JP2015177856A - 画像解析装置、画像撮影システム及び画像解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】大きな負担を検査される人に与えることなく肺機能を再現性よく検査する装置を提供する。【解決手段】医用動画像が取得される。医用動画像は、心臓を撮像することにより得られ、２個以上のフレーム画像を有する。２個以上のフレーム画像について２個以上の第１の指標が導出される。２個以上の第１の指標の各々は、心臓状態を示す。２個以上の第１の指標から第２の指標が導出される。第２の指標は、肺機能を示す。【選択図】図５

Description

本発明は、肺機能を示す指標を導出する画像解析装置、画像撮影システム及び画像解析プログラムに関する。

慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）等の肺疾患への罹患の有無を診断するのにあたってスパイロメトリーが行われる場合がある。スパイロメトリーにおいては、検査される人の換気量が測定される。測定された換気量からは、肺活量、１秒率等の指標が導出される場合もあるし、スパイログラフと呼ばれる図が作成される場合もある。

特許文献１に記載された発明は、血流情報を導出する。特許文献１に記載された発明においては、胸部Ｘ線動画像から心壁の部位が自動検出され、心壁の部位の変化量が心壁移動量とされる。心壁移動量からは、心拍位相が推定される。

国際公開第２００７／０７８０１２号明細書

スパイトメトリーは、ＣＯＰＤ等の肺疾患への罹患の有無を診断するのに役立つ。しかし、スパイロメトリーは、検査される人に大きな負担を与え、検査結果の再現性が良好でないという問題を有する。

本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、大きな負担を検査される人に与えることなく肺機能を再現性よく検査することである。

医用動画像が取得される。医用動画像は、心臓を撮像することにより得られ、２個以上のフレーム画像を有する。２個以上のフレーム画像について２個以上の第１の指標が導出される。２個以上の第１の指標の各々は、心臓状態を示す。２個以上の第１の指標から第２の指標が導出される。第２の指標は、肺機能を示す。

大きな負担を検査される人に与えることなく肺機能が再現性よく検査される。

これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。

呼気期から吸気期へ遷移する頃における胸部を示す。 吸気期における胸部を示す。 吸気期から呼気期へ遷移する頃における胸部を示す。 心臓の大きさの時間変化等の例を示す模式図である。 第１実施形態の画像撮影システムのブロック図である。 第１実施形態の画像解析部のブロック図である。 第１実施形態の画像解析の内容を示す模式図である。 心臓パラメーター及び心臓状態を示す指標の時間変化の例を示す模式図である。 第１実施形態の解析結果の表示例を示す模式図である。 第１実施形態のコンピューターのブロック図である。 第２実施形態の画像解析部のブロック図である。 第２実施形態の画像解析の内容を示す模式図である。 第３実施形態の画像解析部のブロック図である。 第３実施形態の画像解析の内容を示す模式図である。 第４実施形態の指標解析部のブロック図である。 第５実施形態の画像解析部のブロック図である。 第５実施形態の画像解析の内容を示す模式図である。 心壁の座標の時間変化の例を示すグラフ模式図である。 心壁の座標の時間変化の例を示す模式図である。 心壁の座標の心拍による変化の例を示す模式図である。 心壁の座標の心拍による変化の例を示す模式図である。 心壁の幅の心拍による変化の例を示す模式図である。 心壁の面積の心拍による変化の例を示す模式図である。 心臓状態を示す指標及び肺機能を示す指標の例を示す模式図である。 マッピングが行われる前の心壁の動きの例を示す模式図である。 マッピングが行われた後の心壁の動きの例を示す模式図である。

（１）着想
（１．１）呼吸状態
呼吸が行われる場合は、横隔膜の収縮及び弛緩が交互に繰り返される。横隔膜が収縮する場合は、肺の内部の気圧が低下し、肺の外部から肺の内部へ空気が流入する。横隔膜が弛緩する場合は、肺の内部の気圧が上昇し、肺の内部から肺の外部へ空気が流出する。

図１の模式図は、呼気期から吸気期へ遷移する頃における胸部を示す。図２の模式図は、吸気期における胸部を示す。図３の模式図は、吸気期から呼気期へ遷移する頃における胸部を示す。

図１に示されるように、呼気期から吸気期へ遷移する頃においては、横隔膜１００が相対的に上方にあり、肺１０１が相対的に小さく、肺１０１の内部の気圧が肺の外部の気圧と同じである。図２に示されるように、吸気期においては、時間が経過するにつれて横隔膜１００が下がり、時間が経過するにつれて肺１０１が大きくなり、肺１０１の内部の気圧が肺１０１の外部の気圧より低く、肺１０１の外部から肺１０１の内部へ空気が流入する。図３に示されるように、吸気期から呼気期へ遷移する頃においては、横隔膜１００が相対的に下方にあり、肺１０１が相対的に大きく、肺１０１の内部の圧力が肺１０１の外部の気圧と同じである。このように、呼吸が行われる場合は、肺の大きさ、肺の内部の気圧等が変化する。肺の大きさ、肺の内部の気圧等の変化により、肺と心臓との位置関係も変化する。

（１．２）心臓状態の呼吸状態による変化
心臓は、肺に接し、肺の影響を受けながら拍動する。このため、心臓の大きさ、心壁の位置等は、肺の大きさ、肺の内部の気圧、肺と心臓との位置関係等の影響を受ける。心臓の大きさ、心壁の位置等の心拍による変化も肺の大きさ、肺の内部の気圧、肺と心臓との位置関係等の影響を受ける。

図４の模式図は、胸部Ｘ線画像、心臓の大きさの時間変化、心壁の位置の時間変化及び肺の内部の空気量の時間変化の例を示す。図４は、心臓の大きさ及び心壁の位置の心拍による変化（心壁の動き）が肺の内部の気圧の影響を受けることを示す。

図４に示される例においては、肺の内部の気圧が低くなる吸気期に心臓の大きさが相対的に大きくなり心壁の動きが相対的に大きくなり、肺の内部の気圧が高くなる呼気期に心臓の大きさが相対的に小さくなり心壁の動きが相対的に小さくなる。このため、吸気期と呼気期との間の心臓の大きさ又は心壁の動きの変化から吸気期と呼気期との間の肺の内部の気圧の変化が推定される。

（１．３）心臓状態の呼吸状態による変化の利用
慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）は、有毒な粒子、ガス等を吸入することにより生じる肺の炎症を伴う進行性の気流制限を呈する。気流制限のため、ＣＯＰＤ患者における吸気期と呼気期との間の肺の内部の気圧の変化は、健常者における吸気期と呼気期との間の肺の内部の気圧の変化より大きい。このため、吸気期と呼気期との間の肺の内部の圧力の変化を知ることにより、ＣＯＰＤへの罹患の有無を推定できる。吸気期と呼気期との間の肺の内部の圧力の変化は、吸気期と呼気期との間の心臓の大きさ又は心壁の動きの変化から推定されるため、吸気期と呼気期との間の心臓の大きさ又は心壁の動きの変化は、ＣＯＰＤへの罹患の有無を推定するのに役立つ。例えば、吸気期と呼気期との間の心臓の大きさ又は心壁の動きの変化が大きい場合は、ＣＯＰＤへの罹患の疑いがある。

吸気期と呼気期との間の心臓の大きさ又は心壁の動きの変化は、ＣＯＰＤへの罹患の有無の推定以外の肺機能の解析にも役立つ。心臓の大きさ及び心壁の動き以外の心臓状態を示す指標が用いられてもよい。吸気期と呼気期との間の変化以外の呼吸状態による変化が用いられてもよい。一般的には、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化から肺機能を示す指標が導出される。

（２）第１実施形態
（２．１）画像撮影システム
第１実施形態は、画像撮影システムに関する。

図５のブロック図は、第１実施形態の画像撮影システムを示す。

図５に示される画像撮影システム１０００は、撮影装置１０１０及び画像解析装置１０１１を備える。撮影装置１０１０は、医用動画像を生成する。画像解析装置１０１１は、医用動画像を解析し、肺機能を示す指標を導出する。画像解析装置１０１１によれば、大きな負担を検査される人に与えることなく肺機能を再現性よく検査できる。

