CN101438963B - X射线ct装置以及心肌灌注像生成系统 - Google Patents

X射线ct装置以及心肌灌注像生成系统 Download PDF

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Abstract

本发明的X射线CT装置对被检体照射X射线来进行扫描，根据所取得的投影数据来重构被检体内部的CT像。该X射线CT装置具备：转换表取得单元，对被检体持续地注入造影剂，将从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止定义为浓度迁移期间，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；血流信息取得单元，根据在心肌中的造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示被检体的心肌中的造影剂浓度的信息。血流图像生成单元根据转换表从表示心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。

Description

X射线CT装置以及心肌灌注像生成系统
技术领域
本发明涉及一种持续地注入造影剂来生成心肌灌注(perfusion)像的X射线CT(computed tomography，计算机断层扫描)装置以及心肌灌注像生成系统。
背景技术
在使用了X射线CT装置的心脏的造影检查中，对作为患者的被检体持续地注入造影剂，而收集造影CT图像。然后，从所收集到的造影CT图像制成冠状动脉或心内腔壁运动像等而用于诊断。
另外，使用X射线CT装置来实施心肌的血流灌注(perfusion)的检查和针对脑组织内等器官的灌注检查。在这些灌注检查中，以往进行了如下的研究：利用在短时间内注入造影剂的急速注入来进行动态摄影，并通过对所取得的动态造影CT数据进行分析来生成灌注像。
通常，这样的心肌灌注像的摄影并非单独的检查，而作为心脏的造影检查的一个环节来实施。例如，在心肌灌注像的摄影的情况下，除了心肌灌注像的扫描以外，还实施冠状动脉、心内腔壁运动那样的用于心功能分析的扫描。因此，现状是心肌灌注像的扫描持续较长时间，X射线对被检体的辐射增加那样的检查方法难以被接受，基于X射线CT装置的长时间的动态摄影得不到实用化。
进而如果希望全部进行上述的扫描，则造影剂的注入次数以及注入量也增加。但是，可以对被检体注入的造影剂的量存在上限。因此，不仅是X射线的辐射，而且从造影剂的注入量存在上限的观点来看，摄影时间或摄像时间也受到限制。
对此，为了进一步降低向被检体的造影剂注入量以及X射线的辐射，并且以更短的时间制成心肌灌注像，提出了不追加血流信息取得用的扫描而从通过心肌图像取得用的扫描取得的冠状动脉造影CT图像数据和心肌造影CT图像数据等信息取得血流信息的技术。
在该技术中，由于在通过一定条件下的造影剂持续注入而收集到的冠状动脉造影CT数据或心肌造影CT数据中包含有与成为心肌部分中的血流动态的指标的心肌灌注相关的信息，所以从冠状动脉造影CT数据和心肌造影CT数据通过数据处理提取出与心肌灌注相关的信息并图像化。具体而言，在对被检体静脉注入造影剂而造影剂在心肌部分或冠状动脉血中以一定的浓度流动的期间取得心肌部分造影CT图像，从所取得的心肌部分造影CT图像减去心肌的CT值而取得的造影剂成分的分布图像与血流灌注成正比的关系，因此可以将造影剂成分的分布图像视为表示相对的血流灌注的血流灌注像(例如参考日本特开2006-21022号公报)。
进而，通过利用在造影剂浓度的迁移期间中收集到的心电同步CT图像数据近似地求出未知数，能够将心肌血流图像的相对值转换成绝对值(例如参照日本特开2006-247388号公报)。由此，可以制成临床上有用的血流的绝对值图像(一般称为血流值图像)和心肌全体的局部心肌血流量分布图像。
另外，作为关联技术，提出了求出用于将心肌血流量(MBF：myocardial blood flow)转换成心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca和心肌中的血液中的造影剂的浓度Cmyo之比Cmyo/Ca的转换函数f(MBF)的方法(例如参照George et al.“Multidetector ComputedTomography Myocardial Perfusion Imaging During AdenosineStress”，Journal of the American College of Cardiology，Vol.48，No.1，2006)。
在基于X射线CT装置的冠状动脉的造影检查中，可以进行冠状动脉基部等的更粗的血管部分中的狭窄率的计测、狭窄部分中的斑块(plaque)的形状和性状的分析。其结果如上所述，在心肌灌注像的摄影中，不论是否受到与摄影时间或摄像时间相关的制约条件，都希望不使辐射量和造影剂的注入量增加而更高精度地对心肌部分中的血流量进行计测，更高精度地生成局部的心肌的血流值图像。
特别，如果可以同时进行冠状动脉的造影检查和高精度的心肌的血流值图像的摄像，则可以推定出到目前为止在基于X射线CT装置的检查中无法观测到的、难以推定出末端更细的冠状动脉中的狭窄、以及具有难以计测出狭窄率的显著石灰化了的冠状动脉的被检体中的冠状动脉的狭窄。因此，希望如上所述那样不增加辐射和造影剂而更高精度地取得局部的心肌血流值图像。
发明内容
本发明就是为了解决上述以往的课题而提出的，其目的在于：提供一种X射线CT装置以及心肌灌注像生成系统，不增加向被检体的造影剂注入量以及X射线的辐射，就可以更短时间且高精度地取得心肌灌注像。
为了达成上述目的，本发明的X射线CT装置对被检体照射X射线来进行扫描，根据所取得的投影数据来重构上述被检体内部的CT像，具备：转换表取得单元，对被检体持续地注入造影剂，将从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止定义为浓度迁移期间，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；血流信息取得单元，根据在上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
