JP6809905B2

JP6809905B2 - 画像診断装置、画像診断装置の作動方法及びプログラム

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Publication number: JP6809905B2
Application number: JP2016566154A
Authority: JP
Inventors: 淳也古市; 耕一井上; 聖衛藤
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: JPWO2016104288A1; WO2016104288A1

Description

本発明は、画像診断装置、画像診断装置の作動方法及びプログラムに関するものである。

近年、バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療が行われている。手術前の診断、或いは、手術後の経過確認のため、光干渉断層診断装置（ＯＣＴ：ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）や血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：ＩｎｔｒａＶａｓｃｕｌａｒＵｌｔｒａＳｏｕｎｄ）等の画像診断装置が用いられるのが一般的である。ＯＣＴの改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置（ＳＳ−ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）も開発されている。

画像診断装置は、診断の結果得られる、例えば、狭窄率や分枝におけるプラークの存在などの情報から血管部位の治療の必要性を決定する際に使用されたり、治療直後のステントの血管に対する密着率の評価に使用されたり、手技の確認のために使用されている。

画像診断装置の多くは、取得した断画面像とともに、断面画像の任意の角度を時系列に積層して生成される縦断面画像を表示することで、医師へ血管全体の病変情報を提供する（特許文献１参照）。

また、医師は治療の際にＸ線画像から治療対象部位を判断する。この際、画像診断装置で表示された縦断面画像とＸ線画像とを比較することで、Ｘ線画像に表示された血管部位上の断面画像を推定している。この推定の際に、ランドマークとして縦断面画像上の分枝を使用している。

医師は血管の治療部位を判断するために、Ｘ線画像上に表示されている血管の位置に対応する、画像診断装置で取得された断面画像を確認する必要がある。現在のところ、画像診断装置に表示されている縦断面画像上の分枝位置と、Ｘ線画像上の血管分枝位置とを比較することにより確認作業が実施されている。

特開２０１１−０７２５９６号公報

しかしながら、従来技術では、画像診断装置に表示される縦断面画像は、取得された断面画像の任意の角度の画像を時系列に積層して生成されるが、生成時に使用された角度方向に分枝が存在している保証はない。よって、縦断面画像上に分枝位置を表示させるためには、操作者が任意の角度を操作して分枝を観察できるように縦断面画像を生成し直す必要がある。

分枝が観察可能な縦断面画像を生成し直すのに要する時間は、操作者の画像に対する習熟度に依存するため、分枝が観察可能な縦断面画像の生成に時間がかかる場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、観察に適した縦断面画像の生成を容易にする技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像診断装置は以下のような構成を備える。すなわち、
光の送受信を連続的に行う送受信部を、管状組織において軸方向に移動させながら前記管状組織からの反射光を取得し、当該反射光に基づいて画像を生成する画像診断装置であって、
前記反射光に基づいて前記管状組織の断面画像の生成に用いられるラインデータを生成するラインデータ生成手段と、
前記ラインデータに基づいて、前記ラインデータのピークのデータ値が閾値以下であるラインデータを分岐と判定することにより、前記管状組織の分枝を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像の構築角度を設定する設定手段と、
前記ラインデータと前記検出手段による検出結果とに基づいて、前記管状組織の軸方向と交差する方向の横断面画像を生成する横断面画像生成手段と、
前記ラインデータと前記構築角度とに基づいて、前記縦断面画像を生成する縦断面画像生成手段と
を備える。

本発明によれば、観察に適した縦断面画像の生成が容易になる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係る画像診断装置の外観構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る画像診断装置の機能構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る信号処理部の機能構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る主管と側管とのなす角度の算出方法の説明図である。本発明の一実施形態に係る画像診断装置が実施する処理の手順を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る縦断面画像および横断面画像の生成処理の説明図である。本発明の一実施形態に係る縦断面画像および横断面画像の生成処理の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝を含むフレームの位置を示す強調表示マークの一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る分枝検出部が実施する分枝位置（角度θ）の算出処理の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝検出部が実施する分枝位置（角度θ）の算出処理の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝検出部が実施する分枝位置（角度θ）の算出処理の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝の直径の相対的な大きさを算出する手順の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝の直径の大きさを算出する手順の説明図である。本発明の一実施形態に係る分枝の直径の相対的な大きさを算出する手順の説明図である。本発明の一実施形態に係る管状組織の縦断面模式図（分枝と狭窄部との距離）である。本発明の一実施形態に係る管状組織の縦断面模式図（分枝とステントとの距離）である。

以下、本発明の各実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、明細書を通じて同一の参照符号は同一の構成要素を表している。

