CN102573642B - 医用图像处理装置以及x射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

医用图像处理装置以及x射线计算机断层摄影装置 Download PDF

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Abstract

目的在于减轻由于呼吸运动或心跳的影响致使关心部位偏离图像的情况。医用图像处理装置根据与被检体的三维区域有关的一连串的体数据文件使用图像生成部(115)生成一连串的断面图像，根据多个体数据文件中包含的同一部位的位置使用断面决定部(125)分别决定与断面图像分别对应的多个断面。

Description

医用图像处理装置以及X射线计算机断层摄影装置
技术领域
本发明的实施方式涉及医用图像处理装置以及X射线计算机断层摄影装置。
背景技术
近年来，超声波诊断装置、X射线计算机断层摄影装置(CT)以及磁共振成像装置(MRI)可以以高时间分辨率反复收集成为三维图像的基础的数据。在此，对X射线计算机断层摄影装置进行说明。根据反复收集到的投影数据，使用锥束重建法等重建在时间上为一连串的多个体数据文件。根据一连串的体数据文件，通过MPR(断面转换)处理等生成一连串的断面图像。一连串的断面图像作为动态图像再生。
但是，由于呼吸运动或心跳等，可能发生关心区域偏离断面图像的情况。有时会在动态图像再生中产生由于例如呼吸运动产生的肿瘤以及大动脉的三维性的移动而使与大动脉以及肿瘤的愈合部位不能映照在断面图像上的期间。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-282945号公报
发明内容
目的在于避免由于呼吸运动或心跳的影响而使关心部位偏离断面图像的情况。
本实施方式涉及的医用图像处理装置根据与被检体的三维区域有关的一连串的体数据文件使用图像生成部生成一连串的断面图像，并根据多个体数据文件中包含的同一部位的位置使用断面决定部分别决定与断面图像分别对应的多个断面。
附图说明
图1为表示包含本实施方式涉及的医用图像处理装置的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。
图2为表示由图1的锥束重建处理部生成的一连串的体数据文件的图。
图3为基于由图1的断面图像生成部生成的一连串的MPR图像的图。
图4为基于图1的再生控制器的交替再生的说明图。
图5为基于图1的断面位置决定部的断面手动设定模式的说明图。
图6为基于图1的断面位置决定部的断面位置插补处理的说明图。
图7为基于图1的断面位置决定部的第1断面自动设定模式的说明图。
图8为基于图1的断面位置决定部的第2断面自动设定模式的说明图。
图9为基于图8的第2断面自动设定模式的补充说明图。
图10为基于图1的断面位置决定部的第3断面自动设定模式的说明图。
图11为图10的第3断面自动设定模式的补充说明图。
图12为表示对在图3的第3断面自动设定模式下生成的断面图像的第1图像处理的图。
图13为表示对在图3的第3断面自动设定模式下生成的断面图像的第2图像处理的图。
图14为表示本实施方式的效果的图。
图15为将本实施方式的效果与现有技术对比示出的图。
图16为表示通过图7的第1断面自动设定模式设定的断面例子的图。
图17为表示通过图7的第1断面自动设定模式设定的断面例子的图。
图18为表示通过图7的第1断面自动设定模式设定的断面例子的图。
图19为通过图7的第1断面自动设定模式设定的断面例子的图。
图20为表示通过图8的第2断面自动设定模式设定的断面例子的图。
图21为表示通过图8的第2断面自动设定模式设定的断面例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式涉及的医用图像处理装置进行说明。医用图像处理装置根据与被检体的三维区域有关的一连串的体数据文件用图像生成部生成一连串的断面图像，并根据多个体数据文件中包含的同一部位的位置用断面决定部分别决定与断面图像分别对应的多个断面。
另外，本实施方式涉及的医用图像处理装置将通过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射线诊断装置等医用图像生成装置反复生成的、与被检体的三维区域有关的一连串的体数据文件作为处理对象。本实施方式涉及的医用图像处理装置被组合到这些医用图像生成装置中，或单独设置。单独设置时，本实施方式涉及的医用图像处理装置连接于LAN等电气通信线路，经由电气通信线路从医院内或外部的医用图像插补通信系统(PACS)接收一连串的体数据文件。在此，本实施方式涉及的医用图像处理装置作为组合到X射线计算机断层摄影装置中的装置来说明。
