠狀動脈區(qū)域的橫切面的示圖。圖12是用于說明用來判定區(qū)域的方法的示圖。圖13是示出由輸出控制裝置輸出的屏幕示例的示圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖來描述本發(fā)明的診斷輔助設(shè)備和冠狀動脈分析方法的實施例。圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施例的診斷輔助設(shè)備的醫(yī)院系統(tǒng)1的示意結(jié)構(gòu)。醫(yī)院系統(tǒng)1包括檢查室系統(tǒng)3;數(shù)據(jù)服務(wù)器4;以及診斷工作站6 (WS 6)；它們通過局域網(wǎng) 2 (LAN 2)相互連接。檢查室系統(tǒng)3包括各種醫(yī)療器械(modality) 32，用于對實驗對象進(jìn)行成像；以及檢查室工作站31 (WS 31)，用于確認(rèn)并調(diào)整從每個醫(yī)療器械輸出的圖像。醫(yī)療器械32的示例包括X射線成像設(shè)備；MSCT (多層CT)設(shè)備；DSCT (雙源CT)設(shè)備；MRI (磁共振成像)設(shè)備；以及PET (正電子發(fā)射斷層照相)設(shè)備。醫(yī)療器械32是符合DICOM(醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，其將數(shù)據(jù)附加到所獲得的體數(shù)據(jù)組并將它們輸出為DICOM文件。由醫(yī)療器械32輸出的文件被檢查室WS 31轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)服務(wù)器4。數(shù)據(jù)服務(wù)器 4是裝配有高性能處理器和高容量內(nèi)存的具有較高處理性能的計算機(jī)，其中安裝有提供 DBMS (數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)器)功能的軟件程序。軟件程序存儲在內(nèi)存中，并由處理器執(zhí)行。數(shù)據(jù)服務(wù)器4使從檢查室WS 31發(fā)送的體數(shù)據(jù)存儲在高容量存儲器5中。此外，數(shù)據(jù)服務(wù)器響應(yīng)于來自診斷WS 6的搜索請求，從存儲在高容量存儲器5中的多個文件中選擇滿足搜索條件的文件。然后，數(shù)據(jù)服務(wù)器4將所選文件發(fā)送到診斷WS 6。診斷WS 6是裝配有一般處理器、內(nèi)存以及存儲器的通用工作站，其中加載有診斷輔助程序。診斷輔助程序從諸如DVD之類的記錄介質(zhì)、或者通過從服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)下載安裝到珍斷WS 6中。此外，顯示器7、以及諸如鍵盤和鼠標(biāo)之類的輸入裝置8被連接到診斷WS6。安裝到診斷WS 6中的診斷輔助程序由一組實現(xiàn)各種功能的程序模塊構(gòu)成。程序模塊之中包括實現(xiàn)冠狀動脈分析功能的程序模塊組。這些程序被記錄到存儲器中、啟動時加載到內(nèi)存中、并且由處理器執(zhí)行。從而，診斷WS 6作為各種處理裝置進(jìn)行操作，包括如圖 1所示的體數(shù)據(jù)獲得裝置61、冠狀動脈區(qū)域提取裝置62、相關(guān)性確定裝置63、指標(biāo)值計算裝置64、指標(biāo)值整合裝置65、需要報警區(qū)域檢測裝置66、以及輸出控制裝置67。對于心臟檢查，采用MSCT設(shè)備或DSCT設(shè)備執(zhí)行與ECG同步的成像。與ECG同步成像期間，在單個心動周期內(nèi)獲得10-20組體數(shù)據(jù)，并將其輸出為文件。下文中，將參考圖2來描述與ECG同步的成像。圖2的上部表示ECG的波形。在 ECG中，第一 R波與下一 R波之間的周期對應(yīng)于單個心動周期。沿ECG橫軸(時間軸)的位置為相，其通過將單個心動周期劃分為100份被表示為百分比。例如，如果在單個心動周期期間等間隔地獲得10組體數(shù)據(jù)，則由每組體數(shù)據(jù)表示的相為R-R0%，R-RlO%, R-R20%, R-R30%,…R-R90%。注意，盡管個體間的心跳存在差異，但在很多情況下收縮期為從 R-RO %到約R-R45 %，而舒張期從約R-R45 %到R-R100 %。