＜１．画像診断装置の外観構成＞
図１は、本発明の一実施形態にかかる画像診断装置（光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）または波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ））１００の外観構成を示す図である。

図１に示すように、画像診断装置１００は、光プローブ部１０１と、スキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４により接続されている。

光プローブ部１０１は、直接血管等の管状組織内に挿入され、伝送された測定光を連続的に管状組織に向けて送信するとともに、管状組織からの反射光を連続的に受信する送受信部を先端に備えるイメージングコアを内挿しており、該イメージングコアを用いることで管状組織の状態を測定する。

スキャナ／プルバック部１０２は、光プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられるよう構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部１０１に内挿されたイメージングコアのラジアル動作（管腔内の軸方向の動作及び回転方向の動作）を実現している。また、送受信部が受信した反射光を取得するとともに、信号線１０４を介して該取得した反射光を操作制御装置１０３に送信する。

操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定結果を管状組織の断面画像として表示するための機能を備える。

操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られた反射光と、測定光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで、干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、管状組織の軸に直交する方向の横断面画像を複数生成する。

１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び各種指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された管状組織の複数の断面画像を表示する。

＜２．画像診断装置の機能構成＞
次に、画像診断装置１００の機能構成について説明する。なお、上述したように、画像診断装置には、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）及び波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）が含まれるが、以下では、主として波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）について説明する。

図２は、画像診断装置１００である、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置の機能構成を示す図である。

２０８は波長掃引光源であり、ＳｗｅｐｔＬａｓｅｒが用いられる。ＳｗｅｐｔＬａｓｅｒを用いた波長掃引光源２０８は、カップラ２１４と、ＳＯＡ２１５（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｐｔｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、リング状に結合された光ファイバ２１６と、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ａとを含む、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｃａｖｉｔｙＬａｓｅｒの一種である。

ＳＯＡ２１５から出力された光は、光ファイバ２１６を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ａに入り、ここで波長選択された光は、ＳＯＡ２１５で増幅され、最終的にカップラ２１４から出力される。

ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ａでは、光を分光する回折格子２１２とポリゴンミラー２０９との組み合わせで波長を選択する。具体的には、回折格子２１２により分光された光を２枚のレンズ（レンズ２１０、レンズ２１１）によりポリゴンミラー２０９の表面に集光させる。これにより、ポリゴンミラー２０９と直交する波長の光のみが同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ａから出力されることとなる。このため、ポリゴンミラー２０９を回転させることで、波長の時間掃引を行うことができる。

ポリゴンミラー２０９は、例えば、７２面体のミラーが使用され、回転数が５００００ｒｐｍ程度である。ポリゴンミラー２０９と回折格子２１２とを組み合わせた波長掃引方式により、高速かつ高出力の波長掃引が可能である。

カップラ２１４から出力された波長掃引光源２０８の光は、第１のシングルモードファイバ２３０の一端に入射され、先端側に伝送される。第１のシングルモードファイバ２３０は、途中の光カップラ部２３４において第２のシングルモードファイバ２３７及び第３のシングルモードファイバ２３１と光学的に結合されている。従って、第１のシングルモードファイバ２３０に入射された光は、光カップラ部２３４により最大で３つの光路に分割されて伝送される。

第１のシングルモードファイバ２３０の光カップラ部２３４より先端側には、非回転部と回転部との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント２０３と、光ロータリジョイント２０３を駆動する回転駆動装置２０４とが設けられている。

さらに、光ロータリジョイント２０３内の第４のシングルモードファイバ２３５の先端側には、光プローブ部１０１の第５のシングルモードファイバ２３６がアダプタ２０２を介して着脱自在に接続されている。これによりイメージングコア２０１内に挿通され回転駆動可能な第５のシングルモードファイバ２３６に、波長掃引光源２０８からの光が伝送される。

伝送された光は、イメージングコア２０１の先端側から管状組織に対してラジアル動作しながら照射される。そして、管状組織（例えば血管）の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部がイメージングコア２０１により取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ２３０側に戻る。さらに、光カップラ部２３４によりその一部が第２のシングルモードファイバ２３７側に移り、第２のシングルモードファイバ２３７の一端から出射されることで、光検出器（例えばフォトダイオード２１９）にて受光される。

なお、光ロータリジョイント２０３の回転部側は回転駆動装置２０４のラジアル走査モータ２０５により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ２０５の回転角度は、エンコーダ部２０６により検出される。さらに、スキャナ／プルバック部１０２は、直線駆動装置２０７を備え、信号処理部２２３からの指示に基づいて、イメージングコア２０１の軸方向の動作を規定する。

