JP2012000323A - ３次元画像形成装置、３次元画像形成プログラム、及び３次元画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血管の動きの分布を３次元的に示す３次元画像データを生成する。
【解決手段】画像取得部４２は、心電波形取得部４１による心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する。抽出部４３は、心電波形データにより示される１心拍周期において画像取得部４２により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを抽出する。分布画像生成部４４は、抽出部４３により生成された３次元血管画像データを重畳することで、血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置等を用いて撮影された血管の３次元画像データを処理する技術に関するものである。

脳の血管の動脈硬化の進行度の推定や脳動脈瘤の壁の破裂を推定することは、脳血管障害に携わる医師等にとっては、最も重要な関心事の一つである。近年、ＣＴスキャンやＭＲＩ等の発達により、脳の血管の内部構造を３次元画像で表示することが可能となっており、従来、医師等は、この３次元画像を目視して、動脈硬化の進行度や脳動脈瘤の壁の破裂予測を推定していた。このような推定は、医師の経験や勘に頼ることが多く、経験の浅い医師にとっては困難であった。３次元画像に基づいて血管の各部位の動き、つまり、血管の動きの分布を定量的に示すことができれば、このような推定を容易に行うことが可能であるが、従来、３次元画像に基づいて血管の動きの分布を定量的に示すことは全く行われていなかった。

例えば、特許文献１には、被検体にＸ線を照射するＸ線管球と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを被検体の周囲に回転させて投影データを時系列で取得し、Ｘ線管球の角度が０°から１８０°＋αになるまでに得られた複数の投影データを投影データセットとし、各投影データセットを再構成することで、ボリューム画像を生成し、生成したボリューム画像を心拍時相に従って時系列に表示するＸ線コンピュータ断層撮影装置が開示されている。

特許文献２には、被験者に磁場を照射して、磁気共鳴信号データを取得し、取得した磁気共鳴信号データから３次元のボリュームデータを生成して記憶部に記憶させ、ユーザにより心電波形の時相が指定されると、指定された時相に対応する３次元のボリュームデータを記憶部から読み出して表示する画像表示装置が開示されている。

特許文献３には、血管造影剤の注入前に被検体に放射線を照射してマスク画像（Ｍ）を取得し、血管造影剤を注入後に被検体に放射線を照射して時系列のライブ画像（Ｌ１〜Ｌｉ）を取得し、取得した各ライブ画像（Ｌ１〜Ｌｉ）からマスク画像Ｍを減じて、サブストラクション画像を生成し、生成した各サブストラクション画像に対してピークホールド処理を行い、ピークホールド像（Ｐ１〜Ｐｉ）を生成し、時系列的に前後する２枚のピークホールド像の差分を取ることで複数のＰＴＩＤ像を生成し、生成した複数のＰＴＩＤ像を重畳し、得られた画像を表示するＸ線診断装置が開示されている。

また、近年、脳内の血管をＭＲＡやＣＴＡを用いて非侵襲で３次元的に視覚化することが行われている（例えば非特許文献１、２）。

特開２００８−１３２３１３号公報 特開２００９−１５３９６６号公報 特開平６−１６５０３５号公報

Ross JS, Masaryk TJ, Modic MT, Harik SI, Wiznitzer M, & Selman WR (1989) Neurology 39, 1369-1376. 7. Ross JS, Masaryk TJ, Modic MT, Ruggieri PM, Haacke EM, & Selman WR (1990) AJR Am J Roentgenol 155, 159-165.

