JP5631554B2 - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線診断装置に関し、より詳細には、３次元ロードマップを使用したインターベンション用Ｘ線診断装置に関するものである。

インターベンションや血管造影検査に於いては、カテーテルを例えば足の付け根付近から血管に挿入し、血管内を進めて目的の部位までカテーテルを持っていく。このカテーテル、若しくはカテーテル内を通したガイドワイヤを目的の位置まで進める際は、Ｘ線画像の透視下で、これらの作業を進める。しかしながら、Ｘ線画像では、造影剤などで強調しない限り血管は視認されない。ところが、視認できるようにするために造影剤を流し続けると、検体の腎機能に障害が起こる危険性がある。

そこで、一度造影剤を流して撮影した画像と、Ｘ線透視画像を重ね合わせて表示するロードマップ（Ｒｏａｄｍａｐ）機能がある。この機能は、造影剤を流さなくても血管の位置をある程度判別することができるため、特に血管構造が複雑でカテーテル、ガイドワイヤが入り難い場合によく使用される。

ところが、このロードマップ機能では、寝台を移動する、観察方向を変えるためにＣアームを回転する、患者が少し動く（身動きする）、等の動作が発生すると、ロードマップ画像を作成し直さなければならないものであった。頻繁なロードマップ画像の作成し直しは、検査時間の増加と使用造影剤量の増加を招いてしまう。

そのため、３次元（３Ｄ）血管画像を用いてロードマップ画像を作成し、透視画像と重ねる３次元ロードマップは、使用造影剤の低減、検査時間の短縮に効果があると期待される。

頭部血管の３次元画像を収集する際、回転中心は頭部の略中心となるように寝台位置及びＣアームの位置を調整する。これは、主要血管まで含めて再構成・表示する上では重要である。

一方、３次元ロードマップの使用時は、患部を中心に表示したいという要求がある。例えば、中大脳動脈の第一分岐部に動脈瘤がある場合、正面方向ではどのように観察されるかを考えてみる。３次元画像撮影時は、画像中心があるのは頭部の略中心であり、動脈瘤があるのは頭部の側面付近なので、画像中心からかなり外れている。したがって、３次元ロードマップ使用時は、患部を中心に表示したいというニーズを満足するためには、寝台若しくはＣアームを移動するしかない。

しかしながら、３次元ロードマップは色々な方向で使用するので、最低２方向で、寝台若しくはＣアームを移動、調整しなければならず、非常に面倒である。

特開２００３−６１９４１号公報

このように、頭部血管の３次元血管画像を収集する際、主要血管まで含めてデータ収集し、再構成・表示したいというニーズと、更に３次元ロードマップ使用時は患部を中心に表示したいというニーズの両方を満足するためには、従来は３次元ロードマップ使用時に観察角度を変更する時に最低２回はＣアームを移動、調整をしなければならないものであった。

したがって本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、３次元ロードマップ使用時に、使用造影剤の低減、検査時間の短縮を実現することができるＸ線診断装置を提供することである。

すなわち本発明は、Ｘ線管及び検出器を搭載して回転可能な略Ｃ型のアームと、前記検出器により収集される複数の撮影角度に関する複数のＸ線画像に基づいて３次元血管画像を再構成する再構成手段と、前記３次元血管画像における注目領域の中心位置を同定する注目領域同定手段と、前記注目領域の中心位置の前記検出器への投影点を略中心に有する、前記検出器上の画像表示領域を同定する表示領域同定手段と、前記検出器上の前記画像表示領域に限定してＸ線が照射されるように、前記Ｘ線管から発生されるＸ線ビームの少なくとも一部を遮蔽するコリメータと、前記３次元血管画像のボリュームレンダリング画像と前記検出器により任意の撮影角度で収集される前記画像表示領域に限定したリアルタイムのＸ線画像との合成画像を発生する画像合成手段と、前記リアルタイムのＸ線画像に含まれる前記注目領域の中心位置が画面の略中心に位置するように前記合成画像を表示する表示手段と、を具備するＸ線診断装置であって、前記リアルタイムのＸ線画像は、前記検出器のうちの前記画像表示領域のみから読み出されたＸ線画像である、ことを特徴とする。

