JP5652994B2 - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線透視を行うＸ線診断装置に関する。

Ｘ線造影検査やＸ線血管内治療において医師等は、Ｘ線透視下で、カテーテルやガイドワイヤを目的部位まで進める。透視画像は、造影剤等で強調しない限り、血管が描出されない。そこで、過去に造影剤を流して撮影された血管画像とライブ画像とを重ね合わせて表示するロードマップ機能がある。ロードマップは、血管走行を把握できるという長所を有する。しかし、寝台が移動された場合や、ライブ画像の観察方向を変更するためにアームを回転する場合、血管画像を発生しなおさなければならない。頻繁な血管画像の発生しなおしは、検査・治療時間の増加や使用する造影剤の増加を招く。その結果、患者の負担は増加してしまう。

近年、３次元の血管情報を利用した３次元ロードマップ機能が開発されている。３次元ロードマップ機能を利用すれば、寝台が移動されたり、透視画像の観察角度が変更されたりした場合でも、３次元の血管情報を移動、回転することにより、ライブ画像と血管画像との位置ずれを補正することができる。そのため、上記の問題点は解決される。しかし、透視画像の観察角度を任意の角度に変更してしまうと、医師は、カテーテルやガイドワイヤをどの方向に動かせばよいのかわからなくなってしまう。従って、３次元的な血管構造が把握しづらい場合でも、医師は、正面方向のライブ画像を観察しながらカテーテルやガイドワイヤを操作しているのが現状である。そのため、カテーテル手技における手技効率が悪い。
米国特許出願公開第２００７／０２０１６０９号明細書

本発明の目的は、カテーテル手技における手技効率の向上を可能とするＸ線診断装置を提供することにある。

本発明のある局面に係るＸ線診断装置は、特定の撮影角度で被検体をＸ線で撮影して、前記特定の撮影角度に対応する特定の観察角度に関するＸ線画像のデータを発生する撮影部と、前記被検体の造影された血管に関する３次元画像のデータを記憶する記憶部と、前記３次元画像のデータに基づいて前記特定の観察角度とは異なる観察角度として前記被検体の正面方向に関する血管画像のデータを発生する発生部と、前記発生されたＸ線画像と前記正面方向に関する血管画像とを表示する表示部と、を具備するＸ線診断装置であって、前記発生部は、ユーザによる前記血管画像の観察角度の変更指示がなされたことを契機として、前記血管画像の観察角度を正面方向から前記被検体の右側面、左側面、背面、上面、及び下面方向の何れかの他の観察角度に変更するため、前記３次元画像のデータに基づいて前記他の観察角度に関する血管画像のデータを発生し、前記表示部は、前記発生されたＸ線画像と前記他の観察角度に関する血管画像とを表示する、ことを特徴とする。

本発明によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を実現するＸ線診断装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るＸ線診断装置及びその画像処理方法を説明する。図１は、本実施形態に係るＸ線診断装置１の構成を示す図である。図１に示すようにＸ線診断装置１は、撮影機構１０と画像処理装置２０とを有する。撮影機構１０は、図２に示すように、アーム１２を支持する支持部１４を有する。アーム１２は、Ｃ形状を有する。アーム１２は、Ｘ線管１５と検出器１６とを搭載する。Ｘ線管１５は、高電圧発生装置（図示せず）から高電圧が印加されることによりＸ線を発生する。検出器１６は、Ｘ線管１５から発生され被検体を透過するＸ線を検出する。検出器１６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。なおＦＰＤに代えて、検出器１６は、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から構成されてもよい。

アーム１２は、被検体に対する撮影角度を自由に変更できるように、ＸＹＺ直交３軸各々に関して矢印Ａ，Ｂ，Ｃに回転可能に支持部１４によって支持される。典型的には、撮影角度は、ＸＹＺ直交３軸に対する撮影軸の交差角として定義される。慣習的には、第１斜位（ＲＡＯ）、第２斜位（ＬＡＯ）、第３斜位（ＬＰＯ）、第４斜位（ＲＰＯ）それぞれの角度として定義される。撮影軸は、Ｘ線管１５のＸ線焦点から検出器１６の検出面中心を通る直線として定義される。典型的には、Ｚ軸は、被検体の体軸に略一致するものとして定義される。そして、Ｚ軸に対して撮影軸に一致するＹ軸とＸ軸とは、アイソセンタ（撮影不動点）で交差する。アーム１２には、駆動部１８が接続される。駆動部１８は、制御部５０からの制御信号に応じた駆動信号を支持部１４に供給することによって、アーム１２を移動する。

