CN102348088A - 医用图像显示装置以及x射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明的医用图像显示装置以及X射线计算机断层摄影装置的目的在于确保动态图像的重复再现中的视觉上的连续性。其中，医用图像显示装置具备：图像存储部，存储构成与被检体有关的动态图像的成串医用图像的数据；以及再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示与上述被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的上述成串医用图像的一部分而控制上述图像存储部的读出。

Description

医用图像显示装置以及X射线计算机断层摄影装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2010年7月22日提交的在先的日本专利申请No.2010-165076以及2011年7月6日提交的在先的日本专利申请No.2011-149759并要求其优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实施方式涉及医用图像显示装置以及X射线计算机断层摄影装置。

背景技术

使用X射线计算机断层摄影装置(CT)、磁共振成像装置(MRI)等医用图像产生装置确认伴随呼吸动作的组织动态进行机能分析的方法从疾病的诊断以及早期发现的观点看，是非常有效的。近年来，重复收集覆盖关心组织整体的体图像，并进行剖面变换(MPR)或三维动态图像显示也已经广泛应用。尤其在肺部中，大多情况是在MPR图像中指定关心剖面，观察其动态。

构成动态图像的成串的医用图像按照其摄影顺序沿时间序列排列并重复再现。肺部摄影中呼吸周期长，出于减少辐射的要求很难对1个呼吸周期的整个期间进行扫描。因此，大多数情况是缩短为与呼吸的半个周期大致对应的期间来实施扫描。此时，无法跨1个呼吸周期的整个期间来读影肿瘤等。

虽然会自动重复再现动态图像，但此时由于在动态图像的最后帧与第一帧之间呼吸相位有间隔，因此作为其动态图像的视觉上的连续性被中断。

发明内容

目的在于确保动态图像的重复再现中的视觉上的连续性。

本实施方式涉及的医用图像显示装置具备：图像存储部，存储构成与被检体有关的动态图像的成串医用图像的数据；以及再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示与上述被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的上述成串医用图像的一部分而控制上述图像存储部的读出。

能够确保动态图像的重复再现中视觉上的连续性。

附图说明

图1为表示本实施方式的包含医用图像显示装置的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。

图2为表示本实施方式的处理步骤的流程图。

图3为图2的单纯重复再现的说明图。

图4表示用于图2的单纯交替再现的说明的扫描期间的图。

图5为图2的单纯交替再现的说明图。

图6为表示用于图2的呼吸周期交替再现的说明的扫描期间的图。

图7为图2的呼吸周期交替再现的说明图。

图8为本实施方式的对于显示画面的图像帧移处理的说明图。

图9为基于本实施方式的其他再现方法的说明图。

符号说明

100…架台部、101…X射线管、102…旋转架、103…二维检测器、104…数据收集装置、106…前处理装置、107…架台驱动部、109…高电压发生器、110…主控制器、112…投影数据存储部、113…体数据存储部、115…图像处理部、116…图像重建处理部、117…显示部(显示器)118…再现控制器、120…呼吸传感器、121…呼吸波形存储部、123…最大值/最小值特定部

具体实施方式

本实施方式涉及的医用图像显示装置具备：图像存储部，存储构成与被检体有关的动态图像的成串医用图像的数据；以及再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示与上述被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的上述成串医用图像的一部分而控制上述图像存储部的读出。

例如上述周期性运动为呼吸运动。其呼吸周期的一部分期间为吸气期间或呼气期间。收集跨吸气期间或呼气期间的成串图像。所收集的成串图像沿正向再现，接着沿反向再现，重复该交替再现。由此能够确保视觉上的连续性。而且，相比跨呼吸周期的整个期间收集图像，被辐射的辐射剂量可以减少大约一半。

