JP2009090022A - 医用画像診断装置及び医用画像診断用プログラム並びにｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる医用画像診断装置を提供する。
【解決手段】被検体Ｍを時系列に撮影して得られた複数枚の長尺Ｘ線画像を記憶する画像メモリ１５と、各長尺Ｘ線画像から関心部位である脊柱の形態的特徴をそれぞれ抽出する画像抽出部１６と、抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成部１７と、合成画像を表示する表示部１９を備える。抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を、例えば時系列に色分けして重ね合わせ表示した合成画像を見ることにより、術者は、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚のスロット状X線画像を長辺側で結合して得られた長尺X線画像を用いて診断を行なう医用画像診断装置及び医用画像診断用プログラム並びにＸ線撮像装置に係り、特に、脊柱などの関心部位の経年変化を容易に診断するための技術に関する。

従来、脊柱や下肢全域などの広い範囲のX線画像を得る手法としてスロットラジオグラフィーが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この手法について図１１を参照して説明する。被検体Ｍを挟んでスロット状のX線ビームを照射するX線管１と、被検体Ｍを透過したX線を検出するフラットパネル型X線検出器（以下、「ＦＰＤ」という）２とが対向配置される。両者の位置関係を保持した状態でX線管１とＦＰＤ２を被検体Ｍの体軸方向にスライド移動させながら連続撮影をする。撮影された複数枚のスロット状X線画像を長辺側で結合して一枚の長尺X線画像を得る。

上記のようなスロットラジオグラフィーを用いた医用画像診断装置は、例えば脊柱側弯症の診断に供される。脊柱側弯症は、脊柱の湾曲であり一般的に椎骨がＳ字状または螺旋状にねじれていく症状である。被検体（患者）の年齢と、図１２に符号ａで示したＣＯＢＢ（コブ）角とから治療方針が決められる。ここでＣＯＢＢ（コブ）角は、頂椎Ｉａを挟んだ上下の終椎Ｉｂ、Ｉｃ、即ち、脊柱の曲がり始めと曲がり終わりにそれぞれ位置する２つの終椎Ｉｂ、Ｉｃを直角に横切るように線分Ｌ１、Ｌ２を引き、これらの線分Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ直交する線分Ｌ３及びＬ４の交わる角度として定義されている。従来、椎骨間のＣＯＢＢ角の経年変化を診断するにあたり、術者が長尺フィルム上で定規を使用して角度を計測している。

特開平４−２１５７４３号公報（段落「００１７」、図２）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、角度計測によってＣＯＢＢ角の経年変化を知り得たとしても、診断にあたっては、どの部位がどの程度変化しているかを視覚的に判断したい場合がある。このような場合に、従来装置によれば、撮影時期の異なる複数枚の長尺Ｘ線画像を術者が個別に見比べて判断している。しかし、この作業は煩雑であり、関心部位の経年変化を視覚的に判断するのに困難を伴っている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる医用画像診断装置及び医用画像診断プログラム並びにＸ線撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1記載の発明に係る医用画像診断装置は、（ａ）被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像を記憶する画像記憶手段と、（ｂ）前記画像記憶手段に記憶された複数枚のX線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（ｃ）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（ｄ）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。なお、本発明において、関心部位の形態的特徴画像とは、関心部位の形態に関する特徴を視認することができる画像であり、例えば、関心部位の濃淡画像、エッジ抽出画像、輪郭線を連結してモデル化した画像などを含む。

請求項１記載の発明によれば、画像抽出手段は、被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像を画像記憶手段から読み出し、各X線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する。画像合成手段は、抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する。この合成画像が表示手段に表示される。術者は、表示手段に映し出された合成画像を見ることにより、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

本発明において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を撮影時期に対応して色分けするとともに、これらの画像を重ね合わせることにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成するのが好ましい（請求項２記載の発明）。この構成によれば、複数枚の関心部位の形態的特徴画像が撮影時期に対応して色分けされた状態で重ね合わせ表示されるので、術者は、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

