胸部動画像 を対象 と した呼吸性動態 の定量化
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(2) 多 い もの の,呼 吸 に よ る動 きや 心 拍 動 につ いて は評. 影 前 に 練 習 を 行 っ た.撮. 価 で きな い.. msec,3fpsと. 現 在,呼 吸 性 動 態 の 画 像 解 析 はDymmicMRIや DynamicCTを. し,10秒. 影 条 件 は120kV,80mA,3。2 間 で30枚. の 胸 部X線. 画像 を. 連 続 的 に取 得 した 。 こ の時 の 被曝 線 量 は我 々の 施 設. 用 い て 行 わ れ て い る.例 え ば,横 隔. でFujiComputedR縫diography(FCR)(FujiMedic31. 膜や胸郭の移動量や肺野内局所の濃度変化の呼吸性. SystemsCα,Ltd.,Tokyo>を. 動 態 情 報 が,肺 気 腫 や 肺 容 積 減 少 手 術 の 効 果 判 定 に. 面 像)を 撮 影 し た 時 の 約L5倍. 有 用 で あ る と報 告 され て い る 踊 。 ま た,腫 瘤 状 陰. ボ ラ ン テ ィ ア に は こ の 撮 影 に関 す る 十 分 な 説 明 を. 影 の 呼 吸性 動 態 の 有 無 が,胸 壁 浸 潤 判 定 に有 用 で あ. 行 っ て 同 意 を 得 た.画. る と も報 告 され て い る 園.イ. マ ト リ ッ ク ス サ イ ズ は2688x2688(pixels>,階. メ ー ジ ・イ ンテ ン シ. 用 い て 胸 部X線. 写 真(正. に 相 当 す る.な. お,. 像 サ イ ズ は43cm×43cmで,. フ ァ イヤ ー(1.L>動 画 像 を 対 象 に した 研 究 で は,横. は4096GrayScaleで. 隔 膜 や 肺 内 構 造物 の 呼 吸性 移 動 お よび 肺 野 内 局 所 の. を パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ(OS:Windows2000. 呼 吸 性 濃 度 変 化 の定 量 化 が 行 わ れ て い る勲 。 しか. (Microson,USA),開. し,撮 像 視 野 の 制 限 や 幾 何 学 的 歪 み が 問 題 と な って. ScottsWley,USA))に. あ る.撮. 調 数. 影 され た胸 部動 画 像. 発 環 境:C+卜Bui憂der(Borland, 転 送 して 解 析 し た.. い る. 近 年,フ. ラ ッ トパ ネ ルデ ィテ ク タ(FPD)の 臨 床 へ. の 導 入 が 進 ん で い る 。 特 に注 目す べ き こ とは,現 在 開 発 が 進 め ら れ て い る 大 視 野 の 動 画 対 応FPDを. 2.2画. 像 解 析 ア ル ゴ リズ ム. Rg.1に. ア ル ゴ リズ ム の 概 要 を 示 す 。 解 析 を 始 め. 用. い る こ とで,胸 部 動 画 像 の 取 得 が 可 能 と なる こ とで あ る.す な わ ち,こ の 胸 部 動 画 像 を コ ン ピ ュー タ解 析 す る こ とに よ って,従 来 の 解 剖 学 的 所 見 に動 態 情 報 を付 加 で きる 可 能性 が あ る. 本研 究 の 臼的 は,胸 部 動 態 画 像 診 断 の た め の コ ン ピュ ー タ解 析 法 を開 発 す る こ と にあ る.今 回 はFPD 改 造 機 で撮 影 した 正 常 ボ ラ ンテ ィア6名 の 胸 部 動 画 像 を 対 象 に,横 隔 膜 の 移 動 量,肺 内 構 造 物 の 呼 吸 性 移 動 ベ ク トル,肺 野 内 局 所 の 呼 吸 性 濃 度 変 化 の 定 量 化 を試 み た の で 報 告 す る 。. 2.対 2.1画. 象 お よ び方 法. 像の取得. FPD改 造 機(CxDI‑22,CANoNcα,ud,Tokyo>を 用 い て,6名. の 正常 ボ ラ ン テ ィア の 呼 吸 過 程 を撮 影. した.撮 影 体 位 は 従 来 の 胸 部 単 純X線. Fig。1Theoverallschemeofourandysist㏄hnique。. 撮 影 と同様. に,立 位 正 面 背 腹 方 向 と した.撮 影 時 に放 射 線 技 師. る 前 に,処. はボ ラ ンテ ィア に対 して 次 の よ う な合 図 を出 した.. リ ッ ク ス サ イ ズ を 半 分 の1344×1344に. 「はい,息 1,2,3,4,は. 理 時 間短縮 の ため に胸 部動 画像 の マ ト. い,吐 いて.. まず 呼 吸 に よる体 の動 きを 補 正 す る た め に肺 野 外 側. い,終 了 で す.」(下線 部撮 影 中).前. よ り算 出 した 胸部 中心 線 を 目安 に全 て の フ レー ム に. を吸 って.貰,2,3,4,は. 半 の カ ウ ン ト時 が 吸 気 相 で,後 半 の カ ウ ン トが 呼 気. 対 し て 位 置 合 わ せ を 行 っ た.肺. 相 と な り,か つ 最 大 吸 気 と通 常 呼 気 に な る よ うに撮. 肺 尖 部 の 一 番 高 い1点. 一14一. 縮 小 し た.. 野 領 域 を 認 識 さ せ て,. か ら横 隔 膜 ま で の 距 離 を 計 測. 医 用 画 像情 報 学 会 雑 誌.
