JP2004141245A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】心臓の運動機能指標のポーラーマップで、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別と、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定すること。
【解決手段】被検体の心臓を含むボリュームデータから心臓の運動機能に関する指標を計算する機能指標計算部１１９と、指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部１２０と、ボリュームデータから冠状動脈の形態を極座標系で表現したポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部１２１と、ポーラーモデルをポーラーマップに合成する表示画像生成部１２２とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】被検体の心臓を含むボリュームデータから心臓の運動機能に関する指標を計算する機能指標計算部１１９と、指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部１２０と、ボリュームデータから冠状動脈の形態を極座標系で表現したポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部１２１と、ポーラーモデルをポーラーマップに合成する表示画像生成部１２２とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップの生成及び表示機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像処理装置及び画像処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリカルスキャンの高速化及び２次元検出器を使ったボリュームスキャンの開発は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の概念を、単なる断面画像化装置からボリューム映像化化装置へ大きく移行させた。つまり、これらスキャン形式を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置により、被検体のボリュームを短い時間分解能で高速にスキャンすることが可能になった。このような機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置の実用化と共に、これまで使われていなかった多くの診断分野への進出が試みられ、また全く新しい診断方法を模索する動きが始まっている。
【０００３】
その一つの方向性として、心臓の心拍運動に関する評価診断への適用がある。ボリュームスキャンは、セグメントスキャン方式とあいまって、心臓全体を短いサイクルで連続的にスキャンすることを実質的に実現している。それにより例えば拡張末期（ＥＤ）や収縮末期（ＥＳ）に限定した心臓の立体像を生成することができ、さらに、拡張末期（ＥＤ）から収縮末期（ＥＳ）までの心壁厚の変化率等の心機能指標を心臓全体にわたって求めることも可能となる。
【０００４】
心臓は心尖部から心基部まで縦に長い。この縦に長い心臓全体の心機能指標を一度に観察できるように、その表示形式として一般的にポーラーマップ（Ｐｏｌａｒ Ｍａｐ）と呼ばれる極座標画像で表示されることが多い。周知のとおり、極座標は、平面を（ｒ，θ）で表す表現方法であり、ここでは、θを心軸周りの角度、ｒを心尖部から心基部に向かって各スライスまでの距離にそれぞれ割り当てている。
【０００５】
このポーラーマップにより心機能低下を起こしている部分が容易に観察できるものであるが、実際に診断に用いる場合には、その部分と支配血管との関係が必要とされる。そのため、図１９に示すように、解剖学的に分割された既成の一般的な支配領域区分を重ねて表示することが多い。図１９において、“ＬＡＤ”表記の区分は左前下行枝の支配領域を表し、“ＬＣＸ”表記の区分は左回旋枝の支配領域を表し、“ＲＣＳ”表記の区分は右冠状動脈の支配領域を表している。
【０００６】
このように一般的な支配領域区分をポーラーマップに重ねて表示することにより、左前下行、枝左回旋枝、右冠状動脈のいずれの冠状動脈に障害が起きているか、つまりどの動脈の支配区域で障害が起きているかまでは把握することができるものの、その冠状動脈の果たして具体的にどの場所、どの位置で障害が起きているかは判断することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップの生成及び表示機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像処理装置及び画像処理方法において、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定できる情報の提供を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面による画像処理装置は、被検体の特定臓器を含むボリュームデータから前記特定臓器の運動機能に関する指標を計算する指標計算部と、前記指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記ボリュームデータから前記特定臓器又はその周辺臓器の形態を、前記極座標系で表現したポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第３局面による画像処理装置は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第４局面による画像処理方法は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換し、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出し、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算し、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成し、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出し、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成し、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成し、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する。