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術は、ボリューム画像を心拍時相に従って時系列に表示しているにすぎず、血管の動きの分布を示すことは全く行われていない。また、特許文献３の記載の技術は、造影剤の流れを示す画像を生成することを目的としており、血管の動きの分布を示す画像を生成することは全く行われていない。

また、非特許文献１、２の手法は、いずれも、静的に血管の３次元画像データが生成されており、血管の３次元画像データが時系列的に生成されていないため、血管の動きの分布を算出することは到底不可能である。

本発明の目的は、血管の動きの分布を３次元的に示す３次元画像データを生成する３次元画像形成装置等を提供することである。

（１）本発明による３次元画像形成装置は、被験者の心電波形データを取得する心電波形取得部と、前記心電波形取得部による前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得部と、前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得部により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出部と、前記抽出部により生成された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する分布画像生成部とを備える。

また、本発明による３次元画像形成プログラムは、被験者の心電波形データを取得する心電波形取得部と、前記心電波形取得部による前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得部と、前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得部により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出部と、前記抽出部により生成された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する分布画像生成部としてコンピュータを機能させる。

また、本発明による３次元画像形成方法は、コンピュータが、被験者の心電波形データを取得する心電波形取得ステップと、コンピュータが、前記心電波形取得ステップによる前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得ステップと、コンピュータが、前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得ステップにより取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出ステップと、コンピュータが、前記抽出ステップにより抽出された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元で示す動き分布画像データを生成する分布画像生成ステップとを備える。

これらの構成によれば、心電波形データにより示される所定期間において画像取得部により時系列で取得された３次元画像データから血管を示す領域が抽出され、３次元血管画像データが生成される。ここで、３次元画像データは、血管造影剤が投与された被験者を撮影することで生成されたものであるため、血管の領域のボクセル値と他の領域のボクセル値とが顕著な差を有している。したがって、３次元画像データから、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出することができる。

そして、一定期間内において、時系列で取得された３次元血管画像データが重畳され、血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データが生成される。動き分布画像データは、一定期間内において、時系列で取得された３次元血管画像データを重畳することで生成されているため、常に血管が存在する箇所のボクセル値が最高値を示し、血管が移動した箇所のボクセル値は１以上、かつ、最高値未満を示し、これら以外の箇所のボクセル値は０を示す。

よって、動き分布画像データは、常に血管が存在する箇所と血管の動きを示す箇所とを区別して表すことができ、血管の動きの分布を３次元的に示す画像データとして生成される。その結果、ユーザは、血管が常に存在する領域と、血管の動きを示す領域との大きさを比較することで、血管が各位置においてどれだけ動いたかを目視により容易に認識することができる。

（２）前記分布画像生成部は、前記動き分布画像データから、ボクセル値に基づいて、前記血管の動きの無い領域を示す幹領域と、前記血管の動きのある領域を示す移動領域とを抽出することが好ましい。

この構成によれば、動き分布画像データのボクセル値から血管の動きの無い領域が幹領域として抽出され、血管の動きのある領域が移動領域として抽出されている。そのため、これらの領域を区別して表示することで、血管の動きの分布を定量的に示す動き分布画像データをユーザに提供することができる。

（３）前記幹領域及び前記移動領域に基づいて前記血管の弾性度を算出する弾性度算出部を更に備えることが好ましい。

この構成によれば、動き分布画像データは、一定期間の３次元血管画像データを重畳することで生成されているため、幹領域を覆うようにして移動領域が表されることになる。そのため、移動領域の幅が大きい位置は血管の動きが大きく、壁の弾性度が高いことを表している。一方、幅が小さい位置は血管の動きが小さく、壁の弾性度が低いことを表している。そのため、例えば、幹領域と移動領域との容積の比率を求めれば、血管の弾性度を算出することができる。

（４）前記分布画像生成部は、前記幹領域と前記移動領域とを区別して前記動き分布画像データを表示することが好ましい。

この構成によれば、幹領域と移動領域とが区別して表示されるため、ユーザは、血管の動きの分布を容易に認識することができる。

（５）前記抽出部は、前記心電波形データの１心拍周期を前記所定期間とすることが好ましい。

この構成によれば、心電波形データの１心拍周期において時系列で取得された３次元画像データを用いて動き分布画像データが生成されているため、１心拍周期における血管の動きを示す動き分布画像データを得ることができ、血管の特徴が精度良く表された動き分布画像データを得ることができる。