图1通过框图示出了安装有本实施方式涉及的医用图像处理装置的X射线计算机断层摄影装置的结构。架台部100具有自由旋转地支撑的旋转架102。将旋转架102的旋转中心轴规定为Z轴。Y轴规定为与通过X射线焦点和后述的检测器103的中心的Z轴正交。X轴规定为与Y轴以及Z轴正交。
架台驱动部107在主控制器110的控制下生成用于旋转驱动旋转架102的驱动信号。在旋转架102上隔着以Z轴为中心的圆柱形的摄影区域S相对地搭载有锥束形X射线管101与二维检测器(也称为区域检测器)103。摄影区域S中配置有未图示的载置在床的床板上的被检体。被检体以其体轴与Z轴大致一致的方式载置。高电压发生器109在主控制器110的控制下向X射线管101供给管电流，并施加高电压。由此，从X射线管101的焦点F产生X射线。X射线光阑111将在X射线管101中产生的X射线整形为四角锥形。整形为四角锥形的X射线照射至被检体。二维检测器103具有多个X射线检测元件列。多个X射线检测元件列在Z轴方向排列。各X射线检测元件列以X射线焦点F为中心排列成圆弧状。二维检测器103连接有一般称为DAS(data acquisition system)的数据收集装置104。
数据收集装置104针对每一信道设有将二维检测器103的各信道的电流信号转换为电压的I-V转换器、将该电压信号与X射线的照射周期同步地周期性积分的积分器、将该积分器的输出信号放大的放大器、将该前置放大器的输出信号转换为数字信号的模拟/数字转换器。
数据收集装置104的输出经由以光学或磁性要素为媒介的非接触数据传输装置105与前处理装置106连接。前处理装置106对于由数据收集装置104检测出的数据，执行校正信道间的灵敏度不均、并校正由X射线强吸收体主要由金属部引起的极端的信号强度的下降或信号脱落等的前处理。在前处理装置106中将接受了前处理的数据(投影数据)存储至投影数据存储部112。
在本实施方式中，在主控制器110的控制下，执行所谓四维动态扫描。在四维动态扫描中，在预先指定的摄影期间中旋转架102与X射线管101以及二维检测器103一起在被检体周围连续地旋转。摄影期间中，从X射线管101连续地或脉冲地产生X射线，在二维检测器103中反复检测X射线。另外，将X射线管101旋转360°或(180°+扇角)的周期称为扫描周期(第1周期)。根据该360°或(180°+扇角)的角度范围大小的投影数据重建单个体数据文件。扇角是以X射线焦点为中心的XY平面内的X射线的扩展角。
锥束重建处理部116在主控制器110的控制下根据投影数据存储部112中存储的投影数据，通过例如锥束重建法重建用三维坐标系表现CT值分布而形成的多个体数据文件。如上所述，各体数据文件根据360°或(180°+扇角)的角度范围大小的投影数据重建。多个体数据文件中，各重建用投影数据的角度范围例如按每30°移位(shift)。由此，多个体数据文件各自的摄影时刻按每旋转30度所需的时间移位。摄影时刻典型地定义为收集到重建所用的投影数据的角度范围中与大致中心角度对应的投影数据的时刻。当将扫描周期作为重建用投影数据的角度范围的旋转所需要的时间范围(第1周期)时，体数据文件以比第1周期短的第2周期生成。一连串的体数据文件存储至体数据文件存储部113。
断面图像生成部115如图3所示通过适合于在显示部(显示器)17上的显示的所谓MPR处理(断面转换处理)或CPR处理(曲断面转换处理)，根据构成一连串的多个体数据文件生成分别对应的构成一连串的多个断面图像。断面图像的摄影时刻与作为其基础的体数据文件的摄影时刻一致。所生成的多个断面图像的数据存储至体数据文件存储部113。对于多个体数据文件分别由断面位置决定部125来决定各断面位置以及断面厚度。有关断面位置以及断面厚度的决定的详情在后面进行叙述。
再生控制器118通过控制从体数据文件存储部113读出一连串的断面图像的数据，将体数据文件存储部113中存储的一连串的断面图像作为动态图像显示在显示部117上。
该再生显示与被检体的周期性生理运动建立了关联。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，可适用于呼吸运动和心跳运动中的任一运动。在此，对呼吸运动进行说明。被检体的呼吸运动例如由呼吸传感器120来测定。众所周知，呼吸动作是伴随横膈膜的往复运动的肺部范围的扩张收缩。随着肺部范围的扩张收缩腹部前后地往复移动。呼吸传感器120例如使用激光测长技术反复测量被检体的腹部表面与外部固定点(激光照射位置)之间的距离作为呼吸指数。该距离随时间的变化反映出被检体的呼吸状态(呼吸相位)的变化。最大值/最小值确定部123根据摄影期间中的呼吸指数的时间变化，确定最大值与最小值。例如，呼吸指数表示最小值的时刻表示呼气谷底时刻，呼吸指数表示最大值的时刻表示吸气峰值时刻。从呼气谷底时刻到吸气峰值时刻的期间表示呼吸周期的大致半个周期。