本発明の第５局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記画像データから前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備する。
本発明の第６局面による画像処理装置は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備する。 本発明の第７局面による画像処理方法は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成し、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成し、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）、画像処理装置及び画像処理方法の実施形態を説明する。なお、以下では、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置として説明する。しかし、以下のＸ線ＣＴ装置は、本実施形態の画像処理方法を実現する機能を有する画像処理装置を装備している。
【００１０】
ここで、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ビュー角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、ハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１１】
また、本実施形態は、被検体の特定臓器を含むボリュームデータから特定臓器の運動機能に関する指標を計算し、その指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成し、それと共に、同じボリュームデータから特定臓器又はその周辺臓器の形態を極座標系で表現したポーラーモデルを生成し、これらポーラーモデルとポーラーマップとを合成して表示するものであり、この実施形態で最も効果的なのは、心臓、特に左心室の心筋を特定臓器に適用し、またポーラーモデルとして形態を表現する対象に冠状動脈を適用した場合である。以下の説明では、この最も効果的な左心室の心筋に関するポーラーマップを生成し、冠状動脈のポーラーモデルを生成する場合を例に説明する。しかし、特定臓器は心臓、左心室の心筋には限定されることはなく、同様に、その周辺臓器は、冠状動脈に限定されるものではない。
【００１２】
図１に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。架台部１００は、架台駆動部１０７により回転駆動される回転リング１０２を有する。回転リング１０２には、コーンビーム形Ｘ線管１０１とマルチスライス形又は２次元アレイ形のＸ線検出器１０３とが、撮影時に被検体が挿入される空洞Ｓを隔てて、対向して搭載されている。Ｘ線管４は、高電圧発生装置１０９から連続的又は周期的に発生される高電圧をスリップリング１０８を経由して印加される。それにより、Ｘ線が四角錐形に放射される。
【００１３】
Ｘ線検出器１０３は、同時に複数スライス分の投影データを検出できるように、Ｘ線管１０１の焦点（コーンビームの頂点）を中心として円弧状に形成された多チャンネル型の検出素子列が、回転リング１０２の回転軸と略平行な方向（スライス方向）に沿って複数器並列されてなり、または平面的又は球部分形にコーンビームの頂点を中心として複数のＸ線検出素子がマトリクス状に配列されている。
【００１４】
Ｘ線検出器１０３の出力には、一般的にＤＡＳ（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ） と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。前処理装置１０６は、データ収集回路１０４の出力（ディジタル信号（純生データと呼ばれる））を光又は磁気を媒介して非接触のデータ伝送を実現する非接触データ伝送装置１０５を経由して受け取り、純生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１０６から出力されるデータは、生データ又は投影データと呼ばれる。投影データは補助記憶装置１１２に記憶され、ホストコントローラ１１０の制御に従って再構成装置１１４に読み出される。再構成装置１１４は、補助記憶装置１１２からの投影データのセットに基づいてフェルドカンプ法又は他の再構成法に従って断層又はボリュームに関する画像データを再構成する。この画像データは補助記憶装置１１２に記憶され、また表示装置１１６に可視画像として表示される。
【００１５】
ホストコントローラ１１０には、Ｘ線ＣＴ装置としての基本的な構成要素としての上記補助記憶装置１１２、再構成装置１１４、表示装置１１６、キーボードやポインティングデバイス等を有する入力装置１１５の他に、本実施形態で特徴的な画像処理装置を構成する及び画像処理方法を実現するために、断面変換処理部１１７、心筋／冠状動脈抽出処理部１１８、心機能指標計算部１１９、心機能指標の極座標分布、つまりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部１２０、冠状動脈の構造（形態）を極座標で表現した画像（ポーラーモデル）を生成するポーラーモデル生成部１２１、ポーラーマップにポーラーモデルを合成して表示画像データを生成する表示画像生成部１２２、さらにボリュームレンダリングを始め各種の３次元処理を実現する３Ｄ処理部１２３を有している。以下、これら構成要素の詳細について処理手順に従って説明する。
【００１６】
図２は、ポーラーマップ生成手順を示している。まず、造影剤の静脈投与後に、被検体の心臓を含む胸部領域が、少なくとも拡張末期と収縮末期とを含む心拍位相にスキャン（ボリュームスキャン）が繰り返される（Ｓ１）。それにより各心拍位相の投影データが収集される。この投影データに基づいて拡張末期に対応するボリュームデータ、及び収縮末期に対応するボリュームデータが再構成される（Ｓ２）。
【００１７】
次に、断面変換処理部１１７は、図４に示すように、入力装置１１５を介して手動で又は拡張若しくは収縮末期のボリュームデータから自動認識した左心室の心軸に沿って、その心軸に直交する複数のスライスを、入力装置１１５を介して設定されたスライス枚数（後述の同心円数、ここでは４０と仮定する）に応じた一定の間隔で設定し、それら各スライスについて断層像データ（短軸像と呼ばれる）を、拡張末期のボリュームデータから生成する（Ｓ３）。同様に、拡張末期のそれと同じ位置のスライス各々に対応する断層像データを、収縮末期のボリュームデータから生成する。
【００１８】