画像処理装置２０は、Ａ／Ｄ変換部２２、インタフェース部２４、３次元画像メモリ２６、２次元画像メモリ２８、フィルタリング部３０、アフィン変換部３２、ＬＵＴ部３４、位置ずれ計算部３６、３次元画像処理部３８、血管同定部４０、観察角度計算部４２、画像合成部４４、Ｄ／Ａ変換部４６、表示部４８、入力装置５０、及び制御部５２を有する。

Ａ／Ｄ変換部２２は、検出器１５に接続される。Ａ／Ｄ変換部２２は、検出器１５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。なお、Ｘ線透視によりリアルタイムに出力されるＸ線画像をライブ画像と呼ぶことにする。

インタフェース部２４は、ＬＡＮ（Local Area Network）に接続される。ＬＡＮには、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、或いはＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）等のモダリティ１００や、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication Service）サーバ２００等が接続されている。インタフェース部２４は、ＬＡＮに接続されたこれら装置と通信する。インタフェース部２４は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置や、磁気共鳴イメージング装置、ＳＰＥＣＴ等のモダリティ１００、ＰＡＣＳサーバ２００から３次元画像のデータをロードする。３次元画像のデータは、ボリュームデータとして扱う。例えば、３次元画像のサイズ（マトリクスサイズ）は、５１２×５１２×５１２である。

３次元画像メモリ２６は、インタフェース部２４によりロードされた様々な３次元画像のデータを記憶する。３次元画像は、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により発生され、造影剤により血管が強調された３次元ＤＡ（デジタルアンギオ）画像である。他の３次元画像は、抽出された血管領域に関する３次元ＤＳＡ（デジタルサブトラクションアンギオ）画像である。さらに他の３次元画像は、ＣＴＡ（ＣＴアンギオ）画像やＭＲＡ（ＭＲアンギオ）画像がある。

２次元画像メモリ２８は、撮影機構１０で発生されたライブ画像のデータや高周波強調等のフィルタリング処理されたライブ画像等のデータ、アフィン変換されたライブ画像等のデータ、投影処理して発生された投影画像のデータを記憶する。

フィルタリング部３０は、ライブ画像や投影画像等に高周波強調フィルタリングを行なう。アフィン変換部３２は、ライブ画像や投影画像を画像拡大や移動するためにアフィン変換を行なう。ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）部３４は、ライブ画像や投影画像に階調変換を行なう。

位置ずれ計算部３６は、ロードマップ開始時点において撮影機構１０で発生されたライブ画像と、ロードマップ開始時点におけるアーム１２の撮影角度に対応する観察角度（投影角度）で投影処理されたことにより発生された投影画像との解剖学的な位置ずれ量を計算する。

３次元画像処理部３８は、造影剤により血管が強調された３次元画像のデータを投影処理し、血管が強調された投影画像（血管画像）のデータを発生する。投影処理は、最大値投影処理、最小値投影処理、平均値投影処理等の画素値投影処理だけでなく、ボリュームレンダリング処理やサーフェスレンダリング処理等を含むとする。また、３次元画像処理部３８は、撮影角度と計算された位置ずれ量とにより決定される観察角度（投影角度）に従って、３次元画像のデータを投影処理し、ライブ画像との位置ずれが補正された血管画像のデータを発生する。

血管同定部４０は、表示された合成画像上で入力装置５０を介して指定された部分と解剖学上略同一な３次元画像に含まれる血管領域の部分を同定する。指定される部分は、例えば、血管の分岐部分や湾曲部分である。観察角度計算部４２は、同定された部分を観察する上で最適な観察角度を、血管領域の形状に基づいて計算する。

画像合成部４４は、ライブ画像とボリュームレンダリング画像とを合成して合成画像のデータを発生する。Ｄ／Ａ変換部４６は、表示部４８に接続される。Ｄ／Ａ変換部４６は、ライブ画像データに対してフィルタ処理、アフィン変換処理、階調変換されることによって生成される画像データをアナログ化して、表示部４８を駆動させるために画像信号を得る。表示部４８は、例えばＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）等の表示デバイスを含む。表示部４８は、Ｄ／Ａ変換部４６から出力される画像信号が表す画像を、ＣＲＴ等の表示デバイスに表示する。

入力装置５０は、キーボードやマウス等の既知の入力デバイスを有する。入力装置５０は、ユーザからの種々の指示を入力する。

制御部５２は、Ｘ線画像の撮影（透視）のようなＸ線診断装置１が一般的に備える各種の動作を実現するように各部を制御する。

次に、制御部５２の制御のもとに行われる最適観察角度への変更処理の処理手順を、例えば、カテーテル術の状況のもとで説明する。なお、以下の説明を具体的に行なうために、投影処理は、ボリュームレンダリング処理であるとする。また、ボリュームレンダリング処理により発生される画像をボリュームレンダリング画像と呼ぶことにする。