(3) 隔 膜 動 態 の 解 析 結 果 を呼 吸 位 相 の 指 標. 変 化 を示 す.そ の 距 離 の 変 化 量 が 正 で あ る,す な わ. に も利 用 した.次 に胸 部 動 画 像 を格 子 状 の局 所 領域. ち肺 が 拡 張 す る フ レー ム を吸 気 相 と し,負 で あ る フ. に分割 し,局 所 領 域 ご とに ブ ロ ッ クマ ッチ ン グの手. レー ム を呼 気 相 と推 定 した.こ の 症 例 の 場 合,横 隔. 法 に よ り呼 吸 性 移 動 ベ ク トル を測 定 し だ 蜘1.こ の. 膜 の 最 大 移 動 量 は 約4.5cmで. 際 の 局 所 領域 サ イ ズは計 算 時 間 と解 析 精 度 を考慮 し. 名 の正 常 ボ ラ ンテ ィア につ いて の,横 隔 膜 の 移 動 量. しだ 燗.横. て 肋 骨 間 距 離 と しだ"!.そ. れ ぞ れ の 局 所 領域 で すべ. あ っ た.Fig.2(b)に6. を示 す.肺 尖 部 か ら横 隔 膜 まで の 距 離 にお い て も,. て の フ レー ム を通 して 同 一 部 位 を追 跡 しな が ら平 均. 横 隔 膜 の 移動 量 に お い て も,大 きな個 人差 が 見 られ. 濃 度 を算 出 した 圏.. た(p〈0.OD. Fig.3(a‑c)に 局所 の 呼 吸 性 移 動 ベ ク トル を 表 示 し 3.結. 果. Fig.2(a)に 肺 尖 部 か ら横 隔 膜 ま で の 距 離 の 時 間. た 画 像 を示 す.矢 印 は 画像 上 の肺 内構 造 物 が1つ 前 の フ レー ム か ら どの 方 向 に どの程 度 動 い て きたの か を示 して い る.Fig。3(a)は2フ. レー ム 目 か ら3フ. レー ム 目(吸 気 相 〉に か け て の呼 吸 性 移動 ベ ク トル を 3フ レー ム 目の画 像 に 表 示 した 画 像 で あ る.横 隔 膜 付 近 と下肺 野 の 肺 紋理 上 に 下 向 きに 長 い矢 印 が あ る こ とが確 認 で きる.ま た,大 動 脈 弓付 近 お よび肺 門 部 には 末 梢 方 向 に向 か う短 い矢 印 が あ る.上 肺 野 の 呼 吸 性 移 動 ベ ク トル は下 肺 野 に比 べ る と小 さ い. Fig.3(b)は17フ. レー ム 目 か ら18フ. レー ム 目(最 大. 吸 気 位)に か け て の呼 吸 性 移動 ベ ク トル を18フ. レー. ム 目の 画 像 に表 示 した 画 像 で あ る.肺 野 内 全 体 劉 呼 吸 性 移 動 ベ ク トル はほ ぼoで あ った.Fig.3(c)は23 フ レー ム 目か ら24フ. レー ム 目(呼 気 相)に か け て の. 呼 吸 性 移動 ベ ク トル を24フ. レー ム 目の 画 像 に表 示. した画 像 で あ る.横 隔 膜 付 近 お よ び下 肺 野 の肺 紋 理 上 に上 向 き に長 い 矢 印 が み られ,肋 骨 付 近 に下 向 き に長 い矢 印 が み られ る.吸 気 相 と同 様 に下 肺 野 の 肺 紋 理 が 呼 吸 に よ り大 き く動 い てい る に も関 わ らず, 上 肺 野 で の 呼 吸 性 移 動 ベ ク トル は ほ ぼ0で あ った. Fig.4(b,c)はFig.4(a)に. 