本発明によれば、３次元ロードマップ使用時に、使用造影剤の低減、検査時間の短縮を実現することができるＸ線診断装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係るインターベンション用Ｘ線診断装置の構成を示すブロック図である。 図１のＣアーム１５の機構を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るインターベンション用Ｘ線診断装置の動作について説明するためのフローチャートである。 拡大モード時の表示領域の例を示したもので、（ａ）は一般的な例を示した図、（ｂ）は本実施形態に於ける拡大モード時の表示領域の例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインターベンション用Ｘ線診断装置の構成を示すブロック図である。

図１に於いて、Ｘ線診断装置１０は、Ｘ線管１１と、コリメータ１２と、寝台１３と、検出器１４と、Ｃアーム１５と、Ｘ線制御部２０と、コリメータ制御部２１と、アーム駆動装置２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、２次元画像メモリ２５と、フィルタリング部２６と、アフィン変換部２７と、ＬＵＴ２８と、３次元画像メモリ３０と、サブトラクション部３１と、３次元再構成部３２と、注目領域同定部３３と、表示領域同定部３４と、画像合成部３６と、表示部３７と、入力部３８と、制御部４０と、を有して構成される。

前記Ｘ線管１１は、図示されない高電圧発生装置から高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生する。このＸ線管１１のＸ線照射口近傍には、表示領域以外にＸ線が当たらないようにするためのコリメータ１２が配設されている。寝台１３は、図示されない被検体を載置する場所である。

検出器１４は、Ｘ線管１１から発生され被検体を透過するＸ線を検出する。この検出器１４は、マトリクス状に配置された複数の半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）で構成される。尚、検出器１４は、前述したＦＰＤに代えて、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせ（ＩＩ−ＴＶ）から構成されてもよい。

Ｃアーム１５は、Ｃ字形状に構成された支持装置であり、その両端にコリメータ１２を配設したＸ線管１１と、検出器１４が、それぞれ取り付けられている。また、Ｃアーム１５は、図２に示されるように、該アーム１５を支持する支持部１６を有している。そして、Ｃアーム１５を、図示矢印Ａ方向、Ｃ方向に回転させることにより、注目部位を任意の方向から観察することができる。

Ｘ線制御部２０は、Ｘ線透視に応じた線量のＸ線がＸ線管１５から発生するように、図示されない高電圧発生部を制御するものである。コリメータ制御部２１は、前記コリメータ１２の開閉状態を制御する。そして、アーム駆動装置２３は、制御部４０からの制御信号に応じた駆動信号をＣアーム１５に供給し、図示されない被検体に対する撮影角度を自由に変更できるように、図２に於いて、ＸＹＺ直交３軸各々に関して、矢印Ａ、Ｃ方向に回転可能に駆動する。

Ａ／Ｄ変換器２４は、検出器１４から出力される画像信号をデジタル化し、Ｘ線画像のデータを得るためのものである。２次元画像メモリ２５は、前述したＸ線画像を記憶するための回転画像記憶手段である。フィルタリング部２６は、投影画像等に高周波強調フィルタリングを行う。アフィン変換部２８は、投影画像等の画像拡大、移動等を行うものである。また、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ；ルックアップテーブル）２８は、投影画像等に階調変換を行う。

３次元画像メモリ３０は、様々な３次元画像のデータを記憶する画像記憶手段であり、この場合、造影剤により血管が強調された３次元血管画像が記憶される。サブトラクション部３１は、マスクとコントラスト画像とのサブトラクションを行う。３次元再構成部３２は、前記サブトラクション部３１によって得られたサブトラクションデータから３次元再構成を行う。

注目領域同定部３３は、注目領域の略中心を同定するためのものである。また、表示領域同定部３４は、表示範囲を同定する。画像合成部３６は、３次元血管画像とＸ線画像とを合成して合成画像を作成する。モニタ３７は、この画像合成部３６で合成された画像を表示する。