一方、第３のシングルモードファイバ２３１の光カップラ部２３４と反対側の先端には、参照光の光路長を微調整する光路長の可変機構２２５が設けられている。当該光路長の可変機構２２５は、光プローブ部１０１を交換して使用した場合の個々の光プローブ部１０１の長さのばらつきを吸収できるよう、その長さのばらつきに相当する光路長を変化させる光路長変化部として機能する。

具体的には、第３のシングルモードファイバ２３１およびコリメートレンズ２２６が、その光軸方向に矢印２３３で示すように移動自在な１軸ステージ２３２上に設けられている。そして、光プローブ部１０１を交換した場合に、当該１軸ステージ２３２が、光プローブ部１０１の光路長のばらつきを吸収できるだけの光路長の可変範囲を移動することで光路長変化部としての機能を実現する。なお、１軸ステージ２３２はオフセットを調整する調整部としても機能する。例えば、光プローブ部１０１の先端が生体組織の表面に密着していない場合に、１軸ステージにより光路長を微小変化させることで、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能となる。

光路長の可変機構２２５で光路長が微調整された光は、第３のシングルモードファイバ２３１の途中に設けられた光カップラ部２３４で第１のシングルモードファイバ２３０側から得られた光と合波されて、第２のシングルモードファイバ２３７を介してフォトダイオード２１９にて受光される。

このようにしてフォトダイオード２１９にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ２２０により増幅された後、復調器２２１に入力される。この復調器２２１では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力は干渉光信号としてＡ／Ｄ変換器２２２に入力される。

Ａ／Ｄ変換器２２２では、干渉光信号を例えば１８０ＭＨｚで２０４８ポイント分サンプリングして、１ラインのデジタルデータ（干渉光データ）を生成する。なお、サンプリング周波数を１８０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を４０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（１２．５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出できることを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。

Ａ／Ｄ変換器２２２にて生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部２２３に入力される。信号処理部２２３では、干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解して深さ方向のデータ（ラインデータ）を生成し、これを座標変換することにより、管状組織（例えば血管）内の軸方向の各位置での断面画像を生成し、操作パネル１１２からの指示のもと、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。

信号処理部２２３は、光路長調整部制御装置２１８とさらに接続されている。信号処理部２２３は、光路長調整部制御装置２１８を介して１軸ステージ２３２の位置の制御を行う。また、信号処理部２２３は、モータ制御回路２２４と接続されており、モータ制御回路２２４よりビデオ同期信号を受信する。信号処理部２２３では、受信したビデオ同期信号に同期して断面画像の生成を行う。

また、モータ制御回路２２４のビデオ同期信号は、回転駆動装置２０４にも送られ、回転駆動装置２０４ではビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力する。

＜３．信号処理部の機能構成＞
次に、画像診断装置１００の信号処理部２２３における各種処理を実現するための機能構成について説明する。なお、以下では、信号処理部２２３において実現される各種処理のうち、軸に直交する方向の横断面画像を生成する処理及び軸方向の縦断面画像を生成する処理（生成処理）、ならびにラインデータを信号処理部２２３内に格納する処理（格納処理）を中心に説明する。

また、以下に説明する生成処理及び格納処理は、専用のハードウェアを用いて実現されてもよいし、各部の機能をソフトウェアにより（コンピュータがプログラムを実行することにより）実現されてもよい。

図３Ａは、画像診断装置１００の信号処理部２２３における生成処理と格納処理とを実現するための機能ブロックならびに当該処理に関連する信号処理部２２３以外の機能ブロックを示した図である。

図３Ａに示すように、Ａ／Ｄ変換器２２２で生成された干渉光データは、信号処理部２２３内のラインデータ生成部３０１において、モータ制御回路２２４から出力されるラジアル走査モータ２０５のエンコーダ部２０６の信号を用いて、ラジアル走査モータ１回転あたりのライン数が５１２本となるように処理される。なお、ここでは一例として、５１２ラインからなる横断面画像を生成することとしているが、ライン数はこれに限定されるものではない。

光の送受信を連続的に行う送受信部を、管状組織において軸方向に移動させながら当該管状組織からの反射光を取得し、ラインデータ生成部３０１は、当該反射光に基づいて管状組織の断面画像の生成に用いられるラインデータ３１４を生成する。

ラインデータ生成部３０１から出力されたラインデータ３１４は、制御部３０６からの指示に基づいて、ラジアル走査モータ１回転分ごとに、ラインデータメモリ３０２に格納される。このとき、制御部３０６では、直線駆動装置２０７の移動量検出器より出力されたパルス信号３１３をカウントしておき、ラインデータ３１４をラインデータメモリ３０２に格納する際、それぞれのラインデータ３１４が生成された際にカウントされたカウント値と対応付けて格納する。