示 す 局 所 領域 で の 濃 度. の 時 間変 化 で あ る.吸 気 相 で は ピ クセ ル値 が 上 昇 し, 呼 気 相 で は低 下 して い る.吸 気 相 で は肺 の 中の 空 気 が 増 加 し,呼 気 相 で は 減 少 す る.そ れ に伴 いX線 透 過 性 は吸 気 相 で 上 昇 し,呼 気 相 で 低 下 す る.こ の Fig. 2 Diaphragm movement. (a) Distance from the lung apex to the diaphragm curve in the right lung of a healthy volunteer. Diaphragm movement was used for index of respiratory phase. (b) Range of diaphragm movement from inspiration to expiration in six healthy volunteers. The lung apex corresponds to 0 at the vertical axis. Range of diaphragm's position are shown as bar graphs. VoL20No.】(2003)‑15一. 事 実 を 反映 す る結 果 が 得 られ た. Fig.5は,6名. の 正 常 ボ ラ ン テ ィ アの 呼 吸 性 濃 度. 変 化 量 の平 均 値 と標 準 偏 差 を示 す.左 右 ど ち らの肺 野 につ い て も下 肺 野 が 上 肺 野 に比 べ て,呼 吸 性 濃 度 変 化 は有 意 に大 きい.上 肺 野 は左 右 で 有 意 に差 は な い が,下 肺 野 は左 右 で 有 意 に差 が あ る(p<0.OD..
(4) Flg. 3 Images with local vectors. The arrows show local vectors from the previous frame. (a) At the beginning of inspiration from. frame# 2 to frame# 3. (b) At maximum inspiration from frame# 17 to frame#18, diaphragm doesn't move. (c) At expiratory phase from frame#23 to frame#24. (d) The enlargement at the small square on Fig. 3 (a).. 4.考. 機 で撮 影 した 胸 部動 画 像 を対 象 に,呼 吸 性 動 態 の定. 察. 量 化 を行 った.今 回 定 量 化 したの は横 隔 膜 の 移動 量,. ス ク リー ニ ン グ胸 部 動 態 画 像 診 断 の た め の コ ン ピ ュ ー タ 解 析 ツ ー ル を 開 発 す る た め に,FPD改. 一16一. 造. 肺 内 構 造物 の 呼吸 性 移 動 ベ ク トル。 肺 野 内 局所 の呼 吸 性 濃 度 変 化 で あ る.こ の 基 礎 的 な検 討 に お い て, 医 用 画像 情 報 学 会雑 誌.