図３は、最適観察角度への変更処理の流れを示す図である。制御部５２は、ユーザ（医師や技師）により３次元ロードマップボタンが押されると、表示部４８に、ライブ画像に重ね合わせる画像を選択するための画面を表示する。ユーザは、入力装置５０を介して画面上で、重ね合わせる画像を選択する。重ね合わせる画像は、３次元ＤＳＡ画像、３次元ＤＡ画像、ＣＴＡ画像、ＭＲＡ画像等がある。３次元ＤＡ画像や、ＣＴＡ画像、ＭＲＡ画像が選択された場合、これら３次元画像のデータは、血管同定部４０に送信される前に、閾値処理やリージョングローイング処理等の既存の処理により当該３次元画像から血管領域が抽出される。以下、抽出された血管領域に関する３次元画像や３次元ＤＳＡ画像をまとめて、３次元血管画像と呼ぶことにする。

カテーテル術中において制御部５２は、Ｘ線診断装置１が有する各部を制御することにより被検体をＸ線透視する。Ｘ線透視中、ライブ画像データがリアルタイムに発生される。また、Ｘ線透視中、ライブ画像とボリュームレンダリング画像との合成画像は、表示部４８に表示される（ステップＳ１）。

表示部４８に合成画像が表示されると、制御部５２は、入力装置５０を介した観察角度の変更処理の開始指示を待機している（ステップＳ２）。

制御部５２が開始指示を待機している間、ユーザは、合成画像を観察しながら、カテーテルやガイドワイヤを目標部位に向けて進めている。基本的には、合成画像の観察角度、すなわちライブ画像とボリュームレンダリング画像との観察角度は、任意の角度でよい。しかし、カテーテル操作の簡便さのため、カテーテル術は、その８０％〜９０％が患者正面方向に関する観察角度で行なわれている。従ってステップＳ２における合成画像の観察角度は、患者正面方向に関する観察角度に設定されているとする。

血管の分岐部分までカテーテルやガイドワイヤが到達すると、ユーザは、血管の走行方向を的確に把握するために、分岐部分や湾曲部分を異なる観察角度で観察したい場合がある。この場合、ユーザは、例えば入力装置５０を介して、観察角度の変更指示を入力する。例えば、ユーザにより入力装置５０を介して、「Working Angle」ボタンが押されることを契機として、制御部５２は、観察角度の変更処理を開始する（ステップＳ２：ＹＥＳ）。

変更処理の開始指示が入力されると制御部５２は、観察に最適な観察角度を算出する（ステップＳ３）。以下に、分岐部分を異なる観察角度で観察する状況を例に挙げ、ステップＳ３の詳細を説明する。

変更処理の開始指示が入力されると制御部５２は、表示部４８に表示される合成画像上にカーソルを表示する。そして制御部５２は、ユーザにより入力装置５０を介してカーソルで分岐部分が指定されることを待機している。

分岐部分が指定されると、制御部５２は、血管同定部４０に、血管部分の同定処理を行なわせる。血管部分の同定処理は以下のように行なわれる。まず血管同定部４０は、指定された合成画像上の位置座標を、ボリュームレンダリング画像の表示面（ボリュームレンダリング処理における投影面）上の位置座標に変換する。この表示面は、位置指定を行なった合成画像の観察角度と同じ観察角度（投影角度）でボリュームレンダリング処理した場合に発生されるボリュームレンダリング画像の表示面である。次に血管同定部４０は、変換された表示面上の位置座標を通る、ボリュームレンダリング処理における投影軌跡（レイ）を算出する。次に、血管同定部４０は、３次元血管画像に含まれ、算出した投影軌跡を通り、血管領域が有するボクセル値以上のボクセル値を有する部分を同定する。

血管部分を同定すると血管同定部４０は、同定した部分を中心とする、所定サイズの立方体領域を３次元血管画像から抽出する。立方体領域の一辺の長さＭは、３次元血管画像の一辺の長さ（マトリックスサイズ）Ｎよりも十分に小さい値、例えば、１０とする。立方体領域が抽出されることで、目的の分岐部分を高精度に特定でき、又、今後の処理時間を削減できる。

立方体領域が抽出されると制御部５２は、観察角度計算部４２に血管の分岐部分の特定処理を行なわせる。分岐部分の特定処理は、以下のように行なわれる。まず、観察角度計算部４２は、立方体領域に含まれる血管領域を細線化処理する。以下、細線化された血管領域を細線と呼ぶ。細線化処理を行うと、観察角度抽出部４２は、立方体領域の上面、下面、左側面、右側面、前面、及び後面の何れかに含まれる細線の部分を特定する。次に観察角度計算部４２は、特定した部分から細線をトラッキング処理する。トラッキング処理は、３次元ワークステーションにおいて公知の技術である。そして観察角度計算部４２は、トラッキング処理の途中で細線が２つ以上に分岐する点を特定し、特定した点を分岐部分とする。以上で分岐部分の特定処理が終了する。