另外，为了达成上述目的，本发明的X射线CT装置具备：造影剂注入装置，通过对被检体持续地注入造影剂，取得从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止的浓度迁移期间、以及在上述浓度迁移期间后上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间；图像收集单元，在上述浓度迁移期间以及上述浓度恒定期间中分别以心电图同步的形式收集CT像；转换表取得单元，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；血流信息取得单元，根据在上述浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
另外，为了达成上述目的，本发明的心肌灌注像生成系统具备：转换表取得单元，对被检体持续地注入造影剂，将从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止定义为浓度迁移期间，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；血流信息取得单元，根据在上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
在这样的本发明的X射线CT装置以及心肌灌注像生成系统中，不增加向被检体的造影剂注入量以及X射线的辐射，就可以更短时间且高精度地取得心肌灌注像。
附图说明
图1是表示本发明的X射线CT装置的实施例的结构图。
图2是将被检体的心脏、心肌内、冠状动脉内的造影剂的动作模型化的图。
图3是使用参数来概念地表现出图2所示的模型的图。
图4是表示通过用图1所示的造影剂注入装置对被检体持续地静脉注入造影剂而引起的冠状动脉或心脏左心室内腔内以及心肌部分中的造影剂的时间上的浓度变化的图。
图5是表示由图1所示的X射线CT装置生成心肌灌注像时的步骤的一个例子的流程图。
图6是表示由图1所示的X射线CT装置根据造影剂的浓度迁移期间中的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影CT图像数据求出的各时刻的CT值和通过各CT值的曲线近似而求出的造影剂的浓度变化曲线的图。
图7是表示根据图6所示的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线取得的每个心肌血流量的心肌部分中的造影剂的浓度的推定曲线的图。
图8是表示将图7所示的心肌部分中的造影剂的浓度除以心脏左心室内腔内的造影剂的浓度的推定曲线的图。
图9是表示由图1所示的血流图像生成单元制成的向心肌血流量的转换表的一个例子的图。
图10是表示由图1所示的X射线CT装置根据心肌的造影CT图像数据生成血流值图像数据的步骤和所取得的血流值图像的图。
图11是表示将血流值图像和造影CT图像重叠显示在图1所示的X射线CT装置的图像显示部件上的例子的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的X射线CT装置以及心肌灌注像生成系统的实施例进行说明。
图1是表示本发明的X射线CT装置的实施例的结构图。
X射线CT装置1由机架部件2以及计算机装置3构成。机架部件2具有X射线管4、高电压发生装置5、X射线检测器6、数据收集部件7(DAS：data acquisition system)、造影剂注入装置8以及心电图计9。X射线管4和X射线检测器6在高速且连续旋转的未图示的旋转环上安装于夹着被检体P相互对置的位置。
造影剂注入装置8通过来自计算机装置3的控制信号被控制，并具有按照一定的条件对被检体P持续地注入造影剂的功能。造影剂注入装置8可以根据造影剂在被检体P内的动作，控制对被检体P注入的造影剂的量以及浓度。
图2是将被检体的心脏、心肌内、冠状动脉内的造影剂的动作模型化的图。
在被检体P内部，从未图示的大动脉分支出冠状动脉10，从所分支出的冠状动脉10进而分支出毛细血管11。毛细血管11导入到心肌12内，心肌12由毛细血管11和心肌细胞13构成。在心肌细胞13中存在称为间质14的区域，血液可以在间质14和毛细血管11之间出入。
因此，如果对被检体P注入造影剂，则造影剂与血液一起从大动脉导入冠状动脉10，并从冠状动脉10导入毛细血管11。进而，如果造影剂在毛细血管11内与血液一起流动而到达心肌细胞13，则造影剂的一部分从毛细血管11流入心肌细胞13内的间质14。另外，流入到心肌细胞13内的间质14中的血液的一部分再次从心肌细胞13流出而向毛细血管11内移动。
因此，大动脉和冠状动脉10中的造影剂的血液中的浓度、心肌细胞13内和毛细血管11内的造影剂的血液中的浓度成为不同的值，且随着造影剂的移动而在时间上变化。根据造影剂从毛细血管11流入心肌细胞13内的间质14时的转移常数、造影剂从心肌细胞13内的间质14流入毛细血管11时的转移常数，来确定被检体P内的各位置处的造影剂在血液中的浓度。
即，如果将时刻t下的心脏左心室内腔内(心脏左心室内血液池)或冠状动脉血中的造影剂的浓度设为Ca(t)，将包括毛细血管11以及心肌细胞13的心肌12内的某区域作为单位区域，将心肌12中的血液中的造影剂的浓度(毛细血管11中和心肌细胞13内的造影剂的平均浓度)设为Cmyo(t)，将造影剂从毛细血管11流入心肌细胞13内的间质14时的转移常数设为K1，将造影剂从毛细血管11流出到心肌细胞13内的间质14时的转移常数设为k2，则由转移常数K1以及转移常数k2来决定Ca(t)以及Cmyo(t)。
图3是使用参数来概念地表现出图2所示的模型的图。