（６）前記１心拍周期は、Ｒ波のピークが現れた後、次のＲ波のピークが現れるまでの期間であることが好ましい。

この構成によれば、心電波形データの１心拍周期において、急峻なピークを有するＲ波のピークを検出することで、１心拍周期が検出されているため、１心拍周期を精度良く検出することができる。

（７）前記画像取得部は、前記被験者の脳の３次元画像データを取得することが好ましい。

この構成によれば、脳の血管の動きの分布を示す動き分布画像データを得ることができる。

本発明によれば、血管の動きの分布を３次元的に示す３次元画像データを生成することができる。

本発明の実施の形態による３次元画像形成装置の全体構成を示すブロック図である。 ３次元画像形成装置の動作を示すフローチャートである。 心電波形データと３次元画像データとの取得タイミングを示した図である。 （Ａ）は３次元画像データから３次元血管画像データが抽出される様子を模式的に示した図である。（Ｂ）は３次元血管画像データから動き分布画像データが生成される様子を模式的に示した図である。 動き分布画像の一例を示した画面図である。 弾性度算出部により算出された脳の血管の各部位の弾性度の算出結果を示したグラフである。 本実施の形態による得られた３次元画像データにおいて、左のＰＣＡを関心領域としたときの血管の容積の変化を示したグラフである。 脳の血管の８個の部位のそれぞれにおける血管の容積の変化を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態による３次元画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態による３次元画像形成装置１の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、３次元画像形成装置１は、３次元画像撮影装置１０、操作部２０、表示部３０、及び演算部４０を備えている。

３次元画像撮影装置１０は、心電波形計測部１１及び３次元画像撮影部１２を備えている。３次元画像撮影装置１０は、例えば、ＣＴスキャンを採用することができ、本実施の形態では、東芝メディカルシステムズ株式会社製のAquilion ONE（登録商標）が採用さている。このＣＴスキャンは、３２０列のエリアディテクタを備え、被験者を移動させることなく被験者の体内の３次元画像データを撮影することができ、Ｓ／Ｎ比の高い３次元画像データを高速に取得することができる。

心電波形計測部１１は、例えば心電計により構成され、被験者の心臓の拍動（心拍運動）を反映した活動電位の時間変化を表す心電波形を検出し、心電波形データとして心電波形取得部４１に出力する。ここで、心電波形データは、各時刻における活動電位の値をデジタル値で示したデータ群であり、各時刻のデジタル値と測定時刻を示すタイムコードとが関連付けられたデータ群から構成されている。

３次元画像撮影部１２は、被験者にＸ線を照射するＸ線管球、被験者を透過したＸ線を検知するエリアディテクタ、及びエリアディテクタにより得られた２次元の画像データを用いて３次元画像データを生成する再構成部等を備える。本実施の形態では、３次元画像撮影部１２は、心電波形データの１心拍周期において例えば１０枚の３次元画像データを取得することができるようにフレームレートが設定されている。また、本実施の形態では、３次元画像撮影部１２は、血管造影剤が投与された被験者を撮影して、血管造影された３次元のＣＴ画像データであるＣＴＡを生成する。

操作部２０は、例えば、キーボード、マウス等の入力デバイスにより構成され、ユーザからの種々の操作指令を受け付ける。本実施の形態では、操作部２０は、ユーザから撮影開始を示す操作指令、撮影された３次元画像データを表示部３０に表示するための操作指令、撮影された３次元画像データを２次元画像で表示する際の視線を設定する操作指令、及び動き分布画像を表示部３０に表示するための操作指令を受け付ける。

演算部４０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記録媒体駆動装置、及びハードディスク等を備えるコンピュータにより構成され、心電波形取得部４１、画像取得部４２、抽出部４３、分布画像生成部４４、弾性度算出部４５、及び表示制御部４６を備えている。これらの機能は、コンピュータを３次元画像形成装置１として機能させるための３次元画像形成プログラムをＣＰＵが実行することで実現される。