（２．２）撮影装置
撮影装置１０１０は、Ｘ線撮影により医用動画像を生成する。撮影装置１０１０は、Ｘ線管によりＸ線を発生し、発生したＸ線に人体を透過させ、人体を透過したＸ線を平面Ｘ線検出器（ＦＰＤ）により検出する。これにより、撮影装置１０１０は、人の体内の構造物を撮影し、人の体内の構造物を描写したフレーム画像を生成する。撮影装置１０１０が人以外の動物の体内の構造物を撮影してもよい。撮影装置１０１０は、２回以上の撮影を行い、２個以上のフレーム画像を有する医用動画像を生成する。医用動画像は、２次元動画像であり、デジタルデーターで表現される。２個以上のフレーム画像の各々は、２次元画像であり、２次元画像データーで表現される。撮影装置１０１０がＸ線撮影以外により医用動画像を生成してもよい。例えば、撮影装置１０１０が超音波撮影、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、コンピューター断層撮影（ＣＴ）等により医用動画像を生成してもよい。医用動画像が３次元動画像であってもよい。医用動画像が３次元動画像である場合は、２個以上のフレーム画像の各々は、３次元画像であり、３次元ボリュームデーターで表現される。

（２．３）被撮影物
医用動画像は、胸部Ｘ線動画像であり、自然呼吸をしている人の心臓を撮影することにより得られる。医用動画像が人以外の動物の心臓を撮影することにより得られてもよい。医用動画像が努力呼吸をしている人の心臓を撮影することにより得られてもよい。

（２．４）撮影方向
胸部は、正面から撮影される。これにより、医用動画像において、心臓と肺とが接する部分が描写された領域が心臓が描写された領域（心臓領域）及び肺が描写された領域（肺領域）と重なりにくくなり、心臓と肺とが接する部分が描写された領域を解析しやすくなる。これに対して、胸部が側面から撮影された場合は、心臓と肺とが接する部分が描写された領域が心臓領域及び肺領域と重なりやすくなり、心臓と肺とが接する部分を解析しにくくなる。

ただし、胸部が正面以外から撮影されることも許される。例えば、胸部が側面から撮影されることも許される。胸部が側面から撮影される場合は、望ましくは、心臓の肺と接しない部分が描写された領域が補助的に解析される。心臓の肺と接しない部分が描写された領域が解析の対象になりうるのは、心臓の肺と接しない部分が描写された領域が心臓領域及び肺領域と重なりにくいためであり、肺が心臓を圧迫した場合に心臓の肺と接しない部分がふくらむためである。

（２．５）撮影範囲
心臓状態を示す指標を導出するために心臓の全体を描写する必要がある場合は、心臓の全体を含む範囲が撮影される。例えば、心臓状態を示す指標として心臓の全体の面積が導出される場合は、心臓の大きさが最大となった場合でも心臓の全体を含む範囲が撮影され、２次元動画像が生成される。心臓状態を示す指標として心臓の全体の体積が導出される場合は、心臓の大きさが最大となった場合でも心臓の全体を含む範囲が撮影され、３次元動画像が生成される。心臓状態を示す指標を導出するために心臓の全体を描写する必要がない場合においても、望ましくは心臓の全体を含む範囲が撮影される。これにより、心臓状態を示す指標がロバストに導出される。

心臓の一部のみを含む範囲が撮影される場合もある。この場合は、心臓状態を示す指標を導出するのに必要な部分を含む範囲が撮影される。例えば、心壁の位置が導出される場合は、心壁を常に含む範囲が撮影される。心臓の幅が導出される場合は、心臓の幅が最大となった場合でも心臓の幅を導出するのに必要な部分を含む範囲が撮影される。心臓領域の画素値が導出される場合は、画素値が導出される部分を常に含む範囲が撮影される。

呼吸状態が医用動画像から検出される場合は、心臓に加えて横隔膜及び肺の両方又は片方を含む範囲が撮影される。これにより、呼吸状態がロバストに検出される。

（２．６）撮影時間
医用動画像は、１呼吸周期以上にわたって撮影され、望ましくは２呼吸周期以上にわたって撮影され、さらに望ましくは３呼吸周期以上にわたって撮影される。１呼吸周期以上にわたって医用動画像が撮影される場合は、吸気期に撮影されたフレーム画像及び呼気期に撮影されたフレーム画像の両方を医用動画像が有し、吸気期の心臓状態及び呼気期の心臓状態が特定される。心臓状態は吸気期と呼気期との間に顕著に変化するため、吸気期の心臓状態及び呼気期の心臓状態が特定されることは、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化を特定することを容易にする。２呼吸周期以上又は３呼吸周期以上にわたって医用動画像が撮影される場合は、撮影される人が緊張により自然呼吸をなかなかできない場合であっても、自然呼吸が行われた状態を撮影できる可能性が高まる。ただし、医用動画像を撮影する時間が１呼吸周期未満である場合でも心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化が特定される場合もある。

医用動画像を撮影する時間は、５呼吸周期未満とされる。これにより、過度の被爆が回避される。ただし、医用動画像を撮影する時間が５呼吸周期以上である場合でも被爆が問題とならないこともある。例えば、医用動画像が超音波撮影により生成される場合は、被爆は問題とならない。

（２．７）フレームレート
フレームレートは、３０ｆｐｓ以上である。これにより、心臓パラメーターの心拍による変化と心臓パラメーターの呼吸状態による変化とが識別され、心臓パラメーターから心拍の影響を除去できる。ただし、フレームレートが３０ｆｐｓ未満である場合でも心臓パラメーターから心拍の影響を除去できる場合もある。

２個以上のフレーム画像の各々が撮影される場合に、矩形波状の波形を有するＸ線が１心拍周期以上にわたって連続して発生させられてもよい。これにより、心臓が拍動する間の全部の状態が２個以上のフレーム画像の各々に描写され、２個以上のフレーム画像の各々から心拍の影響が把握され、２個以上のフレーム画像の各々から心拍の影響を除去できる。矩形波状の波形を有するＸ線が発生させられる場合のフレームレートは、一の呼吸状態における心臓が一のフレーム画像に描写され他の呼吸状態における心臓が他のフレーム画像に描写されるように設定される。例えば、吸気期及び呼気期の間の心臓状態の変化が導出される場合は、吸気期における心臓が一のフレーム画像に描写され吸気期における心臓が他のフレーム画像に描写されるように、フレームレートが２ｆｐｓ以上４ｆｐｓ以下に設定される。

（２．８）撮影の終了
医用動画像の撮影は、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化を導出するのに必要な呼吸状態がとらえられたと画像撮影システム１０００が判定した場合に終了する。判定は、例えば、医用動画像における横隔膜、肺等の動きに基づいて行われる。撮影装置１０１０以外の検出器の検出結果に基づいて判定が行われてもよい。例えば、換気量の検出器の検出結果に基づいて判定が行われてもよい。医用動画像における横隔膜、肺等の動き及び撮影装置１０１０以外の検出器の検出結果を総合して判定が行われてもよい。操作者の操作にしたがって医用動画像の撮影が終了してもよい。

（２．９）画像解析装置
画像解析装置１０１１は、取得部１０２０、画像解析部１０２１、指標解析部１０２２、表示部１０２３等を備える。取得部１０２０は、医用動画像を取得する。画像解析部１０２１は、医用動画像を解析し、心臓状態を示す指標を導出する。指標解析部１０２２は、心臓状態を示す指標を解析し、肺機能を示す指標を導出する。表示部１０２３は、肺機能を示す指標を表示する。

（２．１０）取得部
取得部１０２０は、通信を行い、撮影装置１０１０から直接的に又は撮影装置１０１０から画像サーバー等の撮影装置１０１０以外の装置を経由して医用動画像を取得する。医用動画像が記録された光ディスク等の記録媒体を読み取ることにより医用動画像が取得されてもよい。

（２．１１）画像解析部
画像解析部１０２１は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)について心臓状態を示す指標Idx1(i)を導出する。これにより、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)について２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される。

心臓状態を示す指標Idx1(i)は、心壁の位置、心臓の大きさ、心臓領域の画素値等であって、心拍の影響が除去されたものである。心臓の大きさは、心臓の全体の大きさである。心臓の大きさが心臓の一部の大きさであってもよい。例えば、心臓の大きさが左心室、左心房、右心室又は右心房の大きさであってもよい。心臓の大きさは、心臓の幅により特定される。心臓の大きさが心臓の面積等により特定されてもよい。医用動画像が３次元動画像である場合は、心臓の大きさが心臓の体積により特定されてもよい。心臓領域の画素値は、Ｘ線が透過する方向の心臓の厚さを反映する。Ｘ線が透過する方向の心臓の厚さが大きくなるほどＸ線の透過量が減少し、心臓領域の画素値が大きくなるためである。