如图3所示，在某时刻t，浓度Ca(t)的造影剂以与转移常数K1成正比的量从毛细血管11向心肌细胞13的间质14移动，另一方面，浓度Cmyo(t)的造影剂以与转移常数k2成正比的量从心肌细胞13的间质14向毛细血管11内移动。于是，由转移常数K1以及转移常数k2决定造影剂的移动后的浓度Ca(t)以及Cmyo(t)。
因此，某时刻t下的心肌12内的造影剂的浓度Cmyo(t)可以用流入间质14的造影剂的量和从间质14流出的造影剂的量的差来表现，所以式(1)成立。
dCmyo(t)/dt＝K1·Ca(t)-k2·Cmyo(t)      (1)
如果分析地求解式(1)，则取得式(2-1)、式(2-2)、式(2-3)以及式(2-4)。即，可以使用转移常数K1以及转移常数k2来表示时刻t下的心肌12内的造影剂的浓度Cmyo(t)。
Cmyo ( t ) = K 1 ∫ 0 1 C a ( τ ) exp { - K 1 ( t - τ ) / Vd } dτ - - - ( 2 - 1 )
Vd＝K1/k2   (2-2)
在此，
K1＝E·MBF    (2-3)
E＝1-exp(-PS/MBF) (2-4)
在式(2-3)以及式(2-4)中，E是表示血流浓度中的造影剂的比例的值(Extraction efficiency，提取效率)，PS是血管表面渗透面积(Permeability-Surface area Product)，MBF是成为心肌灌注(blood perfusion)的指标的单位时间、单位重量中的心肌血流量(myocardial blood flow)[ml/100g/min]。即，用式(2-3)表示转移常数K1和心肌血流量MBF的关系。另外，如式(2-4)所示，提取效率E是心肌血流量MBF的函数。可以利用PET(positron emissioncomputed tomography，正电子发射型计算机断层扫描)检查和CT检查的比较或公知的手法来预先计算出提取效率E的正确值或用于求出心肌提取效率E的关系式(2-4)。另外，已知式(2-1)以及式(2-2)中的Vd在正常的心肌中是恒定值，所以可以通过检查等求出而预先决定。
因此，如果知道造影剂注入时的心脏左心室内腔内或冠状动脉血液中的造影剂的浓度Ca(t)，则可以使用式(2-1)计算出心肌12内的造影剂的浓度Cmyo(t)。以下，对将Ca(t)设为心脏左心室内腔内的造影剂浓度的时间变化曲线(TDC：time density curve)的情况进行说明。即，如果知道心脏左心室内腔内的造影剂浓度的时间变化曲线Ca(t)，则可以利用式(2-1)计算出心肌部分中的造影剂浓度的时间变化曲线Cmyo(t)。
在此，以前已知如下的情况：如果在一定的条件下对被检体P静脉注入造影剂，则表现出冠状动脉中以及心肌12内的造影剂的血液中的浓度被视为恒定的浓度恒定期间。
图4是表示通过由图1所示的造影剂注入装置8对被检体持续地静脉注入造影剂而引起的冠状动脉或心脏左心室内腔内以及心肌部分中的造影剂的时间上的浓度变化的图。
在图4中，纵轴表示造影剂的浓度C，横轴表示时间t。另外，造影剂的浓度由于与CT值对应，所以纵轴表示与造影剂的浓度对应的CT值。另外，图4中的实线是表示冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)的时间变化的数据(造影剂浓度变化曲线)，虚线是表示由心肌细胞13以及毛细血管11构成的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的时间变化的数据(造影剂浓度变化曲线)。
如果对被检体P持续地注入造影剂，则取得如下的状态：所注入的造影剂到达心肌，造影剂浓度增加，而冠状动脉血中以及心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)以及心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)被视为分别达到恒定值的状态，即取得浓度恒定期间T1。
因此，如果在心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)被视为恒定的浓度恒定期间T1中以心电图同步形式进行心肌部分的造影检查，则可以从冠状动脉的X射线CT数据收集造影CT图像。因此，造影剂注入装置8按照一定的条件，每单位时间对被检体P内注入所需的量的造影剂，可以取得冠状动脉血中以及心肌部分中的造影剂的浓度Ca(t)、Cmyo(t)被视为恒定的状态。
另外，由于是经验地决定造影剂的注入条件，以使冠状动脉中的造影剂的浓度Ca(t)在X射线CT数据的收集的期间成为恒定的方法，所以注入速度存在少许的不同。该造影剂的静脉注入时的注入速度等的推荐条件例如记载于“八町淳、輪湖正：螺旋走查型CTにおける最適造影検查の方法の検討、日獨医報第40卷第2号1995年”等文献中。
在此，如果将从造影剂的注入刚刚开始到浓度恒定期间为止的时间定义成浓度迁移期间Tt，则在浓度迁移期间Tt的结束后的浓度恒定期间T1中进行冠状动脉的造影检查，可以通过造影检查来收集冠状动脉的造影CT图像。
例如在X射线CT装置1是64列的情况下，体轴方向(Z方向)的有效视野无法覆盖全部心肌。因此，移动被检体使得视野移动到心尖部或心基部，由此可以通过螺旋CT血管扫描来取得心肌部分的造影CT像。
造影CT图像的取得用的螺旋扫描实际上是连续地进行的，但如果为了简化计算而将心肌的中间地点处的扫描的时刻设为代表时间tmid，则可以利用式(2-1)计算出扫描时tmid的心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)。因此，在计算机装置3中，设有求出扫描时tmid的心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)的功能，将在后面说明其详细内容。
另一方面，心电图计9与附着在被检体P上的未图示的电极连接。心电图计9具有以下功能：从被检体P经由电极检测心电信号(ECG：electrocardiogram信号)，根据所检测到的ECG信号生成被检体P的心电图并提供到计算机装置3。