心筋／冠状動脈抽出処理部１１８は、ＣＴ値に対するしきい値処理（階調処理）等により、拡張末期の各スライスの断層像データから、図５に示すように、左心室の心筋領域を抽出する（Ｓ４）。同様に、収縮末期の各スライスの断層像データから、左心室の心筋領域を抽出する。
【００１９】
なお、造影剤投与後の特定の時刻には、造影効果は、左心室の心筋で強く発揮される。従って、特定の時刻に収集したボリュームデータを使って、しきい値処理により、左心室の心筋領域を高精度で抽出することができる。上記説明では、ボリュームデータから各スライスについて断層像データを生成し（Ｓ３）、各断層像データから左心室の心筋領域を抽出（Ｓ４）したが、まず、ボリュームデータから左心室の心筋領域を抽出し、その抽出した左心室の心筋領域から各スライス像を生成するようにしてもよい。この場合、左心室の心軸の特定が簡易化される可能性がある。
【００２０】
心機能指標計算部１１９は、拡張末期と収縮末期とで、同じスライスどうしの心筋領域の変動に基づいて、心臓の収縮機能を定量化する心機能指標を、図６に示すように、心軸を中心として放射状に、入力装置１１５を介して設定された各同心円の分割区域（セグメント）の数に一致する複数、ここでは７２の方向に関して個々に計算する（Ｓ５）。心機能指標には、例えば、
・拡張末期の左心室の心軸から、左心室の心筋外壁までの距離から、収縮末期の左心室心軸から左心室心筋外壁までの距離を引き算して得られる容積半径変化（Ｗａｌｌ Ｍｏｔｉｏｎ）、
・収縮末期の左心室心筋の壁厚から拡張末期の左心室心筋の壁厚を引き算した厚さの差を、拡張末期の左心室心筋の壁厚で割り算（正規化）して得られる左心室心筋壁厚変化率（Ｗ ａｌｌ Ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ）、
・拡張末期の左心室心筋内径の二乗から収縮末期の左心室心筋内径の二乗を引き算して得られる容積変化を、収縮末期の左心室心筋内径の二乗で割り算して得られる容積変化率（Ｒｅｒｉｏｎａｌ ＥＦ）
等があり、任意の種類の指標が入力装置１１５を介して選択される。
【００２１】
ポーラーマップ生成部１２０は、心機能指標計算部１１９で計算された心機能指標を、ポーラーマップテンプレート上において、対応するスライス番号に応じた同心円であって、その中の方向（セグメント番号）に応じたセグメントに、プロットすることによりポーラーマップデータを生成する（Ｓ６）。以上の処理により、心機能指標を極座標系で表現したポーラーマップデータが生成される。
【００２２】
次に、ポーラーマップデータＴ同じ被検体に関する実際の又は実際に近似した冠状動脈の構造を極座標系で表現したポーラーモデルデータの生成について説明する。図３にその手順を示している。まず、ポーラーモデルで冠状動脈構造を表現する心拍位相が、入力装置１１５を介して設定される（Ｓ７）。本実施形態では、冠状動脈の位置計算方法として、自動と手動（半自動）とを提供する。まず、自動方法について説明する。
【００２３】
まず、Ｓ７で設定された心拍位相に対応する上記Ｓ３で既生成された４０スライスの断層像データセットが心筋／冠状動脈抽出処理部１１８に供給される。心筋／冠状動脈抽出処理部１１８は、図８に示すように、Ｓ４で抽出済みの心筋領域の外側例えば１ｃｍの範囲を探索範囲として、各スライスの断層像データから冠状動脈領域を抽出する（Ｓ９）。
【００２４】
次に、ポーラーモデル生成部１２１は、図９に示すように、抽出された冠状動脈領域の位置（ここでは心軸回りの角度）を、スライスごとに計算する（Ｓ１０）。次に、３Ｄ処理部１２３は、計算した離散点を、図１５に示すように、心尖部側から心基部に向かって及びその逆向きの両方向で、最も近い離散点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈の３Ｄ構造モデルを生成する（Ｓ１８）。ポーラーモデル生成部１２１は、生成された冠状動脈の３Ｄ構造モデルに対して、図１６に示すように、短軸像と同じ間隔で同じ枚数（４０枚）のスライスを設定し、各スライスごとに冠状動脈領域の位置（心軸回りの角度）を計算する（Ｓ１９）。
【００２５】
さらに図１０に示すように、ポーラーマップテンプレートと同じ様式のポーラーモデルテンプレートのスライス番号に対応する同心円の外縁上であって、角度に対応する位置に、点（動脈点という）をプロットする（Ｓ１１）。図１１に全スライスの動脈点をプロットした状態のポーラーモデルテンプレートを示している。
【００２６】
ポーラーモデル生成部１２１は、図１２に示すように、円中心（心尖部）側から外側（心基部）に向かって各同心円を挟んで最も近い動脈点どうしを直線で連結し、さらに、ポーラーモデル生成部１２１は、今度は逆向きに、外側（心基部）から円中心（心尖部）側に向かって各同心円を挟んで最も近い動脈点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルデータを生成する（Ｓ１２）。このように両方向から動脈点を連結することにより、冠状動脈の分岐に対応することができる。この連結処理は、冠状動脈の解剖学的な知識を利用して自動又は手動で行うことが好ましい。
【００２７】
表示画像生成部１２２は、生成された冠状動脈のポーラーモデルを、Ｓ６で生成した心機能指標のポーラーマップに円角度を合わせて合成する（Ｓ１３）。冠状動脈のポーラーモデルが合成された心機能指標のポーラーマップを、図１３に示すように表示する（Ｓ１４）。
【００２８】
次に図３に戻り手動方法について説明する。まず、Ｓ１５において、３Ｄ処理部１２３は、拡張末期又は収縮末期のボリュームデータから、またはＳ３で生成した４０スライスの断層像データ（短軸像データ）から、ボリュームレンダリング処理、ＭＩＰ処理（最大値投影処理）により、図１４に示すように、心臓の３次元画像を生成する。心臓の３次元画像が、表示装置１１６の画面に、図１４に示すように、表示される（Ｓ１６）。操作者は、入力装置１１５のポインティングデバイスを介して、図１４に点線で示すように、３次元画像上に表示された冠状動脈の像上の複数点を離散的に指定する。その離散点の位置が３Ｄ処理部１２３で計算される（Ｓ１７）。次に、３Ｄ処理部１２３は、計算した離散点を、図１５に示すように、心尖部側から心基部に向かって及びその逆向きの両方向で、最も近い離散点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈の３Ｄ構造モデルを生成する（Ｓ１８）。
【００２９】
ポーラーモデル生成部１２１は、生成された冠状動脈の３Ｄ構造モデルに対して、図１６に示すように、短軸像と同じ間隔で同じ枚数（４０枚）のスライスを設定し、各スライスごとに冠状動脈領域の位置（心軸回りの角度）を計算する（Ｓ１９）。以後、Ｓ１１乃至Ｓ１４は上述した通りである。
【００３０】