圖3A至圖3J是示出通過與ECG同步的成像獲得的體數(shù)據(jù)組示例的示圖。更具體地，圖3A至圖3J是根據(jù)體數(shù)據(jù)產(chǎn)生的體渲染圖像(下文中將其稱為“VR圖像”)的示例。 圖3A示出了 R-RO%的心臟，圖;3B示出了 R-RlO%的心臟，圖3C示出了 R-R20%的心臟，圖 3D示出了 R-R30%的心臟，圖3E示出了 R-R40%的心臟，圖3F示出了 R-R50%的心臟，圖3G 示出了 R_R60%的心臟，圖3H示出了 R-R70%的心臟，圖31示出了 R-R80%的心臟，以及圖 3J示出了 R_R90%的心臟。圖3A至圖3J表示從人體的前面觀察的心臟。沿圖中接近左邊的心臟壁的血管為右冠狀動脈，而沿圖中接近右邊的心臟壁的血管為左冠狀動脈。從圖3A至圖3J的示例可以清楚地看出，可在VR圖像內(nèi)辨別冠狀動脈區(qū)域的容易程度在不同相之間是不同的。此外，根據(jù)冠狀動脈的位置和厚度，可辨別冠狀動脈區(qū)域的容易程度在單個VR圖像內(nèi)是不同的。例如，在圖3A(R-R10% )和圖3J(R-R90% )中，冠狀動脈的末端被遮斷(cut off)并且難以辨別，而在圖3G(R-R30%)中，則可以清楚地辨別冠狀動脈的末端。此外，右冠狀動脈的根部在圖3D(R-R30%)中是清楚的。但是，在圖3F中，冠狀動脈區(qū)域與心肌區(qū)域之間的界限是不清楚的，并且難以辨別。由于這些原因，很難選擇對辨別區(qū)域最佳的單個相。即使假設(shè)用于辨別區(qū)域的單個最佳相是從圖3A至圖3J的示例中選擇的，該相的體數(shù)據(jù)組對于辨別區(qū)域也不總是最佳的。如上所述，這是因為個體間的心臟形狀和心肌運動存在差異。盡管圖3A至圖J僅為示例，但是通過與ECG同步的成像獲得的體數(shù)據(jù)組通常具有類似問題。下文中將描述由構(gòu)成診斷WS 6的裝置中的每一個執(zhí)行的處理。如果在初始屏幕中選擇了用于冠狀動脈的輔助診斷的功能，并且輸入了患者的ID號或檢查號，則體數(shù)據(jù)獲得裝置61將輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器4，以請求搜索并傳輸存儲在高容量存儲器5中的文件。請求傳輸?shù)奈募梢允潜硎咎囟ㄏ嗟奈募Ｒ埱蟮南嗟姆秶梢灶A(yù)先定義在設(shè)定數(shù)據(jù)中，或者可以通過提供預(yù)定用戶界面來由用戶指定。數(shù)據(jù)服務(wù)器4在高容量存儲器5內(nèi)搜索文件，并且響應(yīng)于上述請求將所請求的文件組傳輸?shù)襟w數(shù)據(jù)獲得裝置61。如果在請求中沒有指定特定相，則數(shù)據(jù)服務(wù)器4傳輸單個心動周期期間獲得的所有文件。另一方面，如果指定了特定相，則數(shù)據(jù)服務(wù)器4僅傳輸表示指定相的文件。體數(shù)據(jù)獲得裝置61將包括在從數(shù)據(jù)服務(wù)器4傳輸?shù)奈募械捏w數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存中。冠狀動脈區(qū)域提取裝置62通過上述處理從存儲在內(nèi)存中的體數(shù)據(jù)組中的每一個中提取冠狀動脈區(qū)域(即，冠狀動脈壁和血管內(nèi)區(qū)域)。此外，在提取冠狀動脈區(qū)域的處理期間指定冠狀動脈路徑。這些處理可以針對所有所提供的體數(shù)據(jù)執(zhí)行?？商鎿Q地，這些處理可以僅針對表示特定相的體數(shù)據(jù)組來執(zhí)行。這些處理的目標(biāo)(要處理的相的范圍)可以預(yù)先定義在設(shè)定數(shù)據(jù)中，或者可以通過提供預(yù)定用戶界面來由用戶指定。在優(yōu)先考慮處理效率的情況下，如上所述，通過體數(shù)據(jù)獲得裝置61或通過冠狀動脈區(qū)域提取裝置62縮小處理目標(biāo)范圍來減少要處理的數(shù)據(jù)組數(shù)。例如，可以通過以10% 的相間隔選擇10組體數(shù)據(jù)來使以5%的相間隔獲得的20組數(shù)據(jù)變稀，從而減少數(shù)據(jù)組數(shù)。 可替換地，可以選擇對分析有效的體數(shù)據(jù)組(例如在收縮末期相和舒張中期相期間獲得的體數(shù)據(jù)組)，而對表示其他相的體數(shù)據(jù)組不予考慮。下文中將進(jìn)一步描述用于提取冠狀動脈區(qū)域的處理。提出了各種從體數(shù)據(jù)中提取