分岐部分が特定されると観察角度計算部４２に観察角度の算出処理を行なう。図４は、視線ベクトルを算出するために算出される各ベクトルを説明するための図である。観察角度計算部４２は、上述の細線をトラッキング処理することにより、分岐部分Ｆの位置ベクトルＢ、トラッキング開始点の位置ベクトルＥ0、及びｉ（１≦ｉ≦ｎ，ｎは１以上の整数）番目の分岐血管のトラッキング終点の位置ベクトルＥiを算出する。なお、ｉ番目の分岐血管とは、分岐部分Ｆから分岐したｉ番目の細線が属するｉ番目の血管領域である。位置ベクトルＥiは、分岐部分Ｆから一定距離だけ離れたｉ番目の分岐血管の細線上の点の位置ベクトルである。

これら位置ベクトルＢ、位置ベクトルＥ0、位置ベクトルＥiに基づいて、観察角度計算部４２は、分岐部分Ｆを始点とし、トラッキング開始点、及びｉ番目の分岐血管のトラッキング終点をそれぞれ終点とするベクトル（以下、分岐ベクトルと呼ぶ）を算出する。例えば、分岐ベクトルＥ0−Ｂは、分岐部分Ｆを始点としトラッキング開始点を終点とするベクトルである。

分岐ベクトルを算出すると観察角度計算部４２は、法線ベクトルＮj（１≦ｊ≦_n+1Ｃ₂）を算出する。なお、_n+1Ｃ₂は、異なるｎ個から２個を選択する組み合わせの数である。一例として、ベクトルＥ1とベクトルＥ2とにより規定される平面の法線ベクトルＮjを、図５に示す。全ての法線ベクトルＮjを算出すると、観察角度計算部４２は、下記の（１）式によって視線ベクトルＳを算出する。

（式１）の係数αjは、任意の値を有する係数である。通常αjは、１である。式（１）に示すように、視線ベクトルＳが示す方向は、_n+1Ｃ₂個の法線ベクトルＮjを加算して得られるベクトルの方向と同等である。換言すれば、視線ベクトルＳが示す方向から分岐部分を眺めると、分岐血管が分岐部分に重ならない。そのため視線ベクトルＳが示す方向は、最も分岐部分を観察しやすい方向といえる。

観察角度計算部４２は、ライブ画像上における座標系と３次元画像上での座標系との間の座標変換式に基づいて、算出した視線ベクトルＳに対応するライブ画像（合成画像）の観察角度を算出する。算出した観察角度は、観察に最適な観察角度であるといえる。以上でステップＳ３が終了する。

最適な観察角度を算出すると制御部５２は、算出した最適な観察角度に対応する最適な撮影角度へのアーム１２の移動指示を待機している（ステップＳ４）。ユーザにより入力装置５０を介して、入力装置５０に設けられたアーム移動ボタンが押されると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部５２は、駆動部１８に、被検体の正面方向の撮影角度から、最適な撮影角度へアーム１２を移動させる（ステップＳ５）。アーム１２の移動後、最適な撮影角度でＸ線透視が行われ、最適な観察角度に関するライブ画像のデータは発生される。

また、アーム１２が移動されると、制御部５２は、３次元画像処理部３８にボリュームレンダリング処理を行なわせる。ボリュームレンダリング処理において３次元画像処理部３８は、３次元血管画像のデータにボリュームレンダリング処理をし、被検体の正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像のデータを発生する（ステップＳ６）。発生されるボリュームレンダリング画像の画像上方と被検体の頭頂方向とが常に一致するようにボリュームレンダリング画像のデータは発生される。

正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像のデータが発生されると制御部５２は、表示部４８に画像表示処理を行なわせる。画像表示処理において表示部４８は、ステップＳ６において発生された正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像と、ステップＳ３において算出された最適な観察角度に関する合成画像とを所定のレイアウトで表示する（ステップＳ７）。合成画像は、ＬＵＴ部３４により色相が割当てられ、表示部４８に表示される。