なお、ここでは、ラインデータメモリ３０２を配し、ラインデータ３１４と、直線駆動装置２０７の移動量検出器から出力されたパルス信号３１３のカウント値とを対応付けて格納する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、横断面画像生成部３０３の後に断面画像データメモリを配し、横断面画像３１７と、直線駆動装置２０７の移動量検出器から出力されたパルス信号３１３のカウント値とを対応付けて格納するように構成してもよい。

図３Ａの説明に戻る。ラインデータメモリ３０２から出力されたラインデータ３１５は、分枝検出部３０２１および横断面画像生成部３０３へ入力される。

分枝検出部３０２１は、ラインデータ３１５を用いて、各フレーム画像について管状組織の分枝の方向を角度情報として検出する。これは、断面画像においてどの方向に分枝が延びているかを角度情報として検出するものである。縦断面画像を生成する際には、当該角度情報の少なくともいずれか１つが縦断面画像の構築角度として用いられることになる。これにより、一連のフレーム画像のそれぞれについて分枝の有無、分枝がある場合にはその分枝が延びている方向がわかることになる。

また、ラインデータ３１５は、制御部３０６からの指示に基づいて、分枝検出部３０２１から縦断面画像生成部３０４によって読み出される。縦断面画像生成部３０４は、分枝検出部３０２１による検出結果（分枝の角度情報）と、読み出されたラインデータ３１５とを用いて、管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像３１６を生成する。

より具体的には、分枝位置設定部３０２２が、分枝検出部３０２１による検出結果に基づいて、管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像の構築角度を設定する。例えば、複数のフレームで分枝が検出された場合に、各フレームでの分枝の角度情報のうち所定の位置のフレームにおける角度情報を構築角度として自動的に設定してもよい。所定の位置とは、一般に管状組織の細い側から太い側へプルバック操作が行われることから、例えば、最も太い側に対応するフレームの分枝の角度情報を代表して設定する。これは、太い管状組織の側からの分枝は太い分枝となることが多く、医師の診断対象として重要視されることが多いためである。

ただし、構築角度の設定は当該方法に限定されるものではない。各フレームの分枝の分岐部分の直径に基づいて構築角度を設定してもよい。例えば、当該直径が最も大きいフレームの角度情報を構築角度としてもよい。分枝の直径の算出方法については後述する。

また、管状組織の主管と側管（分枝）とのなす角度を算出し、当該なす角度に基づいて構築角度を設定してもよい。例えば、管状組織の断面画像とともに撮影したＸ線透視画像から、対象としたい分枝部分における主管と側管とのなす角度の概略値を操作パネル１１２を介して予め入力しておき、当該概略値と近いなす角度を有するフレームの角度情報を構築角度としてもよい。また、状組織の主管と側管（分枝）とのなす角度が最大となるフレームの角度情報を構築角度としてもよい。

ここで、図３Ｂを参照して、管状組織の主管と側管（分枝）とのなす角度の算出方法の一例を説明する。図３Ｂに示すように、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線と管状組織の主管とのなす角度をθ_ＡＢとする。各フレームＦ_１、Ｆ_２のラインデータを用いて図３Ｂにおけるｍ、ｎが求まる。また、フレームＦ_１、Ｆ_２の間隔よりｐが求まる。これらの情報からｔａｎθ_ＡＢ＝（ｍ−ｎ）／ｐであり、したがってθ_ＡＢ＝ｔａｎ^−１｛（ｍ−ｎ）／ｐ｝として算出することができる。

縦断面画像を生成した場合に表示される分枝の数が最も多くなる角度情報を構築角度としてもよい。さらには、分枝にガイドワイヤが存在している場合には、分枝を通っているガイドワイヤを視認可能なフレームの角度情報を構築角度としてもよい。

生成された縦断面画像３１６は、制御部３０６からの指示に基づいて、画像処理部３０５により読み出され、ＬＣＤモニタ１１３に表示するための画像処理が施された後、縦断面画像３１６'としてＬＣＤモニタ１１３に出力される。

また、横断面画像生成部３０３は、分枝検出部３０２１による検出結果に基づいて、管状組織の軸方向と交差する方向の横断面画像を生成するフレームを決定し、ラインデータ３１５に対して各種処理（ライン加算平均処理、フィルタ処理等）を施した後にＲθ変換を行い、横断面画像３１７として出力する。生成された横断面画像３１７は、制御部３０６からの指示に基づいて、画像処理部３０５により読み出され、ＬＣＤモニタ１１３に表示するための画像処理が施された後、横断面画像３１７'としてＬＣＤモニタ１１３に出力される。