なお、この３次元画像形成プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してユーザに提供してもよいし、ネットワークを介してサーバからダウンロードさせることでユーザに提供してもよい。或いは、市販のＣＴスキャンのプログラムモジュールとしてＣＴスキャンに実装してもよいし、集積回路化してＣＴスキャンに実装してもよい。

心電波形取得部４１は、心電波形計測部１１から出力される心電波形データを取得する。画像取得部４２は、３次元画像撮影部１２により撮影された３次元画像データを取得する。本実施の形態では、画像取得部４２は、心電波形取得部４１による心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する。以下、画像取得部４２は、被験者の脳の３次元画像データを取得するものとする。

具体的には、画像取得部４２は、抽出部４３がＲ波のピークを検出すると、同期指令が抽出部４３から入力される。そして、画像取得部４２は、この同期指令の入力タイミングと同期した一定の時間間隔で３次元画像データを出力させるためのデータ出力指令を３次元画像撮影部１２に出力し、３次元画像撮影部１２からＲ波のピークタイミングと同期した３次元画像データを出力させる。これにより、画像取得部４２は、Ｒ波のピークタイミングと同期する１０枚の３次元画像データを取得することができる。

ここで、３次元画像データは、微小な直方体又は立方体形状を有する複数のボクセルが縦×横×高さ方向に所定個数ずつ３次元的に配列された画像データである。各ボクセルは、所定のビット数のボクセル値を用いて被験者の脳の内部構造を表す。本実施の形態では、３次元画像撮影部１２は、血管造影剤が投与された被験者を撮影しているため、３次元画像データにおいては、血管の領域のボクセル値と他の領域のボクセル値とが顕著な差を有して現れる。以下、血管の領域は、他の領域よりも高いボクセル値を有しているものとする。

抽出部４３は、心電波形データにより示される１心拍周期において画像取得部４２により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する。本実施の形態では、１心拍周期において１０枚の３次元画像データが取得されるため、抽出部４３は、１０枚の３次元血管画像データを生成する。

ここで、抽出部４３は、心電波形データに現れるＲ波のピークタイミングを検出すると、同期指令を画像取得部４２に出力する。そして、抽出部４３は、画像取得部４２によりＲ波のピークタイミングに同期して取得された１０枚の画像データを１群の画像データセットとする。

そして、抽出部４３は、１群の画像データセットを構成する各３次元画像データのそれぞれに対して、血管を示す領域を抽出する処理を行い、各３次元画像データに対応する３次元血管画像データを生成する。

ここで、血管を示す領域を抽出する処理としては、例えば、予め定められた閾値を、３次元画像データを構成する各ボクセル値と比較し、ボクセル値が閾値以上のボクセルには例えば「１」でラベリングし、ボクセル値が閾値未満のボクセルには例えば「０」でラベリングする２値化処理を採用することができる。

３次元画像撮影部１２は、血管造影剤が投与された被験者を撮影しているため、３次元画像データは、血管の領域を示すボクセルが他の領域を示すボクセルに比べて高いボクセル値を有している。したがって、２値化処理によって、血管の領域が１、その他の領域が０で示され、血管の領域を３次元的に示す３次元血管画像データを得ることができる。閾値としては、血管造影剤が投与された被験者を撮影した場合に得られる３次元画像データにおいて、血管の部分を示すと想定されるボクセル値よりも多少低い値を採用すればよい。以上により１群の画像データセットを構成する各３次元画像データに対応する３次元血管画像データからなる１群の血管画像データセットが得られる。

分布画像生成部４４は、抽出部４３により生成された１群の血管画像データセットを構成する１０枚の３次元血管画像データを重畳することで、血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する。

ここで、血管画像データは、血管を示す領域は１、他の領域は０のボクセル値を有している。よって、動き分布画像データは、常に血管が存在する箇所のボクセルは「１０」のボクセル値を有し、血管が移動した箇所のボクセルは１以上９以下のボクセル値を有し、これら以外のボクセルは０のボクセル値を有する。