以下，参照附图对本实施方式的医用图像显示装置进行说明。另外，医用图像显示装置将通过X射线计算机断层摄影装置、磁共振成像装置(MRI)、超声波诊断装置、X射线诊断装置等可动态图像摄影的医用图像产生装置产生的动态图像作为其显示对象。本实施方式的医用图像显示装置被编入这些医用图像产生装置中或单独发挥功能。单独发挥功能时，本实施方式的医用图像显示装置与LAN等电气性通信线路连接，经由电气性通信线路从医院内或外部的医用图像插补通信系统(PACS)接收作为显示对象的医用图像。在此，对本实施方式的医用图像显示装置被编入X射线计算机断层摄影装置进行说明。

图1中通过框图示出了配备本实施方式的医用图像显示装置的X射线计算机断层摄影装置的结构。架台部100具有被自由旋转地支承的旋转架102。以下将旋转架102的旋转中心轴规定为Z轴来进行说明。架台驱动部107驱动旋转架102的旋转。在旋转架102上隔着以Z轴为中心的摄影区域S相对搭载锥束状X射线管101与二维检测器103。在摄影区域S中配置未图示但载置在床的床板上的被检体。载置在床板上的被检体的体轴与Z轴基本一致。高电压发生器109向X射线管101供给管电流，并且施加高电压。由此，从X射线管101的X射线焦点F产生方锥形的X射线。二维检测器103具有以X射线焦点F为中心排列成圆弧状的多个X射线检测元件列。多个X射线检测元件列沿Z轴方向并列设置。在二维检测器103上连接着一般被称为DAS(data acquisition system，数据获取系统)的数据收集装置104。

锥束X射线管101以及二维检测器103能够在使扫描位置固定的状态下以1次旋转收集例如包含肺部整体的宽泛的摄影范围的投影数据。典型而言，根据以1次旋转收集的投影数据的集合可重建多切片或三维断层图像的数据。

另外，为了便于说明，在此将多切片或三维断层图像的数据的集合体称为“体数据集”。并且，在此将收集体数据集的重建所需的投影数据集的单位动作称为“体扫描”。通过1次体扫描，收集1个投影数据集。对于根据1个投影数据集重建1个体数据集的情况进行说明。对于该体扫描，单扫描定义为收集与单一切片相关的断层图像的重建所需的投影数据集的单位动作。另外，在此以体扫描为一例进行说明，但本实施方式不仅可以适用于体扫描而且还可以适用于单扫描。通过1次单扫描，收集一个投影数据集，根据1个投影数据集重建1个切片的断层图像数据集。

在数据收集装置104中，对每一通道设置将二维检测器103的各通道的电流信号变换为电压的I-V变换器、与X射线的照射周期同步地周期性积分该电压信号的积分器、放大该积分器的输出信号的放大器、将该前置放大器的输出信号变换为数字信号的模拟·数字转换器。

数据收集装置104的输出经由使光学或磁要素媒介的非接触数据传输装置105连接前处理装置106。前处理装置106执行对于在数据收集装置104中检测出的数据，修正通道间的灵敏度不均匀，并且修正由X射线强吸收体引起的、主要是由金属部引起的极端的信号强度下降或信号丧失等的前处理。在前处理装置106中接受了前处理的数据(投影数据)被存储至投影数据存储部112中。投影数据中，在主控制器110的控制下将与数据收集时刻对应的时间编码、通道号编码、视角编码等属性信息关联起来。

图像重建处理部116根据投影数据存储部112中存储的投影数据集，重建体数据集。体数据存储部113为了存储重建后的体数据集而设置。

在本实施方式中，在主控制器110的控制下，执行所谓的四维动态扫描。在四维动态扫描中，伴随旋转架102的连续旋转，重复上述体扫描。通过体扫描的重复，可重建与多个摄影时刻分别对应的多个体数据集。典型而言，体数据集的重建所使用的投影数据集的中心时刻被特定为与该体数据集对应的摄影时刻。在多个体数据集中，将分别表示摄影时刻的时间编码关联起来。

另外，多个体数据集的时间间隔为1次旋转所需要的时间(扫描时间)例如0.4秒，但也可以提取按每旋转角例如10°、30°等偏移的投影数据集，由这些生成时间间隔比旋转10°所需要的时间、旋转30°所需要的时间等1次旋转所需要的时间短的高时间分辨率的多个体数据集。