再生控制器118从体数据文件存储部113中存储的一连串的断面图像中提取从呼气谷底时刻到吸气峰值时刻的期间包含有摄影时刻的多个断面图像作为再生对象图像。再生控制器118将作为再生对象图像确定的一连串的断面图像反复再生。尤其是，再生控制器118如图4所示，对于一连串的断面图像，按照各自对应的摄影时刻的顺序在正方向上实时再生(正向再生)，接着，在各自对应的摄影时刻的反方向上实时再生(反向再生)，这样交替地反复正向再生与反向再生。也就是说，交替地转换再生方向。限定于该呼吸周期的大致半个周期地交替再生的动态图像与1个呼吸期间的动态图像的反复再生近似。在限定于大致半个周期的期间的交替再生中，在交替再生的边界帧间呼吸相位大致相同，因此在交替再生的边界帧间，当然地几乎不会发生组织分布在画面上的位移。由此，由其呼吸引起的部位变动具有连续性而能够识别。例如，在关注肿瘤地观察动态图像时，观察者不需要较大地移动视线，较为适宜。随之，即使将摄影期间设定为半个呼吸期间或比它大一些的期间，其再生也可以再现与在一个呼吸期间或大于它的期间上所取得的动态图像大致同等的运动。摄影期间的缩短对减少照射最有效。
上述断面位置决定部125关于断面决定装备有多个模式。能够根据操作者经由未图示的输入装置输入的选择指示任意地选择多个断面决定模式中的某一模式。
图5为断面手动决定模式的说明图。在断面手动决定模式下，以Z轴为基准轴，将正交于基准轴的XY平面设定为断面。在断面手动决定模式的启动下，断面图像生成部115根据一连串的体数据文件离散地将几个体数据文件作为对象设定平行于XY平面的共通的断面候补。初始断面候补例如设定为通过XYZ坐标系的原点的XY平面。作为被设为对象的体数据文件，例如初始选择一连串的体数据文件的两端和中央的3个体数据文件。对于这3个体数据文件，通过断面图像生成部115生成与初始断面有关的断面图像。与初始断面有关的3个断面图像同时或择其一地显示在显示部117上。操作者一边经由未图示的输入装置沿Z轴移动断面，一边查找关心部位的像被最佳映照的断面位置，并在其断面图像上指定该关心部位的例如大致中心点(称为关心点或指定点)。对于3个体数据文件全部分别查找断面，指定关心点。断面位置决定部125如图6所示使用在时间轴上隔着该插补对象的体数据文件的2个体数据文件上所指定的2个指定点，通过线性插补推定被设为手动指定对象的3个体数据文件以外的它们之间的其他体数据文件内的关心点。推定的关心点被决定为，在连结隔着该关心点的2个指定的关心点的三维坐标系上的直线上且根据与对于插补对象的体数据文件的时刻的手动指定的体数据文件的时刻之间的时间宽度Δt1、Δt2通过线性插补计算的点。
对各体数据文件决定包含对多个体数据文件的各个指定或插补了的关心点且平行于XY平面的断面。另外，也可以对所有体数据文件分别主动指定关心点。
由断面图像生成部115按照设定的断面生成与多个体数据文件分别对应的多个断面图像。多个断面图像存储至体数据文件存储部113。通过由再生控制器118进行的从体数据文件存储部113向显示部117的读出控制，如上所述地，作为动态图像交替地反复正向再生与反向再生。通过再生控制器118的读出控制或对显示部117内的帧存储器的写入控制，分别地移动断面图像的显示位置，以将各断面图像上的关心点配置在显示部117的显示器上的确定位置，典型地，配置在中心位置。
如图14、图15所例示，在动态图像再生时总是显示含有关心部位的断面图像，而且将关心部位的像固定在画面的确定位置。由此，能够在所有断面图像上适宜地识别关心部位，并且视线移动变少，对肿瘤愈合等的诊断有效。
图7为第1断面自动设定模式的说明图。在第1断面自动决定模式下，以Z轴为基准值，将正交于基准轴的XY平面设定为断面。在第1断面自动设定模式的启动下，断面图像生成部115根据一连串的体数据文件将确定的单个体数据文件作为对象，生成例如与平行于XY平面的通过原点的初始候补有关的断面图像。作为确定的单个体数据文件，典型地，为一连串的体数据文件中的最接近中央时刻的体数据文件。操作者一边经由未图示的输入装置将候补断面沿Z轴移动，一边查找关心部位的像被最佳映照的断面，并在其断面图像上指定该关心部位内的点。