分布画像生成部４４は、ボクセル値が「１０」のボクセルからなる領域を幹領域（以下、「ＣＯＲＥ領域」と記述する。）として抽出し、ボクセル値が１以上９以下のボクセルからなる領域を移動領域（以下、「ＨＡＬＯ領域」と記述する。）として抽出する。

そして、分布画像生成部４４は、ＣＯＲＥ領域とＨＡＬＯ領域とを区別して、動き分布画像を表示部３０に表示させる。これにより、ＣＯＲＥ領域を覆うようにしてＨＡＬＯ領域が表された動き分布画像が表示される。そのため、ユーザは、ＣＯＲＥ領域に対するＨＡＬＯ領域の大きさから血管がどの程度移動したかを認識することができ、動きが定量的に示された動き分布画像を提供することができる。ここで、血管の移動としては、血液を循環させるための血管の伸縮、及び血管自体の位置の移動が含まれている。また、ＣＯＲＥ領域とＨＡＬＯ領域とを区別して表示する際の表示態様としては、例えば、両領域を色分けして表示する態様や、ボクセル値に応じて濃淡表示させる態様を採用すればよい。

弾性度算出部４５は、動き分布画像データが示すＣＯＲＥ領域とＨＡＬＯ領域との割合に基づいて、血管の弾性度を算出する。ここで、弾性度算出部４５は、例えばユーザの操作指令に従って、動き分布画像データに関心領域を設定し、その関心領域において、ＨＡＬＯ／（ＨＡＬＯ＋ＣＯＲＥ）の演算を行うことで、弾性度を算出すればよい。

表示制御部４６は、分布画像生成部４４により生成された動き分布画像データをレンダリングし、動き分布画像を表示部３０に表示する。表示部３０は、液晶パネル、プラズマパネル、有機ＥＬパネル等の表示装置により構成され、動き分布画像を表示する。

次に、３次元画像形成装置１の動作について説明する。図２は３次元画像形成装置１の動作を示すフローチャートである。まず、心電波形取得部４１は、心電波形計測部１１に心電波形データの計測を開始させ、心電波形データの取得を開始する（ステップＳ１）。

次に、抽出部４３は、心電波形取得部４１により取得された心電波形データからＲ波のピークを検出する（ステップＳ２）。図３は、心電波形データと３次元画像データとの取得タイミングを示した図である。

上段のグラフは心電波形Ｗ１の一例を示している。心電波形Ｗ１の１心拍周期ＴＭは、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波、Ｐ波、及びＱ波により構成されている。ここで、Ｒ波は急峻な上に凸のピークを有している。そのため、Ｒ波のピークにすることで、１心拍周期の開始タイミングを精度良く検出することが可能となる。

図２に戻り、ステップＳ３において、画像取得部４２は、抽出部４３からの同期指令を受けて、３次元画像撮影部１２に３次元画像データの出力成を開始させ、３次元画像データの取得を開始する。ここでは、図３に示すように画像取得部４２は、１心拍周期ＴＭの開始時刻からの経過時間が０％のとき、つまり、Ｒ波が検出されたとき、１枚目の３次元画像データＧＤ１を取得し、１心拍周期ＴＭの開始時刻からの経過時間が１０％のとき、２枚目の３次元画像データＧＤ２が取得するというようにして、１心拍周期ＴＭにおいて、順次に１０枚の３次元画像データＧＤ１〜ＧＤ１０を１群の画像データセットとして取得する。なお、取得された３次元画像データＧＤ１〜ＧＤ１０は、図略のメモリに保存される。

次に、抽出部４３は、ステップＳ３で取得された３次元画像データＧＤ１〜ＧＤ１０のそれぞれに対して血管を示す領域を抽出し、３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０を生成する（ステップＳ４）。

図４（Ａ）は、３次元画像データＧＤ１〜ＧＤ１０から３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０が抽出される様子を模式的に示した図である。図４（Ａ）に示すように、３次元画像データＧＤ１〜ＧＤ１０のそれぞれに対応する３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０が得られていることが分かる。