図６は、表示部４８により表示されるボリュームレンダリング画像ＢＩと合成画像ＧＩとの表示例を示す図である。図６に示すように、画面には、リアルタイムに表示される合成画像ＧＩが通常の大きさで表示される。合成画像ＧＩは、正面方向とは異なる観察角度に関する画像である。なお、図６に示す合成画像の観察角度は、被検体の左側面方向の観察角度である。合成画像ＧＩは、ライブ画像に由来する被検体像ＬＨＺ、ライブ画像に由来するカテーテル像やガイドワイヤ像ＣＺ、ロードマップに由来する血管像ＬＫＺを含む。正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像ＢＩは、合成画像ＧＩ上の所定の表示位置にピクチャ・イン・ピクチャ（picture-in-picture）形式で表示される。ピクチャ・イン・ピクチャ形式とは、図６に示すように、通常のサイズの画像に、通常のサイズよりも小さなサイズの画像を表示する形式である。ボリュームレンダリング画像ＢＩの表示領域は、ステップＳ３で特定された分岐部分から予め定められた一定範囲内（例えば、抽出された立方体領域の範囲）である。ボリュームレンダリング画像ＢＩは、血管像ＢＫＺを含む。ボリュームレンダリング画像ＢＩの表示位置は、合成画像ＧＩに描出される被検体像ＨＺとの重なりが最も少ない位置に表示される。

ボリュームレンダリング画像ＢＩの観察角度や表示位置は、変更可能である。例えば、入力装置５０を介して観察角度の変更ボタンが押されることを契機として、ボリュームレンダリング画像ＢＩの観察角度を正面方向から右側面、左側面、背面、上面、及び下面方向の何れかに変更可能である。観察角度が変更されると、３次元画像処理部３８は、観察角度に従って３次元血管画像のデータをボリュームレンダリング処理し、変更後の観察角度に関するボリュームレンダリング画像のデータを発生する。また、入力装置５０を介して表示位置の変更ボタンが押されることを契機として、ボリュームレンダリング画像ＢＩの表示位置を画面右下や左下、右上、右下等に変更することも可能である。

なお、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリングＢＩの表示形態として、ボリュームレンダリング画像ＢＩを予め決定された一定範囲のみをピクチャ・イン・ピクチャ形式で表示するとしたが、これに限定する必要はない。例えば、ボリュームレンダリング画像ＢＩの全体を別の表示部に表示させても良い。また、ボリュームレンダリング画像ＢＩ上に、合成画像ＧＩをピクチャ・イン・ピクチャ形式で表示させてもよい。

また、上記処理では、アーム１２が移動されると、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像のデータが自動的に発生され、表示されるとした。しかし、上記処理はこれに拘泥されない。例えば、角度の閾値（例えば１０度）を設け、最適な観察角度と正面方向の観察角度とがなす角度が閾値より大きい場合に限って、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像のデータを発生し、表示するとしてもよい。

また、上記処理のステップＳ３では、血管領域の形状に基づいて最適な観察角度を算出したが、本実施形態はこれに拘泥されない。例えば、入力装置４８を介してボリュームレンダリング画像を画面上で回転させながら最適な観察角度を決定してもよい。また、入力装置４８を介してアーム１２を直接動かして最適な観察角度を決定してもよい。

また、上記処理では、最適な観察角度に関するライブ画像を、最適な観察角度に関するボリュームレンダリング画像に重ね合わせて表示するとした。しかし本実施形態はこれに拘泥されず、最適な観察角度に関するライブ画像とボリュームレンダリングとを別々に、又は、最適な観察角度に関するライブ画像のみを表示してもよい。

また、上記処理では、説明を具体的にするためＸ線画像は、Ｘ線透視により発生されるライブ画像であるとした。しかし本実施形態はこれに拘泥されない。例えばＸ線画像は、Ｘ線撮影により発生される撮影画像であるとしても良い。

上記構成により、本実施形態に係るＸ線診断装置１は、合成画像の観察角度を分岐部分が最も観察しやすい最適な観察角度に変更された場合（すなわちアーム１２を最適な撮影角度に移動した場合）にも、カテーテルの進行方向を最も把握し易いとされる観察角度（典型的には、被検体の正面方向の観察角度）に関するボリュームレンダリング画像を表示することが可能となる。かくして本実施形態によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を実現するＸ線診断装置１及びその画像処理方法を提供することが可能となる。

なお、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。

（変形例）
本実施形態の変形例に係るＸ線診断装置１は、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像に、ライブ画像に由来するカテーテル像やガイドワイヤ像を重ねて表示する。以下、変形例に係るＸ線診断装置１を説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図７は、変形例に係るＸ線診断装置１の構成を示す図である。図７に示すように、Ｘ線診断装置１の画像処理装置２０は、Ａ／Ｄ変換部２２、インタフェース部２４、３次元画像メモリ２６、２次元画像メモリ２８、フィルタリング部３０、アフィン変換部３２、ＬＵＴ部３４、位置ずれ計算部３６、３次元画像処理部３８、血管同定部４０、観察角度計算部４２、画像合成部４４、Ｄ／Ａ変換部４６、表示部４８、入力装置５０、制御部５２、及びカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４を有する。

カテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、ライブ画像を画像処理し、ライブ画像に含まれるカテーテル像やガイドワイヤ像の先端部分の位置を特定する。