断面位置决定部125将指定点的像素值或与以指定点为中心的局部范围内的多个像素有关的平均值或中央值作为阈值，从其他体数据文件的各个中通过阈值处理提取三维的关心区域。断面位置决定部125在所提取出的关心区域的各个的内部设定关心点。关心点有各种变形方式。关心点的一例如图16所示，为重心点或从重心点向Z轴方向偏离了规定距离Δd的点。关心点的其他例子，如图17所示，为以规定距离比例分割了通过重心、平行于Z轴、且两端位于关心区域边缘上的某个线段的点。关心点的其他例子，如图18所示，被设定为关心区域内的具有最大CT值或最小CT值的像素的中心点。虽然一开始会设定重心，但操作者可以从这些关心点中选择任一关心点。另外，图16-图18说明的关心点的设定方法也可适用于对图9-图11的血管或支气管的指定点的指定方法。
设定关心点以后的断面决定以及动态图像再生处理与上述手动设定模式下说明的处理相同。决定含有对各体数据文件设定的关心点且平行于XY平面的断面(正交于Z轴(基准轴)的断面)。按照决定的断面根据体数据文件通过MPR处理生成断面图像。同样地，对所有体数据文件生成断面图像。多个断面图像在再生控制器118的读出控制下交替地反复正向再生与反向再生。
另外，代替关心点，如图19所示，也可以查找将所提取出的关心区域的体积二等分的XY平面，并按照其XY平面(断面)根据体数据文件生成断面图像。
该第1断面自动设定模式与手动设定模式同样地在关心部位为肿瘤等的一块形状时较为适宜。
图8为第2断面自动设定模式的说明图。第2断面自动决定模式允许以Z轴为基准轴，将斜交于基准轴的斜面设定为断面。第2断面自动设定模式在对象为支气管或血管等的管状部位时较为适宜。由断面位置决定部125根据一连串的体数据文件的各个通过阈值处理提取例如血管区域。对于提取出的血管区域，如图9所示，通过操作者指定其两端的2点来设定包含狭窄等的关心区间。由断面位置决定部125确定通过指定的2点的、提取出的血管区域的血管芯线。由断面位置决定部125针对多个体数据文件的各个分别地以包含指定的2点间的血管芯线的方式决定断面位置、相对于XYZ各轴的斜角以及断面厚度。
断面决定以后的断面图像生成处理以及动态图像再生处理与上述手动设定模式下所说明的处理大致等价。在本模式下，通过沿着垂直于断面的方向(环)积分多个体素值或从同一环上的多个体素值中提取最大值等来生成断面图像。按照对于多个体数据文件的各个所决定的断面生成多个断面图像。多个断面图像在再生控制器18的读出控制下交替地反复正向再生与反向再生。
在该第2断面自动设定模式下，能够总是在画面上识别心脏的冠状动脉等的复杂地弯曲的血管等的关心区间整体。
规定斜断面的第2断面自动设定模式对于具有一块形状的肿瘤等也可以适用。此时，斜断面如图20所示，设定为由表示通过提取出的关心区域的重心、两端位于关心区域边缘上的线段的距离(直径)中的、例如最大径与最小径、或最大径与第二长径的两个线段所规定的面。在其他例子中，斜断面如图21所示设定为表示提取出的关心区域的断面面积为最大的断面。
图10为第3断面自动设定模式的说明图。第3断面自动设定模式也在其对象为支气管或血管等的管状部位时较为适宜。由断面位置决定部125根据一连串的体数据文件的各个通过阈值处理提取例如血管区域。对于提取出的血管区域，如图11所示，通过操作者指定其两端的2点来设定包含狭窄等的关心区间。另外，也可以由操作者指定血管的例如末梢侧的1点，自动追踪至血管上部，在血管末梢与血管上部之间设定关心区间。
由断面位置决定部125确定通过指定的2点的、提取出的血管区域的血管芯线。沿着指定的2点间的血管芯线在XY平面上的投影像，如维持垂直于XY平面的状态不变地将垂直于XY面的断面弯曲。由此，针对多个体数据文件的各个分别决定断面(弯曲断面)。
断面决定以后的断面图像生成处理以及动态图像再生处理与上述手动设定模式下所说明的处理一样。按照对于多个体数据文件的各个所决定的弯曲断面生成与多个体数据文件分别对应的多个断面图像，并在再生控制器118的读出控制下交替地反复正向再生与反向再生。
在该第3断面自动设定模式下，能够总是比在第2断面自动设定模式下以更为详细的状态在画面上识别复杂地弯曲的血管等的关心区间整体。
另外，也可以以使在第2、第3断面自动设定模式下生成的断面图像上复杂地走行的血管的像如图12所示那样成为直线性的方式由断面图像生成部115通过坐标转换而变形。作为坐标转换的一例，如图13所示，配置相对于血管芯线在中心正交的多个线段，并在正交坐标系上再配置多个线段上的多个像素列。
虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而示出的，并不是为了限定发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形与包含于发明的范围或要旨内一样，包含于权利要求书所述的发明和其等同的范围内。