（２．１２）画像解析部
図６のブロック図は、第１実施形態の画像解析部を示す。図７の模式図は、第１実施形態の画像解析の内容を示す。

図６に示される画像解析部１０２１は、抽出部１０３０、導出部１０３１及び除去部１０３２を備える。抽出部１０３０は、フレーム画像から心臓領域を抽出する。導出部１０３１は、心臓領域から心臓パラメーターを導出する。除去部１０３２は、心臓パラメーターから心拍の影響を除去し心臓状態を示す指標を導出する。

（２．１３）抽出部
抽出部１０３０は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)から心臓領域Rgn(i)を抽出する。これにより、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出される。２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出されなくても２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される場合は、抽出部１０３０が省略されてもよい。

心臓領域Rgn(i)が抽出される場合は、テンプレートマッチング等によりフレーム画像Img(i)から大まかな心臓領域が抽出され、大まかな心臓領域において画素値が大きく変化するエッジ部が検出され、エッジ部が心臓領域の輪郭とみなされ、エッジ部に囲まれる領域が心臓領域Rgn(i)とされる。他のアルゴリズムにより心臓領域Rgn(i)が抽出されてもよい。

医用動画像が３次元動画像である場合は、確率アポラス等によりフレーム画像Img(i)から大まかな心臓領域が抽出され、大まかな心臓領域において３次元グラフカットにより心臓領域Rgn(i)が抽出される。他のアルゴリズムにより心臓領域Rgn(i)が抽出されてもよい。例えば、フレーム画像Img(i)の断面画像から２次元画像の場合と同様に心臓領域Rgn(i)が抽出されてもよい。

（２．１４）導出部
導出部１０３１は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)について、心臓領域Rgn(i)から心臓パラメーターIdx3(i)を導出する。これにより、２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)が導出される。

心臓パラメーターIdx3(i)は、心壁の位置、心臓の大きさ、心臓領域の画素値等のそのものであり、心臓状態を示すが心拍の影響を含む指標である。このため、心臓パラメーターIdx3(i)は、呼吸状態及び心拍の両方により変化し、心臓状態の呼吸状態による変化を把握するのに必ずしも適さない。

心臓の同じ部分について２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)が導出されるようにするために、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)において心臓の同じ部分が同じ位置に描写されるように２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)が位置合わせされる。位置合わせに代えて、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)において心臓の同じ部分が描写された位置が対応づけられてもよい。

（２．１５）心壁の位置
心壁の位置は、心壁の座標により表現される。心壁の座標は、心臓領域と心臓領域外との境界の座標である。心壁の座標が心壁の特定の部分の座標であってもよい。心壁は、左心房壁、左心室壁、右心房壁及び右心室壁のいずれでもよい。望ましくは、肺機能の解析の対象となる肺に接触する心壁の座標が心臓パラメーターになる。

医用動画像が２次元動画像であり座標系が直交座標系である場合は、ｘ方向の位置を示す座標値ｘ及びｙ方向の位置を示す座標値ｙの組で座標が与えられる。典型的には、ｘ方向は２個以上のフレーム画像の各々の横方向であり、ｙ方向は２個以上のフレーム画像の各々の縦方向である。典型的には、横方向は撮影される人における水平方向を示し、縦方向は撮影される人における鉛直方向を示す。医用動画像が２次元動画像であり座標が２個の座標値ｘ及びｙの組で与えられる場合は、次元が２次元のまま２個の座標値ｘ及びｙの組が心臓パラメーターとされてもよいし、次元が１次元にされ２個の座標値ｘ及びｙから選択される１個の座標値ｘ又はｙが心臓パラメーターとされてもよい。直交座標系における座標値が他の座標系における座標値に変換されてもよい。例えば、直交座標系における座標値が極座標系における座標値に変換されてもよい。座標系が極座標系である場合は、原点が基準点に設定され、基準点からの距離が心臓パラメーターとされてもよい。座標値は、画素数で表現されてもよいし、撮影された人における現実の長さで表現されてもよい。

医用動画像が３次元動画像であり座標が３個の座標値の組で与えられる場合は、次元が３次元のまま３個の座標値の組が心臓パラメーターとされてもよいし、次元が２次元又は１次元にされ３個の座標値から選択される２個の座標値の組又は１個の座標値が心臓パラメーターとされてもよい。

（２．１６）心臓の幅
心臓の幅は、心壁の一の部分から心壁の他の部分までの長さである。医用動画像が２次元動画像である場合は、望ましくは脊椎、横隔膜等の心臓以外の構造物が描写された領域と重ならない領域から心臓の幅が導出される。これにより、心臓の幅が精度よく導出される。医用動画像が２次元動画像である場合は、望ましくはｙ方向の位置が同じ一の部分から他の部分までのｘ方向の長さが心臓の幅とされる。２個以上のｙ方向の位置の各々について一の部分から他の部分までのｘ方向の長さを求めることにより２個以上のｘ方向の長さが求められ、２個以上のｘ方向の長さの平均値が心臓の幅とされてもよい。ｙ方向の位置が同じ一の部分から他の部分までのｘ方向の長さに代えて、ｘ方向の位置が同じ一の部分から他の部分までのｙ方向の長さが心臓の幅とされてもよい。ｘ方向及びｙ方向の両方に平行でない一の斜め方向及び他の斜め方向が設定され、一の斜め方向の位置が同じ一の部分から他の部分までの他の斜め方向の長さが心臓の幅とされてもよい。

（２．１７）心臓の面積
フレーム画像Img(i)における心臓の面積は、心臓領域の面積である。心臓の面積は、心臓の全体の面積である。心臓の面積が心臓の一部の面積であってもよい。例えば、心臓の面積が左心室、左心房、右心室又は右心房の面積であってもよい。

（２．１８）心臓の体積
心臓の体積は、３次元画像における心臓領域の体積である。心臓の体積が２次元画像から推定されてもよい。心臓の体積が２次元画像から推定される場合は、心臓領域の面積と心臓領域の画素値との積から心臓の体積が推定される。心臓領域の画素値は、Ｘ線が透過する方向の心臓の厚さを反映するからである。心臓の体積は、心臓の全体の体積である。心臓の体積が心臓の一部の体積であってもよい。例えば、心臓の体積が左心室、左心房、右心室又は右心房の体積であってもよい。

（２．１９）心臓領域の画素値
心臓領域の画素値は、胸部Ｘ線動画像等の透過画像における心臓領域に属する画素の画素値である。心臓領域の画素値は、Ｘ線が透過する方向の心臓の厚さにより変化するため、心臓パラメーターとなりうる。望ましくは、脊椎、横隔膜等の心臓以外の構造物が描写された領域と重ならない領域に属し心拍により心臓領域外に属することがない画素の画素値が心臓パラメーターとされる。望ましくは、２個以上の画素の各々についての画素値を特定することにより２個以上の画素値が特定され、特定された２個以上の画素値の平均値が心臓領域の画素値とされる。これにより、心臓領域の画素値がロバストに導出される。平均値が他の種類の代表値に置き換えられてもよい。例えば、平均値が中央値に置き換えられてもよい。

（２．２０）除去部
除去部１０３２は、２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)から心拍の影響を除去する。これにより、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される。２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)は、心臓状態を示す指標Idx1(i)の時間変化を示す。

２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の各々の心臓状態を示す指標Idx1(i)は、心壁の位置、心臓の大きさ、心臓領域の画素値等から心拍の影響を除去したものであり、心臓状態を示し、心拍の影響を含まない。このため、心臓状態を示す指標Idx1(i)は、専ら呼吸状態により変化し、心臓状態の呼吸状態による変化を把握するのに適する。