以上のように、心機能指標を極座標系で表現したポーラーマップに、その実際の被検体に関する冠状動脈の構造を表すポーラーモデルを重ねて表示することにより、観察者は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップで、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定することができる。
【００３１】
なお、ポーラーマップ生成部１２０は、４０の同心円×７２（セグメント（基本セグメントという））で生成されたポーラーマップを、図１７に示すような解剖学的に意義のあるセグメンテーションに再配置する機能を備えている。図１７に示す各セグメントには、それぞれのセグメントに含まれる複数の基本セグメントが含まれ、各セグメントの値を、そのセグメントに含まれる複数の基本セグメントの心機能指標値の平均値、最大値、最小値、最大頻度値をそのセグメントの特徴値として計算し、割り当てる。それにより様々な臨床診断上意義のあるポーラーマップを再生成することができる。もちろん、同じ極座標表現であるので、再生成されたポーラーマップにも冠状動脈のポーラーモデルを合成することができる。
【００３２】
また、３Ｄ処理部１２３は、図１８に示すように、入力装置１１５を介してポーラーマップ上で指定された冠状動脈モデル上の任意の位置に対応するＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像を生成する機能を備えている。このＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像は、心軸の直交する線が、指定点を含む冠状動脈に沿って移動することにより定義される局面に関する局面断層画像であり、任意の心拍位相に関するボリュームデータから再構成される。このＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像により、心筋を含む心臓の動脈に沿った長軸像様の画像を観察することができる。例えば障害の可能性のある個所を指定することによりその周辺の心筋等の組織構造を縦に観察することができ、障害個所を特定することができる。
【００３３】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わ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よい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、観察者は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップで、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるコンピュータ断層撮影装置の構成図。
【図２】本実施形態において、心機能指標のポーラーマップ作成手順を示すフローチャート。
【図３】本実施形態において、冠状動脈構造のポーラーモデル作成手順を示すフローチャート。
【図４】図２の断面変換処理Ｓ３の補足図。
【図５】図２の断面変換処理Ｓ３により生成された短軸像の例を示す図。
【図６】図２の心機能指標計算処理Ｓ５の補足図。
【図７】図２の心機能指標プロット処理Ｓ６の補足図。
【図８】図３の冠状動脈領域抽出処理Ｓ９の補足図。
【図９】図３の冠状動脈領域位置計算処理Ｓ１０の補足図。
【図１０】図３の動脈点プロット処理Ｓ１１の第１の補足図。
【図１１】図３の動脈点プロット処理Ｓ１１の第２の補足図。
【図１２】図３の動脈点連結処理Ｓ１２の補足図。
【図１３】本実施形態において、ポーラーモデルが合成されたポーラーマップの実際の表示例を示す中間調画像。
【図１４】図３の冠状動脈指定処理Ｓ１７の補足図。
【図１５】図３の冠状動脈構造モデル生成処理Ｓ１８の補足図。
【図１６】図３の冠状動脈位置計算処理Ｓ１９の補足図。
【図１７】本実施形態において、リセグメンテーションのテンプレートの例を示す図。
【図１８】本実施形態において、指定血管に対応するＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像の実際の表示例を示す中間調画像。
【図１９】従来において、ポーラーマップに重ねられる支配領域区分図を示す図。
【符号の説明】
１０１…Ｘ線管、
１０２…回転リング、
１０３…２次元検出器、
１０４…ＤＡＳ、
１０５…非接触データ電装装置、
１０６…前処理装置、
１０７…架台駆動部、
１０８…スリップリング、
１０９…高電圧発生装置、
１１０…ホストコントローラ、
１１２…補助記憶装置、
１１４…再構成装置、
１１５…入力装置、
１１６…表示装置、
１１７…断面変換処理部、
１１８…心筋／冠状動脈抽出処理部、
１１９…心機能指標計算部、
１２０…ポーラーマップ生成部、
１２１…ポーラーモデル生成部、
１２２…表示画像生成部、
１２３…３Ｄ処理部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップの生成及び表示機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像処理装置及び画像処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリカルスキャンの高速化及び２次元検出器を使ったボリュームスキャンの開発は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の概念を、単なる断面画像化装置からボリューム映像化化装置へ大きく移行させた。つまり、これらスキャン形式を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置により、被検体のボリュームを短い時間分解能で高速にスキャンすることが可能になった。このような機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置の実用化と共に、これまで使われていなかった多くの診断分野への進出が試みられ、また全く新しい診断方法を模索する動きが始まっている。
【０００３】
その一つの方向性として、心臓の心拍運動に関する評価診断への適用がある。ボリュームスキャンは、セグメントスキャン方式とあいまって、心臓全体を短いサイクルで連続的にスキャンすることを実質的に実現している。それにより例えば拡張末期（ＥＤ）や収縮末期（ＥＳ）に限定した心臓の立体像を生成することができ、さらに、拡張末期（ＥＤ）から収縮末期（ＥＳ）までの心壁厚の変化率等の心機能指標を心臓全体にわたって求めることも可能となる。
【０００４】
心臓は心尖部から心基部まで縦に長い。この縦に長い心臓全体の心機能指標を一度に観察できるように、その表示形式として一般的にポーラーマップ（Ｐｏｌａｒ Ｍａｐ）と呼ばれる極座標画像で表示されることが多い。周知のとおり、極座標は、平面を（ｒ，θ）で表す表現方法であり、ここでは、θを心軸周りの角度、ｒを心尖部から心基部に向かって各スライスまでの距離にそれぞれ割り当てている。