ＬＣＤモニタ１１３は、画像処理部３０５において画像処理された横断面画像３１７'と縦断面画像３１６'とを並列して表示する。

＜４．縦断面画像および横断面画像の生成処理＞
続いて、本実施形態に係る画像診断装置１００が実施する縦断面画像および横断面画像の生成処理の詳細について説明する。

図３Ｃは、本実施形態に係る画像診断装置１００が実施する処理の手順を示すフローチャートである。また、図４Ａ乃至図４Ｃは、縦断面画像および横断面画像の生成処理の説明図である。画像診断装置１００は、光の送受信を連続的に行う送受信部を管状組織において軸方向に移動させながら管状組織からの反射光を取得する。

Ｓ３００１において、ラインデータ生成部３０１は、当該管状組織からの反射光に基づいて管状組織の断面画像の生成に用いられるラインデータを生成する。図４Ａにおける４０１が、ラインデータ生成部３０１により生成されてラインデータメモリ３０２に格納されている各フレームにおけるラインデータである。

Ｓ３００２において、分枝検出部３０２１は、ラインデータ生成部３０１により生成されたラインデータに基づいて、各フレームから管状組織の分枝を検出する。図４Ａにおける４０２が、複数のラインデータ４０１のうちの１つのフレームのラインデータである。４０２１が分枝位置（角度θ）を示している。

４０３は、各フレームにおけるラインデータ４０１のうち、分枝検出部３０２１により分枝が検出されたフレームと、各フレームについて算出された分枝位置（角度θ）とを示している。ラインデータ４０１のうち、一部のフレームで分枝が検出されており、分枝が検出されたフレームの分枝位置（角度θ）が、それぞれθ_１、θ_２、...、θ_ｎで表されている。なお、分枝位置（角度θ）の算出処理については図５および図６を参照して後述する。

Ｓ３００３において、分枝位置設定部３０２２は、分枝検出部３０２１による検出結果に基づいて、管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像の構築角度を設定する。例えば、図３Ａを参照して説明したように、複数のフレームで分枝が検出された場合に、各フレームでの分枝の角度情報のうち、管状組織の最も太い側（プルバック方向側）に対応するフレームにおける分枝の角度情報を構築角度として設定する。

図４Ｂにおける４０４はラインデータであって、分枝位置設定部３０２２により縦断面画像の構築角度が設定される例を示す。ラインデータ４０４の例では、Ｘ番目のフレームの分枝の角度情報であるθ_ｘが縦断面画像の構築角度として設定されたものとする。

Ｓ３００４において、横断面画像生成部３０３は、ラインデータ生成部３０１により生成されたラインデータと分枝検出部３０２１による検出結果とに基づいて、管状組織の軸方向と交差する方向の横断面画像を生成する。図４Ｂにおける４０６が、横断面画像生成部３０３がＸ番目のフレームについて生成した横断面画像である。４０６の白い線分が縦断面画像の切断面に相当しており、白い楕円部分がＸ番目のフレームの分枝部分である。

Ｓ３００５において、縦断面画像生成部３０４は、ラインデータ生成部３０１により生成されたラインデータと、分枝位置設定部３０２２により設定された構築角度とに基づいて、縦断面画像を生成する。図４Ｂにおける４０５が、縦断面画像生成部３０４が構築角度θ_ｘで生成した縦断面画像の例である。４０５の白い線分がＸ番目のフレームに相当しており、白い楕円部分がＸ番目のフレームの分枝部分である。

Ｓ３００６において、画像処理部３０５は、縦断面画像４０５および横断面画像４０６に画像処理を施してＬＣＤモニタ１１３に表示する。なお、図４Ｃに示すように、Ｍ番目のフレームについて生成された横断面画像４１１と、Ｍ番目のフレームの分枝の角度情報（構築角度）で生成された縦断面画像４１２とを表示しておき、さらに、分枝を含むフレームの位置を示す強調表示マーク４２１〜４２６を併せて表示してもよい。そして、ユーザが強調表示マーク４２２〜４２６の何れかを選択したことに応じて、選択された位置のフレームの横断面画像を再生成し、および当該選択された位置のフレームに関する構築角度で縦断面画像を再生成して、ＬＣＤモニタ１１３に表示し直してもよい。

さらには、複数のフレームで分枝が検出された場合、それぞれの分枝が観察できるように各フレームに関する構築角度の情報を用いて、複数の縦断面画像を生成してＬＣＤモニタ１１３に表示する構成であってもよい。