図７に示されるように、心臓状態を示す指標Idx1(i)が導出される場合は、フレーム画像Img(i)が撮影された時点を含む１心拍周期以上の間に撮影された複数のフレーム画像Img(i-p),・・・,Img(i),・・・,Img(i+q)について求められた複数の心臓パラメーターIdx3(i-p),・・・,Idx3(i),・・・,Idx3(i+q)の平均値が求められ、求められた平均値がフレーム画像Img(i)についての心臓状態を示す指標Idx1(i)とされる。これにより、心拍が起こった時間に撮影されたフレーム画像から導出された心臓パラメーターの寄与が抑制され、心拍の影響が除去される。平均値が他の種類の代表値に置き換えられてもよい。例えば、平均値が最小値、最大値、中央値等に変更されてもよい。

２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)に時間領域のローパスフィルターを適用することにより心拍の影響が除去されてもよい。

図８の模式図は、心臓パラメーター及び心臓状態を示す指標の時間変化の例を示す。

図８に示される心臓パラメーターIdx3(i)は、相対的に長い呼吸周期に一致する周期で時間変化するとともに、相対的に短い心拍周期に一致する周期で時間変化する。このため、呼吸周波数と心拍周波数との中間の遮断周波数を有する時間領域のローパスフィルターが心臓パラメーターIdx3(i)に適用された場合は、心拍周期に一致する周期の時間変化が除去され、呼吸周期に一致する周期の時間変化が維持され、図８に示される心臓状態を示す指標Idx1(i)が導出される。

（２．２１）指標解析部
指標解析部１０２２は、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の呼吸状態による変化を肺機能を示す指標Idx2とする。

肺機能を示す指標Idx2が導出される場合は、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の最大値Maxと最小値Minとの差Max-Minが導出され、導出された差Max-Minが肺機能を示す指標Idx2とされる。差Max-Minが他の種類の最大値Maxと最小値Minとの相違に置き換えられてもよい。例えば、差Max-Minが最大値Maxと最小値Minとの比率Max/Min又はMin/Maxに置き換えられてもよい。最大値Maxと最小値Minとの相違が２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)のばらつきに置き換えられてもよい。例えば、最大値Maxと最小値Minとの相違が２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の分散、標準偏差等に置き換えられてもよい。

呼吸状態により肺状態及び心臓状態は変化するため、肺の内部の気圧だけでなく肺の体積、心臓の位置等も呼吸状態により変化する。このため、呼吸状態と心臓状態との対応関係は複雑であり、呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理は複雑な処理である。医用動画像が不鮮明な２次元動画像である場合、通常と異なる呼吸状態が検出された場合等においては、呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理はさらに複雑になる。個人差、疾病、呼吸条件等により人そのものが通常と異なる呼吸を行っている場合に通常と異なる呼吸状態が検出される。人そのものが通常の呼吸を行っている場合でも撮影条件により通常と異なる呼吸状態が検出される場合がある。

しかし、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の最大値Maxと最小値Minとの相違又は２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)のばらつきが肺機能を示す指標Idx2とされる場合は、呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理は不要であるため、肺機能を示す指標Idx2が簡単な処理で導出される。また、このように呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理を経ないで導出される肺機能を示す指標Idx2は、呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理を経て導出される肺機能を示す指標と同程度に肺機能を反映している場合が多く、呼吸状態と心臓状態とを正確に対応づける処理を経て導出される肺機能を示す指標よりよく肺機能を反映している場合もある。

肺機能を示す指標Idx2が大きい場合は、心臓状態を示す指標Idx1(i)の呼吸状態による変化が大きいため、撮影された人がＣＯＰＤに罹患している可能性が高い。このため、肺機能を示す指標Idx2は、ＣＯＰＤへの罹患の有無を推定するのに役立つ。例えば、肺機能を示す指標Idx2が閾値より大きい場合は、ＣＯＰＤへの罹患の疑いがあると判定される。この判定は、指標解析部１０２２が行ってもよいし、肺機能を示す指標Idx2を参照した医師が行ってもよい。

２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の最大値Maxと平均値Avgとの差Max-Avg、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の平均値Avgと最小値Minとの差Avg-Min、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の最大値Maxと平均値Avgとの比率Max/Avg又はAvg/Max、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の平均値Avgと最小値Minとの比率Min/Avg又はAvg/Min等が肺機能を示す指標Idx2とされてもよい。

指標解析部１０２２が肺機能を示す指標Idx2を肺機能を示す第１次指標とし肺機能を示す第２次指標をさらに導出してもよい。例えば、第１次指標である肺機能を示す指標Idx2から第２次指標であるＣＯＰＤへの罹患の疑いの有無が導出されてもよい。ＣＯＰＤへの罹患の疑いの有無が導出される場合は、例えば、肺機能を示す指標Idx2が閾値以下である場合はＣＯＰＤへの罹患の疑いがないと判定され、肺機能を示す指標Idx2が閾値より大きい場合はＣＯＰＤへの罹患の疑いがあると判定される。ＣＯＰＤへの罹患の疑いの程度が３段階以上にランク分けされてもよい。例えば、肺機能を示す指標Idx2が第１の閾値以下である場合はＣＯＰＤへの罹患の疑いがないと判定され、肺機能を示す指標Idx2が第１の閾値より大きく第２の閾値以下である場合はＣＯＰＤへの罹患の疑いがあると判定され、肺機能を示す指標Idx2が第２の閾値より大きい場合はＣＯＰＤへの罹患の強い疑いがあると判定される。ＣＯＰＤへの罹患の疑いの程度は、例えば、「疑いがない」「弱い疑いがある」「疑いがある」「強い疑いがある」等のように、疑いの有無及び疑いの強さにより示される。ＣＯＰＤへの疑いの程度に検査又は治療の要否の示唆が付加されてもよい。例えば、ＣＯＰＤへの罹患の強い疑いがある場合に検査が必要であることの示唆が付加されてもよい。ＣＯＰＤへの罹患の疑いの程度が数値で表現されてもよい。例えば、ＣＯＰＤの罹患の疑いの程度を示す数値の計算式1-exp(-x)のxに肺機能を示す指標Idx2が反映させられ、ＣＯＰＤの罹患の疑いの程度を示す数値が求められてもよい。計算式1-exp(-x)により計算される数値は０から１までの範囲に収まるため、計算式1-exp(-x)により計算される数値はＣＯＰＤへの罹患の疑いの強さを百分率で表現するのに役立つ。例えば、肺機能を示す指標Idx2が2であり、ＣＯＰＤの罹患の疑いの程度を示す数値の計算式1-exp(-x)のxがIdx2/2とされた場合は、1-exp(-2/2)=0.63であるため、ＣＯＰＤへの罹患の疑いの強さが百分率で６３％であると表現される。肺機能を示す指標Idx2が4であり、ＣＯＰＤの罹患の疑いの程度を示す数値の計算式1-exp(-x)のxがIdx2/2とされた場合は、1-exp(-4/2)=0.86であるため、ＣＯＰＤへの罹患の疑いの強さが百分率で８６％であると表現される。計算式が変更されてもよい。

２個以上の第１次指標を反映する第２次指標が導出されてもよい。例えば、心臓の大きさの呼吸状態による変化から導出されるＣＯＰＤへの罹患の疑いの有無と心臓の大きさの心拍による変化の呼吸状態による変化から導出されるＣＯＰＤへの罹患の疑いの有無とのＯＲ演算又はＡＮＤ演算の結果が第２次指標とされてもよい。心臓の大きさの呼吸状態による変化と心臓の大きさの心拍による変化の呼吸状態による変化との和又は積が第２次指標とされてもよい。

（２．２２）表示部
表示部１０２３は、解析結果をディスプレイに表示する。解析結果は、医用動画像の撮影が完了した後に医師が診断を行う場合に表示されてもよいし、医用動画像が撮影されている間に又は医用動画像の撮影が完了した直後に表示されてもよい。医用動画像が撮影されている間に又は医用動画像の撮影が完了した直後に解析結果が表示される場合は、医用動画像の撮影の成否を技師が確認でき、撮影のやり直しの要否を技師が判断できる。

解析結果が紙等の印刷媒体に印刷されてもよい。解析結果、解析結果の表示内容、解析結果の印刷内容を記述したデーターがハードディスクドライブ、光ディスク等の記録媒体に記録されてもよい。