图像处理部115通过适合于图像显示部(显示器)117显示的所谓的MPR处理(剖面变换处理)根据体数据集生成任意剖面的断层图像(MPR图像)的数据，并且通过所谓的绘制处理根据体数据集生成绘制图像的数据。在此，将MPR图像、绘制图像以及其他适合于显示器117的显示的变换为二维坐标的图像仅称为“医用图像”。根据通过四维动态扫描取得的与时间序列相关的多个体数据集生成构成分别对应的动态图像的成串医用图像。体数据存储部113与体数据集一起存储在图像处理部115中生成的成串医用图像的数据。将与其各自本来的体数据集相同的时间编码同成串医用图像中的各个关联起来。

再现控制器118通过控制从体数据存储部113中读出医用图像数据，从而将体数据存储部113中存储的成串医用图像的整个期间或一部分期间再现显示为动态图像。再现显示与被检体的周期性生理运动关联起来。周期性生理运动，典型地为呼吸运动或心跳运动。在本实施方式中，对于呼吸运动与心跳运动都可适用。在此，对呼吸运动进行说明。被检体的呼吸运动，通过例如呼吸传感器120来测定。如所周知的那样，呼吸动作是伴随横膈膜的往复运动的肺部的扩张收缩。随着肺部的扩张收缩，腹部进行前后往复移动。呼吸传感器120例如使用激光测长技术重复测量被检体的腹部表面与外部固定点(激光照射位置)之间的距离。该距离的时间性变化表示被检体的呼吸状态(呼吸相位)的变化。呼吸传感器120也可以在腹部卷绕带状物，在带与腹部之间安装压力传感器，并通过压力的变化，观测呼吸状态。并且，也可以使用摄影机摄影安装了载置在腹部上的光反射材料的物体，并通过光反射材料的部分动态，观测呼吸的状态。另外，也可以通过图像处理部115产生呼吸波形。例如从MPR图像中提取肺部区域，提取出的肺部区域的面积或容积的时间性变化表示着被检体的呼吸状态(呼吸相位)的变化。至少表示四维扫描的执行期间中的呼吸状态的上述距离、压力、容积等指标(index)的数据与时间编码一起存储至呼吸波形存储部121。利用时间编码，将呼吸指标与医用图像关联起来。

最大值/最小值特定部123从存储的呼吸指标中特定四维扫描的执行期间中的最大值与最小值。例如呼吸指标呈现最小值的时刻表示呼气谷值时刻，呼吸指标呈现最大值的时刻表示吸气峰值时刻。从呼气谷值时刻到吸气峰值时刻的期间(吸气期间)表示呼吸周期的大致半个周期。

在比1个呼吸周期的整个期间短、比呼吸的半个周期稍长的扫描期间执行四维动态扫描。最好将四维动态扫描期间设定为一个呼吸周期的整个期间的半个期间。该半个期间典型地为吸气期间。例如通过呼吸同步技术，限定于吸气期间而执行四维动态扫描。呼气期间不执行四维动态扫描。当然也可以限定于呼气期间来执行四维动态扫描，在吸气期间不执行四维动态扫描。

根据在该四维动态扫描的执行中收集到的投影数据，重建n个体数据集。根据n个体数据集产生分别对应的n帧医用图像的数据。n帧医用图像的数据分别与各自的时间编码一起存储至体数据存储部113。

再现控制器118配备三种再现方式。三种再现方式中包含单纯重复再现方式、单纯交替再现方式与呼吸同步交替再现方式。如图2所示，3种再现方式中的任何一种方式都由操作者通过未图示的输入操作装置来选择(S01)。

如图3所示，在单纯重复再现方式下，与四维动态扫描的整个期间对应的所有产生的n帧医用图像依据各自的时间编码在与收集时的时间经过相同的时间经过内按正向实时再现，并重复进行(S02)。单纯重复再现方式相当于以往方式。依据呼吸波形存储部121中存储的呼吸波形数据，连结与四维扫描的整个期间(t01-t02)对应的呼吸波形曲线，并与动态图像一起显示在显示器117的画面上。