血管同定部４０は、ライブ画像上で特定されたカテーテル像やガイドワイヤ像の先端部分の位置と解剖学上略同一の３次元画像上の血管領域の位置を同定する。画像合成部４２は、同定された血管領域の位置を示す図形や記号を、カテーテル像やガイドワイヤ像の位置として、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像に重ねる。表示部４８は、カテーテル像やガイドワイヤ像の先端部分の位置を示す図形や記号が重ねられたボリュームレンダリング画像を表示する。

以下、制御部５２の制御のもとに行われるカテーテル像やガイドワイヤ像の先端部分の表示処理を説明する。制御部５２は、例えば図３のステップＳ７で正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像が表示されると、先端部分の表示処理を開始する。まず、制御部５２は、カテーテル・ガイドワイヤ特定部５４に、ライブ画像上でのカテーテル像やガイドワイヤ像の先端部分の位置を特定させる。以下に、先端部分の特定処理の詳細を説明する。

まず、カテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、最新のライブ画像に含まれる臓器や骨等の背景を除去する。例えばカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、最新のライブ画像と、最新のライブ画像の直前に発生されたライブ画像とを差分することによって、最新のライブ画像に含まれる背景を大雑把に除去する。差分画像は、直前のライブ画像の撮影時から最新のライブ画像の撮影時までに動いた部分を含む。動いた部分は、例えば、被検体の体動に起因する部分、カテーテルやガイドワイヤの動いた部分等である。カテーテルやガイドワイヤの動いた部分は、線形状を有する陰影である。

差分画像が発生されるとカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、差分画像に含まれる所定幅を有する線状陰影だけをフィルタリング処理で強調し、強調された線状陰影を閾値処理で抽出する。所定幅は、例えば、カテーテルやガイドワイヤの幅以下である。次にカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、抽出した線状陰影のそれぞれについて、空間的に不連続な部分、すなわち線状陰影の端点を抽出する。抽出される端点は、カテーテルやガイドワイヤの先端部分以外に、最新のライブ画像と直前のライブ画像とでカテーテルやガイドワイヤの位置が重なった部分、ノイズの影響で最新のライブ画像と直前のライブ画像との何れか一方に含まれるカテーテルやガイドワイヤの一部分が途切れた部分等である。そこでカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、抽出した端点を中心とする狭い範囲内に限って、上記と同様な方法で最新のライブ画像に含まれる線状陰影の抽出を行なう。そしてカテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、抽出した線状陰影の端点のうち、最新のライブ画像から改めて抽出した線状陰影に含まれる端点をカテーテルやガイドワイヤの先端の点として特定する。改めて抽出した線状陰影に複数の端点が含まれる場合は、例えば、カテーテルやガイドワイヤは常に頭頂方向に向かって進められている前提のもと、複数の端点から先端点が決定される。つまり、複数の端点のうち、頭頂方向の面に１番近い端点が先端点に決定される。

このカテーテルやガイドワイヤの先端点の特定は、時間的な連続性を利用して、偽陽性（False-positive）を避けることも可能である。ここで言う偽陽性は、本当はカテーテルやガイドワイヤの先端点であるにも関わらず、先端点でないと認識して除去してしまうことである。この時間的な連続性を利用することにより抽出精度の向上や処理時間の短縮が図れる。

また、カテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、カテーテルやガイドワイヤの先端部分に取り付けられたマーカをマッチトフィルタ処理等でトラッキングすることにより先端部分の特定処理に要する処理時間を短縮できる。

先端点が特定されると血管同定部４０は、最新のライブ画像上の先端点と解剖学上略同一の３次元画像上の血管領域の部位を同定する。以下、図８を参照しながら変形例に係る血管領域の同定処理を説明する。まず、血管同定部４０は、最新のライブ画像ＬＩ１上の先端点の位置座標ＳＴ１を、ボリュームレンダリング画像ＢＩ１上の位置座標ＳＴ２に変換する。このボリュームレンダリング画像ＢＩ１は、最新のライブ画像ＬＩと同じ観察角度で３次元血管画像をボリュームレンダリング処理した場合に発生される画像である。次に血管同定部４０は、変換後の位置座標ＳＴ２を通る、ボリュームレンダリング処理における投影軌跡Ｒ１を計算する。血管同定部４０は、計算された投影軌跡Ｒ１を通り、血管領域ＫＲが有するボクセル値以上のボクセル値を有する血管領域ＫＲの部分ＴＲを同定する。

図８に示すように、血管部分ＴＲが同定されると画像合成部４２は、血管部分ＴＲの位置情報を、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像ＢＩ２に対して行なうボリュームレンダリング処理における投影軌跡Ｒ２で、正面方向の観察角度に関するボリュームレンダリング画像ＢＩ２の位置座標ＳＴ２´に変換する。そして、画像合成部４２は、変換後の位置座標ＳＴ２´にカテーテルやガイドワイヤの先端点であることを示す記号や図形を付して、表示部４８に表示する。記号や図形は、例えば、○や×が考えられる。