また、本発明において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を三次元のモデルに変換するとともに、これらの三次元のモデルを時系列に時間軸上に配置することにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成するのが好ましい（請求項３記載の発明）。この構成によれば、複数枚の関心部位の形態的特徴画像が三次元のモデルに変換され、これらの三次元のモデルが時系列に時間軸上に配置されて表示されるので、術者は、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

さらに、本発明において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像をフレーム画像として時系列に連結して動画像を作成することにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成するのが好ましい（請求項４記載の発明）。この構成によれば、複数枚の関心部位の形態的特徴画像がフレーム画像として時系列に連結されて動画像として表示されるので、術者は、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

また、本発明は、コンピュータを、（ａ）被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像を記憶する画像記憶手段と、（ｂ）前記画像記憶手段に記憶された複数枚のX線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（ｃ）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（ｄ）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段として機能させるための医用画像診断用プログラムである（請求項５記載の発明）。本発明によれば、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる装置をコピュータによって好適に実現することができる。

さらに、本発明は、（A）被検体に向けてスロット状のX線ビームを照射するX線照射手段と、（B)被検体を透過したX線を検出するX線検出手段と、（C)前記X線照射手段と前記X線検出手段とを被検体の体軸方向に相対的にスライド移動させながら連続撮影して得られた複数枚のスロット状X線画像を長辺側で結合して一枚の長尺X線画像を得る画像収集手段と、（D）前記X線照射手段と前記X線検出手段と前記画像収集手段とによって、被検体を時系列に撮影して得られた複数枚の長尺X線画像を記憶する画像記憶手段と、（E）前記画像記憶手段に記憶された複数枚の長尺X線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（F）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（G）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするX線撮像装置である（請求項６記載の発明）。本発明によれば、被検体の広い範囲にわたる関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

本発明によれば、被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出し、抽出した複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成して表示しているので、術者は、表示手段に映し出された合成画像を見ることにより、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係るX線撮像装置の第1実施例の概略構成を示したブロック図である。

本実施例に係るＸ線撮像装置は、被検体Ｍに向けてスロット状のＸ線ビームを照射するＸ線照射器１０と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＸ線検出器１１と、Ｘ線照射器１０とＸ線検出器１１とを被検体Ｍの体軸方向に相対的にスライドさせながら連続撮影して得られた複数枚のスロット状Ｘ線画像を長辺側で結合して一枚の長尺Ｘ線画像を得る画像収集部１２と、時系列に得られた複数枚の長尺Ｘ線画像を合成処理する画像処理部１３とを備えている。

Ｘ線照射器１０は、Ｘ線管１０ａ及び、Ｘ線管１０ａから照射されたコーン状のＸ線ビームをスロット状に整形するコリメータ１０ｂを含む。Ｘ線検出器１１としては、好ましくはフラットパネル検出器（ＦＰＤ）が用いられるが、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）であってもよい。Ｘ線照射器１０とＸ線検出器１１とを対向状態を維持して被検体Ｍの体軸方向に相対的にスライド移動させる機構は、被検体Ｍが載置された天板１４を水平移動させる機構で構成するか、あるいはＸ線照射器１０とＸ線検出器１１とを対向して支持するＣの字状のアーム（図示せず）を水平移動させる機構で構成してもよい。

画像収集部１２は、コンピュータで構成されている。画像収集部１２は、映像系（Ｘ線照射器１０及びＸ線検出器１１）の移動速度から隣接する２つのスロット状Ｘ線画像間の移動距離を算出し、その移動距離に相当する分だけ、画像メモリ上で隣接する２つのスロット状Ｘ線画像間をシフトすることにより、複数枚のスロット状Ｘ線画像を長辺側で順に結合する。