以上説明した一連の処理によれば、観察に適した縦断面画像の生成が容易になる。

＜５．分枝の検出方法＞
続いて、図５乃至図７を参照して、分枝検出部３０２１が実施する分枝位置（角度θ）の算出処理について説明する。図５に示すように、各フレームについて、各ラインを走査してピークの輝度値が閾値以下のラインを分枝と判定する。分枝と判定された複数のラインの中心に対応するラインの角度を分枝位置（角度θ）として検出する。図中θ_ａ〜θ_ｂのライン範囲がピークの輝度値が閾値以下であり分枝を示している。ここではθ_ａ〜θ_ｂの中心角度であるθ_ｃが分枝位置として検出される。

あるいは、図６に示すように、偏芯度＝最短径／最大径（Ｌ_ｍａｘ／Ｌ_ｍｉｎ）と定義し、複数フレームについて、着目フレームの偏芯度が前後の隣接するフレームの偏芯度と比較して大きく変化する（着目フレームの偏芯度が大きい）場合に、着目フレームに分枝ありと判定してもよい。そして、最大径の線分とルーメンとの交点と、画像中心とを結ぶ直線が、基準線６０となす角度を分枝位置（角度θ）として検出する。横断面画像６０１〜６０５のうち、横断面画像６０２、６０４、６０５のフレームで分枝が検出されている。

より具体的には、図７に示すように、各フレームについて偏芯度を算出してプロットしていくと、分枝ありの着目フレームと、その前後のフレームとでは偏芯度が大きく変化している。例えば、着目フレームの偏芯度と、その前後のフレームの偏芯度との差分Ｄが閾値以上である場合に、着目フレームに分枝があると判定することができる。

あるいは、前後それぞれ複数フレームの偏芯度も考慮して、着目フレームの偏芯度と、その前後複数のフレームの偏芯度すべてとの各差分Ｄが閾値以上である場合に、着目フレームに分枝があると判定してもよい。これにより、より高精度に分枝の検出が可能となる。

[５−１．分枝の直径の相対的な大きさの算出方法]
次に、図８Ａを参照して、各フレームにおける分枝の直径の相対的な大小関係を求める例を説明する。図８Ａにおいて、８０１はラインデータの一例であり、８０２はｘ番目のフレームの横断面画像の一例である。ラインデータ８０１において、分枝の直径に相当する幅ｄθ_ｘを評価するために、幅ｄθ_ｘに含まれるライン数をカウントする。８０３は各フレームにおける縦断面画像の一例であり、ｘ番目のフレームの幅ｄθ_ｘ（ライン数）、ｘ＋１番目の幅ｄθ_ｘ＋１（ライン数）、...、ｎ番目のフレームの幅ｄθ_ｎ（ライン数）が各フレームから算出される。

８０４は、フレーム番号と幅ｄθ_ｎとの関係をプロットした図であり、この例ではフレーム番号ｙにおける幅ｄθ_ｙが最も相対的に大きな値（ライン数）となる。すなわち、番号ｙに対応するフレームが最も直径が大きなフレームとなり、当該直径が最も大きいフレームの角度情報を構築角度として決定するように構成してもよい。当該手法は、直径を直接算出するものではなく、分枝に相当するライン数で相対的に比較を行うものである。

[５−２．分枝の直径の算出方法]
次に、各フレームにおける分枝の直径の算出方法について説明する。図８Ｂの８１１〜８１３は横断面画像の一例である。横断面画像８１１における分枝位置（角度θ）のラインと内腔との交点Ｐを求める。次に、交点Ｐから時計回り、反時計回りにそれぞれ９０度分、所定間隔で点をプロットし、各点について内腔の曲率を求める。曲率の算出方法については後述する。そして、両回りで求められた各点の内腔の曲率のうち最も大きな曲率を判定し、当該最大の曲率と閾値とを比較する。当該曲率が閾値以上の場合、以下にいずれかの手順に従って分枝の直径を算出する。

両回りとも閾値以上の曲率を有する点が検出された場合、横断面画像８１２に示すように、時計回りにおいて検出された点８１２１と、反時計回りにおいて検出された点８１２２とを結ぶ線分８１２３の長さを分枝の直径として算出する。

片回りのみに閾値以上の曲率を有する点が検出された場合、横断面画像８１３に示すように、検出された点８１３１から、内腔の長軸８１３２に対して垂線を下ろし、当該垂線を延長させた直線８１３３と、反対側の内腔との交点８１３４を求め、検出点８１３１と交点８１３４との距離を分枝の直径として算出する。