入力部３８は、マウスやキーボード、或いは電気的な２つの状態（例えばオン／オフ）との間の切り替えを行うためのスイッチや、後述する３次元ロードマップの開始／停止の切り替えを行うロードマップボタン等を有して構成される。尚、制御部４０は、Ｘ線診断装置１０全体の制御動作を司る部分である。

次に、このように構成されたインターベンション用Ｘ線診断装置の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。

インターベンション若しくは治療が開始され、操作者によってカテーテルが血管内に挿入されて、目的の位置、例えば頭部の血管にまで持って行く。その過程で、目的の分岐部にカテーテルを挿入することが難しい場合がある。このような場合、分岐部の形状を把握し、カテーテルを容易に挿入できるように、３次元ロードマップが使用される。

３次元ロードマップの第１段階は、３次元再構成のためのデータを撮影することである。Ｃ型のアーム（Ｃアーム）１５は、支持部１６の土台に設けられたモータ（図示せず）によって、図２の矢印Ｃ方向に高速に回転することができる。先ず、目的の主要血管が、全ての方向で視野内に入るように、寝台１３の位置、高さ、Ｃアーム１５の位置、の何れか１つ、若しくは組み合わせて調整される。その後、回転により患者に危険がないかどうかを確認した上で、投影データが撮影される。

ステップＳ１では、投影データの収集が行われる。この投影データの収集は、造影剤注入前と注入後の２回行われる。造影剤注入前に、秒間５０度でＣアーム１５がプロペラのように回転されつつ、例えば１度間隔で撮影が行われる。これにより収集された２００フレームの回転画像は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換された後、２次元画像メモリ２５に記億される。その後、Ｃアーム１５が高速で最初の回転開始位置まで戻される。

次に、造影剤が造影剤注入器（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ；インジェクタ）により注入され、一定時間経過後、再度秒間５０度で回転されつつ、１度間隔で撮影が行われる。ここで収集された２００フレームの回転画像は、同様にＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換された後、２次元画像メモリ２５に記憶される。

この２次元画像メモリ２５に、造影剤注入前の画像データと造影剤注入後の画像データが蓄積されると、双方の画像がサブトラクション部３１に転送される。サブトラクション部３１では、造影剤注入前と注入後で対応する角度同士の投影データに対し、サブトラクション（ＤＳＡ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）が行われる。

次に、ステップＳ２にて、前記サブトラクション部３１でサブトラクションが行われたデータが、３次元再構成部３２に送られて３次元再構成が行われる。３次元再構成部３１では、収集された２次元の投影データから３次元のボリューム画像が構築される。

再構成方法の一例として、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を示す。これは、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線管球の全方向への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で三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一例を示したが、これは装置やメーカによって異なることもあるので、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。作成された３次元血管画像は、３次元画像メモリ３０に保管される。

この３次元血管画像の作成が完了した時点で、３次元ロードマップの準備が完了する。

３次元ロードマップを表示したい時、操作者は、図示されない３次元ロードマップボタンを押す。この時、Ｘ線画像用モニタには、Ｘ線画像の最終撮影画像が表示されている。３次元ロードマップボタンが押されると、３次元画像メモリ３０に保存されている３次元血管画像データが読み出される。

ここで、複数の３次元血管画像がある場合は、ステップＳ３に於いて、３次元血管画像データがモニタ３７上にサムネイル表示される。そして、モニタ３７上のサムネイル画像から、目的のデータが選択される。このデータの選択は、入力部３８内の図示されないマウス等により行われる。データが選択されると、続くステップＳ４にて、選択されたデータに刻応する投影データの内、２次元画像メモリ２５から正面方向の撮影データと側面方向の撮影データとが読み出され、モニタ３７上に表示される。