8冠狀動脈區(qū)域的方法。這種方法的一個示例在Andrzej kymczak等人的“Coronary Vessel Trees from 3D Imagery :A Topological Approach，，，Medical Image Analysis, Vol. 10, Issue 4,pp. 548-559,2006中公開。任意已知的方法都可以用來提取冠狀動脈區(qū)域。但是， 本實施例則采用了本申請人在日本未審查專利公開No. 2009-048679和No. 2009-069895中所提出的方法。下文中將描述這些文獻(xiàn)中所描述的處理概況。冠狀動脈區(qū)域提取裝置62基于預(yù)定算法從體數(shù)據(jù)中提取對應(yīng)于心臟的區(qū)域(下文中將其稱為“心臟區(qū)域”)。圖4是示出通過冠狀動脈區(qū)域提取裝置62提取的心臟區(qū)域 9的示例的示圖。在提取心臟區(qū)域9的處理期間，還指定描繪心臟的形狀特征的點的位置 Sref，例如主動脈瓣的位置、二尖瓣的位置、以及心尖的位置。指定位置的坐標(biāo)被存儲在內(nèi)存中，并且在稍后要描述的處理中被用來定義參考坐標(biāo)系。接著，包括心臟區(qū)域9的長方體區(qū)域被設(shè)置為搜索范圍，并且基于預(yù)定算法在搜索范圍內(nèi)搜索線性結(jié)構(gòu)。此外，基于通過搜索檢測到的線性結(jié)構(gòu)來檢測被評估為沿冠狀動脈核心的點。在以下的描述中，被評估為沿冠狀動脈核心的點將被稱為“候選點”或“候選節(jié)點”。圖5示出了線性結(jié)構(gòu)10的示例和所檢測到的候選點Ni。對線性結(jié)構(gòu)的搜索是通過對搜索范圍內(nèi)的每個局部區(qū)域計算3X3HeSSian矩陣的特征值來執(zhí)行的。在包括線性結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，Hessian矩陣的三個特征值中的一個變?yōu)榻咏愕闹?，而另外兩個值將為相對較大的值。此外，對應(yīng)于接近零的特征值的特征向量表示線性結(jié)構(gòu)的主軸方向。冠狀動脈區(qū)域提取裝置62利用該關(guān)系，基于每個局部區(qū)域的 Hessian矩陣的特征值來判定存在線性結(jié)構(gòu)的可能性。在線性結(jié)構(gòu)被辨別的局部區(qū)域中，該區(qū)域的中心點被檢測為候選點。注意，優(yōu)選地，變換搜索范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的分辨率來產(chǎn)生具有不同分辨率的多組數(shù)據(jù) (高斯金字塔)，并且以不同分辨率重復(fù)執(zhí)行搜索(掃描)。在上述搜索方法中，在局部區(qū)域的直徑(寬度)比血管的直徑小的情況下，不能辨別線性結(jié)構(gòu)。但是，通過以不同分辨率執(zhí)行搜索則可以辨別各種大小的線性結(jié)構(gòu)。從而，可以針對根部的粗血管和末端的細(xì)血管完全地檢測候選點。接著，基于預(yù)定算法來連接通過搜索檢測到的候選點。從而，如圖6所示，構(gòu)造成由候選點和連接候選點的血管分支(邊緣)構(gòu)成的樹結(jié)構(gòu)。所檢測到的多個候選點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和表示血管分支的方向的向量數(shù)據(jù)，與候選點和血管分支的標(biāo)識符一起被存儲在內(nèi)存中。接著，基于每個檢測到的候選點的圍繞體素值(CT值)來詳細(xì)地辨別冠狀動脈的形狀。更具體地，在垂直于冠狀動脈途徑的橫切面內(nèi)辨別冠狀動脈的輪廓(血管的外壁)。 形狀的辨別采用已知的分段法(例如，圖像分割法)來執(zhí)行。最后，冠狀動脈區(qū)域提取裝置62定義參考坐標(biāo)系，其中在辨別心臟區(qū)域9的處理中存儲的主動脈瓣、二尖瓣、以及心尖的位置Sref被指定為參考位置。例如，如圖7所示， 心尖被設(shè)置為參考坐標(biāo)系的原點，從心尖到主動脈瓣的方向被指定為Z軸，并且基于與二尖瓣的關(guān)系來定義X和Y軸。