一方、両回りとも閾値以上の曲率を有する点が検出されなかった場合、当該フレームを分枝の検出対象から除外する。

続いて図８Ｃを参照して、各点について内腔の曲率を算出する方法を説明する。まず注目点８３１と、回転方向に対して前の点８３２、点８３３、点８３４との合計４つの内腔位置を用いて近似曲線Ａを算出する。次に、同様にして、注目点８３１と、回転方向に対して後の点８３５、点８３６、点８３７との合計４つの内腔位置を用いて近似曲線Ｂを算出する。

そして、直線Ａの傾きを有し、注目点８３１を通る単位ベクトルａを求め、同様にして、直線Ｂの傾きを有し、注目点８３１を通る単位ベクトルｂを求める。単位ベクトルａ、単位ベクトルｂがなす角θ_ａｂを式（１）により求めて曲率とする。

このように、「５−１．分枝の直径の相対的な大きさの算出方法」では分枝の直径と相関を有するライン数を分枝の直径の相対的な大きさとして求めているのに対し、「５−２．分枝の直径の算出方法」では分枝の直径そのものの値を求めている。そのため、各方法で求めた値を直接比較することはできない点に留意すべきである。

一般的に、「５−１．分枝の直径の相対的な大きさの算出方法」により直径の相対的な大きさが求められる分枝は、主管（血管）に対して側管（ある血管から分岐して延びる別の血管）が垂直方向に存在するか、あるいは、分枝のサイズが大きく、近赤外光が分枝の血管壁まで到達しない場合の２通りが考えられる。なお、臨床上は、分枝のサイズが大きく近赤外光が分枝の血管壁まで到達しない場合に該当する可能性が高いので、一つのデータセットについて「５−１」、「５−２」のそれぞれの方法で直径が求められた場合、分枝の大きさは「５−１」の方法で求められたものを優先するものとする。

ここで求められた分枝の直径（あるいはその相対的な大きさ）に基づいて、縦断面画像の構築角度を設定してもよい。例えば、当該直径（あるいは直径の相対的な大きさ）が最も大きいフレームの角度情報を構築角度としてもよい。

＜６．分枝と最小内腔径を有するフレームとの距離情報の表示＞
ＬＣＤモニタ１１３は、表示対象である着目フレームの横断面画像および、着目フレームに関する構築角度で生成された縦断面画像を表示するとともに、さらに分枝と最小内腔径を有するフレームとの距離を算出して距離情報を表示してもよい。最小内腔径を有するフレームは診断対象としたい狭窄部を示しており、分枝位置からどの程度の距離に位置しているかの情報は重要である。図９の管状組織の縦断面模式図に示すように、分枝と最小内腔径を有するフレームとの距離は、Ｌ_１、Ｌ_２、またはＬ_３の何れかの方法で算出することができる。

ここでＬ_１は、分枝境界位置（Distal edge）と狭窄部位置（最小内腔径を有するフレーム）との距離である。Ｌ_２は、分枝中央位置と狭窄部位置（最小内腔径を有するフレーム）との距離である。Ｌ_３は、分枝境界位置（Proximal edge）と狭窄部位置（最小内腔径を有するフレーム）との距離である。

なお、分枝検出部３０２１により検出されたすべてのフレームの分枝位置から狭窄部位置までの距離を算出して表示する構成であってもよい。なお、分枝が検出されたすべてのフレームについて縦断面画像を生成して表示する場合には、各縦断面画像の表示対象とされている分枝位置から狭窄部位置までの距離を算出して表示する構成であってもよい。

＜７．分枝とステントとの距離情報の表示＞
ＬＣＤモニタ１１３は、表示対象である着目フレームの横断面画像および、着目フレームに関する構築角度で生成された縦断面画像を表示するとともに、さらに分枝とステントとの距離を算出して距離情報を表示してもよい。ステントとは、人体の管状組織（血管、気管、食道、十二指腸、大腸、胆道など）を管腔内部から広げる医療機器である。医師にとって、ステント位置の把握は非常に重要である。

図１０の管状組織の縦断面模式図に示すように、分枝とステント１００１の端部との距離は、Ｌ_４として算出することができる。Ｌ_４は、分枝中央位置とステント端部との距離である。なお、図９で説明したように、分枝境界位置（Distal edge）とステント端部との距離や、分枝境界位置（Proximal edge）とステント１００１との距離を算出する構成であってもよい。