次に、ステップＳ５にて、注目領域の同定が行われる。注目領域同定部３３では、モニタ３７上に表示された正面方向の撮影データと、側面方向の撮影データ上で、注目領域の中心が指定される。この指定は、操作者によって、入力部３８内の図示されないマウスのようなデバイスで行われる。指定されたデータは、３次元血管画像の座標系内に逆投影されて、２本の逆投影軌跡が最も近付く２点の中間点が、３次元血管画像の座標系に於ける注目領域の中心位置として同定される。

次に、ステップＳ６にて、表示領域同定部３４によって注目領域の中心位置が検出器（ＦＰＤ）１４の座標上に投影され、その投影点を中心としたＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ；観察領域）内が表示領域として同定される。尚、ＦＯＶが大きい場合、画像中心のシフトによってＦＯＶが検出器１４の読み出し領域を超えてしまう場合がある。その場合は、表示領域をＦＯＶと画像読み出し可能領域との重なりとして同定される。検出器１４の読み出し手段では、表示領域の画像のみが読み出される。

次いで、ステップＳ７にて、コリメータ制御部２１により、表示領域のみにＸ線が照射されるように、コリメータ１２の開閉量が制御される。そして、ステップＳ８に於いて、３次元血管画像のボリュームレンダリング画像が作成される。すると、この作成された３次元血管画像のボリュームレンダリング画像と、検出器１４から収集されるリアルタイムのＸ線画像（透視画像）とが画像合成部３６に於いて合成される。次いで、ステップＳ１０にて、注目領域の中心位置が常に画像の略中央に表示されるようにして、合成画像がモニタ３７上に表示される。

その後、ステップＳ１１に於いて、条件の変更の有無が判断される。ここで、条件、例えば、観察角度やＦＯＶ、ＳＩＤ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ；線源受像面間距離）が変更された場合は前記ステップＳ６に移行して、移行の処理動作が繰り返される。

例えば、ＦＯＶが変更された場合、あたかも注目領域の中心位置が検出器１４の中心にあるかのように、３次元血管画像のボリュームレンダリング画像と検出器１４から収集されるリアルタイムのＸ線画像（透視画像）とが拡大され、それらの合成画像が表示される。ＳＩＤが変更された場合も、同様に、血管画像のボリュームレンダリング画像の拡大率が変更されて、それらの合成画像が表示される。

更に、観察角度が変更された場合は、再度、表示領域同定部３４で注目領域の中心位置が検出器１４の座標上に投影され、その投影点を中心としたＦＯＶ内が、表示領域として同定される。同定された表示領域に合致するようコリメータが制御され、更に画像合成部３６で３次元血管画像のボリュームレンダリング画像と検出器１４から収集されるリアルタイムのＸ線画像（透視画像）とが合成され、注目領域の中心位置が常に画像の略中央に表示されるように合成画像が表示される。

図４は、拡大モード時の表示領域の例を示したもので、（ａ）は一般的な例を示した図、（ｂ）は本実施形態に於ける拡大モード時の表示領域の例を示した図である。

図４（ａ）に示されるように、一般に、異なる拡大モードの表示領域４６、４７は、その注目領域の中心４８は画面４５の中心位置である。これに対し、本実施形態では、図４（ｂ）に示されるように、画面４５の中心４８と異なる位置に注目領域の中心４９が表示される。そして、この中心４９の回りに、異なる拡大モードの表示領域４６ａ、４７ａが表示されている。

このように、本実施形態によれば、３次元ロードマップ使用時に、３次元撮影時の回転中心ではなく、患部を中心に表示することができる。

（第１の変形例）
前述した実施形態では、注目領域の同定を、対応する投影データの内、正面方向の撮影データと側面方向の撮影データをモニタ上に表示して２点を指定することによって行っている。しかしながら、正面方向の撮影データだけをモニタに表示し、その画像上の１点を指定することで同定するようにしても良い。

注目領域同定部３３では、モニタ３７上に表示された正面方向の撮影データ上で、注目領域の中心を、操作者が入力部３８内の図示されないマウスのようなデバイスで指定する。指定されたデータを３次元血管画像の座標系内に逆投影をし、逆投影軌跡が３次元血管画像の座標系に描画する。投影軌跡と３次元血管画像の中の血管部（闘値処理で同定）との交点を同定し、血管の中心部を３次元血管画像の座標系に於ける注目領域の中心位置として同定する。