【０００５】
このポーラーマップにより心機能低下を起こしている部分が容易に観察できるものであるが、実際に診断に用いる場合には、その部分と支配血管との関係が必要とされる。そのため、図１９に示すように、解剖学的に分割された既成の一般的な支配領域区分を重ねて表示することが多い。図１９において、“ＬＡＤ”表記の区分は左前下行枝の支配領域を表し、“ＬＣＸ”表記の区分は左回旋枝の支配領域を表し、“ＲＣＳ”表記の区分は右冠状動脈の支配領域を表している。
【０００６】
このように一般的な支配領域区分をポーラーマップに重ねて表示することにより、左前下行、枝左回旋枝、右冠状動脈のいずれの冠状動脈に障害が起きているか、つまりどの動脈の支配区域で障害が起きているかまでは把握することができるものの、その冠状動脈の果たして具体的にどの場所、どの位置で障害が起きているかは判断することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップの生成及び表示機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像処理装置及び画像処理方法において、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定できる情報の提供を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面による画像処理装置は、被検体の特定臓器を含むボリュームデータから前記特定臓器の運動機能に関する指標を計算する指標計算部と、前記指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記ボリュームデータから前記特定臓器又はその周辺臓器の形態を、前記極座標系で表現したポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第３局面による画像処理装置は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備する。
本発明の第４局面による画像処理方法は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換し、前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出し、前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算し、前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成し、前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出し、前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成し、前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成し、前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する。
本発明の第５局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、前記画像データから前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備する。
本発明の第６局面による画像処理装置は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備する。 本発明の第７局面による画像処理方法は、被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成し、前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成し、前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）、画像処理装置及び画像処理方法の実施形態を説明する。なお、以下では、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置として説明する。しかし、以下のＸ線ＣＴ装置は、本実施形態の画像処理方法を実現する機能を有する画像処理装置を装備している。
【００１０】
ここで、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ビュー角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、ハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１１】
また、本実施形態は、被検体の特定臓器を含むボリュームデータから特定臓器の運動機能に関する指標を計算し、その指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成し、それと共に、同じボリュームデータから特定臓器又はその周辺臓器の形態を極座標系で表現したポーラーモデルを生成し、これらポーラーモデルとポーラーマップとを合成して表示するものであり、この実施形態で最も効果的なのは、心臓、特に左心室の心筋を特定臓器に適用し、またポーラーモデルとして形態を表現する対象に冠状動脈を適用した場合である。以下の説明では、この最も効果的な左心室の心筋に関するポーラーマップを生成し、冠状動脈のポーラーモデルを生成する場合を例に説明する。しかし、特定臓器は心臓、左心室の心筋には限定されることはなく、同様に、その周辺臓器は、冠状動脈に限定されるものではない。
【００１２】
図１に、本実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成をブロック図により示している。架台部１００は、架台駆動部１０７により回転駆動される回転リング１０２を有する。回転リング１０２には、コーンビーム形Ｘ線管１０１とマルチスライス形又は２次元アレイ形のＸ線検出器１０３とが、撮影時に被検体が挿入される空洞Ｓを隔てて、対向して搭載されている。Ｘ線管４は、高電圧発生装置１０９から連続的又は周期的に発生される高電圧をスリップリング１０８を経由して印加される。それにより、Ｘ線が四角錐形に放射される。
【００１３】
Ｘ線検出器１０３は、同時に複数スライス分の投影データを検出できるように、Ｘ線管１０１の焦点（コーンビームの頂点）を中心として円弧状に形成された多チャンネル型の検出素子列が、回転リング１０２の回転軸と略平行な方向（スライス方向）に沿って複数器並列されてなり、または平面的又は球部分形にコーンビームの頂点を中心として複数のＸ線検出素子がマトリクス状に配列されている。