此外，通過將從心尖到主動脈瓣的距離定義為1對坐標(biāo)系的刻度進(jìn)行歸一化。然后，將通過上述處理記錄在內(nèi)存中的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。即，對表示候選點和分支的位置、冠狀動脈的輪廓等的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。歸一化的數(shù)據(jù)與歸一化之前的數(shù)據(jù)相關(guān)，并且歸一化的數(shù)據(jù)被存儲在內(nèi)存中。在以下的描述中，關(guān)于候選點和輪廓的歸一化數(shù)據(jù)將被稱為冠狀動脈區(qū)域數(shù)據(jù)。接著，將描述通過相關(guān)性確定裝置63執(zhí)行的處理。如上所述，由冠狀動脈區(qū)域提取裝置62執(zhí)行的處理是針對在不同相期間獲得的多組體數(shù)據(jù)執(zhí)行的。因此，針對單個心臟的冠狀動脈獲得多組冠狀動脈區(qū)域數(shù)據(jù)。冠狀動脈的位置和形狀隨著心跳而改變。因此，在表示不同相的體數(shù)據(jù)組內(nèi)檢測到的候選點不是總具有相同的位置坐標(biāo)，即使它們位于相同的解剖點。例如，圖8是其中圖 3D(R-R30% )和圖3H(R-R70% )中的冠狀動脈區(qū)域的主要部分相互重疊的示圖。如圖8所示，冠狀動脈路徑在收縮期相與舒張期相期間是不同的。相關(guān)性確定裝置63確定針對單個心臟的冠狀動脈獲得的多組冠狀動脈區(qū)域數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。更具體地，確定在參考坐標(biāo)系內(nèi)具有不同位置坐標(biāo)而位于相同解剖點的候選點間的相關(guān)性?？梢源_定構(gòu)成樹結(jié)構(gòu)的所有候選點間的相關(guān)性。但是，在本實施例中，如圖 9所示，將一部分候選點設(shè)置為分析點，并且只確定所設(shè)置的分析點間的相關(guān)性。通過以下處理來設(shè)置分析點。相關(guān)性確定裝置63將由候選點和分支指定的樹結(jié)構(gòu)分成多個段。在本實施例中， 與三個或多個分支相連接的候選點(即，位于分歧點處的候選點)被設(shè)置為段的邊界。此外，延伸超過分歧點的候選點和分支被分成具有預(yù)定數(shù)量候選點的段或者具有預(yù)定長度的段。然后，將位于每個段的邊界處的候選點選擇為分析點。通過相關(guān)性確定裝置63存儲指定分析點所必需的數(shù)據(jù)(位置坐標(biāo)或候選點標(biāo)識符)來設(shè)置分析點。設(shè)置分析點之后，相關(guān)性確定裝置63通過圖匹配技術(shù)來確定被評估為位于相同解剖點的分析點間的相關(guān)性。在本實施例中，相關(guān)性確定裝置63基于預(yù)定的評價函數(shù)來計算沿冠狀動脈路徑設(shè)置的分析點間的相似度，并且確定具有最高相似度的分析點間的相關(guān)性。考慮參考坐標(biāo)系內(nèi)的位置坐標(biāo)、與分析點相關(guān)的候選點的數(shù)量和坐標(biāo)值、分析點周圍血管的直徑等來定義評價函數(shù)。此時，優(yōu)選地，在考慮評價準(zhǔn)確性與處理時間之間的平衡的同時來考慮要設(shè)置元素的數(shù)量和類型。根據(jù)該技術(shù)，如圖10所示，即使冠狀動脈的形狀和位置在收縮期相與舒張期相期間是不同的，位于相同解剖點的分析點也可以彼此相關(guān)。注意，關(guān)于通過圖匹配法來確定解剖結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性已提出了多種方法，如在日本未審查專利公開No. 2007-044488中所例示的。還可以采用其他已知技術(shù)來確定分析點間的相關(guān)性。接著，將描述通過指標(biāo)值計算裝置64執(zhí)行的處理。指標(biāo)值計算裝置64計算由冠狀動脈區(qū)域提取裝置62提取的多個冠狀動脈區(qū)域中的每一個內(nèi)的表示每個分析點處的斑塊特性的指標(biāo)值。圖IlA和圖IlB是示出分析點處冠狀動脈的橫切面的示圖，其中圖IlA 示出了正常的冠狀動脈，而圖IlB示出了在其內(nèi)壁上沉積有斑塊的冠狀動脈。