而且，高电压发生装置5构成为可以根据来自计算机装置3的控制信号，在冠状动脉以及心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)、Ca(t)恒定或具有线性的期间，与心电图同步地向X射线管4供给管电流或管电压，由X射线检测器6对透过了被检体P的X射线进行检测。进而，由X射线检测器6检测到的X射线检测信号被提供给数据收集部件7并被数字化后，提供给计算机装置3。
另外，为了得知造影剂通过心肌左心室内腔内等部位而到达心肌的定时，在X射线CT装置1中具备在浓度迁移期间Tt中动态收集X射线数据的功能。在该浓度迁移期间Tt中动态收集到的X射线数据也经由数据收集部件7提供给计算机装置3。该浓度迁移期间Tt中的X射线数据如后述那样还用于计算机装置3中的血流值图像的生成。
另外，作为用于得知造影剂到达心肌而从浓度迁移期间Tt改变为浓度恒定期间T1的定时的技术的例子，例如公开在日本特开2003-245275号公报中。
即，公开了以下的技术：利用判定造影剂浓度(或CT值)是否达到预定的阈值的方法、将造影剂浓度(或CT值)图形化后判定图形的切线的倾斜角度是否达到预定的角度的方法、或将造影剂浓度(或CT值)图形化后判定图形是否达到峰值的方法等任意的方法，来自动地设定造影剂达到心肌的定时。但是，不限于该方法，也可以构成为对心电同步CT图像、如图4所示那样的造影剂浓度的变化曲线进行图形显示，由用户通过目视来任意地掌握造影剂到达心肌的定时。
计算机装置3由图像处理装置15、图像显示部件16、输入部件17以及扫描控制装置18构成。扫描控制装置18具有通过根据由心电图计9收集到的心电图向高电压发生装置以及造影剂注入装置8提供控制信号进行控制来执行心电图同步CT的收集的功能。
特别在扫描控制装置18中，具备通过任意的方法来检测从浓度迁移期间Tt改变为浓度恒定期间T1的定时的功能。而且，构成为可以由扫描控制装置18在浓度迁移期间Tt中收集到X射线数据之后，执行用于通过使未图示的卧台移动而在浓度恒定期间T1中收集来自心肌整体的数据而生成心电图同步CT图像的螺旋扫描。
另外，图像处理装置15以控制部件19作为中枢，包括：预处理部件20，将从数据收集部件7输出的原始数据经由修正处理等而转换成投影数据；存储器部件21，存储投影数据；图像重构部件22，从投影数据重构CT图像数据；存储装置23，保管CT图像数据；以及心肌灌注像生成系统24，从存储装置23读入CT图像数据而生成心肌灌注像。
心肌灌注像生成系统24具备图像取得单元24a、切片厚加法单元24b、矩阵缩小单元24c、掩模处理单元24d、血流图像生成单元24e、倾斜剖面转换单元24f、图像合成单元24g以及显示处理单元24h。
图像取得单元24a具有：从存储装置23读入并取得在浓度恒定期间T1中收集到的基于造影剂的心肌的造影CT图像数据或在浓度迁移期间Tt中收集到的心肌的CT数据的功能；向其他心肌灌注像生成系统24的结构要素提供所取得的造影CT图像数据或CT数据的功能。
切片厚加法单元24b具有以下功能：通过从图像取得单元24a接收心肌的造影CT图像数据并将邻接的切片间的造影CT值相加或取平均，来降低切片方向的造影CT图像数据的分辨率。
矩阵缩小单元24c具有以下功能：从图像取得单元24a接收心肌的造影CT图像数据，并通过对造影CT值实施加法处理以及加法平均处理的一方来缩小矩阵。
掩模处理单元24d具有以下功能：通过从图像取得单元24a接收心肌的造影CT图像数据并进行掩模处理，来提取出心肌部分中的存在血流的区域。即，掩模处理单元24d作为决定心肌区域部分的区域决定单元而发挥功能。
血流图像生成单元24e具有将由掩模处理单元24d提取出的血流区域或心肌部分中的血流值图像生成为心肌灌注像的功能。在此，对血流值图像的生成方法进行说明。
如果注入造影剂并求出浓度迁移期间Tt期间中的冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)，则可以根据式(2-1)计算出与各种转移常数K1或心肌血流量MBF对应的心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)。换言之，可以求出心肌血流量MBF和心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)的转换表、或心肌血流量MBF和心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)相对于冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)的比Cmyo(t)/Ca(t)的转换表。
进而，可以使用转换表来求出任意的时刻t或冠状动脉的造影CT图像的收集时、即扫描时tmid的心肌血流量MBF，并作为血流值图像而显示。
即，如果在造影剂的浓度迁移期间Tt中，取得冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)，则可以求出心肌血流量MBF而制成血流值图像。因此，还可以利用为了收集造影CT图像而所需的1次扫描来生成并显示血流值图像。
这样，利用存在造影剂的浓度变化在冠状动脉中或心脏左心室内腔内并非恒定的造影剂的浓度迁移期间Tt的情况，可以从浓度迁移期间Tt中的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)捕捉用于求出心肌血流量MBF的转换表。
另外，注入造影剂而取得的心肌的造影CT图像数据的CT值为作为心肌组织成分的仅心肌的CT值和造影剂成分的图像的CT值的合计。因此，如果从心肌的造影CT图像数据减去仅心肌的CT值，则可以求出心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)、转换表的计算中所需的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)。而且，可以从心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)求出心肌血流量MBF。