(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...体数据文件存储部、115...断面图像生成部、116...锥束重建处理部、117...显示部(显示器)、118...再生控制器、120...呼吸传感器、121...呼吸波形存储部、123...最大值/最小值确定部、125...断面位置决定部。

Claims (16)

1.一种医用图像处理装置，其特征在于，包括：
存储部，存储与被检体的三维区域有关的一连串的体数据文件；
图像生成部，根据上述一连串的体数据文件生成一连串的断面图像；以及
断面决定部，根据上述多个体数据文件中包含的同一部位的位置分别决定与上述断面图像分别对应的多个断面，
上述断面决定部以包含从上述各体数据文件中提取出的管状区域的芯线的方式决定上述断面的位置、方向以及断面厚度。
2.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部根据从上述多个体数据文件中提取出的关心区域决定上述多个断面。
3.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述多个断面正交于基准轴。
4.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将包含从上述体数据文件中提取出的关心区域的重心的面决定为上述断面。
5.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将包含相对于从上述体数据文件中提取出的关心区域的重心在规定方向偏离了规定距离的点的面决定为上述断面。
6.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将包含表示从上述体数据文件中提取出的关心区域内的最大像素值或最小像素值的像素的面决定为上述断面。
7.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将对从上述体数据文件中提取出的关心区域进行体积等分的面决定为上述断面。
8.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述多个断面相对于基准轴倾斜地设定。
9.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将表示从上述体数据文件中提取出的关心区域的最大断面面积的面决定为上述断面。
10.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
上述断面决定部将按照从上述各体数据文件中提取出的管状区域的芯线弯曲的弯曲面决定为上述断面。
11.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
对于上述多个体数据文件的各个分别手动地设定上述断面。
12.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于：
基于对上述多个体数据文件中的至少2个体数据文件手动地设定的断面的位置通过插补处理来决定上述断面。
13.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还包括：
数据存储部，存储将上述被检体的三维区域作为对象而以第1周期反复收集的数据；以及
体数据生成部，基于上述收集到的数据以比上述第1周期短的第2周期生成上述一连串的体数据文件。
14.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还包括：
显示部，将上述一连串的断面图像作为动态图像以正向和反向交替地再生显示。
15.根据权利要求14所述的医用图像处理装置，其特征在于：
为了将由操作者指定的关心区域部位的位置固定在显示画面的同一位置，分别控制上述显示的一连串的断面图像。
16.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：
收集部，反复收集与被检体的三维区域有关的投影数据；
重建部，根据上述投影数据重建一连串的体数据文件；
图像生成部，根据上述重建的一连串的体数据文件生成一连串的断面图像；以及
断面决定部，基于上述多个体数据文件所包含的同一部位的位置，分别地决定与上述断面图像分别对应的多个断面，
上述断面决定部以包含从上述各体数据文件中提取出的管状区域的芯线的方式决定上述断面的位置、方向以及断面厚度。
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