次に、分布画像生成部４４は、３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０を重畳することで、動き分布画像データＧＦを生成する（ステップＳ５）。図４（Ｂ）は３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０から動き分布画像データＧＦが生成される様子を模式的に示した図である。図４（Ｂ）において、１０枚の円盤状のオブジェクトは、３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０に現れる血管領域ＢＲ１〜ＢＲ１０を示している。図４（Ｂ）に示すように３次元血管画像データＧＥ１〜ＧＥ１０が重畳され、１枚の動き分布画像データＧＦが生成されている。

次に、分布画像生成部４４は、動き分布画像データＧＦからＣＯＲＥ領域とＨＡＬＯ領域とを抽出する（ステップＳ６）。図４（Ｂ）において、領域Ｂ１は、常に血管領域ＢＲ１〜ＢＲ１０が位置しているため、ボクセル値が１０のボクセルから構成されている。よって、領域Ｂ１は、ＣＯＲＥ領域として抽出される。一方、領域Ｂ２は、１回は血管領域ＢＲ１〜ＢＲ１０が存在しているが、常には血管領域ＢＲ１〜ＢＲ１０が存在していないため、ボクセル値が１〜９のボクセルから構成される。よって、領域Ｂ２はＨＡＬＯ領域として抽出される。

次に、分布画像生成部４４は、ＣＯＲＥ領域とＨＡＬＯ領域とが色分けされて示された動き分布画像を表示部３０に表示するための描画指令を表示制御部４６に出力し、表示制御部４６は、ユーザにより指定された視点に基づいて、動き分布画像データをレンダリングして動き分布画像を生成し、表示部３０に表示する（ステップＳ７）。

図５は、動き分布画像の一例を示した画面図である。図５に示す動き分布画像は、両側のＰＣＡｓ（Posterior cerebral arteries）を示している。図５に示すように、ＣＯＲＥ領域を覆うようにしてＨＡＬＯ領域が表示されていることが分かる。そのため、ユーザは、ＨＡＬＯ領域の幅ＷＤ１から血管の各位置の動きを認識することができる。つまり、幅ＷＤ１が大きい位置は血管の動きが大きく、壁の弾性度が高いことを表している。一方、幅ＷＤ１が小さい位置は血管の動きが小さく、壁の弾性度が低いことを表している。このようにして、ユーザは血管の各位置の弾性度を認識することができる。

次に、操作部２０は、ユーザから感心領域（ＲＯＩ）を設定する操作指令を受け付けると（ステップＳ８でＹＥＳ）、弾性度算出部４５は、ＲＯＩにおいて、ＣＯＲＥ領域の容積とＨＡＬＯ領域との容積を求め、ＨＡＬＯ／（ＨＡＬＯ＋ＣＯＲＥ）の演算を行うことで、ＲＯＩの弾性度を求める（ステップＳ９）。ここで、ユーザは、例えば操作部２０を操作して、表示部３０に表示された動き分布画像のうち、所望のＲＯＩを指定する操作を行うことで、ＲＯＩを設定すればよい。ＲＯＩを設定する操作としては、マウスをドラッグすることで表示画面上に直方体の輪郭を描画し、この輪郭で所望の領域を取り囲む操作を採用すればよい。或いは、弾性度算出部４５は、予め定められた血管の部位について、自動的に弾性度を算出するようにしてもよい。

脳の血管の部位としては、左（Ｌｔ）右（Ｒｔ）のＩＣＡ（Internal carotid arteries）、左右のＭＣＡ（middle cerebral arteries）、Ａｃｏｍ（Acom complex）、ＢＡ（basilar artery bifurcation）、左右のＰＣＡが存在する。したがって、弾性度算出部４５は、動き分布画像データをこれらの各領域が位置すると推定される予め定められた領域で区画し、区画した各領域でのＨＡＬＯ／（ＨＡＬＯ＋ＲＯＩ）を求めることで、各部位の弾性度を算出すればよい。