画像処理部１３は、別のコンピュータで構成されており、本発明の医用画像診断装置に相当する構成部分である。具体的には、画像処理部１３は、被検体を時系列に撮影して得られた複数枚の長尺Ｘ線画像を記憶する画像メモリ１５と、これらの画像メモリ１５に記憶された複数枚の長尺Ｘ線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出部１６と、この画像抽出部１６によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成部１７と、画像表示を制御する表示制御部１８と、画像を表示する表示部１８と、マウスやキーボードなどの操作部２０と、ＣＯＢＢ角を算出するＣＯＢＢ角算出部２１とを備えている。なお、画像メモリ１５は本発明の画像記憶手段に、画像抽出部１６は本発明の画像抽出手段に、画像合成部１７は本発明の画像合成手段に、表示部１８は本発明の表示手段に、それぞれ相当する。

画像処理部１３を構成しているコンピュータを、上述した画像メモリ１５、画像抽出部１６、画像合成部１７、及び表示部１８等として機能させるための医用画像診断用プログラムが、当該コンピュータのプログラム記憶メモリ（図示せず）に格納されている。画像抽出部１６及び画像合成部１７は、この医用画像診断用プログラを実行するコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）で構成されている。

次に上述した実施例装置の動作を、図２を参照して説明する。図２は、実施例装置の動作順序を示したフローチャートである。ここでは、本実施例装置が被検体の脊柱側弯症の診断に用いられる場合を例に採って説明する。

ステップＳ１（長尺Ｘ線画像の時系列収集及び記憶）：
被検体Ｍの適宜の箇所にＸ線非透過のマーカーを貼り付ける。このマーカーは、後に時系列の関心部位の形態的特徴画像を重ね合わせるときの位置合わせの基準となる。Ｘ線照射器１０とＸ線検出器１１とを対向させた状態で被検体Ｍの体軸方向に相対的にスライド移動させる。このときＸ線照射器１０から被検体Ｍに向けてスロット状のＸ線ビームを照射する。被検体Ｍを透過したＸ線ビームはＸ線検出器１１で検出されて、一つのスロット状Ｘ線画像が得られる。スロット状のＸ線ビームを連続照射することにより、スロット状Ｘ線画像を被検体Ｍの撮影領域（脊柱）の全体について得る。これらのスロット状Ｘ線画像が画像収集部１２に与えられる。画像収集部１２は、連続撮影で得られた複数枚のスロット状Ｘ線画像を長辺側で結合して一枚の長尺Ｘ線画像を得る。この長尺Ｘ線画像のデータは画像処理部１３に送られて画像メモリ１５に記憶される。同様に被検体Ｍの関心部位（脊柱）の長尺Ｘ線画像を時系列（例えば、１ヶ月間隔）に撮影する。これらの時系列の長尺Ｘ線画像は画像処理部１３の画像メモリ１５に記憶される。図３は、画像メモリ１５に記憶された時系列の長尺Ｘ線画像P1、P２、P３を模式的に示している。

ステップS２（関心部位のエッジ抽出処理）：
画像抽出部１６は、画像メモリ１５に記憶された時系列の長尺X線画像を読み出し、各長尺X線画像から関心部位（ここでは、脊柱である）のエッジ画像を抽出する。具体的には、画像メモリ１５から読み出された時系列の長尺X線画像を表示部１９に順に表示する。術者は、表示部１９に映し出された長尺X線画像を見ながら操作部２０を操作することにより、関心部位である脊椎Cの細長い領域を表示部１９の画面上で閉曲線Lによって囲う（図２参照）。画像抽出部１６は、閉曲線で囲われた画像領域について、水平及び垂直方向に微分処理を施すことにより、指定された画像領域から脊柱のエッジを抽出する。図４は、抽出された脊柱の画像Q１、Q２、Q３を模式的に示している。また、図４中の符号C´は、抽出された脊柱を示している。

ステップS３(関心部位のモデル化処理）：
さらに、本実施例において、画像抽出処理部１６は、脊柱の形態を見やすくするために、抽出された脊柱の画像C´をモデル化する処理を行っている。具体的には、抽出された脊柱の画像Q１、Q２、Q３について、脊柱の構成している椎体（椎骨の中央にある円筒状の部分）間を線分で連結して、脊柱を連続した長い線分で表示する。このような処理は、術者が脊柱の画像Q１、Q２、Q３を見ながら、操作部２０を使って連結する箇所を画面上で指定することによって行われる。図５は、モデル化された脊柱の画像R１、R２、R３を模式的に示している。図５中に符号C”はモデル化された脊柱を示している。