なお、以上説明した各実施形態における処理は、マイクロプロセッサで構成される信号処理部２２３によるものである。マイクロプロセッサはプログラムを実行することで、その機能を実現するわけであるから、当然、そのプログラムも本願発明の範疇になる。また、通常、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ可読記憶媒体に格納されており、それのコンピュータが有する読み取り装置（ＣＤ−ＲＯＭドライブ等）にセットし、システムにコピーもしくはインストールすることで実行可能になるわけであるから、係るコンピュータ可読記憶媒体も本願発明の範疇に入ることも明らかである。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１４年１２月２６日提出の日本国特許出願特願２０１４−２６５２０４を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims

光の送受信を連続的に行う送受信部を、管状組織において軸方向に移動させながら前記管状組織からの反射光を取得し、当該反射光に基づいて画像を生成する画像診断装置であって、
前記反射光に基づいて前記管状組織の断面画像の生成に用いられるラインデータを生成するラインデータ生成手段と、
前記ラインデータに基づいて、前記ラインデータのピークのデータ値が閾値以下であるラインデータを分岐と判定することにより、前記管状組織の分枝を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像の構築角度を設定する設定手段と、
前記ラインデータと前記検出手段による検出結果とに基づいて、前記管状組織の軸方向と交差する方向の横断面画像を生成する横断面画像生成手段と、
前記ラインデータと前記構築角度とに基づいて、前記縦断面画像を生成する縦断面画像生成手段と
を備えることを特徴とする画像診断装置。
前記設定手段は、前記検出手段により複数のフレームで分枝が検出された場合、各フレームについて分枝の分岐部分の直径を算出し、当該直径に基づいて前記構築角度を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
前記設定手段は、前記検出手段により複数のフレームで分枝が検出された場合、各フレームについて前記管状組織の主管と前記分枝とのなす角度を算出し、当該なす角度に基づいて前記構築角度を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
前記設定手段は、前記検出手段により複数のフレームで分枝が検出された場合、表示可能な分枝の数に基づいて前記構築角度を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
前記設定手段は、前記検出手段により複数のフレームで分枝が検出された場合、各フレームについて分枝にガイドワイヤが通っているかを判定し、当該判定の結果に基づいて前記構築角度を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
前記横断面画像と前記縦断面画像とを表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像診断装置。
前記表示手段は、前記検出手段により複数のフレームで分枝が検出された場合、前記縦断面画像上に分枝位置を示す複数の強調表示マークをさらに表示することを特徴とする請求項６に記載の画像診断装置。
ユーザ入力を受け付ける操作手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記ユーザ入力により前記複数の強調表示マークの１つが選択された場合、当該選択に基づいて前記構築角度を更新し、
前記縦断面画像生成手段は、前記ラインデータと前記更新された構築角度とに基づいて、前記縦断面画像を再生成することを特徴とする請求項７に記載の画像診断装置。
前記検出手段により１以上のフレームで分枝が検出された場合、当該分枝が検出されたフレーム位置と前記管状組織の最小内腔径を有するフレーム位置との距離を算出する算出手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記算出手段により算出された距離をさらに表示することを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の画像診断装置。
分枝を含む表示対象の横断面画像のフレーム位置とステントを含むフレーム位置との距離を算出する算出手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記算出手段により算出された距離をさらに表示することを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の画像診断装置。
各フレームにおいて検出された分枝の位置を示す角度情報は、当該分枝の中心に対応する角度情報であり、
前記設定手段は、前記分枝の中心に対応する角度情報を、前記構築角度として設定することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の画像診断装置。
光の送受信を連続的に行う送受信部を、管状組織において軸方向に直線駆動装置により移動させながら前記管状組織からの反射光を取得し、当該反射光に基づいて画像を生成する画像診断装置の作動方法であって、
前記画像診断装置が、前記反射光に基づいて前記管状組織の断面画像の生成に用いられるラインデータを生成するラインデータ生成工程と、
前記画像診断装置が、前記ラインデータに基づいて、前記ラインデータのピークのデータ値が閾値以下であるラインデータを分岐と判定することにより、前記管状組織の分枝を検出する検出工程と、
前記画像診断装置が、前記検出工程による検出結果に基づいて、前記管状組織の軸方向と略平行な方向の縦断面画像の構築角度を設定する設定工程と、
前記画像診断装置が、前記ラインデータと前記検出工程による検出結果とに基づいて、前記管状組織の軸方向と交差する方向の横断面画像を生成する横断面画像生成工程と、
前記画像診断装置が、前記ラインデータと前記構築角度とに基づいて、前記縦断面画像を生成する縦断面画像生成工程と
を有することを特徴とする画像診断装置の作動方法。
請求項１２に記載の画像診断装置の作動方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。