一方、ステップＳ８において、ＲＯＩを指定する操作指令を操作部２０が受け付けない場合（ステップＳ８でＮＯ）、処理をステップＳ８に戻す。なお、予め定められた各領域の弾性度を弾性度算出部４５が算出する態様が採用された場合、ステップＳ８の処理を省いても良い。

図６は、弾性度算出部４５により算出された脳の血管の各部位の弾性度の算出結果を示したグラフであり、縦軸は弾性度を示し、横軸は部位を示している。部位としては、左右のＩＣＡ、左右のＭＣＡ、Ａｃｏｍ、ＢＡ、左右のＰＣＡの８個が採用されており、各部位につき１０人の被験者の平均値をプロットした。

１０人の被験者の年齢は、５３〜７７歳であり、平均年齢は６９歳であり、中央値は７０歳である。血管造影剤としてはCovidien Japan社製のOptiray（登録商標）を用いた。そして、この造影剤を根本杏林堂社製のDual-Shot GX（登録商標）を使い、20G IVのカテーテルを介して各患者に投与した。

３次元画像撮影装置１０として採用されたAquilion ONE（登録商標）において、管電圧を１２０ｋＶ、管電流を２７０ｍＡ、ガントリーの回転周期を３５０ｍｓｅｃというように各種パラメータを設定し、１心拍周期に１０枚の３次元画像データを生成させた。３次元画像データとしては、５１２×５１２×６４０のボクセルからなるボリュームデータを採用した。

左右のＩＣＡ、左右のＭＣＡ、Ａｃｏｍ、ＢＡ、左右のＰＣＡにつき、それぞれ、０．２０６、０．２０１、０．３１５、０．３１１、０．３２２、０．３３６、０．３９４、０．３９８の弾性度が算出された。この結果から、左右のＰＣＡが他の部位よりもＨＡＬＯ領域が厚く、弾性度が大きいことが分かる。

また、左右のＩＣＡをグループＧＲ１、左右のＭＣＡ、Ａｃｏｍ、及びＢＡをグループＧＲ２、左右のＰＣＡをグループＧＲ３とすると、グループＧＲ１，ＧＲ２のＰ値はＰ＜０．０５であり、グループＧＲ１，ＧＲ３のＰ値はＰ＜０．００１であり、各グループにおいて、有意差が見られた。

また、グループＧＲ１の各部位は、グループＧＲ２の各部位に比べて血管の移動が少ないことが知られており、また、グループＧＲ１，ＧＲ２の各部位は、グループＧＲ３に比べて血管の移動が少ないことが知られている。したがって、これらの経験則及びＰ値からも本実施の形態により算出された弾性度は、脳の血管の各部位に応じて適切な移動の指標を示していることが分かる。

図７は、本実施の形態による得られた３次元画像データにおいて、左のＰＣＡを関心領域としたときの血管の容積の変化を示したグラフであり、縦軸は血管の容積を示しており、横軸は１心拍周期の経過時間を％で示している。なお、０％の時点はＲ波のピークの時刻を示している。図７では、１心拍周期における経過時間が０％、１０％、２０％、・・・、９０％の時刻で取得された１０枚の３次元画像データのそれぞれにおいて血管の容積が算出されている。

容積の算出にあたっては、上述したように１０枚の３次元画像データから１０枚の３次元血管画像データを生成し、得られた３次元血管画像データにおいてボクセル値が１のボクセルの個数をカウントすることで算出すればよい。

図７に示すように、経過時間が３０％〜４０％において上に凸のピークが得られ、経過時間が６０％において、下に凸のピークが得られ、特徴的な２つのピークを有する波が観測されている。

図８は、脳の血管の８個の部位のそれぞれにおける血管の容積の変化を示したグラフであり、縦軸は血管の容積の変化を示し、横軸は各部位を示している。ここで、血管の容積の変化とは、図７のグラフにおいて、上に凸のピークと下に凸のピークとの差である。図８に示すように、血管の容積の変化においては、部位ごとに顕著な差は見られなかった。

