JP4966120B2

JP4966120B2 - Ｘ線アンギオ撮影装置

Info

Publication number: JP4966120B2
Application number: JP2007187426A
Authority: JP
Inventors: 悟大石; 聖史広瀬
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: US20090022271A1; CN101347338B; US7604404B2; CN101347338A; JP2009022464A

Description

本発明は、造影前後の画像から血管の３次元画像を発生するＸ線アンギオ撮影装置に関する。

肝臓の腫瘍を診断するためにＣＴＨＡ（肝動脈造影下ＣＴ）と言う検査手技がある。これは肝動脈を造影しながらＣＴ（コンピュータトモグラフィ）を撮影する方法である。しかしこの手技は一般的にはＣＴ装置とアンギオ装置が両方構成された装置（IVR-CTと呼ばれる）でしか実現できない。しかしIVR-CTは非常に高価で、一部の大病院でしか購入できない。

ところで近年、Ｘ線アンギオ撮影装置を用いて多数の投影画像を収集し、その多数の投影画像から再構成することにより軟部組織の視認性を向上させる方法（以下ソフトティッシュイメージング）が提案されている。

このソフトティッシュイメージングでＣＴＨＡと同じことができれば、高価なIVR-CTを購入できない病院でも同様の検査ができるようになると期待される。その一方で、ソフトティッシュイメージングでＣＴＨＡのような検査ができるようになったとしても、従来の3D-DSAは栄養血管の同定及びアプローチの経路を同定する目的で欠くことはできない検査である。

しかしソフトティッシュイメージングとしてのＣＴＨＡはＣＴよりも濃度分解能が劣るため、必然的により多くの造影剤を必要とする。その結果、造影剤量においては患者への増加負担が危惧される。
特開２００７−１３０２４４号公報

本発明の目的は、１回の回転撮影で２種の３次元画像を発生可能とするのためのＸ線アンギオ撮影装置を提供することにある。

本発明の第１局面によるＸ線アンギオ撮影装置は、略Ｃ形アームと、前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、造影後の複数のコントラスト画像の角度間隔が、造影前の複数のマスク画像の角度間隔よりも狭くなるように、前記回転駆動部を制御する回転制御部とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線アンギオ撮影装置は、略Ｃ形アームと、前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、造影後の複数のコントラスト画像の角度間隔が、造影前の複数のマスク画像の角度間隔よりも狭くなるように、前記Ｘ線検出器の収集レートを制御する収集制御部とを具備する。
本発明の第３局面によるＸ線アンギオ撮影装置は、略Ｃ形アームと、前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、造影後のコントラスト画像撮影時の回転速度が、造影前のマスク画像撮影時の回転速度よりも遅くなるように、前記回転駆動部を制御する回転制御部とを具備する。

本発明によれば、１回の回転撮影で２種の３次元画像を発生可能とするのためのＸ線アンギオ撮影装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明に係るＸ線アンギオ撮影装置を好ましい実施形態により説明する。
図１に示すように、Ｘ線アンギオ撮影装置は、Ｘ線撮影機構１０を有する。Ｘ線撮影機構１０は、図２に示すように、Ｘ線管１２とＸ線検出器１４とを有する。Ｘ線検出器１４は、イメージインテンシファイア１５とＴＶカメラ１６とから構成される。または、検出器１４は、マトリクス状に配列された半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成される。Ｘ線管１２は、Ｘ線検出器１４とともに、互いに対向する向きでＣ形アーム６０に搭載される。寝台の天板５０上の被検体Ｐは、Ｘ線管１２と検出器１４との間に配置される。Ｃ形アーム６０は、天井ベース６３から吊り下げられる支柱６４、または床置きスタンドに支持される。Ｃ形アーム６０は、直交３軸Ａ，Ｂ，Ｃに関して回転可能である。回転駆動部２２は支柱６４の内部に収容される。回転駆動部２２は、Ｃ形アーム６０を矢印Ａ，Ｂに個別に回転するための２つの動力源を有する。Ｃ形アーム６０は、回転駆動部２２で高速にプロペラのように回転されることができる。

Ｘ線アンギオ撮影装置は、Ｘ線撮影機構１０とともに、システムコントローラ２０、カメラコントローラ２１、回転コントローラ２３、画像メモリ２５、感度補正部２６、対応画像選択部１９、サブトラクション部２７、体厚同定部２８、散乱線補正部２９、ビームハードニング補正部３０、高周波強調フィルタリングなどを行うフィルタリング部３１、画像拡大移動などを行うアフィン変換部３２、３次元再構成部３４、３次元画像処理部３５、Ｄ／Ａ変換部３６、表示部３７を有する。