図９の模式図は、解析結果の表示例を示す。

図９に示される表示例は、医用動画像の再生欄１０４０、心臓パラメーター及び心臓状態を示す指標の表示欄１０４１、肺機能を示す指標の表示欄１０４２、肺機能の判定基準の表示欄１０４３及び肺機能の判定結果の表示欄１０４４を有する。肺機能の判定基準は、閾値の情報を含む。図９に示される表示例は、心臓状態を示す指標Idx1(i)がフレーム画像Img(i)における心臓の面積であり、肺機能を示す第１次指標Idx2が２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)の最大値Maxと最小値Minとの差Max-Minである場合のものである。図９に示される表示例は、第２次指標としてＣＯＰＤへの罹患の疑いの有無が導出された場合のものである。２種類以上の心臓状態を示す指標についての解析結果が別々に又は統合して表示されてもよい。

（２．２３）コンピューター
図１０は、コンピューターのブロック図である。

図１０に示されるコンピューター１０５０は、ＣＰＵ１０６０、メモリー１０６１、ハードディスクドライブ１０６２等を備え、画像解析装置１０１１となる。ハードディスクドライブ１０６２が他の種類の補助記憶装置に置き換えられてもよい。ハードディスクドライブ１０６２には、画像解析プログラム１０７０がインストールされる。画像解析装置１０１１の機能は、ＣＰＵ１０６０が画像解析プログラム１０７０をメモリー１０６１にロードして実行することにより実現される。画像解析装置１０１１の機能の全部又は一部がソフトウェアを伴わないハードウェアにより実現されてもよい。画像解析装置１０１１の機能の全部又は一部が２台以上のコンピューターにより実現されてもよい。画像解析プログラム１０７０は、コンピューター１０５０の出荷前にハードディスクドライブ１０６２にプリインストールされてもよいし、コンピューター１０５０の出荷後にハードディスクドライブ１０６２にインストールされてもよい。画像解析プログラム１０７０のインストールは、画像解析プログラム１０７０が記録された光ディスク等の記録媒体１０８０を読み取ることにより行われてもよし、ネットワーク１０９０を経由してダウンロードすることにより行われてもよい。

（３）第２実施形態
第２実施形態は、第１実施形態の画像解析部を置き換える画像解析部に関する。第２実施形態の画像解析部は、主に心拍の影響の除去の点で第１実施形態の画像解析部と異なる。

図１１のブロック図は、第２実施形態の画像解析部を示す。図１２の模式図は、第２実施形態の画像解析の内容を示す。

図１１に示される画像解析部２０００は、ローパスフィルター部２０１０、抽出部２０１１及び導出部２０１２を備える。

ローパスフィルター部２０１０は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)に時間領域のローパスフィルターを適用する。これにより、時間領域のローパスフィルターが適用された２個以上のフレーム画像Img'(1),・・・,Img'(m)が得られる。ローパスフィルターの遮断周波数は、第１実施形態の場合と同様に、呼吸周波数と心拍周波数との中間である。これにより、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)から心拍の影響が除去され、最終的に導出される２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)から心拍の影響が除去される。

抽出部２０１１は、ローパスフィルターが適用された２個以上のフレーム画像Img'(1),・・・,Img'(m)の各々のフレーム画像Img'(i)から心臓領域Rgn(i)を抽出する。これにより、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出される。第１実施形態の場合と同様に、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出されなくても２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される場合は、抽出部２０１１が省略されてもよい。

導出部２０１２は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)について、心臓領域Rgn(i)から心臓状態を示す指標Idx1(i)を導出する。これにより、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される。心臓状態を示す指標Idx1(i)が導出される場合は、第１実施形態において心臓領域Rgn(i)から心臓パラメーターIdx3(i)が導出されたのと同じように心臓パラメーターIdx3(i)が導出され、心臓パラメーターIdx3(i)がそのまま心臓状態を示す指標Idx1(i)とされる。

（４）第３実施形態
第３実施形態は、第１実施形態の画像解析部を置き換える画像解析部に関する。第３実施形態の画像解析部は、主に心拍の影響の除去の点で第１実施形態の画像解析部と異なる。

図１３のブロック図は、第３実施形態の画像解析部を示す。図１４の模式図は、第３実施形態の画像解析の内容を示す。

図１３に示される画像解析部３０００は、抽出部３０１０、ローパスフィルター部３０１１及び導出部３０１２を備える。

抽出部３０１０は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)から心臓領域Rgn(i)を抽出する。これにより、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出される。

ローパスフィルター部３０１１は、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)に時間領域のローパスフィルターを適用する。これにより、時間領域のローパスフィルターが適用された２個以上の心臓領域Rgn'(1),・・・,Rgn'(m)が得られる。ローパスフィルターの遮断周波数は、第１実施形態の場合と同様に、呼吸周波数と心拍周波数との中間である。これにより、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)から心拍の影響が除去され、最終的に導出される２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)から心拍の影響が除去される。

導出部３０１２は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)について、心臓領域Rgn'(i)から心臓状態を示す指標Idx1(i)を導出する。これにより、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(m)が導出される。心臓状態を示す指標Idx1(i)が導出される場合は、第１実施形態において心臓領域Rgn(i)から心臓パラメーターIdx3(i)が導出されたのと同じように心臓パラメーターIdx3(i)が導出され、心臓パラメーターIdx3(i)がそのまま心臓状態を示す指標Idx1(i)とされる。

（５）第４実施形態
（５．１）指標解析部
第４実施形態は、第１実施形態の指標解析部を置き換える指標解析部に関する。第４実施形態の指標解析部は、主に肺機能を示す指標の導出の点で第１実施形態の指標解析部と異なる。第２実施形態又は第３実施形態において説明した置き換えともに第４実施形態において説明する置き換えが行われてもよい。

図１５のブロック図は、第４実施形態の指標解析部を示す。

図１５に示される指標解析部４０００は、区間解析部４０１０及び全体解析部４０１１を備える。区間解析部４０１０は、心臓状態を示す指標から区間指標を導出する。全体解析部４０１１は、区間指標から肺機能を示す指標を導出する。

（５．２）区間解析部
区間解析部４０１０は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)のうちの吸気期に属する少なくとも１個のフレーム画像Img(a1),・・・,Img(ap)について導出される少なくとも１個の心臓状態を示す指標Idx1(a1),・・・,Idx1(ap)の平均値を吸気期の区間指標Idx4(a)とする。また、区間解析部４０１０は、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)のうちの呼気期に属する少なくとも１個のフレーム画像Img(b1),・・・,Img(bq)について導出される少なくとも１個の心臓状態を示す指標Idx1(b1),・・・,Idx1(bq)の平均値を呼気期の区間指標Idx4(b)とする。これにより、吸気期の区間指標Idx4(a)及び呼気期の区間指標Idx4(b)が導出される。吸気期の区間指標Idx4(a)は吸気期の典型的な心臓状態を示し、呼気期の区間指標Idx4(b)は呼気期の典型的な心臓状態を示す。吸気期の区間指標Idx4(a)及び呼気期の区間指標Idx4(b)により、吸気期と呼気期との間の心臓状態を示す指標の変化を導出可能になる。

平均値が他の種類の代表値に置き換えられてもよい。例えば、平均値が中央値、最小値、最大値等に置き換えられてもよい。平均値が２個以上の心臓状態を示す指標から無作為に選択された１個の心臓状態を示す指標に置き換えられてもよい。無作為な選択が行われる場合は、精度がやや低下する可能性があるが、区間指標を導出する処理が簡略化される。

（５．３）互いに異なる呼吸速度の割り当て
呼吸速度の絶対値は典型的には単位時間当たりの換気量であり、呼吸速度の符号は典型的には吸気期においては正であり呼気期においては負である。呼吸速度の絶対値及び符号の定義が変更されてもよい。例えば、呼吸速度の絶対値が医用動画像における横隔膜の移動速度の絶対値であってもよい。呼吸速度の符号が吸気期において負であり呼気期においては正であることも許される。

吸気期は符号が正である呼吸速度が割り当てられた区間であり、呼気期は符号が負である呼吸速度が割り当てられた区間である。したがって、吸気期及び呼気期は、互いに異なる呼吸速度の符号が割り当てられた２個の区間である。互いに異なる呼吸速度の符号を２個の区間に割り当てることに代えて、又は、互いに異なる呼吸速度の符号を２個の区間に割り当てることに加えて、互いに異なる呼吸速度の絶対値が２個以上の区間に割り当てられてもよい。より一般的には、互いに異なる呼吸速度が２個以上の区間に割り当てられる。呼吸速度は肺の内部の気圧と連動して変化するため、２個以上の区間に互いに異なる呼吸速度を割り当てることは、心臓状態の肺の内部の気圧による変化を特定することを可能にする。