(5) Fig. 5 standard. Average deviation. difference. in. local. density. and. its. in six healthy volunteers.. 胸 部 動 画 像 を対 象 に呼 吸 性 動 態 を コ ン ピ ュ ー タ に よ って 定 量 的 に解 析 した.本 法 に よ り従 来 の 解 剖 学 的 所 見 に動 態 情 報 を付 加 す る こ とが 可 能 とな り,画 像 診 断 に有 用 で あ る こ とが 示 唆 され た. 横 隔 膜 の 形 態 お よ び位 置 情 報 か ら,慢 性 閉 塞 性 肺 疾 患(COPD)や. 拘 束 性 肺 疾 患 等 の 診 断 が 可 能 で あ る.. 拘 束 性 肺 疾 患 で は 横 隔 膜 の 位 置 は高 くな るが,形 態 に変 化 は な い.ま た,COPDで. は横 隔 膜 の 位 置 は 低. くな り,形 態 は平 らに な る.し か し,横 隔 膜 の 形 態 お よ び位 置 の 正常 範 囲 に は幅 が あ る ↓ ユ:.すな わ ち, 上 記 の 解 剖 学 的 所 見 に呼 吸 に よ る横 隔 膜 動 態 情 報 を 付 加 す る こ とに よ っ て ス ク リー ニ ン グの ため の 画 像 診 断 を支 援 す る こ とが 期 待 され る.吸 気 お よ び呼 気 の 二 位 相 を撮 影 す る こ とに よっ て も横 隔 膜 移 動 量 を 評 価 す る こ とは 可能 で あ る.し か し,本 法 に よ る胸 部 動 画像 で は吸 気 位 か ら呼 気 位 へ の 変 化 過 程 や左 右 の 同調 性 の解 析 も可能 で あ る.し か も,胸 部 単純X 線 写 真 の1.5倍 の 被 曝 線 量 で あ り,動 態 撮 影 に適 切 な撮 影 条 件 の検 討 に よ り,さ らに被 曝 線 量 を低 減 で きる こ と も考 え ら れ る. また,呼 吸 性 移 動 ベ ク トル解 析 で は,局 所 の 移 動 量 と その 向 きを定 量的 に 自動 計 測 が 行 え た.ま た, Fig. 4 Local density in lung field. (a) Local density was measured in the small square drawn on the image. The numbers shown in the image correspond to the series number in Fig. 4 (b-e). Relationship between average density and frame#(b)in the upper local lung field, (c) in the lower local lung field. m's position are shown as bar graphs. VoL20No.1(2003)'‑17一. 視 覚 的 に認 知 す る こ と も可 能 と な っ た.肺 内 陰 影 の 形 態 情 報 に動 態 情 報 を付 加 す る こ とに よ っ て,葉 気 管 支 レベ ルの 中枢 閉塞 型肺 癌 と末 梢 肺 炎 との鑑 別 の 可 能 性 もあ る と考 え て い る. 呼 吸 性 濃 度 変化 の解 析 で は,吸 気 で ピ クセ ル値 が.
(6) 上 昇 し。 呼 気 で 減 少 す る とい う結 果 が 得 られ た.こ. 上 に描 出 され る肺 紋 理 は,実 際 の肺 血 管 お よび気 管. れ は呼 吸 に よ るX線. 支 等 の113に す ぎな い た め,動 態 の 検 出 に も限 界 が. 透 過 性 の 変 化 を 反 映 した もの. で あ る.す な わ ち,6名. の 正 常 ボ ラ ンテ ィア の 呼 吸. あ る.前 述 の よ う に,精 密 検 査 の よ うな精 度 を求 め. 性 濃 度 変 化 は 正常 な 呼吸 生 理学 的 現 象 を示 して い る. る の で は な く,"簡 便 か つ 低 コス トに動 態 情 報 を得. と考 え られ る.横 隔 膜 が 停 止 して い る と きで も濃 度. る た め の ス ク リ ーニ ン グ検 査"と. が 変 化 して い る の は,心 拍 動 に 伴 って 肺 血 管 陰 影 が. 発 す る こ とが 重 要 で あ る と考 え る。 また,前 後 方 向. い う位 置 付 け で 開. 収 縮 す る た め で あ る と考 え られ る.上 肺 野 で は 左 右. の 動 態 情 報 は,側 面 の 動 画 像 を撮 影 す る こ とで取 得. 差 が な い に も拘 らず,下 肺 野 で 有 意 差 が あ った の は,. 可 能 と な る.. 肺 内 の 肺紋 理密 度 の 違 い に よる もの で あ る と考 え ら. 