上述のように回転駆動部２２で高速にプロペラのようにＣ形アーム６０を回転しつつ、投影角度を変化させながら例えば１度間隔で撮影を繰り返し、得られた回転角度例えば２００度分の２００パターンのＸ線強度分布（Ｘ線画像）を収集する。次に造影剤注入後、同様にＣ形アーム６０を回転しつつ、投影角度を変化させながら例えば０．５度間隔で撮影を繰り返し、得られた回転角度例えば２００度分の４００パターンのＸ線強度分布（Ｘ線画像）を収集する。投影されたＸ線画像は、カメラコントローラ２１内のアナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）でディジタル信号に変換される。なお、造影剤注入前に発生されたＸ線画像をマスク画像と称し、造影剤注入後に発生されたＸ線画像をコントラスト画像と称する。

画像メモリ２５は、造影前に撮影された複数のマスク画像に関するデータ、および造影後に撮影された複数のコントラスト画像に関するデータを記憶するために設けられている。対応画像選択部１９は、造影前に撮影された複数のマスク画像に対して撮影角度が各々整合する造影後のコントラスト画像を選択する。つまり、対応画像選択部１９は、造影前に撮影された複数のマスク画像に対して撮影角度が同じ又は最も近い造影後の複数のコントラスト画像をそれぞれ同定する。サブトラクション部２７は、複数のマスク画像と、対応画像選択部１９で選択された複数のコントラスト画像とを同じ又は最も近い撮影角度どうしで差分（引き算）することにより、撮影角度の相違する複数の差分画像（ＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）画像ともいう）を発生する。

３次元再構成部３４は、複数の差分画像に基づいて３次元画像（第１の３次元画像）を再構成する。３次元画像処理部３５では再構成された第１の３次元画像を例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元的な画像に変換する。この画像は、血管だけの情報を持った３次元血管像（3D-DSA画像）である。再構成方法の１例としては、ここではFeldkamp等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法の場合を示すと、２００フレームのＤＳＡ画像に対して例えばShepp & LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルタをかける。次に逆投影演算を行うことにより再構成データが得られる。ここで再構成領域は、Ｘ線管１２の全方向へのＸ線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばディテクタ１４の１検出素子の幅に投影される再構成領域中心部での長さｄで３次元的に離散化され、離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但しここでは離散間隔の１例を示したが、これは様々な手法があるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。

また、３次元再構成部３４は、複数のコントラスト画像に基づいて３次元画像（第２の３次元画像）を再構成する。この３次元画像は、軟部組織の視認性を向上させたいわゆるＣＴＨＡ画像（ソフトティッシュ画像）に相当する。詳細は後述する。

図３に示すように、投影データの収集は、造影剤注入前と注入後の２回行う。造影剤注入前の撮影では、アーム６０を例えば３０度／秒の速度で回転しながら、一定のフレームレート、典型的には３０fpsで撮影を繰り返す。それにより1度間隔で２００フレームのマスク画像が収集される。収集された２００フレームのマスク画像のデータは、カメラコントローラ２１内のアナログディジタル変換器でディジタル信号に変換され、それぞれの撮影角度のデータを関連付けられて画像メモリ２５に記憶される。その後アーム６０を高速に最初の回転開始位置まで戻す。次に造影剤が造影剤注入器（Injector）により注入され、一定時間経過後、今度は、造影前撮影時の１／２の速度として１５度／秒で回転しつつ、同じフレームレート固定（30fps）で撮影を繰り返す。それにより造影前撮影時の１／２の０．５度間隔でコントラスト画像が収集される。収集された４００フレームのコントラスト画像のデータは、画像メモリ２５に記憶される。

なお、検出器１４の読み出し（フレームレート）がさらに高速にできるのであれば、Ｃ型アーム６０の回転速度を３０度／秒に、検出器の画像読み出しレートを６０フレーム／秒に調整しても良い。４００枚（フレーム）のコントラスト画像のデータは、それぞれの撮影角度のデータを関連付けられて画像メモリ２５に記憶される。

図４に示すように、撮影終了後、対応画像選択部１９において、２００枚のマスク画像（ＩＭ_Ｎ）の各々に対して撮影角度が同じ２００枚のコントラスト画像（ＩＣ_ｎ）が４００枚の中から選択される。２００枚のコントラスト画像（ＩＣ_Ｎ）と、２００枚のマスク画像（ＩＭ_ｎ）とは同じ撮影角度どうしで引き算される。２００枚の差分画像に基づいて３次元再構成部３４で第１の３次元画像（３Ｄ−ＤＳＡ画像）が再構成される。この３次元画像は、造影されていない骨や軟部組織等の主に非血管部位が除去され、造影部位として主に血管形態を表している、再構成された画像は、３次元画像処理部３５に転送され、例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元的な画像に変換され、Ｄ／Ａ３６を経由して表示部３７に表示される。