【００１４】
Ｘ線検出器１０３の出力には、一般的にＤＡＳ（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ） と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。前処理装置１０６は、データ収集回路１０４の出力（ディジタル信号（純生データと呼ばれる））を光又は磁気を媒介して非接触のデータ伝送を実現する非接触データ伝送装置１０５を経由して受け取り、純生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。前処理装置１０６から出力されるデータは、生データ又は投影データと呼ばれる。投影データは補助記憶装置１１２に記憶され、ホストコントローラ１１０の制御に従って再構成装置１１４に読み出される。再構成装置１１４は、補助記憶装置１１２からの投影データのセットに基づいてフェルドカンプ法又は他の再構成法に従って断層又はボリュームに関する画像データを再構成する。この画像データは補助記憶装置１１２に記憶され、また表示装置１１６に可視画像として表示される。
【００１５】
ホストコントローラ１１０には、Ｘ線ＣＴ装置としての基本的な構成要素としての上記補助記憶装置１１２、再構成装置１１４、表示装置１１６、キーボードやポインティングデバイス等を有する入力装置１１５の他に、本実施形態で特徴的な画像処理装置を構成する及び画像処理方法を実現するために、断面変換処理部１１７、心筋／冠状動脈抽出処理部１１８、心機能指標計算部１１９、心機能指標の極座標分布、つまりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部１２０、冠状動脈の構造（形態）を極座標で表現した画像（ポーラーモデル）を生成するポーラーモデル生成部１２１、ポーラーマップにポーラーモデルを合成して表示画像データを生成する表示画像生成部１２２、さらにボリュームレンダリングを始め各種の３次元処理を実現する３Ｄ処理部１２３を有している。以下、これら構成要素の詳細について処理手順に従って説明する。
【００１６】
図２は、ポーラーマップ生成手順を示している。まず、造影剤の静脈投与後に、被検体の心臓を含む胸部領域が、少なくとも拡張末期と収縮末期とを含む心拍位相にスキャン（ボリュームスキャン）が繰り返される（Ｓ１）。それにより各心拍位相の投影データが収集される。この投影データに基づいて拡張末期に対応するボリュームデータ、及び収縮末期に対応するボリュームデータが再構成される（Ｓ２）。
【００１７】
次に、断面変換処理部１１７は、図４に示すように、入力装置１１５を介して手動で又は拡張若しくは収縮末期のボリュームデータから自動認識した左心室の心軸に沿って、その心軸に直交する複数のスライスを、入力装置１１５を介して設定されたスライス枚数（後述の同心円数、ここでは４０と仮定する）に応じた一定の間隔で設定し、それら各スライスについて断層像データ（短軸像と呼ばれる）を、拡張末期のボリュームデータから生成する（Ｓ３）。同様に、拡張末期のそれと同じ位置のスライス各々に対応する断層像データを、収縮末期のボリュームデータから生成する。
【００１８】
心筋／冠状動脈抽出処理部１１８は、ＣＴ値に対するしきい値処理（階調処理）等により、拡張末期の各スライスの断層像データから、図５に示すように、左心室の心筋領域を抽出する（Ｓ４）。同様に、収縮末期の各スライスの断層像データから、左心室の心筋領域を抽出する。
【００１９】
なお、造影剤投与後の特定の時刻には、造影効果は、左心室の心筋で強く発揮される。従って、特定の時刻に収集したボリュームデータを使って、しきい値処理により、左心室の心筋領域を高精度で抽出することができる。上記説明では、ボリュームデータから各スライスについて断層像データを生成し（Ｓ３）、各断層像データから左心室の心筋領域を抽出（Ｓ４）したが、まず、ボリュームデータから左心室の心筋領域を抽出し、その抽出した左心室の心筋領域から各スライス像を生成するようにしてもよい。この場合、左心室の心軸の特定が簡易化される可能性がある。
【００２０】
心機能指標計算部１１９は、拡張末期と収縮末期とで、同じスライスどうしの心筋領域の変動に基づいて、心臓の収縮機能を定量化する心機能指標を、図６に示すように、心軸を中心として放射状に、入力装置１１５を介して設定された各同心円の分割区域（セグメント）の数に一致する複数、ここでは７２の方向に関して個々に計算する（Ｓ５）。心機能指標には、例えば、
・拡張末期の左心室の心軸から、左心室の心筋外壁までの距離から、収縮末期の左心室心軸から左心室心筋外壁までの距離を引き算して得られる容積半径変化（Ｗａｌｌ Ｍｏｔｉｏｎ）、
・収縮末期の左心室心筋の壁厚から拡張末期の左心室心筋の壁厚を引き算した厚さの差を、拡張末期の左心室心筋の壁厚で割り算（正規化）して得られる左心室心筋壁厚変化率（Ｗ ａｌｌ Ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ）、
・拡張末期の左心室心筋内径の二乗から収縮末期の左心室心筋内径の二乗を引き算して得られる容積変化を、収縮末期の左心室心筋内径の二乗で割り算して得られる容積変化率（Ｒｅｒｉｏｎａｌ ＥＦ）
等があり、任意の種類の指標が入力装置１１５を介して選択される。
【００２１】
ポーラーマップ生成部１２０は、心機能指標計算部１１９で計算された心機能指標を、ポーラーマップテンプレート上において、対応するスライス番号に応じた同心円であって、その中の方向（セグメント番号）に応じたセグメントに、プロットすることによりポーラーマップデータを生成する（Ｓ６）。以上の処理により、心機能指標を極座標系で表現したポーラーマップデータが生成される。
【００２２】
次に、ポーラーマップデータＴ同じ被検体に関する実際の又は実際に近似した冠状動脈の構造を極座標系で表現したポーラーモデルデータの生成について説明する。図３にその手順を示している。まず、ポーラーモデルで冠状動脈構造を表現する心拍位相が、入力装置１１５を介して設定される（Ｓ７）。本実施形態では、冠状動脈の位置計算方法として、自動と手動（半自動）とを提供する。まず、自動方法について説明する。
【００２３】
まず、Ｓ７で設定された心拍位相に対応する上記Ｓ３で既生成された４０スライスの断層像データセットが心筋／冠状動脈抽出処理部１１８に供給される。心筋／冠状動脈抽出処理部１１８は、図８に示すように、Ｓ４で抽出済みの心筋領域の外側例えば１ｃｍの範囲を探索範囲として、各スライスの断層像データから冠状動脈領域を抽出する（Ｓ９）。
【００２４】