今 回 は撮 影 装 置 の 性 能 に合 わせ て,撮 影 条 件 お よ. れ る.文 献 的 に は肺 野 内 局 所 の 濃 度 は 肺 紋 理 の 集 散. び 撮 影 方 法 を決 定 した.し か し,呼 吸 性 動 態 を効 率. 程 度 に よ り変 化 し,肺 紋 理 は 肺 胞 の 含 気 ・排 気 に よ. 的 にか つ 精 度 よ く解 析 す る こ とが 可 能 な条 件 に つ い. り拡散 ・収 縮 す る と述 べ られ て い る 想.す な わ ち,. て 検 討 す る必 要 が あ る.撮 影 法 に 関 して は呼 吸 ペ ー. 本 法 に よ り肺 気 腫 に お け る 諭. スや 撮 影 時 の 合 図 の 出 し方 につ い て,撮 影 条 件 に 関. 甑ppingの よ うに 呼. 吸 性 濃 度 変 化 に 異常 を示 す肺 疾 患 の 診 断 お よび 定 量. して はX線. 評 価 の 可 能性 が 示唆 され た.. い て の 検 討 が 急 務 で あ る.. 本 法 の 対 象疾 患 と して,COPD,拘. 発 生 装 置 側 とFPD側. の両 方の 条件 につ. 束性 肪 疾 患,. 横 隔 神経 麻 痺,気 管 支 異物,肺 癌,肺. 炎 を想 定 して. 5.ま. い る.ま た,胸 部動 画 像 よ り作 成 した 胸 部 差 分 動 画 像 に よ り,正 常 構 造物 の 陰 か ら出現 す る よ うな 腫 瘤 状 陰 影 を検 出 で き る と考 え て い る.特. にCOPDは. と め. 現 在 開 発 が進 め られ て い る大 視 野 の 動 画対 応 FPDを. 用 い る こ と に よ っ て,胸. 部動 画像 の取 得 が. 世 界 的 に罹 患 率 が 上 昇 し,高 齢 者 に 多発 して い る(死. 可 能 と な る.こ の 胸 部 動 画 像 を コ ン ピュ ー タ解 析 す. 因:ア. 期管理が. る こ とで,従 来 の 解 劇 学 的 所 見 に動 態 情 報 を 付椥 で. 必 要 な た め に 医療 経 済 的 に効 率 の よい 管 理 法 が 求 め. き る可 能 性 が あ る.我 々 は ス ク リー ニ ン グ胸 部動 態. られ て い る 僻.本 法 は 精 密 検 査 の よ う な精 度 は 望 め. 画 像 診 断 の ため の コ ン ピュ ー タ解 析 ツ ー ル を 開 発 し,. な い と して も,簡 便 か つ低 コ ス トで 行 なえ る 呼 吸 性. 良 好 な結 果 を得 た.こ の コ ン ピュ ー タ解析 法 の 臨床. 動 態 解 析 法 と して 期 待 で きる.. 的 価 値 を評 価 す る こ と と,他 の呼 吸 機 能検 査 との 相. メ リ カ,第4位/日. 本,第8位).長. しか し,呼 吸 性 動 態 解 析 の 有 用 性 は 精 密 検 査 にお. 関 性 を明 らか にす る こ とが 今 後 の 課題 で あ る.我. 々. い て は 示 され て い る もの の,本 法 は 初 め て の 試 み で. は.ス ク リーニ ン グ胸 部 動 態 撮 影 法 を開 発 す る こ と. あ る た め,診 断 的 有 用 性 の エ ビデ ン スが ない.し た. と,胸 部 動 画 像 を対 象 と した コ ン ピュ ー タ支 援 診 断. が って,こ れ まで に開 発 した コ ン ピ ュー タ解 析 法 の. (CAD)シ. ス テ ム を 開 発す る こ とを 目指 して い る.. 臨 床 的 価 値 を評 価 す る こ と と,他 の 呼 吸 機 能 検 査 と の 相 関 性 を明 らか にす る こ とが 今 後 の 課 題 で あ る.. 謝. 我 々 は差 分 動 画 像 の 解 析 も進 め て い る1".差 分 動 画. 辞. ス テ ム で撮 影. 大 阪 府 済生 会吹 田病 院放 射 線 科 の 尾 辻 秀 章 先 生 に. した動 画 像 を対 象 に報 告 され て い る.そ の 報 告 に よ. は,本 研 究 の対 象疾 患 に 関 す る助 言 を して い た だ き. れ ば,差 分 動 画 像 で は気 管 支 分 岐 形 態 を容 易 に描 出. ま した.感 謝 申 し上 げ ます.. 像 の 有 用 性 につ い て はLレX線TVシ. で きるの で,内 臓 心 房 位 を推 定 し,複 雑 心 奇 形 の 診 断 が 可 能 で あ る綱.. 文. 胸 部 動 画像 が 二 次 元 投 影 像 で あ る ため,動 態 解 析 の 精 度 に は 限 界 が あ る.ま た,胸 部 単 純X線 一18一. 写真. [ii. 献. Suga K, Tsukuda T, Awaya H, et al:. Impaired. 医 用 画 像 惰報 学 会雑 誌.
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