この３次元画像の生成及び表示処理の処理と並行して、又は当該処理に前後して、ＣＴＨＡ画像（第２の３次元画像）が生成される。ＣＴＨＡ画像の生成は、収集した全ての４００枚のコントラスト画像（ＩＣ_ｎ）により行われる。まず、コントラスト画像は感度補正部２６において検出器感度補正用の画像との間で差分される。検出器感度補正用の画像は、検出器の感度及びＸ線の強度差を表すデータである。そこで検出器感度補正用の画像から造影後のコントラスト画像のサブトラクションが行われる。３次元再構成部３４では、感度補正された複数のコントラスト画像から３次元画像を再構成する。この３次元画像に対して体厚同定部２８では閾値処理を施し、骨部と軟組織部、背景領域に分離する。その３次元画像を、撮影時と同じ方向から投影して、４００フレームの投影画像を生成する。各投影画像のピクセル毎に、Ｘ線軌跡上の骨と軟組織との厚みB（θ,i,j）、T（θ,i,j）を計算する。

厚みデータB（θ,i,j）、T（θ,i,j）と投影データP(θ,i,j)は散乱線補正部２９に送られる。散乱線の補正では、骨と軟組織との厚みを利用し、２次元の補正テーブルを参照して補正する。次にビームハードニング補正部３０では、やはり厚みデータを元に２次元の補正テーブルを参照し、投影画像の値を補正する。なお補正テーブルは、実験的に求められる。

散乱線補正及びビームハードニング補正を受けた４００フレームの投影画像は３次元再構成部３４に送られ、第３の３次元画像の再構成のために用いられる。この３次元画像は、ＣＴＨＡ画像に近似的な画像になる。このように一度の撮影によりソフトティッシュイメージングとしてのＣＴＨＡ画像と３Ｄ−ＤＳＡ画像を得られるようにすることで、被曝線量低減、造影剤使用量低減、検査時間短縮などにより患者負担を低減することができる。

本実施形態ではフレームレート固定で、回転速度を変化させることにより角度サンプリングピッチを変化させる方法について説明した。この実施形態では、マスク画像撮影時とコントラスト画像撮影時とでは回転速度が異なり、Ｃアームの振動などに差異が発生するため、厳密には振動などの補正データを別々に計測しておく必要がある。しかし仮にフレームレートの高速化が可能であれば、回転速度は一定のまま、フレームレートを変化させることにより角度サンプリングピッチを変化させても良い。この実施形態の場合は、補正データはマスク画像収集、コントラスト画像収集で共通に使える。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本実施形態に係るＸ線アンギオ撮影装置の構成図。図１のＸ線撮影機構の外観図。本実施形態の撮影手順を示す図。本実施形態の画像処理手順を示す図。

符号の説明

１０…Ｘ線撮影機構、１２…Ｘ線管、１４…Ｘ線検出器、２０…システムコントローラ、２１…カメラコントーラ、２２…回転駆動部、２３…回転コントローラ、２４…第１画像メモリ、２５…第２画像メモリ、２６…感度補正部、２７…サブトラクション部、２８…体厚同定部、２９…散乱線補正部、３０…ビームハードニング補正部、３１…フィルタリング部、３２…アフィン変換部、３３…画像合成部、３４…３次元再構成部、３５…３次元画像処理部、３６…Ｄ／Ａ変換部、３７…表示部、６０…Ｃ形アーム。

Claims

略Ｃ形アームと、
前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、
前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、
前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、
前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、
造影後の複数のコントラスト画像の角度間隔が、造影前の複数のマスク画像の角度間隔よりも狭くなるように、前記回転駆動部を制御する回転制御部とを具備することを特徴とするＸ線アンギオ撮影装置。
略Ｃ形アームと、
前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、
前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、
前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、
前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、
造影後の複数のコントラスト画像の角度間隔が、造影前の複数のマスク画像の角度間隔よりも狭くなるように、前記Ｘ線検出器の収集レートを制御する収集制御部とを具備することを特徴とするＸ線アンギオ撮影装置。
略Ｃ形アームと、
前記略Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、
前記略Ｃ形アームの回転を駆動する回転駆動部と、
前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線管と、
前記Ｘ線管に対向する向きで前記略Ｃ形アームに搭載されるＸ線検出器と、
造影後のコントラスト画像撮影時の回転速度が、造影前のマスク画像撮影時の回転速度よりも遅くなるように、前記回転駆動部を制御する回転制御部とを具備することを特徴とするＸ線アンギオ撮影装置。
前記複数のマスク画像と撮影角度が整合するコントラスト画像との差分画像に基づいて第１の３次元画像を再構成し、前記複数のコントラスト画像に基づいて第２の３次元画像を再構成する再構成部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ線アンギオ撮影装置。
前記コントラスト画像の角度間隔は、前記マスク画像の角度間隔の１／２又はそれ未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ線アンギオ撮影装置。