JP2005296652A - 運動する対象の構造データの取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運動する対象に関し、高い空間分解能および時間分解能を有する構造データを取得する装置を提供する。
【解決手段】血管撮影装置のための回転血管撮影装置が、Ｃアーム（４）に取付けられた放射線源（６）および検出器（７）のほかに評価ユニット（８）を有する。評価ユニット（８）は、検出器（７）から提供された投影画像から、運動する対象のための僅かな分解能のモデルを形成し、モデルに基づいて、検出器（７）によって作成された投影画像のための運動領域を作成する。それによって投影画像から運動修正された投影画像を算出することができる。運動修正された投影画像は、検査すべき対象の高い分解能を持つ３次元モデルの形成のために使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象の周りの測定軌道に沿って移動可能な放射線源と、放射線源に対して対象の反対側に配置され放射線源の移動に応じて移動可能であり対象の投影画像を作成する検出器と、投影画像から対象の構造データを求める評価ユニットとを備えた運動する対象の構造データの取得装置に関する。

この種の装置は公知であり（例えば特許文献１参照）、とりわけ心臓血管撮影法の分野では一般的に知られている。回転心臓血管撮影法では、Ｘ線源およびＸ線検出器が患者の周りを１８０°よりも大きい角度範囲に亘って回転し、その際に運動する心臓の投影画像を撮影することによって、運動する心臓の３次元の構造データが取得される。投影画像データから基本的には対象の構造データが３次元の空間座標の形で求められる。

この場合の問題は、典型的には３〜１０秒間継続するＸ線源およびＸ線検出器の長い回転中に、患者の心臓が何度も拍動することにある。心臓の運動によって、心臓の構造データの３次元再構成時に強いアーチファクトが生じる。

従来、心臓血管撮影法のこの問題は、投影画像の撮影中に心電図によりその都度の心臓運動の位相を求めることによって解決するよう試みられた。引続いて、一回転中に撮影された投影画像から、心臓が休止相にある僅かな投影画像が選択された。

この選択は、３次元の構造データの空間分解能もコントラスト分解能も著しく悪化させる結果となる。

逆に、構造データの取得のために、より多くの投影画像を利用することも可能であるが、しかしこの場合には時間分解能が悪化する。
米国特許出願公開第２００２／０１８６８７１号明細書

そこで本発明の課題は、従来技術から出発して、運動する対象に関して高い空間分解能および時間分解能を有する構造データを取得する装置を提供することにある。

この課題は、評価ユニットのモデレータが種々の時間窓における投影画像からその都度それぞれの時間窓にあてはまる対象モデルを求め、評価ユニットの運動解析器が対象モデルに基づいてモデル投影画像を導き出しモデル投影画像から投影画像についての運動領域を求め、評価ユニットの運動補償器が運動領域に基づいて運動修正された投影画像を算出し、評価ユニットの再構成ユニットが運動修正された投影画像から対象の構造データを求めることによって解決される。
本発明の有利な実施態様は次のように列記される。
（１）運動する対象の構造データの取得装置が、周期的に運動する対象を検査するために、周期を求めるための運動センサを有する。運動する対象の構造データの取得装置が、周期的に運動する心臓を検査するために心電図装置を有する。
（２）評価ユニットが、複数の異なる運動区間に割付けられた構造データセットを作成し、これらの構造データセットを運動解析器に供給し、運動解析器が構造データセットから改善された運動領域を作成する。評価ユニットが、改善された運動領域に基づいて、対象の改善された構造データセットを作成する。
（３）評価ユニットが、周期で運動する対象を検査する際、検出器から提供された投影画像に基づいてその周期を求める。
（４）放射線源がＸ線源であり、検出器がＸ線検出器である。

すなわち、対象の周りの測定軌道に沿って移動する放射線源および検出器のほかに、本発明による装置は評価ユニットを持ち、この評価ユニットにおいてモデレータが種々の時間窓における投影画像からその都度それぞれの時間窓にあてはまる対象モデルを求める。その後、評価ユニットの運動解析器が対象モデルに基づいてモデル投影画像を導き出し、モデル投影画像から投影画像についての運動領域を求める。更に、評価ユニットの運動補償器が運動領域に基づいて運動修正された投影画像を算出することができるので、最終的に評価ユニットの再構成ユニットが運動修正された投影画像から対象の構造データを求めることができる。

本発明は、モデレータによって算出された対象モデルから、不十分な位置分解能およびコントラスト分解能にもかかわらず、それでもやはり重要な運動情報を得ることができるという認識に基づいている。というのは、種々の時間窓に割付けられている異なった対象モデルから、投影画像の運動領域を推定することができるからである。これは、特に、まず先に構成された対象モデルにおいて現われる運動する対象の細部が検査すべき対象の付属の大まかに構造を与えられた範囲に似ている場合に可能である。