図９は、ボリュームデータ画像ＢＩにカテーテルやガイドワイヤの先端点ＫＳの位置を示す○を重ねて表示する例を示す図である。図９に示すように、ボリュームレンダリング画像ＢＩ上にカテーテルやガイドワイヤの先端点ＫＳが示されることによって、ユーザは、ボリュームレンダリング画像ＢＩ上でカテーテルやガイドワイヤの位置を確認することができる。

なお、上記の表示例では、カテーテルやガイドワイヤの先端点の最新の位置（現在位置）のみが表示される。しかし、現在位置のみに加え、先端点の過去の位置をボリュームレンダリング画像に表示することも可能である。過去の位置も表示されることで、ユーザは、カテーテルやガイドワイヤの動きを認識することが可能となる。例えば、過去位置は、現在位置から遡って４個程度表示するとよい。この場合、それぞれの位置を区別して表示するとよい。例えば、現在位置ＫＳ１を白い○、現在より一つ前の過去位置ＫＳ２を薄水色の○、さらに一つ前の過去位置ＫＳ２を水色の○、さらに一つ前の過去位置ＫＳ３は青の○、さらに一つ前の過去位置ＫＳ４はネービーブルーの○で表示する。このように、過去になればなるほど目立たない色で表示するとよい。色で区別する他にも、図１０に示すように大きさで区別しても良い。

また、先端点の他の表示例としては、カテーテルやガイドワイヤの先端点のみを表示するのではなく、先端点から連なる線状陰影も表示しても良い。具体的には、カテーテル・ガイドワイヤ特定部５４は、先端点とともに、線状陰影の反対側の端点も特定する。そして血管同定部４０は、先端点と同様に、先端点の反対側の端点についても３次元画像に含まれる血管部分を同定する。そして、図１１に示すように、画像合成部４４は、特定された先端点と反対側の端点との間に線ＫＬを描画して、表示部４８に表示する。この際、カテーテルやガイドワイヤの進行方向を明確にするため、先端点ＫＳのみに○を描画すると良い。

カテーテルやガイドワイヤの先端部分の位置をボリュームレンダリング画像に表示する際、図１２に示すように、先端点からカテーテルやガイドワイヤの進行方向に向けて一定距離内にある血管像をボリュームレンダリング画像から切り出して表示しても良い。カテーテルやガイドワイヤの進行方向は、例えば、先端点から被検体の頭頂方向側の面へ向かう方向である。また、ボリュームレンダリング画像は、血管壁を強調し、血管内を空洞にして表示すると、カテーテルやガイドワイヤの進行方向がよりわかりやすい。

また、先端点からカテーテルやガイドワイヤの進行方向に向けて、血管領域の中心軸を一定範囲トラッキング処理した結果を表示部４８は、表示しても良い。具体的には、画像合成部４４は、トラッキング処理により血管領域の形状を解析し、血管の走行方向や湾曲部分の湾曲角度等を決定する。例えば図１３に示すように画像合成部４４は、血管領域の走行方向を３次元的な矢印ＴＡで表す。矢印ＴＡの形状は、血管領域の中心軸をトラッキング処理することにより算出される複数の単位ベクトルをスムージング処理して生成される。また、画像合成部４４は、トラッキング処理により算出される湾曲部分の湾曲角度（図１３における４５°）を矢印ＴＡに付してもよい。さらに、どの湾曲部分について湾曲角度を表示しているのかが明確に視認可能なように、矢印ＴＡの湾曲部分に記号や図形ＷＭを付してもよい。

かくして本実施形態の変形例によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を実現するＸ線診断装置１及びその画像処理方法を提供することが可能となる。

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。

本発明の実施形態に係るＸ線診断装置の構成を示す図。 図１の撮影機構の斜視図。 図１の制御部の制御のもとに行なわれる、観察角度の変更処理の流れを示す図。 図３のステップＳ３を説明するための図。 図３のステップＳ３を説明するための他の図。 図３のステップＳ７で表示される画面の一例を示す図。 本実施形態の変形例に係るＸ線診断装置の構成を示す図。 図７の血管同定部により行なわれる血管部分の同定処理を示す図。 図７の表示部に表示される、ボリュームレンダリング画像にカテーテルやガイドワイヤの先端点の位置を示す図形○を重ねて表示する例を示す図。 図７の表示部に表示される、ボリュームレンダリング画像にカテーテルやガイドワイヤの現在及び過去の先端点の位置を示す○を重ねて表示する例を示す図。 図７の表示部に表示される、ボリュームレンダリング画像にカテーテルやガイドワイヤの先端点の位置を表示する他の例を示す図。 図７の表示部に表示される、ボリュームレンダリング画像にカテーテルやガイドワイヤの先端点の位置を表示する他の例を示す図。 図７の表示部に表示される、血管領域のトラッキング結果を表す図形等を示す図。