次に、ポーラーモデル生成部１２１は、図９に示すように、抽出された冠状動脈領域の位置（ここでは心軸回りの角度）を、スライスごとに計算する（Ｓ１０）。次に、３Ｄ処理部１２３は、計算した離散点を、図１５に示すように、心尖部側から心基部に向かって及びその逆向きの両方向で、最も近い離散点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈の３Ｄ構造モデルを生成する（Ｓ１８）。ポーラーモデル生成部１２１は、生成された冠状動脈の３Ｄ構造モデルに対して、図１６に示すように、短軸像と同じ間隔で同じ枚数（４０枚）のスライスを設定し、各スライスごとに冠状動脈領域の位置（心軸回りの角度）を計算する（Ｓ１９）。
【００２５】
さらに図１０に示すように、ポーラーマップテンプレートと同じ様式のポーラーモデルテンプレートのスライス番号に対応する同心円の外縁上であって、角度に対応する位置に、点（動脈点という）をプロットする（Ｓ１１）。図１１に全スライスの動脈点をプロットした状態のポーラーモデルテンプレートを示している。
【００２６】
ポーラーモデル生成部１２１は、図１２に示すように、円中心（心尖部）側から外側（心基部）に向かって各同心円を挟んで最も近い動脈点どうしを直線で連結し、さらに、ポーラーモデル生成部１２１は、今度は逆向きに、外側（心基部）から円中心（心尖部）側に向かって各同心円を挟んで最も近い動脈点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルデータを生成する（Ｓ１２）。このように両方向から動脈点を連結することにより、冠状動脈の分岐に対応することができる。この連結処理は、冠状動脈の解剖学的な知識を利用して自動又は手動で行うことが好ましい。
【００２７】
表示画像生成部１２２は、生成された冠状動脈のポーラーモデルを、Ｓ６で生成した心機能指標のポーラーマップに円角度を合わせて合成する（Ｓ１３）。冠状動脈のポーラーモデルが合成された心機能指標のポーラーマップを、図１３に示すように表示する（Ｓ１４）。
【００２８】
次に図３に戻り手動方法について説明する。まず、Ｓ１５において、３Ｄ処理部１２３は、拡張末期又は収縮末期のボリュームデータから、またはＳ３で生成した４０スライスの断層像データ（短軸像データ）から、ボリュームレンダリング処理、ＭＩＰ処理（最大値投影処理）により、図１４に示すように、心臓の３次元画像を生成する。心臓の３次元画像が、表示装置１１６の画面に、図１４に示すように、表示される（Ｓ１６）。操作者は、入力装置１１５のポインティングデバイスを介して、図１４に点線で示すように、３次元画像上に表示された冠状動脈の像上の複数点を離散的に指定する。その離散点の位置が３Ｄ処理部１２３で計算される（Ｓ１７）。次に、３Ｄ処理部１２３は、計算した離散点を、図１５に示すように、心尖部側から心基部に向かって及びその逆向きの両方向で、最も近い離散点どうしを直線で連結することにより、冠状動脈の３Ｄ構造モデルを生成する（Ｓ１８）。
【００２９】
ポーラーモデル生成部１２１は、生成された冠状動脈の３Ｄ構造モデルに対して、図１６に示すように、短軸像と同じ間隔で同じ枚数（４０枚）のスライスを設定し、各スライスごとに冠状動脈領域の位置（心軸回りの角度）を計算する（Ｓ１９）。以後、Ｓ１１乃至Ｓ１４は上述した通りである。
【００３０】
以上のように、心機能指標を極座標系で表現したポーラーマップに、その実際の被検体に関する冠状動脈の構造を表すポーラーモデルを重ねて表示することにより、観察者は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップで、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定することができる。
【００３１】
なお、ポーラーマップ生成部１２０は、４０の同心円×７２（セグメント（基本セグメントという））で生成されたポーラーマップを、図１７に示すような解剖学的に意義のあるセグメンテーションに再配置する機能を備えている。図１７に示す各セグメントには、それぞれのセグメントに含まれる複数の基本セグメントが含まれ、各セグメントの値を、そのセグメントに含まれる複数の基本セグメントの心機能指標値の平均値、最大値、最小値、最大頻度値をそのセグメントの特徴値として計算し、割り当てる。それにより様々な臨床診断上意義のあるポーラーマップを再生成することができる。もちろん、同じ極座標表現であるので、再生成されたポーラーマップにも冠状動脈のポーラーモデルを合成することができる。
【００３２】
また、３Ｄ処理部１２３は、図１８に示すように、入力装置１１５を介してポーラーマップ上で指定された冠状動脈モデル上の任意の位置に対応するＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像を生成する機能を備えている。このＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像は、心軸の直交する線が、指定点を含む冠状動脈に沿って移動することにより定義される局面に関する局面断層画像であり、任意の心拍位相に関するボリュームデータから再構成される。このＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像により、心筋を含む心臓の動脈に沿った長軸像様の画像を観察することができる。例えば障害の可能性のある個所を指定することによりその周辺の心筋等の組織構造を縦に観察することができ、障害個所を特定することができる。
【００３３】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わ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よい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、観察者は、心臓の心機能指標を極座標で表現するポーラーマップで、障害が起きている冠状動脈の支配区域の判別だけでなく、その具体的な冠状動脈の障害位置まで特定又は推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるコンピュータ断層撮影装置の構成図。
【図２】本実施形態において、心機能指標のポーラーマップ作成手順を示すフローチャート。
【図３】本実施形態において、冠状動脈構造のポーラーモデル作成手順を示すフローチャート。
【図４】図２の断面変換処理Ｓ３の補足図。
【図５】図２の断面変換処理Ｓ３により生成された短軸像の例を示す図。
【図６】図２の心機能指標計算処理Ｓ５の補足図。
【図７】図２の心機能指標プロット処理Ｓ６の補足図。
【図８】図３の冠状動脈領域抽出処理Ｓ９の補足図。
【図９】図３の冠状動脈領域位置計算処理Ｓ１０の補足図。
【図１０】図３の動脈点プロット処理Ｓ１１の第１の補足図。
【図１１】図３の動脈点プロット処理Ｓ１１の第２の補足図。
【図１２】図３の動脈点連結処理Ｓ１２の補足図。
【図１３】本実施形態において、ポーラーモデルが合成されたポーラーマップの実際の表示例を示す中間調画像。