在此，在血流图像生成单元24e中，具备：根据从图像取得单元24a取得的浓度迁移期间Tt中的心肌的CT数据来计算出上述的转换表的功能；以及在由掩模处理单元24d提取出的血流区域中，从心肌的造影CT图像数据减去仅心肌的CT值，并通过使用转换表来求出心肌血流量MBF而生成心肌部分的血流值图像数据的功能。
即，血流图像生成单元24e兼有从图像取得单元24a接收在浓度迁移期间Tt收集到的冠状动脉或心脏左心室内腔内的心肌的CT数据，并通过减去仅心肌的CT值来求出造影剂的浓度变化曲线Ca(t)的作为血流信息取得单元的功能。
倾斜剖面转换单元24f具有以下功能：对由血流图像生成单元24e生成的心肌的血流图像的剖面进行转换，而生成任意的剖面中的剖面图像、例如将心肌的长度方向作为轴的环状的剖面图像。
图像合成单元24g具有如下的功能：生成将矩阵缩小处理以及切片间的造影CT值的相加前的分辨率高的心肌的图像、即从图像取得单元24a接收到的心肌的造影CT图像数据中的掩模区域的图像数据和由血流图像生成单元24e生成的心肌的血流图像合成了的图像，使得可以使掩模区域的图像数据和心肌的血流图像重合而在相同位置画面上调整各个图像的透明度等任意的值来进行显示。
显示处理单元24h具有：向图像显示部件16提供用于显示由血流图像生成单元24e、倾斜剖面转换单元24f以及图像合成单元24g分别生成的血流图像、倾斜剖面图像、合成图像等各图像的图像信号而进行显示的功能；设定可以在所显示的各图像中对血流图像进行识别那样的显示条件。
另外，显示处理单元24h构成为在设定图像的显示条件时，在图像显示部件16上显示用于指示显示条件的设定的图像，另一方面从输入部件17取得图像的显示条件的指示。
作为图像的适当的显示条件的例子，例如可以举出如下那样的显示方法：将要显示的像素值的下限设为心肌的CT值，另一方面将要显示的像素值的上限设为将心肌的CT值加上了心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的值，仅选择地显示血流图像。另外，还有将像素值设为从心肌的CT值到将心肌的CT值加上了心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的值的范围的方法。在该方法中，还可以与像素值对应地彩色显示心肌血流量MBF。在该情况下，还可以接收来自输入部件17的信息，而将像素值的上限从默认值微调整。
为此，在显示处理单元24h中，例如，可以具备设定根据与用造影剂染影后的心肌部分对应的值以及与心肌对应的值来进行灰度等级和色调中的至少一方的转换处理时的窗位(window level)值的功能，还可以具备设定进行灰度和色调中的至少一方的转换处理使得强调具有与用造影剂染影后的心肌部分对应的值和与心肌对应的值之间的值的像素时的窗位值的功能。
接着，对X射线CT装置1的作用进行说明。
图5是表示由图1所示的X射线CT装置1生成心肌灌注像时的步骤的一个例子的流程图，图中对S附加了数字的标号表示流程的各步骤。
首先在步骤S1中，根据来自扫描控制装置18的控制信号来对造影剂注入装置8进行控制，由此如图4所示，从造影剂注入装置8按照一定的条件持续地对被检体P注入造影剂。
然后，在步骤S2中，通过扫描控制装置18的控制而在造影剂的浓度迁移期间Tt中收集冠状动脉或心脏左心室内腔内的心肌的CT数据。在浓度迁移期间Tt中收集到的CT数据并非在显示用的图像生成中使用的数据，所以从降低辐射的观点来看，理想的是以比后述的浓度恒定期间T1中的数据收集的情况少的射线量来进行数据收集。另外，根据所收集到的CT数据，来检测造影剂通过心肌左心室内腔内等部位而到达心肌的定时。即，在心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)充分小于冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)的浓度迁移期间Tt中，以心电同步形式动态收集特定的心肌部位上的任意的切片位置的造影CT图像数据。
即，由心电图计9经由附着设置在被检体P上的未图示的电极检测ECG信号。然后，由心电图计9取得心电图，而提供给扫描控制装置18。进而，根据由心电图计9取得的心电图，从扫描控制装置18向高电压发生装置5提供控制信号。因此，与心电波形同步地从高电压发生装置5向X射线管4供给管电流、管电压，而对被检体P照射X射线。
由X射线检测器6对照射到被检体P而透过了被检体P的X射线进行检测。作为X射线检测器6的输出的X射线检测信号被提供给数据收集部件7而生成被数字化后的原始数据。数据收集部件7向预处理部件20提供所生成的原始数据，预处理部件20对原始数据实施各种修正处理等预处理而转换成投影数据。在预处理部件20中取得的投影数据在存储器部件21中临时保存之后，被提供给图像重构部件22。然后，在图像重构部件22中，从投影数据重构CT图像数据，所重构出的CT图像数据被写入到存储装置23而保存。
由于对被检体P注入了造影剂，所以保存到存储装置23的CT图像数据成为造影CT图像数据。另外，由于与心电图同步地收集CT图像，所以在心肌的收缩或扩张期中取得心肌各部分的相同期中的心肌的造影的体轴横断图像。然后，由图像取得单元24a取得保存到存储装置23中的造影CT图像数据，并提供到心肌灌注像生成系统24。
进而，如果经过了浓度迁移期间Tt，则成为被检体P的动脉血中的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)被视为恒定或时间上的变化率恒定的状态。另外，对于心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)也成为被视为恒定的状态。