望ましくは、呼吸速度が０に近い状態は吸気期及び呼気期から除外される。吸気期及び呼気期とは別に呼吸速度が０に近い区間が設定されてもよい。呼吸速度が０に近くなるのは、吸気期から呼気期へ遷移する頃及び呼気期から吸気期へ遷移する頃である。

吸気期の一部が一の区間とされ呼気期の一部が他の区間とされてもよい。望ましくは、一の区間及び他の区間には同程度の肺の大きさが割り当てられる。これにより、肺の大きさの影響が除去され、心臓状態の呼吸速度による変化を示す指標が導出される。

（５．４）互いに異なる肺の大きさの割り当て
互いに異なる呼吸速度を２個以上の区間に割り当てることに代えて、又は、互いに異なる呼吸速度を２個以上の区間に割り当てることに加えて、呼吸速度とは別の観点から互いに異なる呼吸状態が２個以上の区間に割り当てられてもよい。例えば、互いに異なる肺の大きさが２個以上の区間に割り当てられてもよい。

互いに異なる肺の大きさが２個以上の区間に割り当てられる場合は、互いに異なる肺の幅、面積、大きさ等が２個以上の区間に割り当てられ、望ましくは互いに異なる肺の縦方向の幅が２個以上の区間に割り当てられる。

（５．５）互いに異なる呼吸位相の割り当て
互いに異なる呼吸位相が２個以上の区間に割り当てられてもよい。互いに異なる呼吸位相が２個以上の区間に割り当てられる場合は、例えば、吸気期の初期、中期及び後期並びに呼気期の初期、中期及び後期という６個の区間の各々について区間指標が導出される。これにより、心臓状態の呼吸位相による変化を示す指標が導出される。吸気期に含まれる区間の数が増減されてもよい。呼気期に含まれる区間の数が増減されてもよい。呼吸位相は、撮影される人の換気量から特定されてもよいし、医用動画像における横隔膜、肺等の動きから特定されてもよい。

（５．６）呼吸周期の全体からなる区間
２個以上の区間が呼吸周期の全体からなる区間を含んでもよい。例えば、吸気期及び呼気期の一方が一の区間とされ吸気期及び呼気期を合わせた区間が他の区間とされてもよい。これにより、呼吸周期の全体と特定の呼吸状態との間の心臓状態の変化が導出される。

（５．７）その他の割り当て
互いに異なる呼吸方法が２個以上の区間に割り当てられてもよい。例えば、自然呼吸が一の区間に割り当てられ、努力呼吸が他の区間に割り当てられてもよい。これにより、心臓状態の呼吸方法による変化を示す指標が導出される。

互いに異なる呼吸状態を２個以上の区間に割り当てることに加えて、呼吸状態とは別の観点から異なる状態が２個以上の区間に割り当てられてもよい。例えば、互いに異なる姿勢が２個以上の区間に割り当てられてもよい。例えば、立位が一の区間に割り当てられ、臥位が他の区間に割り当てられてもよい。

（５．８）全体解析部
全体解析部４０１１は、吸気期の区間指標Idx4(a)及び呼気期の区間指標Idx4(b)の差Idx4(a)-Idx4(b)の絶対値を肺機能を示す指標Idx2とする。差Idx4(a)-Idx4(b)の絶対値以外が肺機能を示す指標Idx2とされてもよい。例えば、比率Idx4(a)/Idx4(b)又はIdx4(b)/Idx4(a)等の吸気期の区間指標Idx4(a)と呼気期の区間指標Idx4(b)との相違が肺機能を示す指標Idx2とされてもよい。３個以上の区間指標が導出される場合は、３個以上の区間指標の分散、標準偏差等の３個以上の区間指標のばらつきが肺機能を示す指標Idx2とされてもよい。

（５．９）２呼吸周期以上
２呼吸周期以上にわたって心臓状態を示す指標が導出される場合は、２呼吸周期以上にわたって導出された心臓状態を示す指標が１呼吸周期にマッピングされ、２呼吸周期以上にわたって導出された心臓状態を示す指標が１呼吸周期について導出された心臓状態を示す指標と同様に処理される。これにより、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化がロバストに導出される。望ましくは、呼吸が同様に行われた呼吸周期について導出された心臓状態を示す指標のみがマッピングの対象になる。例えば、自然呼吸が行われた呼吸周期について導出された心臓状態を示す指標のみ又は努力呼吸が行われた呼吸周期について導出された心臓状態を示す指標のみがマッピングの対象とされる。呼吸が乱れた呼吸周期について導出された心臓状態を示す指標がマッピングの対象から除外されてもよい。

吸気期の区間指標及び呼気期の区間指標が導出される場合にマッピングが行われるときは、２個以上の吸気期が統合された１個の吸気期とされ、２以上の呼気期が統合された１個の呼気期とされる。２個以上の吸気期について導出された心臓状態を示す指標の平均値が統合された１個の吸気期の区間指標とされ、２個以上の呼気期について導出された心臓状態を示す指標の平均値が統合された１個の呼気期の区間指標とされる。２呼吸周期以上の各々について吸気期の区間指標及び呼気期の区間指標が導出され、２個以上の吸気期の区間指標の平均値が統合された１個の区間指標とされ、２個以上の呼気期の区間指標の平均値が統合された１個の区間指標とされてもよい。平均値が他の種類の代表値に置き換えられてもよい。例えば、平均値が中央値、最小値、最大値等に置き換えられてもよい。代表値が平均値又は中央値である場合は心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化がロバストに導出される。代表値が最大値又は最小値である場合は特異な心臓状態の呼吸状態による変化が導出される。

（６）第５実施形態
（６．１）画像解析部
第５実施形態は、第１実施形態の画像解析部を置き換える画像解析部に関する。第５実施形態の画像解析部は、主に心臓状態を示す指標の点で第１実施形態の画像解析部と異なる。第２実施形態から第４実施形態までにおいて説明した置き換えとともに第５実施形態において説明する置き換えが行われてもよい。

図１６のブロック図は、第５実施形態の画像解析部を示す。図１７の模式図は、第５実施形態の画像解析の内容を示す。

図１６に示される画像解析部５０００は、抽出部５０１０、導出部５０１１、特定部５０１２及び処理部５０１３を備える。抽出部５０１０は、心臓領域を抽出する。導出部５０１１は、心臓領域から心臓パラメーターを導出する。特定部は、心拍が起こった時間を特定する。処理部は、心拍が起こった時間における心臓パラメーターの変化を心臓状態を示す指標にする。

（６．２）抽出部
抽出部５０１０は、第１実施形態の場合と同様に、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)から心臓領域Rgn(i)を抽出する。これにより、２個以上の心臓領域Rgn(1),・・・,Rgn(m)が抽出される。

（６．３）導出部
導出部５０１１は、第１実施形態の場合と同様に、２個以上のフレーム画像Img(1),・・・,Img(m)の各々のフレーム画像Img(i)について、心臓領域Rgn(i)から心臓パラメーターIdx3(i)を導出する。これにより、２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)が導出される。２個以上の心臓パラメーターIdx3(1),・・・,Idx3(m)は、心臓パラメーターIdx3(i)の時間変化を示す。

（６．４）心臓パラメーターの導出例
図１８の模式図は、心壁の座標の時間変化の例を示す。

図１８に示される心壁の座標の時間変化が導出された場合は、一のフレーム画像における心壁の座標と他のフレーム画像における心壁の座標との差が導出される。

（６．５）特定部
特定部５０１２は、心臓パラメーターIdx3(i)の変化が基準以上となる２個以上の時間を２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)とする。２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が他のアルゴリズムにより特定されてもよい。例えば、心拍周期に一致する周期で繰り返される心臓パラメーターIdx3(i)の変化が特定され、特定された変化が発生した２個以上の時間が２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)とされてもよい。一般成人の心拍周波数は概ね６０〜１００回／分であるから、６０〜１００Ｈｚの周波数で繰り返される心臓パラメーターIdx3(i)の変化を特定することにより、体動に起因するノイズの影響が抑制され、２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が特定される。撮影装置１０１０以外の検出器の検出結果に基づいて２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が特定されてもよい。例えば、心電計の検出結果に基づいて２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が特定されてもよい。