【図１４】図３の冠状動脈指定処理Ｓ１７の補足図。
【図１５】図３の冠状動脈構造モデル生成処理Ｓ１８の補足図。
【図１６】図３の冠状動脈位置計算処理Ｓ１９の補足図。
【図１７】本実施形態において、リセグメンテーションのテンプレートの例を示す図。
【図１８】本実施形態において、指定血管に対応するＣｕｒｖｅｄＭＰＲ像の実際の表示例を示す中間調画像。
【図１９】従来において、ポーラーマップに重ねられる支配領域区分図を示す図。
【符号の説明】
１０１…Ｘ線管、
１０２…回転リング、
１０３…２次元検出器、
１０４…ＤＡＳ、
１０５…非接触データ電装装置、
１０６…前処理装置、
１０７…架台駆動部、
１０８…スリップリング、
１０９…高電圧発生装置、
１１０…ホストコントローラ、
１１２…補助記憶装置、
１１４…再構成装置、
１１５…入力装置、
１１６…表示装置、
１１７…断面変換処理部、
１１８…心筋／冠状動脈抽出処理部、
１１９…心機能指標計算部、
１２０…ポーラーマップ生成部、
１２１…ポーラーモデル生成部、
１２２…表示画像生成部、
１２３…３Ｄ処理部。
Claims (8)
- 被検体の特定臓器を含むボリュームデータから前記特定臓器の運動機能に関する指標を計算する指標計算部と、
前記指標を極座標系に分布することによりポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、
前記ボリュームデータから前記特定臓器又はその周辺臓器の形態を、前記極座標系で表現したポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、
前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、
前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備することを特徴とする画像処理装置。 - 被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、
前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、
前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、
前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、
前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、
前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、
前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、
前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、
前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。 - 前記冠状動脈抽出部は、前記抽出した心筋領域の外縁から所定範囲を探索することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
- 被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換する断面変換処理部と、
前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出する心筋抽出部と、
前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算する心機能指標計算部と、
前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、
前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出する冠状動脈抽出部と、
前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、
前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成する合成部と、
前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示する表示部とを具備することを特徴とする画像処理装置。 - 被検体の心臓を含む領域に関する画像データを、心軸に関して離散的な複数の短軸像のデータに変換し、
前記短軸像各々から前記心臓の心筋領域を抽出し、
前記抽出した心筋領域から前記心臓の心拍運動に関わる心機能指標を心軸周りの多方向にわたって計算し、
前記計算された心機能指標を、心軸周りの角度と心尖部又は心基部からの距離とで定義される極座標系にプロットすることにより、ポーラーマップを生成し、
前記短軸像各々から前記心臓の冠状動脈領域を抽出し、
前記抽出した冠状動脈領域の位置を前記極座標系にプロットし、プロットした点どうしを連結することにより、冠状動脈のポーラーモデルを生成し、
前記ポーラーモデルを前記ポーラーマップに合成し、
前記ポーラーモデルが合成されたポーラーマップを表示することを特徴とする画像処理方法。 - 被検体の心臓を含む領域に関する投影データを収集する架台部と、
前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、
前記画像データから前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、
前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、
前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。 - 被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成するポーラーマップ生成部と、
前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成するポーラーモデル生成部と、
前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示する表示部とを具備することを特徴とする画像処理装置。 - 被検体の心臓を含む領域に関する画像データから、前記心臓の局所心機能指標を極座標で表現するポーラーマップを生成し、
前記画像データから前記心臓の冠状動脈の構造を極座標で表現するポーラーモデルを生成し、
前記ポーラーマップを前記ポーラーモデルとともに表示することを特徴とする画像処理方法。
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