上記ステップS２における関心部位のエッジ抽出処理及びステップＳ３のモデル化処理は、本発明における関心部位の形態的特徴画像の抽出処理に相当する。

ステップS４（画像合成処理）：
画像合成部１７は、画像抽出部１６から時系列の関心部位の形態的特徴画像を与えられると、各形態的特徴画像に撮影時期に対応した色データを付与する。そして、色分けされた時系列の形態的特徴画像を、被検体に貼り付けたマーカーを基準に重ね合わせ表示する。
図６は、色分けされて表示部１９に重ね合わせ表示された時系列の形態的特徴画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を模式的に示している。術者は、色分け重畳表示された形態的特徴画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を見ることにより、関心部位（脊柱）の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。

また、術者が表示部１９に映し出された長尺Ｘ線画像Ｐ１〜Ｐ３、抽出された脊柱の画像Ｑ１〜Ｑ３、及びモデル化された脊柱の画像R１〜R３のいずれかの画像上で、頂椎を挟む上下の終椎を指定することにより、ＣＯＢＢ角算出部２１がＣＯＢＢ角を算出する。算出された時系列のＣＯＢＢ角は、色分け重畳表示された形態的特徴画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対応付けられて表示部１９に表示される。術者は、色分け重畳表示された形態的特徴画像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とともに、時系列のＣＯＢＢ角も参照して脊柱側弯症の診断を的確に行なうことができる。

第２実施例について説明する。本実施例の特徴は、画像合成部１７が、複数枚の関心部位（脊柱）の形態的特徴画像を三次元のモデルに変換するとともに、これらの三次元のモデルを時系列に時間軸上に配置することにより、複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成した点にある。以下、図７〜図９を参照して具体的に説明する。

まず、脊柱の時系列の長尺X線画像として、図７（ａ）に示すように、被検体Ｍを正面から撮影した長尺X線画像Pａと、図７（ｂ）に示すように、被検体Ｍを側面から撮影した長尺X線画像Ｐｂとを得る。個々の長尺X線画像を得る手法は、第１実施例のステップＳ１の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。

時系列の正面及び側面の長尺Ｘ線画像について、画像抽出処理部１６が、第１実施例のステップＳ２と同様に脊柱のエッジを抽出し、続いて第１実施例のステップＳ３と同様に脊柱のモデル化処理を行う。そして、モデル化された脊柱の正面画像と側面画像とから、画像合成部１７が、脊柱の中心線に沿って適宜の間隔で定めた複数の点ｎ１、ｎ２、ｎ３、…の三次元座標を求める（図８参照）。三次元座標は被検体に貼り付けられたマーカーを基準にしている。そして、点ｎ１、ｎ２、ｎ３、…を中心点とした円筒形の三次元モデルｍを作成する。このように時系列のモデル化された脊柱の正面画像と側面画像とを時系列の円筒形の三次元モデルｍ１、ｍ２、ｍ３に変換する。これらの三次元モデルｍ１、ｍ２、ｍ３を、図９に示すように、表示部１９に映し出された時間軸ｔ上に時系列に配置する。術者は、時系列に配置された三次元のモデルを見ることにより、関心部位（脊柱）の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。また、正面から見た脊柱のＣＯＢＢ角と、側面から見た脊柱のＣＯＢＢ角をそれぞれ算出して、時系列の三次元のモデルに対応付けて表示すれば、脊柱側弯症の診断を一層的確に行なうことができる。

第３実施例について説明する。本実施例の特徴は、画像合成部１７が、複数枚の関心部位の形態的特徴画像をフレーム画像として時系列に連結して動画像を作成することにより、複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する点にある。