符号の説明

１…Ｘ線診断装置、１０…撮影機構、１２…アーム、１５…Ｘ線管、１６…検出器、１８…駆動部、２０…画像処理装置、２２…Ａ／Ｄ変換部、２４…インタフェース部、２６…３次元画像メモリ、２８…２次元画像メモリ、３０…フィルタリング部、３２…アフィン変換部、３４…ＬＵＴ部、３６…位置ずれ計算部、３８…３次元画像処理部、４０…血管同定部、４２…観察角度計算部、４４…画像合成部、４６…Ｄ／Ａ変換部、４８…表示部、５０…入力装置、５２…制御部、１００…モダリティ、２００…ＰＡＣＳサーバ

Claims (9)

1. 特定の撮影角度で被検体をＸ線で撮影して、前記特定の撮影角度に対応する特定の観察角度に関するＸ線画像のデータを発生する撮影部と、
   前記被検体の造影された血管に関する３次元画像のデータを記憶する記憶部と、
   前記３次元画像のデータに基づいて前記特定の観察角度とは異なる観察角度として前記被検体の正面方向に関する血管画像のデータを発生する発生部と、
   前記発生されたＸ線画像と前記正面方向に関する血管画像とを表示する表示部と、
   を具備するＸ線診断装置であって、
   前記発生部は、ユーザによる前記血管画像の観察角度の変更指示がなされたことを契機として、前記血管画像の観察角度を正面方向から前記被検体の右側面、左側面、背面、上面、及び下面方向の何れかの他の観察角度に変更するため、前記３次元画像のデータに基づいて前記他の観察角度に関する血管画像のデータを発生し、
   前記表示部は、前記発生されたＸ線画像と前記他の観察角度に関する血管画像とを表示する、
   ことを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記撮影部は、前記特定の観察角度に関するＸ線画像として、前記被検体の上面、左側面、右側面、下面、及び背面方向の少なくとも一方向の観察角度に関する少なくとも一つのＸ線画像のデータを発生する、請求項１記載のＸ線診断装置。
3. 前記３次元画像のデータに含まれる血管領域の形状に基づいて前記特定の観察角度を計算する計算部をさらに備える請求項１記載のＸ線診断装置。
4. 前記撮影部は、Ｘ線管と検出器とを搭載するアームを有し、
   前記計算された特定の観察角度に対応する前記特定の撮影角度に前記アームを移動する駆動部をさらに備える、
   請求項３記載のＸ線診断装置。
5. 前記３次元画像のデータに含まれる血管領域を細線化し、前記血管領域の走行方向と前記血管領域に含まれる湾曲部分の湾曲角度との少なくとも一方を特定する第１特定部をさらに備え、
   前記表示部は、前記特定された走行方向と前記湾曲角度との少なくとも一方を示す図形、文字、及び記号の少なくとも一つを表示する、
   請求項１記載のＸ線診断装置。
6. 前記Ｘ線画像を画像処理して前記Ｘ線画像に含まれるカテーテル像の先端部分の位置を特定する第２特定部と、
   前記Ｘ線画像上で特定された前記先端部分の位置と解剖学上略同一なボリュームレンダリング画像上の位置を同定する同定部と、をさらに備え、
   前記表示部は、前記ボリュームレンダリング画像上の前記同定された位置に図形、文字、及び記号の少なくとも一つを重ねて表示する、
   請求項１記載のＸ線診断装置。
7. 前記第２特定部は、撮影時刻の異なる複数の前記Ｘ線画像から複数の前記先端部分の位置を特定し、
   前記同定部は、前記Ｘ線画像上で特定された前記複数の先端部分の位置と解剖学上略同一な前記ボリュームレンダリング画像上の複数の位置をそれぞれ同定し、
   前記表示部は、前記ボリュームレンダリング画像上の前記同定された複数の位置に前記図形、文字、及び記号の少なくとも一つを重ねて表示する、
   請求項６記載のＸ線診断装置。
8. 前記ボリュームレンダリング画像は、血管壁のみを強調した画像である、請求項６記載のＸ線診断装置。
9. 前記発生部は、前記３次元画像のデータに基づいて前記特定の観察角度に関する血管画像のデータを発生し、
   前記表示部は、前記発生された特定の観察角度に関する血管画像と前記Ｘ線画像とを位置整合して重ねて表示する、
   請求項１記載のＸ線診断装置。

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