このように、正面方向の撮影データだけをモニタに表示して、その画像上の１点を指定するだけでも、前述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

ことで同定するようにしても良い。

（第２の変形例）
前述した実施形態、及び第１の変形例では、注目領域の同定を、投影データ上で行っているが、これに限られるものではなく、例えば、３次元血管画像上の１点を指定することで同定するようにしても良い。

この場合、注目領域同定部３３では、モニタ３７上に表示された３次元血管画像のボリュームレンダリング画像上で、注目領域の中心を、操作者が図示されないマウス等のデバイスで指定する。指定されたデータを３次元血管画像の座標系内に逆投影をし、逆投影軌跡が３次元血管画像の座標系に描画する。投影軌跡と３次元血管画像の中の血管部（闘値処理で同定）との交点を同定し、血管の中心部を３次元血管画像の座標系に於ける注目領域の中心位置として同定する。

このように、注目領域の同定を、３次元血管画像上の１点を指定することで行うようにしても、前述した実施形態及び第１の変形例と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。

更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、或いは実施形態に示される構成要件が幾つか組合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明によれば、３次元ロードマップ使用時に、使用造影剤の低減、検査時間の短縮を実現することができるＸ線診断装置が得られる。

１０…Ｘ線診断装置、１１…Ｘ線管、１２…コリメータ、１３…寝台、１４…検出器、１５…Ｃアーム、１６…支持部、２０…Ｘ線制御部、２１…コリメータ制御部、２３…アーム駆動装置、２４…Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器、２５…２次元画像メモリ、２６…フィルタリング部、２７…アフィン変換部、２８…ＬＵＴ（ルックアップテーブル）、３０…３次元画像メモリ、３１…サブトラクション部、３２…３次元再構成部、３３…注目領域同定部、３４…表示領域同定部、３６…画像合成部、３７…表示部、３８…入力部、４０…制御部。

Claims (4)

1. Ｘ線管及び検出器を搭載して回転可能な略Ｃ型のアームと、
   前記検出器により収集される複数の撮影角度に関する複数のＸ線画像に基づいて３次元血管画像を再構成する再構成手段と、
   前記３次元血管画像における注目領域の中心位置を同定する注目領域同定手段と、
   前記注目領域の中心位置の前記検出器への投影点を略中心に有する、前記検出器上の画像表示領域を同定する表示領域同定手段と、
   前記検出器上の前記画像表示領域に限定してＸ線が照射されるように、前記Ｘ線管から発生されるＸ線ビームの少なくとも一部を遮蔽するコリメータと、
   前記３次元血管画像のボリュームレンダリング画像と前記検出器により任意の撮影角度で収集される前記画像表示領域に限定したリアルタイムのＸ線画像との合成画像を発生する画像合成手段と、
   前記リアルタイムのＸ線画像に含まれる前記注目領域の中心位置が画面の略中心に位置するように前記合成画像を表示する表示手段と、
   を具備するＸ線診断装置であって、
   前記リアルタイムのＸ線画像は、前記検出器のうちの前記画像表示領域のみから読み出されたＸ線画像である、
   ことを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記注目領域同定手段は、前記複数のＸ線画像のうちの少なくとも一つのＸ線画像上で指定された注目領域の中心位置に基づいて前記３次元血管画像の座標系における前記注目領域の中心位置を同定することを特微とする請求項１に記載のＸ線診断装置。
3. 前記注目領域同定手段は、前記ボリュームレンダリング画像上で指定された注目領域の中心位置に基づいて前記３次元血管画像の座標系における前記注目領域の略中心を同定することを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。
4. 前記表示領域同定手段は、画像拡大率が変化しても前記注目領域の中心位置が常に前記画面の略中心に位置するように前記合成画像を表示することを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。

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