因此，由扫描控制装置18使用上述的任意方法自动地检测出造影剂到达心肌的定时。但是，也可以对心电同步CT图像、图4所示那样的造影剂浓度的变化曲线进行图形显示，而由用户通过目视来任意地掌握造影剂到达心肌的定时。
因此，在步骤S3中，通过扫描控制装置18的控制，根据需要在经过了一定的延迟时间的定时下，开始进行使未图示的卧台移动的螺旋血管扫描。该扫描实际上是连续地进行的，但可以视为是在代表时刻tmid进行的。然后，在心肌部分的造影剂的浓度迁移期间Tt结束之后，以心电同步形式收集心肌全体中的冠状动脉的造影CT图像数据。此时，作为心肌的诊断用，根据需要在从心肌的收缩到扩张的一连串的周期中，取得同一周期的各切片中的体轴横断图像的组，通过所取得的各体轴横断图像的剖面转换，取得心肌的短轴横断像(shortaxis)、长轴水平断层像(horizontal long axis)、长轴垂直断层像(vertical long axis)等各种图像。
另一方面，在步骤S4中，血流图像生成单元24e从存储装置23通过图像取得单元24a取得在浓度迁移期间Tt收集到的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影CT图像数据，从所取得的造影CT图像数据减去仅心肌的CT值，从而求出造影剂的浓度变化曲线Ca(t)。
图6是表示由图1所示的X射线CT装置1根据造影剂的浓度迁移期间Tt中的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影CT图像数据求出的各时刻的CT值和通过各CT值的曲线近似而求出的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)的图。
可以通过对用图6的点表示那样的从浓度迁移期间Tt到浓度迁移期间Tt结束时的造影剂浓度的时间变化进行曲线近似来取得造影剂的浓度变化曲线Ca(t)。
接着，在步骤S5中，血流图像生成单元24e将冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)作为输入函数，根据预先取得的Vd值，来求出表示特定的时刻t以及特定的心肌血流量MBF时的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的推定曲线。心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)相当于心肌部分中的CT值的基于造影剂的增加部分。
图7是表示根据图6所示的冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)取得的每个心肌血流量MBF的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的推定曲线的图。
可以利用式(2-1)根据冠状动脉或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)，求出图7所示那样的表示每个心脏血流量MBF的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的推定曲线。
另外，根据需要，还可以针对每个心肌血流量MBF求出心肌血流量MBF和心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)相对于冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)的比的Cmyo(t)/Ca(t)的时间变化曲线。
图8是表示将图7所示的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)除以心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)的推定曲线的图。
如图8所示，可以针对各种心肌血流量MBF的每一种，求出将心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)除以心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)的值Cmyo(t)/Ca(t)(ATtenuation density ratioAD ratio)的推定曲线。
接着，血流图像生成单元24e根据图7、图8所示那样的时间变化曲线，求出与造影检查的扫描时刻tmid对应的心肌血流量MBF和心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)的转换表、或心肌血流量MBF和浓度比Cmyo(t)/Ca(t)的转换表。另外，可以通过内插来求出无数据的部分。
图9是表示由图1所示的血流图像生成单元24e制成的向心肌血流量MBF的转换表的一个例子的图。
在图9中，横轴是扫描时刻tmid的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)、或将造影剂的浓度Cmyo(t)除以心脏左心室内腔内的造影剂的浓度Ca(t)的值Cmyo(t)/Ca(t)，纵轴表示心肌血流量MBF。
另一方面，在步骤S6中，通过与在浓度迁移期间Tt中生成了造影CT图像数据的情况同样的流程，生成浓度恒定期间T1中的含盖全部心肌的造影CT图像数据。另外，血流图像生成单元24e求出扫描时刻tmid的心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)。心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)只要从造影CT图像数据(造影后的心肌部分的CT值)减去(造影前的)心肌部分的CT值即可。