如图4、图5所示，在单纯交替再现方式下，与四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的所有所产生的n帧医用图像依据各自的时间编码在与收集时的时间经过相同的时间经过内按正向实时再现(正向再现)，接着，n帧医用图像依据时间编码此次在与收集时的时间经过逆行的时间经过内按反向实时再现(反向实时再现)，这样交替重复正向再现与反向再现(S03)。正反交替连结与呼吸波形存储部121中存储的四维动态扫描的整个期间对应的呼吸波形曲线，并与动态图像一起显示在显示器117的画面上。在与收集时相同的正向的时间经过内生成的呼吸波形曲线例如用实线表示，在与收集时的时间经过逆行的时间经过内生成的呼吸波形曲线例如用虚线表示。

如图6、图7所示，在呼吸同步交替再现方式下，限定于四维动态扫描的整个期间(t01-t02)的一部分期间，这里限定于最大值/最小值特定部123特定的呼吸半周期(t11-t22)而重复动态图像的交替再现。正反交替连结与呼吸波形存储部121中存储的四维动态扫描的呼吸半周期对应的部分呼吸波形曲线，并与动态图像一起显示在显示器117的画面上。

更具体而言，如图2所示，呼吸波形数据从呼吸波形存储部121被读入到再现控制器118(S04)。通过再现控制器118检索与该四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的呼吸波形数据(S05)。在存在与该四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的呼吸波形数据时，将与该四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的呼吸波形曲线显示在显示器117上(S06)。

在不存在与该四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的呼吸波形数据时，与该四维动态扫描的整个期间(t01-t02)对应的n个体数据集从体数据存储部113中被读出到图像处理部115。图像处理部115中，对于n个体数据集分别通过例如对CT值进行的阈值处理提取肺部区域，并计算其容积作为呼吸指标。在与收集时相同的正反向的时间经过内排列计算出的多个肺部容积，根据需要进行插补，由此生成容积曲线作为呼吸波形曲线(S10)。将所生成的呼吸波形曲线显示在显示器117上(S06)。

通过最大值/最小值特定部123特定呼吸波形曲线的最大值与最小值(S07)。例如呼吸指标示出最小值的时刻表示呼气谷值时刻，呼吸指标示出最大的时刻表示吸气峰值时刻。从呼吸谷值时刻到吸气峰值时刻的期间与呼吸的大致半个周期对应。另外，也可以单纯地检索最大值、最小值，也可以对波形进行拟合等并根据微分值计算最大值、极小值。

图像处理部15中，交替连结与从计算出的最小值到最大值的呼吸的大致半个周期对应的正向的部分呼吸波形和与时间经过相关地反转其部分呼吸波形的反向呼吸波形(S08)。

如图7所示，与构成四维动态扫描的整个期间(t01-02)的一部分期间的呼吸的大致半个周期对应的期间(t11-t12)中包含的帧(I11-Im)医用图像，依据各自的时间编码在与收集时的时间经过相同的时间经过内按正向实时再现(正向再现)，接着，此次在与收集时的时间经过逆行的时间经过内按反向实时再现(反向再现)，这样交替重复正向再现与反向再现(S03)。将在S08中生成的呼吸波形曲线与动态图像一起显示在显示器117的画面上。在与收集时相同的正向的时间经过内生成的呼吸波形曲线例如用实线表示，在与收集时的时间经过逆行的时间经过内生成呼吸波形曲线例如用虚线表示。

限定于该呼吸的大致半个周期而交替再现的动态图像与1个呼吸周期的动态图像的重复再现近似。在限定于大致半个周期的期间的交替再现中，动态图像的最后帧(Im)与最后帧(Im)连续，并且第一帧(I11)与第一帧(I11)连续，因此，当然组织分布在画面上没有发生移位。由此，保持了其动态的视觉上的连续性，例如在关心肿瘤而观察动态图像时，观察者无需较大地移动视线。