（６．６）処理部
処理部５０１３は、２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)の各々の時間Tm(i)を含む心拍周期における心臓パラメーターIdx3(i)の変化を心臓状態を示す指標Idx1(i)とする。これにより、２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(n)が導出される。２個以上の心臓状態を示す指標Idx1(1),・・・,Idx1(n)が他のアルゴリズムにより導出されてもよい。

心臓状態を示す指標Idx1(i)は、心壁の位置の心拍による変化、心臓の大きさの心拍による変化、心臓領域の画素値の心拍による変化等である。心臓状態を示す指標Idx1(i)において正規化が行われてもよい。例えば、心臓の幅の心拍による変化が心臓の幅により正規化されてもよい。心臓の幅以外の心臓の大きさを反映する値により正規化が行われてもよい。例えば、フレーム画像が２次元画像である場合の心臓領域の周長、フレーム画像が３次元画像である場合の心臓領域の表面積等により正規化が行われてもよい。

一の心臓パラメーターから２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が特定され、２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)の各々の時間Tm(i)を含む心拍周期における他の心臓パラメーターの変化が心臓状態を示す指標Idx1(i)とされてもよい。例えば、心臓領域の画素値の変化が基準以上となる２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)が特定され、２個以上の心拍が起こった時間Tm(1),・・・,Tm(n)の各々の時間Tm(i)を含む心拍周期における心壁の座標の変化が心臓状態を示す指標Idx1(i)とされてもよい。

（６．７）心拍が起こった時間の特定及び心臓状態を示す指標の導出の例
図１９の模式図は、心壁の座標の時間変化の例を示す。図１９は、心臓パラメーターとして心壁の座標が導出された場合における４個の心拍が起こった時間の特定及び４個の心臓状態を示す指標の導出の例を示す。

図１９に示される心壁の座標は、概ね、心拍が起こった時間Tm(1),Tm(2),Tm(3)及びTm(4)においては時間が経過するにつれて急に大きくなり、一の心拍が終わってから続く他の心拍が始まるまでの時間においては時間が経過するにつれて緩やかに小さくなる。このような心壁の座標の時間変化の特徴を利用して、心拍が起こった時間Tm(1),Tm(2),Tm(3)及びTm(4)が特定され、心壁の座標の心拍による変化Dfr(1),Dfr(2),Dfr(3)及びDfr(4)が導出される。

心拍が起こった時間Tm(1),Tm(2),Tm(3)及びTm(4)が特定される場合は、心壁の座標が時間微分され、心壁の座標の微分係数が求められ、心壁の座標の微分係数が基準以上となる時間が心拍が起こった時間Tm(1),Tm(2),Tm(3)及びTm(4)とされる。

心壁の座標の心拍による変化Dfr(1),Dfr(2),Dfr(3)及びDfr(4)が導出される場合は、時間が心拍周期Prd(1),Prd(2),Prd(3)及びPrd(4)に区切られる。心拍周期Prd(1),Prd(2),Prd(3)及びPrd(4)は、それぞれ、時間Tm(1),Tm(2),Tm(3)及びTm(4)を含む。心拍周期Prd(1),Prd(2),Prd(3)及びPrd(4)の各々の心拍周期Prd(i)において心壁の座標の最大値と最小値との差Dfr(i)が導出される。これにより、心壁の座標の最大値と最小値との差Dfr(1),Dfr(2),Dfr(3)及びDfr(4)が導出される。心壁の座標の最大値と最小値との差Dfr(1),Dfr(2),Dfr(3)及びDfr(4)は、それぞれ、心臓状態を示す指標Idx1(1),Idx1(2),Idx1(3)及びIdx1(4)とされる。心壁の座標の最大値と最小値との差Dfr(i)が他の種類の心壁の座標の変化を示す値に置き換えられてもよい。例えば、差が比率に置き換えられてもよい。心壁の座標以外の心臓パラメーターの時間変化から心拍が起こった時間が特定されてもよい。例えば、心臓領域における画素値の時間変化から心拍が起こった時間が特定されてもよい。

（６．８）心臓パラメーターの心拍による変化の例
図２０の模式図は、心壁の座標の心拍による変化の例を示す。

図２０に示される例においては、一のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(1)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(3)に描写され、他のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(2)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(4)に描写される。位置Psn(1),Psn(2),Psn(3)及びPsn(4)がそれぞれｘ方向の座標値x(1),x(2),x(3)及びx(4)で表現される場合は、心壁の一の部分の座標の心拍による変化は一のフレーム画像における座標値x(1)と他のフレーム画像における座標値x(2)との差x(2)-x(1)又はx(1)-x(2)であり、心壁の他の部分の座標の心拍による変化は一のフレーム画像における座標値x(3)と他のフレーム画像における座標値x(4)との差x(4)-x(3)又はx(3)-x(4)である。

図２１の模式図は、心壁の座標の心拍による変化の例を示す。

図２１に示される例においては、一のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(1)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(3)に描写され、他のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(2)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(4)に描写される。位置Psn(1)，Psn(3)，Psn(2)及びPsn(4)がそれぞれ基準点からの距離r(1),r(2),r(3)及びr(4)で表現される場合は、心壁の一の部分の座標の心拍による変化は一のフレーム画像における距離r(1)と他のフレーム画像における距離r(2)との差r(2)-r(1)又はr(1)-r(2)であり、心壁の他の部分の座標の心拍による変化は一のフレーム画像における距離r(3)と他のフレーム画像における距離r(4)との差r(4)-r(3)又はr(3)-r(4)である。

図２２の模式図は、心壁の幅の心拍による変化の例を示す。

図２２に示される例においては、一のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(1)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(3)に描写され、他のフレーム画像において心壁の一の部分が位置Psn(2)に描写され心壁の他の部分が位置Psn(4)に描写される。一のフレーム画像における心臓の幅は心壁の一の部分から心壁の他の部分までのｘ方向の距離w(1)であり、他のフレーム画像における心臓の幅は心壁の一の部分から心壁の他の部分までのｘ方向の距離w(2)であり、心臓の幅の心拍による変化は一のフレーム画像における心臓の幅w(1)と他のフレーム画像における心臓の幅w(2)との差w(2)-w(1)又はw(1)-w(2)である。

図２３の模式図は、心臓の面積の心拍による変化の例を示す。

図２３に示される例においては、一のフレーム画像において心壁が位置Psn(1)に描写され、他のフレーム画像において心壁が位置Psn(2)に描写される。心臓の面積の心拍による変化は一のフレーム画像における心臓の面積s(1)と他のフレーム画像における心臓の面積s(2)との差s(1)-s(2)又はs(2)-s(1)である。

（６．９）心臓状態を示す指標及び肺機能を示す指標の例
図２４の模式図は、心臓状態を示す指標及び肺機能を示す指標の例を示す。図２４は、ＣＯＰＤ患者及び健常者の各々について、心臓状態を示す指標として心拍による心臓パラメーターの心拍による変化を「心拍１」から「心拍６」までの欄に示し、６個の心臓パラメーターの心拍による変化の最大値、最小値、平均値及び中間値をそれぞれ「Max」「Min」「Average」及び「Median」の欄に示し、肺機能を示す指標として最大値と最小値との差、最大値と最小値との比率及び標準偏差をそれぞれ「Max-Min（差）」「Max/Min（比率）」及び「標準偏差σ」の欄に示す。

図２４に示される例によれば、ＣＯＰＤ患者の肺機能を示す指標は、健常者の肺機能を示す指標より大きくなる。このため、肺機能を示す指標は、ＣＯＰＤへの罹患の有無を推定するのに役立ち、肺機能を示す指標の全部又は一部が閾値より大きい場合にはＣＯＰＤへの罹患の疑いがある。例えば、最大値と最小値との比率が閾値の１．５以上である場合は、ＣＯＰＤへの罹患の疑いがある。