接着，在步骤S7中，血流图像生成单元24e根据心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)或浓度比Cmyo(tmid)/Ca(tmid)和向心肌血流量MBF的转换表，计算出心肌血流量MBF。其中，仅针对心肌部分中的存在血流的区域进行心肌血流量MBF的计算即可。但是，也可以根据临床上的要求，而针对心肌部分全体计算出心肌血流量MBF。在此，对仅针对心肌部分中的存在血流的区域计算出心肌血流量MBF而生成血流值图像的情况进行说明。
另外，如果维持心肌的造影CT图像数据的分辨率而生成心肌的血流值图像，则有可能受到噪声的影响。因此，作为心肌的血流值图像的生成的预处理，根据需要对心肌的造影CT图像数据实施分辨率的降低处理。
即，切片厚加法单元24b通过从图像取得单元24a接收心肌的造影CT图像数据并将邻接的多个切片中的造影CT值相加或取平均，从而进行切片方向的造影CT图像数据的分辨率降低处理。例如，心肌的造影CT图像数据的切片厚一般为0.5mm左右，为了心肌灌注像的生成用而使用心肌的造影CT图像数据，而降低切片方向的分辨率，使得切片厚成为3mm、5mm或10mm左右。
进而，矩阵缩小单元24c通过将各切片中的心肌的造影CT图像数据的造影CT值相加或取平均，来执行矩阵的缩小处理。
另外，切片厚的加法处理以及矩阵缩小处理的处理顺序可以相反，即处理顺序可以是任意的。
接着，如果分辨率的降低处理完成，则由掩模处理单元24d对心肌的造影CT图像数据实施掩模处理，提取出心肌的造影CT图像数据中的存在血流的区域。
然后，血流图像生成单元24e仅针对存在血流的区域，根据心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(tmid)或浓度比Cmyo(tmid)/Ca(tmid)和向心肌血流量MBF的转换表，计算出心肌血流量MBF而作为血流值图像数据。
图10是表示由图1所示的X射线CT装置1根据心肌的造影CT图像数据生成血流值图像数据的步骤和所取得的血流值图像的图。
图10(a)是分辨率的降低处理后的各切片中的心肌的造影CT图像数据。由掩模处理单元24d对图10(a)所示那样的心肌的各造影CT图像数据实施掩模处理，而提取出图10(b)所示那样的存在血流的区域。图10(b)是将左心室心肌作为中心实施了掩模处理使得CT值成为0至150之间的例子。可以确认提取出存在血流的区域。
进而，针对如图10(b)所示那样提取出的存在血流的区域，根据心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)或浓度比Cmyo(tmid)/Ca(tmid)和向心肌血流量MBF的转换表，计算出心肌血流量MBF而作为血流值图像数据。图10(c)是由血流图像生成单元24e作为血流值图像数据计算出的心肌血流量MBF。
另外，实质上血流值图像和心肌部分中的造影CT值在显示上是相同的，仅在对血流值图像分配的像素值与心肌血流量MBF的值相关联的点上不同。
进而，通过将血流值图像与心肌的造影图像合成并显示，可以提高诊断时的方便性。在该情况下，如果合成到血流值图像上的心肌的造影图像使用矩阵缩小处理以及切片间的造影CT值的相加前的分辨率高的心肌的图像则更有效。
因此，在步骤S8中，图像合成单元24g从图像取得单元24a接收矩阵缩小处理以及切片间的造影CT值的相加前的分辨率高的心肌的造影图像，生成与血流值图像合成的图像。
另外根据需要，倾斜剖面转换单元24f对由血流图像生成单元24e生成的心肌的血流值图像、由图像合成单元24g生成的合成图像的剖面进行转换，生成任意的剖面中的倾斜剖面图像。
接着，在步骤S9中，由血流图像生成单元24e、倾斜剖面转换单元24f以及图像合成单元24g分别生成的血流值图像、倾斜剖面图像、合成图像等各图像被提供到显示处理单元24h。然后，用于显示各图像的图像信号从显示处理单元24h被提供到图像显示部件16而进行显示。
在此，用户可以从输入部件17指定各图像的显示条件的自动设定。为此，例如将用于显示电子按钮的图像信号从显示处理单元24h提供给图像显示部件16。
图11是表示将血流值图像和造影CT图像重叠显示在图1所示的X射线CT装置1的图像显示部件16上的例子的图。
如图11所示，在图像显示部件16的画面上，显示造影CT图像30、用于指示显示条件的自动设定的自动(AUTO)按钮31以及亮度刻度(scale)32。即，图11表示使血流值图像亮度显示成可以使用灰度刻度(gray scale)来识别的情况的例子。
如果通过输入部件17的操作而按下自动(AUTO)按钮31，则显示条件的自动设定的指示从输入部件17提供给显示处理单元24h。由此，由显示处理单元24h将亮度刻度(窗位)的上限值WU、下限值WL、上限值和下限值之间的窗位宽WW设定成适合于自动地显示血流值图像的值。
即，如果将心肌的CT值(34左右)设为A，将心肌部分中的造影剂的浓度Cmyo(t)设为B，将用于微调整的任意的值设为β，则例如可以设定成WU＝A+B、WL＝A+β(因此WW＝B-β)、或者WL＝A+β、WW＝A+β+B。其结果是亮度刻度被设定成适合于心肌部分的血流值图像的显示的值，如图11所示，心肌的血流值图像通过灰度刻度而被亮度显示。
另外，还可以利用输入部件17的操作通过手动对决定显示条件的A、B、β等值进行微调整。A的值不限于心肌的CT值，也可以根据临床目的来变更。B的值可以经验地确定成默认值。
另外，还可以通过彩色显示WU和WL的范围而显示成可以识别心肌部分的血流值图像。在进行彩色显示的情况下，例如可以在视觉上分成16个级别，或者也可以与希望识别的级别对应地具有16个级别以上或16个级别以下的灰度等级。
另外，对于自动(AUTO)按钮31，例如可以由执行图像的显示处理的应用程序，在使进行心肌的血流显示、心肌的血流分析的特定的应用程序起动时等进行显示。但是，也可以在输入部件17设置基于特定的硬件的硬键(hard key)来作为自动(AUTO)按钮31。