另外，在呼吸同步交替再现方式下在模拟性的1个呼吸周期内再现动态图像时，不存在所期待的时间内的体数据的情况下，也可以根据邻接的体数据求出。在再现离散性数据或非等间隔的数据等时是有效的。再现时用户也可以关心根据指定或组织的浓度差自动提取出的对象，并通过始终显示的剖面来显示该对象。

在使用上述方法中，由于再现时的级差消失，因此动态图像的不协调感消失。观察肿瘤等时，大多情况使用MPR来观察动态。此时，如果有级差则很难把握其动态，期待通过使用本方法来进行再现从而容易地把握动态。另外，由于无需以1个呼吸周期的整个期间执行扫描，因此可以减少被辐射。

图8示出了基于本实施方式的对显示画面进行的图像帧移处理。图像帧移处理，是在动态图像显示时，为了将肿瘤等关心部位固定在显示器117的图像显示画面内的特定位置上，移动与图像显示画面相对的各医用图像的帧位置的处理。首先，在图像处理部115中，从构成显示对象的动态图像的成串医用图像的各个中，通过阈值处理等提取肿瘤等关心部位的区域，并计算所提取出的关心部位的区域的位置、例如重心位置。再现控制器118为了使针对各医用图像计算出的关心区域的位置与图像显示画面的特定位置一致，对各医用图像进行坐标变换。图像显示画面的特定位置典型地被设定为操作者确定位置、图像显示画面的中心位置、或构成显示对象的动态图像的成串医用图像中的第一帧中的关心区域的例如显示重心的显示画面上的位置。对于坐标变换后的医用图像的数据，通过再现控制器118对体数据存储部113进行读出控制，从而在将肿瘤等关心部位固定在显示器117的图像显示画面内的特定位置上的状态下再现动态图像。读影者在动态图像上识别肿瘤时，可减轻画面内的视线移动的负担。

在上述说明中，在正反方向上交替再现吸气期间收集到的成串图像。换而言之，与不进行图像收集的呼气期间对应的成串的图像通过反向重排吸气期间实际收集的成串图像来进行生成。如图9所示，与呼气期间对应的成串图像I21、I22、…Ik也可以通过对吸气期间收集到的成串图像的I11、I12、…Im进行的反排列处理(inversearrangement)以及插补或间拔处理来生成。典型而言，呼气期间的图像通过基于与时间间隔相应的权重的加权相加处理生成将其隔着前后两帧或3帧以上的图像。插补处理方法并不限定于此，也可以采用任意技术。并且，也可以通过以一定的间隔间拔吸气期间实际收集到的成串图像的一部分，生成与呼气期间对应的成串图像。实际收集的与吸气期间对应的成串图像、与生成的与呼气期间对应的成串图像交替显示。

另外，实际上没有收集的与吸气期间对应的成串图像并不限定于根据实际收集的与呼气期间对应的成串图像来生成。例如，预先准备与吸气期间对应的标准的成串的模型图像。根据被检体的平均心跳数、年龄、性别、体型、肺容量、肺活量等选择最近似于被检体的成串模型图像。实际收集的与吸气期间对应的成串图像与所选择的与呼气期间对应的成串模型图像交替显示。

另外，在上述说明中，在呼吸周期的一部分期间，例如在吸气期间内实际收集成串图像，但呼气期间不收集图像。但是，也可以跨呼吸运动的至少一个周期以不规则间隔收集成串图像，并根据该实际收集的成串图像，产生通过插补处理以一定间隔排列的成串医用图像。

以上说明了特定的实施方式，但这些实施方式仅以例子的方式提出，而并不用于限制本发明的范围。实际上，这里所述的新颖实施方式能够以各种其它形式具体实施，而且，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对这里所述的实施方式的形式进行各种省略、替换和改变。所附的权利要求及其等同方案意在覆盖落入本发明的范围和精神内的上述形式或变形。

Claims (14)