首先，指標(biāo)值計算裝置64辨別冠狀動脈區(qū)域11內(nèi)的血管內(nèi)區(qū)域12和斑塊區(qū)域 13。通常，軟斑的CT值低于正常血管內(nèi)區(qū)域的CT值，而硬斑的CT值高于正常血管內(nèi)區(qū)域的CT值。同樣在MRI中，已知斑塊的信號值不在正常血管內(nèi)區(qū)域的信號值的范圍內(nèi)。因此， 指標(biāo)值計算裝置64利用信號值間的該關(guān)系來區(qū)分斑塊區(qū)域和血管內(nèi)區(qū)域。更具體地，將構(gòu)成橫切面的每個體素的值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，以判定體素表示斑塊還是血管內(nèi)區(qū)域。由被判定為表示斑塊的體素構(gòu)成的區(qū)域被指定為斑塊區(qū)域13，而由被判定為表示血管內(nèi)區(qū)域的體素構(gòu)成的區(qū)域被指定為血管內(nèi)區(qū)域12。注意，還可以將斑塊分類為軟斑和硬斑。
此處，表示血管內(nèi)區(qū)域的可能信號值的范圍取決于血管的厚度和成像條件，因此不是恒定的。為此，優(yōu)選地，被用來區(qū)分斑塊區(qū)域和血管內(nèi)區(qū)域的閾值為根據(jù)血管的厚度改變的值。在本實施例中，如圖12所示，閾值被設(shè)置為兩條邊界線Bl和B2，其將以信號值為橫軸而以血管直徑(在多個方向上測量的平均直徑或平均半徑)為縱軸的坐標(biāo)平面分成三個部分。使用表示正常血管和具有不同厚度的斑塊沉積的血管的樣本數(shù)據(jù)，通過預(yù)先進(jìn)行學(xué)習(xí)來設(shè)置這些邊界線。所設(shè)置的邊界線存儲在內(nèi)存中，并被指標(biāo)值計算裝置64參考。指標(biāo)值計算裝置64基于坐標(biāo)點(體素的信號值與血管的直徑)在圖12中的坐標(biāo)平面上位于邊界線Bl和B2的哪一側(cè)來判定體素表示軟斑、硬斑、還是血管內(nèi)區(qū)域。血管厚度不僅與血管的直徑相關(guān)聯(lián)，還與血管的面積相關(guān)聯(lián)。因此，用于設(shè)置邊界線的坐標(biāo)平面的縱軸還可以是血管的面積。接著，指標(biāo)值計算裝置64計算表示斑塊特性的兩個指標(biāo)值。第一指標(biāo)值11是斑塊所占冠狀動脈區(qū)域的百分比，即狹窄率。第一指標(biāo)值Il由以下公式(1)計算。在公式(1) 中，Aplaque是斑塊區(qū)域13的面積，而Aall是冠狀動脈區(qū)域11的面積。可替換地，Aall可以是斑塊區(qū)域13和血管內(nèi)區(qū)域12的組合面積。注意，每個區(qū)域的面積可以根據(jù)構(gòu)成該區(qū)域的體素數(shù)量來得出。Il = Aplaque/Aall · 100(1)第二指標(biāo)值12是表示斑塊不穩(wěn)定的可能性的值。在附著到血管壁的斑塊中，軟斑比硬斑更不穩(wěn)定。因此，軟斑與硬斑相比，更可能發(fā)生由于軟斑斷裂而形成血栓的風(fēng)險。指標(biāo)值12在斑塊區(qū)域的信號值低(軟斑)的情況下變高，而在斑塊區(qū)域的信號值高(硬斑) 的情況下變低。例如，如果斑塊區(qū)域的平均信號值位于接近邊界線Bl的左邊，則輸出值1 作為指標(biāo)值12 ；如果斑塊區(qū)域的平均信號值位于接近邊界線B2的右邊，則輸出值0. 5作為指標(biāo)值12 ；如果不存在斑塊區(qū)域，則輸出值0。此外，指標(biāo)值計算裝置64可以將通過使指標(biāo)值Il乘以指標(biāo)值12獲得的值輸出為第三指標(biāo)值13。注意，通過指標(biāo)值計算裝置64計算的指標(biāo)值不限于上述示例。指標(biāo)值的其他示例包括表示關(guān)于斑塊是否存在的判定結(jié)果的指標(biāo)值、表示除不穩(wěn)定性以外的特征(例如，硬度)的指標(biāo)值、以及表示斑塊成分的指標(biāo)值。此外，在上述示例中，基于冠狀動脈區(qū)域的直徑或面積以及體素的信號值來計算指標(biāo)值。但是，存在可以僅基于直徑、僅基于面積、 和僅基于信號值計算的指標(biāo)值。例如，可以將冠狀動脈區(qū)域與內(nèi)血管區(qū)域的直徑或面積比計算為表示狹窄度的指標(biāo)值?？商鎿Q地，可以僅基于信號值來判定斑塊是否存在，并且可以將判定結(jié)果輸出為指標(biāo)值。通過對分析點中的每一個執(zhí)行上述處理，獲得已由相關(guān)性確定裝置確定了相關(guān)性的分析點中的每一個的指標(biāo)值Il和12。例如，如表1所示，在冠狀動脈區(qū)域提取裝置62針對6個相執(zhí)行冠狀動脈區(qū)域提出處理的情況下，針對每一類型的指標(biāo)值計算6η個值。盡管表1示出了指標(biāo)值Il的計算結(jié)果，但是對指標(biāo)值12同樣獲得6η個值。表 1