モデル化された脊柱の画像R１、R２、…を得るまでの処理（スッテプＳ３まで）は、第１実施例の場合と同じであるので、ここでの説明は省略する。本実施例の画像合成部１７は、図１０に示すように、モデル化された脊柱の画像R１、R２、…をフレーム画像として時系列に連結して動画像を作成する。術者は、表示部１９に映し出された動画を見ることにより、関心部位の経年変化を視覚的に容易に判断することができる。この場合も、各フレーム画像にＣＯＢＢ角を表示するようにすれば、脊柱側弯症の診断を一層的確に行なうことができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

上記実施例では、本発明をＸ線撮影装置に適用した例を説明したが、本発明は、実施例で説明した画像処理部１３を独立させた医用画像診断装置として構成することも可能である。

実施例では、時系列に撮影された長尺Ｘ線画像を例に採ったが、本発明は、長尺Ｘ線画像に限らず、時系列に撮影された一般的なサイズのＸ線画像にも適用することができる。

本発明の第１実施例に係るX線撮像装置のブロック図である。 第１実施例装置の動作順序を示したフローチャートである。 画像メモリに記憶された時系列の長尺Ｘ線画像の模式図である。 抽出された脊柱の画像の模式図である。 モデル化された脊柱の画像の模式図である。 色分け重畳表示された形態的特徴画像の模式図である。 第２実施例に係る時系列の長尺Ｘ線画像の模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 第２実施例に係る三次元モデルの模式図である。 第２実施例に係る合成画像の模式図である。 第３実施例に係る合成画像である動画の模式図である。 従来例の説明に供するスロットラジオグラフィーの説明図である。 従来例の説明に供するＣＯＢＢ角の説明図である。

符号の説明

Ｍ … 被検体
１０ … Ｘ線照射器（Ｘ線検出手段）
１１ … Ｘ線検出器（Ｘ線検出手段）
１２ … 画像収集部(画像収集手段）
１３ … 画像処理部（医用画像診断装置）
１５ … 画像メモリ（画像記憶手段）

Claims (6)

1. （ａ）被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像を記憶する画像記憶手段と、（ｂ）前記画像記憶手段に記憶された複数枚のX線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（ｃ）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（ｄ）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする医用画像診断装置。
2. 請求項１記載の医用画像診断装置において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を撮影時期に対応して色分けするとともに、これらの画像を重ね合わせることにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する医用画像診断装置。
3. 請求項１記載の医用画像診断装置において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を三次元のモデルに変換するとともに、これらの三次元のモデルを時系列に時間軸上に配置することにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する医用画像診断装置。
4. 請求項１記載の医用画像診断装置において、前記画像合成手段は、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像をフレーム画像として時系列に連結して動画像を作成することにより、前記複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する医用画像診断装置。
5. コンピュータを、（ａ）被検体を時系列に撮影して得られた複数枚のX線画像を記憶する画像記憶手段と、（ｂ）前記画像記憶手段に記憶された複数枚のX線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（ｃ）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（ｄ）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段として機能させるための医用画像診断用プログラム。
6. （A）被検体に向けてスロット状のX線ビームを照射するX線照射手段と、（B)被検体を透過したX線を検出するX線検出手段と、（C)前記X線照射手段と前記X線検出手段とを被検体の体軸方向に相対的にスライド移動させながら連続撮影して得られた複数枚のスロット状X線画像を長辺側で結合して一枚の長尺X線画像を得る画像収集手段と、（D）前記X線照射手段と前記X線検出手段と前記画像収集手段とによって、被検体を時系列に撮影して得られた複数枚の長尺X線画像を記憶する画像記憶手段と、（E）前記画像記憶手段に記憶された複数枚の長尺X線画像から関心部位の形態的特徴画像をそれぞれ抽出する画像抽出手段と、（F）前記画像抽出手段によって抽出された複数枚の関心部位の形態的特徴画像を対比可能に合成する画像合成手段と、（G）前記画像合成手段で得られた合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするX線撮像装置。

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