1.一种医用图像显示装置，其特征在于，包括：

图像存储部，存储构成与被检体有关的动态图像的成串医用图像的数据；以及

再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示与上述被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的上述成串医用图像的一部分而控制上述图像存储部的读出。

2.根据权利要求1所述的医用图像显示装置，其特征在于：

上述周期性运动为上述被检体的呼吸运动，上述一部分期间为上述呼吸运动的吸气期间或呼气期间。

3.根据权利要求1所述的医用图像显示装置，其特征在于，还包括：

期间特定部，按照表示上述呼吸运动的呼吸波形的极小值与极大值特定上述吸气期间或呼气期间。

4.根据权利要求2所述的医用图像显示装置，其特征在于，还包括：

呼吸波形产生部，针对上述医用图像的各个通过图像处理提取上述被检体的肺部区域，并产生上述肺部区域的面积或容积的时间变化作为表示上述呼吸运动的呼吸波形；以及

期间特定部，按照表示上述呼吸运动的呼吸波形的极小值与极大值特定上述吸气期间或呼气期间。

5.根据权利要求2所述的医用图像显示装置，其特征在于：

与上述吸气期间或呼气期间对应的表示上述呼吸运动的呼吸波形与反转的呼吸波形交替地与上述医用图像一起显示。

6.一种医用图像显示装置，其特征在于，包括：

图像存储部，存储构成与有关被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的动态图像的成串医用图像的数据；以及

再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示上述成串医用图像而控制上述图像存储部的读出。

7.根据权利要求6所述的医用图像显示装置，其特征在于：

上述周期性运动为上述被检体的呼吸运动，上述一部分期间为上述呼吸运动的吸气期间或呼气期间。

8.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：

X射线管；

X射线检测器；

数据收集部，经由上述X射线检测器收集与被检体有关的投影数据；

重建部，根据上述收集的投影数据重建构成与上述被检体有关的动态图像的成串医用图像的数据；

图像存储部，存储上述成串医用图像的数据；以及

再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示与上述被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的上述成串医用图像的一部分而控制上述图像存储部的读出。

9.根据权利要求8所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述周期性运动为上述被检体的呼吸运动，上述一部分期间为上述呼吸运动的吸气期间或呼气期间；

该X射线计算机断层摄影装置还包括：

控制部，为了限定于上述吸气期间或呼气期间而收集上述投影数据，与上述呼吸运动同步地控制上述数据收集部。

10.根据权利要求9所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

与上述吸气期间或呼气期间对应的表示上述呼吸运动的呼吸波形与反转的呼吸波形交替地与上述医用图像一起显示。

11.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：

数据收集部，收集与被检体有关的投影数据；

重建部，根据上述收集的投影数据重建构成与有关被检体的周期性运动有关的与一个周期内的一部分期间对应的动态图像的成串医用图像的数据；

图像存储部，存储上述成串医用图像的数据；以及

再现控制部，为了在正反方向上交替地重复再现显示上述成串医用图像而控制上述图像存储部的读出。

12.一种医用图像显示装置，其特征在于，包括：

图像存储部，存储构成与被检体的周期性运动有关的与一个周期的一部分期间对应的动态图像的第1成串医用图像的数据；

图像产生部，通过对于上述第1成串医用图像的反排列处理以及插补或间拔处理产生第2成串医用图像；以及

再现控制部，为了交替地重复再现显示上述第1成串医用图像与上述第2成串医用图像而控制上述图像存储部的读出。

13.根据权利要求12所述的医用图像显示装置，其特征在于：

上述周期性运动为上述被检体的呼吸运动，上述一部分期间为上述呼吸运动的吸气期间或呼气期间。

14.一种医用图像显示装置，其特征在于，包括：

图像存储部，存储具有与被检体的周期性运动有关的至少在一个周期内随着时间变化并以不规则间隔进行排列的多个图像的第1成串医用图像的数据；

图像产生部，通过对于上述第1成串医用图像的插补处理，产生以一定间隔进行排列的第2成串医用图像；以及

再现控制部，为了重复再现显示上述第2成串医用图像而控制上述图像存储部的读出。

Images