R-R30%R-R40%R-R50%R-R60%R-R70%R-R80%APl005000ΑΡ2005000APj808580858580APk0060000APn050550注意，在表1和以下描述中，沿相R_Rx% (0彡x< 100，x表示一個相)中的冠狀動脈路徑設(shè)置的并且彼此相關(guān)的多個分析點被表示為apxi(0 < i ^n, i表示每個分析點的標(biāo)識符，η表示分析點的數(shù)量)。此外，相關(guān)并被看作處于相同解剖位置的點被表示為APi。 點APi表示單個解剖點，但是為多個數(shù)據(jù)片的組，并且APi = IapOOi，aplOi,…，ap80i, ap90i}ο接著，將描述由指標(biāo)值整合裝置65執(zhí)行的處理。指標(biāo)值計算裝置64針對設(shè)置在每個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)的分析點apxi執(zhí)行指標(biāo)值計算處理。為此，指標(biāo)值計算裝置64針對位于相同解剖點的多個點(橫切面)計算多個指標(biāo)值。指標(biāo)值整合裝置65通過對指標(biāo)值計算裝置64輸出的多個指標(biāo)值進(jìn)行整合來得到每個分析點APi的單個整合評價值。在本實施例中，指標(biāo)值整合裝置65通過獲得針對每個相計算出指標(biāo)值的加權(quán)平均來計算多個指標(biāo)值Il和12的加權(quán)平均，并且將該加權(quán)平均輸出為評價值。此處，根據(jù)指標(biāo)值Il得到的評價值被表示為VI，而根據(jù)指標(biāo)值12得到的評價值被表示為V2。可以通過以下的公式(2)來計算點APi的評價值VlAPi。
權(quán)利要求
1.一種診斷輔助設(shè)備，包括體數(shù)據(jù)獲得裝置，用于獲得多組體數(shù)據(jù)，每組體數(shù)據(jù)表示不同相的心跳狀態(tài)；冠狀動脈區(qū)域提取裝置，用于從所獲得的體數(shù)據(jù)組中的至少兩組體數(shù)據(jù)組中提取冠狀動脈區(qū)域；相關(guān)性確定裝置，用于在所提取的冠狀動脈區(qū)域的每一個中設(shè)置多個分析點，以及用于確定多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)設(shè)置在相同解剖位置處的分析點之間的相關(guān)性；指標(biāo)值計算裝置，用于計算所有多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個分析點處的表示斑塊特性的指標(biāo)值；指標(biāo)值整合裝置，用于通過整合在對應(yīng)于每個位置的多個分析點計算出的指標(biāo)值來評價冠狀動脈區(qū)域內(nèi)各位置處的斑塊特性；以及輸出控制裝置，用于輸出關(guān)于冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個位置處斑塊特性的、與關(guān)于位置的信息相關(guān)的評價結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷輔助設(shè)備，其中冠狀動脈區(qū)域提取裝置至少針對表示收縮末期狀態(tài)的心臟的體數(shù)據(jù)組和表示舒張中期狀態(tài)的心臟的體數(shù)據(jù)組來執(zhí)行提取冠狀動脈區(qū)域的處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷輔助設(shè)備，其中指標(biāo)值整合裝置通過使指標(biāo)值乘以針對每個相設(shè)置的加權(quán)系數(shù)來計算多個指標(biāo)值的加權(