以上那样的X射线CT装置1以及心肌灌注像生成系统24在一定条件下注入造影剂，根据造影剂的浓度迁移期间Tt中的冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)，求出心肌血流量MBF和心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)的转换表、或心肌血流量MBF和心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)相对于冠状动脉中或心脏左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)的比Cmyo(t)/Ca(t)的转换表，根据该转换表从浓度恒定期间T1中的心肌区域中的造影剂的浓度Cmyo(t)求出心肌血流量MBF作为血流值图像。
因此，根据X射线CT装置1以及心肌灌注像生成系统24，可以进一步降低向被检体的造影剂注入量以及X射线的辐射，并且更短时间且高精度地制成作为心肌灌注像的血流值图像。即，只要可以取得浓度迁移期间Tt期间中的冠状动脉中或心脏部左心室内腔内的造影剂的浓度变化曲线Ca(t)，就可以将心肌部分的造影CT值转换成血流值而生成血流值图像。另外，可以通过造影检查用的1次扫描来生成血流值图像。因此，可以实现摄影的高速化、辐射以及造影剂注入量的降低。
另外，在以上，通过从心肌的造影CT图像数据减去仅心肌的CT值来生成了血流值图像，但也可以通过与临床目的对应地从心肌的造影CT图像数据减去对心肌的CT值加减乘除了一定的值后的值、即根据心肌的CT取得的恒定值，来生成血流图像。另外，也可以生成将从心肌的造影CT图像数据减去了仅心肌的CT值的结果除以从左心室内腔中的造影剂投放后的某时刻的CT值减去了造影剂投放前的CT值的结果而取得的值，作为血流图像。

Claims (9)

1.一种X射线CT装置，对被检体照射X射线来进行扫描，根据所取得的投影数据来重构上述被检体内部的CT像，其特征在于包括：
转换表取得单元，对被检体持续地注入造影剂，将从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止定义为浓度迁移期间，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；
血流信息取得单元，根据在上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；
血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
2.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
上述血流信息取得单元构成为通过进行在上述浓度迁移期间结束后收集到的CT像和心肌的CT值的减法处理，来求出表示上述心肌中的造影剂浓度的信息。
3.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
上述血流信息取得单元构成为通过进行在上述浓度迁移期间结束后收集到的CT像和根据心肌的CT取得的恒定值的减法处理，来求出表示上述心肌中的造影剂浓度的信息。
4.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
上述转换表取得单元进一步构成为根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像，求出心肌中的每个血流量的心肌中的造影剂浓度的时间变化，根据上述时间变化，求出将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表，该转换表是与收集在上述浓度恒定期间收集到的CT像时对应的。
5.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
上述转换表取得单元构成为根据心脏左心室内腔或冠状动脉的CT像，求出上述转换表。
6.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
上述血流图像生成单元构成为求出表示心肌中的血流量的值作为上述血流值图像。
7.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于：
还具备显示上述血流值图像的显示单元。
8.一种X射线CT装置，其特征在于包括：
造影剂注入装置，通过对被检体持续地注入造影剂，得到从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止的浓度迁移期间、以及在上述浓度迁移期间后上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间；
图像收集单元，在上述浓度迁移期间以及上述浓度恒定期间中，分别以心电图同步的形式收集CT像；
转换表取得单元，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；
血流信息取得单元，根据在上述浓度恒定期间收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；
血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
9.一种心肌灌注像生成系统，其特征在于包括：
转换表取得单元，对被检体持续地注入造影剂，将从注入刚刚开始后到所注入的造影剂到达心肌并增加进而成为被视为达到恒定值的状态为止定义为浓度迁移期间，求出用于根据在上述浓度迁移期间中收集到的CT像将表示心肌中的造影剂浓度的信息转换成心肌中的血流值图像的转换表；
血流信息取得单元，根据在上述心肌中的上述造影剂的浓度被视为恒定的浓度恒定期间中收集到的CT像，求出表示上述被检体的心肌中的造影剂浓度的信息；
血流图像生成单元，根据上述转换表，从表示上述心肌中的造影剂浓度的信息生成心肌中的血流值图像。
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