なお、上記フローチャートでは、ＲＯＩの指定を動き分布画像が表示された後で実施したが、これに限定されず、３次元画像データを取得する前に実施してもよい。この場合、被験者の撮影範囲が狭まり、３次元画像データのボクセル数が減少し、３次元画像データ、３次元血管画像データ、及び動き分布画像データを生成する際の処理負担を軽減させることができる。

また、上記実施の形態では、１心拍周期のみの動き分布画像データが生成されていたが、これに限定されず、１心拍周期が経過する毎に１枚の動き分布画像データを生成し、動き分布画像データを時系列で連続して生成してもよい。

また、上記実施の形態では、脳の血管の動き分布画像データを生成したが、これに限定されず、脳以外の被験者の体内の血管についての動き分布画像データを生成してもよい。

また、上記実施の形態では、ＣＴスキャンにより生成された３次元画像データを採用したが、これに限定されず、ＭＲＡ等の他の３次元医療画像生成装置により生成された３次元画像データを採用してもよい。

また、上記実施の形態では、１心拍周期に１０枚の３次元画像データを取得したが、これに限定されず、２〜９枚、１１枚以上の３次元画像データを取得してもよい。

１ ３次元画像形成装置
１０ ３次元画像撮影装置
１１ 心電波形計測部
１２ ３次元画像撮影部
２０ 操作部
３０ 表示部
４０ 演算部
４１ 心電波形取得部
４２ 画像取得部
４３ 抽出部
４４ 分布画像生成部
４５ 弾性度算出部
４６ 表示制御部

Claims (9)

1. 被験者の心電波形データを取得する心電波形取得部と、
   前記心電波形取得部による前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得部と、
   前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得部により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出部と、
   前記抽出部により生成された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する分布画像生成部とを備える３次元画像形成装置。
2. 前記分布画像生成部は、前記動き分布画像データから、ボクセル値に基づいて、前記血管の動きの無い領域を示す幹領域と、前記血管の動きのある領域を示す移動領域とを抽出する請求項１記載の３次元画像形成装置。
3. 前記幹領域及び前記移動領域に基づいて前記血管の弾性度を算出する弾性度算出部を更に備える請求項２記載の３次元画像形成装置。
4. 前記分布画像生成部は、前記幹領域と前記移動領域とを区別して前記動き分布画像データを表示する請求項２又は３記載の３次元画像形成装置。
5. 前記抽出部は、前記心電波形データの１心拍周期を前記所定期間とする請求項１〜４のいずれかに記載の３次元画像形成装置。
6. 前記１心拍周期は、Ｒ波のピークが現れた後、次のＲ波のピークが現れるまでの期間である請求項５記載の３次元画像形成装置。
7. 前記画像取得部は、前記被験者の脳の３次元画像データを取得する請求項１〜６のいずれかに記載の３次元画像形成装置。
8. 被験者の心電波形データを取得する心電波形取得部と、
   前記心電波形取得部による前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得部と、
   前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得部により取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出部と、
   前記抽出部により生成された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元的に示す動き分布画像データを生成する分布画像生成部としてコンピュータを機能させる３次元画像形成プログラム。
9. コンピュータが、被験者の心電波形データを取得する心電波形取得ステップと、
   コンピュータが、前記心電波形取得ステップによる前記心電波形データの取得と連動して、血管造影剤が投与された前記被験者の体内の構造を３次元で示す３次元画像データを時系列で取得する画像取得ステップと、
   コンピュータが、前記心電波形データにより示される所定期間において前記画像取得ステップにより取得された複数の３次元画像データのそれぞれに対し、ボクセル値に基づいて、血管を示す領域を抽出して３次元血管画像データを生成する抽出ステップと、
   コンピュータが、前記抽出ステップにより抽出された３次元血管画像データを重畳し、前記血管の動きの分布を３次元で示す動き分布画像データを生成する分布画像生成ステップとを備える３次元画像形成方法。