quán)平均，并且基于加權(quán)平均的值來評價斑塊特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的診斷輔助設(shè)備，其中針對對應(yīng)于右冠狀動脈區(qū)域內(nèi)的位置的分析點計算的指標(biāo)值所乘以的加權(quán)系數(shù)被設(shè)置為收縮末期相的比其他相的高；以及針對對應(yīng)于左冠狀動脈區(qū)域內(nèi)的位置的分析點計算的指標(biāo)值所乘以的加權(quán)系數(shù)被設(shè)置為舒張中期相的比其他相的高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷輔助設(shè)別，其中指標(biāo)值計算裝置基于冠狀動脈的冠狀動脈區(qū)域和內(nèi)血管區(qū)域中的至少一個的直徑、面積和分析點處的信號值中的至少一個來計算指標(biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷輔助設(shè)備，還包括需要報警區(qū)域檢測裝置，用于基于關(guān)于斑塊特性的評價結(jié)果來檢測需要報警的區(qū)域； 并且其中，輸出控制裝置在輸出評價結(jié)果期間以可辨別的方式輸出所檢測到的需要報警的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的診斷輔助設(shè)備，其中需要報警區(qū)域檢測裝置檢測具有表示狹窄率和斑塊不穩(wěn)定性中的至少一個大于預(yù)定閾值的指標(biāo)值的區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷輔助設(shè)備，其中輸出控制裝置顯示評價結(jié)果，以使得評價結(jié)果與表示冠狀動脈區(qū)域的圖像重疊。
9.一種通過至少一個計算機(jī)執(zhí)行的冠狀動脈分析方法，包括獲得多組體數(shù)據(jù)，每組體數(shù)據(jù)表示不同相的心跳狀態(tài)；從所獲得的體數(shù)據(jù)組中的至少兩組體數(shù)據(jù)組中提取冠狀動脈區(qū)域；在所提取的冠狀動脈區(qū)域中的每一個中設(shè)置多個分析點；確定多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)設(shè)置在相同解剖位置處的分析點之間的相關(guān)性； 計算表示所有多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個分析點處的斑塊特性的指標(biāo)值； 通過整合在對應(yīng)于每個位置的多個分析點計算出的指標(biāo)值來評價冠狀動脈區(qū)域內(nèi)各位置處的斑塊特性；以及輸出關(guān)于冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個位置處斑塊特性的、與關(guān)于位置的信息相關(guān)的評價結(jié)^ ο
全文摘要
本發(fā)明提供一種診斷輔助設(shè)備和冠狀動脈分析方法。其中每一個表示不同相的心臟狀態(tài)的多個體數(shù)據(jù)組被獲得(61)。從所獲得的體數(shù)據(jù)組中的至少兩組體數(shù)據(jù)組中提取冠狀動脈區(qū)域(62)。在每個所提取的冠狀動脈區(qū)域中設(shè)置多個分析點，并確定冠狀動脈區(qū)域內(nèi)設(shè)置在相同解剖位置處的分析點間的相關(guān)性(63)。在所有多個冠狀動脈區(qū)域內(nèi)的每個分析點處計算表示斑塊特性的指標(biāo)值(64)。通過整合在對應(yīng)于每個位置的多個分析點計算出的指標(biāo)值來評價冠狀動脈區(qū)域內(nèi)各位置處的斑塊特性(65)。輸出關(guān)于冠狀動脈區(qū)域內(nèi)每個位置處斑塊特性的、與關(guān)于位置的信息相關(guān)的評價結(jié)果(67)。從而，在不加重醫(yī)生或技師負(fù)擔(dān)的情況下分析和評價冠狀動脈的狀態(tài)。
文檔編號G06F19/00GK102194049SQ201110055519
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者北村嘉郎 申請人:富士膠片株式會社