（６．１０）２呼吸周期以上
２呼吸周期以上にわたって心臓状態を示す指標が導出される場合は、２呼吸周期以上にわたって導出された心臓状態を示す指標が１呼吸周期にマッピングされる。第５実施形態においては、心拍が起こった時間の心臓状態を示す指標を導出可能であるが任意の時間の心臓状態を導出することはできないため、心拍周期より短い時間間隔で心臓状態を示す指標を導出することはできない。しかし、２呼吸周期以上にわたって導出された心臓状態を示す指標が１呼吸周期にマッピングされる場合は、２呼吸周期以上の各々において心臓状態を示す指標が導出される呼吸状態が異なることが期待されるため、多くの呼吸状態の各々における心臓状態を示す指標が導出される。

図２５の模式図及び図２６の模式図の各々は、マッピングが行われる前後の心壁の座標の心拍による変化（心壁の動き）の例を示す。図２５は、マッピングが行われる前の状態を示し、図２６はマッピングが行われた後の状態を示す。

図２５に示されるマッピングが行われる前の状態においては、心拍周期より短い時間間隔で心壁の動きを示す指標を導出することができないことに起因して、心壁の動きの導出の頻度は疎である。これに対して、図２６に示されるマッピングが行われた後の状態においては、心壁の動きの導出の頻度が密になっている。

（６．１１）医用動画像
第５実施形態の画像解析部が第１実施形態の画像解析部を置き換える場合は、望ましくは心臓の全体を含む範囲が撮影される。これにより、互いに異なる動きをする左心室、左心房、右心室及び右心房の各々について心臓状態を示す指標が導出され、目的に応じた心臓状態を示す指標が導出される。例えば、心臓状態を示す指標を精度よく導出するためには、心拍による動きが大きい部位について心臓状態を示す指標が導出される。多数の呼吸状態における心臓状態を示す指標を導出するためには、互いに異なるタイミングで動く２個以上の部位の各々について心臓状態を示す指標が導出される。

医用動画像は、１呼吸周期以上にわたって撮影される。加えて、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化を導出するのに必要な２個以上の呼吸状態の各々における心拍をとらえるように医用動画像は撮影される。これにより、心臓パラメーターの心拍による変化が導出され、心臓状態が導出される。

医用動画像の撮影は、心臓状態を示す指標の呼吸状態による変化を導出するのに必要な２個以上の呼吸状態における撮影が完了し当該２個以上の呼吸状態の各々における心拍をとらえたと画像撮影システムが判定した場合に終了する。心拍をとらえたことの判定は、例えば、医用動画像における心臓の動きに基づいて行われる。撮影装置以外の検出器の検出結果に基づいて心拍をとらえたことの判定が行われてもよい。例えば、心電計の検出結果に基づいて心拍をとらえたことの判定が行われてもよい。操作者の操作に応じて医用動画像の撮影が終了してもよい。

矩形波状の波形を有するＸ線が１心拍周期にわたって連続して発生させられる場合は、心臓の大きさが最大になった状態と心臓の大きさが最小になった状態とが２個以上のフレーム画像の各々に描写されるため、２個以上のフレーム画像の各々から心臓パラメーターの心拍による変化が導出される。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。したがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。

１０００ 画像撮影システム
２０００ 画像解析部
３０００ 画像解析部
４０００ 指標解析部
５０００ 画像解析部

Claims (19)

1. 心臓を撮像することにより得られ２個以上のフレーム画像を有する動画像を取得する取得部と、
   前記２個以上のフレーム画像について各々が心臓状態を示す２個以上の第１の指標を導出する画像解析部と、
   前記２個以上の第１の指標の呼吸状態による変化から肺機能を示す第２の指標を導出する指標解析部と、
   を備える画像解析装置。
2. 前記２個以上の第１の指標の各々が心壁の位置、心臓の大きさ又は心臓が描写された領域の画素値である
   請求項１の画像解析装置。
3. 前記画像解析部は、
   前記２個以上のフレーム画像の各々について心臓状態を示すが心拍の影響を含む第３の指標を導出することにより２個以上の第３の指標を導出する導出部と、
   前記２個以上の第３の指標から心拍の影響を除去することにより前記２個以上の第１の指標を導出する除去部と、
   を備える請求項１又は２の画像解析装置。
4. 前記除去部は、
   前記２個以上のフレーム画像の各々が撮影された時点を含む１心拍周期以上の間に撮影された複数のフレーム画像について求められた複数の第３の指標の代表値を求め、前記代表値を前記２個以上のフレーム画像の各々についての第１の指標とすることにより心拍の影響を除去する
   請求項３の画像解析装置。
5. 前記代表値が平均値、最小値、最大値又は中央値である
   請求項４の画像解析装置。
6. 前記除去部は、
   前記２個以上の第３の指標に時間領域のローパスフィルターを適用することにより心拍の影響を除去する
   請求項３の画像解析装置。
7. 前記画像解析部は、
   前記２個以上のフレーム画像に時間領域のローパスフィルターを適用しローパスフィルターが適用された２個以上のフレーム画像を得るローパスフィルター部と、
   前記ローパスフィルターが適用された２個以上のフレーム画像の各々について第１の指標を導出することにより前記２個以上の第１の指標を導出する導出部と、
   を備える請求項１又は２の画像解析装置。
8. 前記画像解析部は、
   前記２個以上のフレーム画像の各々から心臓領域を抽出することにより２個以上の心臓領域を抽出する抽出部と、
   前記２個以上の心臓領域に時間領域のローパスフィルターを適用することによりローパスフィルターが適用された２個以上の心臓領域を得るローパスフィルター部と、
   前記ローパスフィルターが適用された２個以上の心臓領域の各々から第１の指標を求めることにより前記２個以上の第１の指標を導出する導出部と、
   を備える請求項１又は２の画像解析装置。
9. 前記２個以上の第１の指標の各々が心壁の位置の心拍による変化、心臓の大きさの心拍による変化又は心臓が描写された領域の画素値の心拍による変化である
   請求項１の画像解析装置。
10. 前記画像解析部は、
    前記２個以上のフレーム画像の各々について心臓状態を示すが心拍の影響を含む第３の指標を導出することにより２個以上の第３の指標を導出する導出部と、
    ２個以上の心拍が起こった時間を特定する特定部と、
    前記２個以上の心拍が起こった時間の各々を含む心拍周期における第３の指標の変化を第１の指標とすることにより前記２個以上の第１の指標を求める処理部と、
    を備える請求項９の画像解析装置。
11. 前記特定部は、
    第３の指標の変化が基準以上となる２個以上の時間を前記２個以上の心拍が起こった時間とする
    請求項１０の画像解析装置。
12. 前記第２の指標が前記２個以上の第１の指標の最大値と最小値との相違又は前記２個以上の第１の指標のばらつきである
    請求項１から１１までのいずれかの画像解析装置。
13. 前記指標解析部は、
    前記２個以上の第１の指標の最大値と最小値との相違又は前記２個以上の第１の指標のばらつきを反映する第１次指標を導出し、前記第１次指標から肺機能を示す第２次指標をさらに導出する
    請求項１から１２までのいずれかの画像解析装置。
14. 前記指標解析部は、
    ２個以上の区間の各々に属する少なくとも１個のフレーム画像について導出される少なくとも１個の第１の指標から前記２個以上の区間の各々の区間指標を導出することにより２個以上の区間指標を導出する区間解析部と、
    前記２個以上の区間指標から前記第２の指標を導出する全体解析部と、
    を備える請求項１から１３までのいずれかの画像解析装置。
15. 前記２個以上の区間に互いに異なる呼吸状態を割り当てる
    請求項１４の画像解析装置。
16. 前記互いに異なる呼吸状態が互いに異なる呼吸速度、互いに異なる肺の大きさ又は互いに異なる呼吸位相である
    請求項１５の画像解析装置。
17. 前記動画像は、１呼吸周期以上にわたって心臓を撮影することにより得られる
    請求項１から１６までのいずれかの画像解析装置。
18. 心臓を撮影することにより得られ２個以上のフレーム画像を有する医用動画像を生成する撮影装置と、
    請求項１から１７までのいずれかの画像解析装置と、
    を備える画像撮影システム。
19. 心臓を撮像することにより得られ２個以上のフレーム画像を有する動画像を取得する第１の工程と、
    前記２個以上のフレーム画像について各々が心臓状態を示す２個以上の第１の指標を導出する第２の工程と、
    前記２個以上の第１の指標の呼吸状態による変化から肺機能を示す第２の指標を導出する第３の工程と、
    をコンピューターに実行させる画像解析プログラム。

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