本発明による装置においては構造データの再構成のために、より多くの個数の撮影された投影画像を使用することができるので、構造データは従来技術に比べて改善された位置分解能およびコントラスト分解能を有する。同時に高い時間分解能を得ることができる。なぜならば、撮影された投影画像を基本的にはあらゆる任意の時点に運動修正することができるからである。

有利な実施態様では、検査すべき対象が周期的に運動する対象であり、本発明による装置は周期の位相を検出することのできる運動センサを有する。それによって運動修正が容易になる。なぜならば、周期の位相は撮影された投影画像自身から推定する必要がないからである。

本発明による装置が運動する心臓を検査するための心臓血管撮影法の枠内で使用される場合、運動センサはとりわけ心電図装置である。

他の有利な実施態様では、評価ユニットは反復式のデータ整理のために備えられている。この場合に、再構成ユニットは種々の時点に割付けられた構造データセットを作成し、運動解析器は構造データセットから改善されたモデル投影画像を求め、モデル投影画像は、本来の投影画像のための、付加的な詳細に関して強化された運動領域の決定に用いられる。評価ユニットは、算出された構造データセットがもう殆ど変化しなくなるまで、データ整理を何度も繰り返すことができる。

本発明の他の特徴および利点を以下の説明から明らかにし、ここでは本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は３次元の回転心臓血管撮影法のための血管撮影装置を示す。

図２は図１の血管撮影装置における評価ユニットの論理機能ユニットの表示を示す。

図３は血管撮影装置の投影角の時間的推移と検査された患者の心電図（ＥＣＧ）とを表すダイアグラムを示す。

図４は血管撮影装置の投影角と心周期の相対時間とに対する撮影された投影画像の位相位置を表すダイアグラムを示す。

図５は血管撮影装置の評価ユニットによって行なわれたデータ整理の経過を説明するためのダイアグラムを示す。

図６は血管撮影装置の投影角と心周期の相対時間とに対する本来の撮影された投影画像の位相位置および運動修正された投影画像の位相位置を表すダイアグラムである。

図１は患者２の心臓の構造データを取得するのに用いられる血管撮影装置１を示す。この構造データは患者２の心臓の３次元モデルであってよい。しかしながら構造データは患者２の心臓の断面であってもよい。更に構造データは時間分解能付きで取得されてもよいし、あるいは時間分解能なしで取得されてもよい。

一般には患者２がテーブル３上に横たわり、テーブル３の周囲をＣアーム４が回転する。Ｃアーム４はホルダ５に取付けられ、ホルダ５は患者４の周りをＣアーム４が回転するのを可能にする。更に、Ｃアーム４は、患者２の心臓の投影画像を撮影するのに用いられるＸ線源６およびＸ線検出器７を持っている。Ｘ線検出器７によって作成された投影画像は評価ユニット８に導かれる。評価ユニット８は画像処理ユニット９と心電図装置１１とを持ち、画像処理ユニット９には画像メモリ１０が接続され、心電図装置１１には心臓信号メモリ１２が接続されている。心電図装置１１は電極１３を介して患者２に接続されている。

図２は画像処理ユニット９における論理機能ユニットを示す。画像処理ユニット９は、心臓信号メモリ１２に記憶されている心臓信号データと画像メモリ１０に記憶されている投影画像とから、その都度異なる時間窓を割付けられた心臓モデルを作成するモデレータ１４を持っている。運動解析器１５は、モデレータ１４によって作成されたモデルに基づいて一連の運動領域を決定し、それらの運動領域により運動補償器１６が本来の投影画像における心臓の運動を修正する。運動補償器１６から提供された運動修正された投影画像から、再構成ユニット１７が心臓の構造データを求め、構造データは構造データメモリ１８に保存される。データ整理の更なる反復にて、再構ユニット１７によって作成された構造データを運動解析器１５が使用できるようになり、運動解析器１５はそれから改善された運動領域を算出する。

図２に示された画像処理ユニット９における個々の論理機能ユニットの機能は以下に詳細に説明する。

図３は、Ｃアーム４が患者２の周りを移動する間における時間ｔに対するＣアーム４の投影角θの推移を表す移動ダイアグラム１９を示す。Ｃアーム４の連続的な移動に基づいて投影角θが時間とともに連続的に増大する。

更に、図３は患者２の心電図（ＥＣＧ）２０を含んでいる。所謂Ｒ波２１が明白に認識可能であり、Ｒ波に基づいてＣアーム４の回転状態２２に患者２の心臓の心周期２３を割付けることができる。心周期２３は、それぞれ、あるＲ波２１から次のＲ波２１に延びている。心臓の運動は周期的に繰り返されるので、１周期内の心臓の運動経過には、０と１との間の値をとる相対時間ｔ_relを割付けることができる。

投影角θは、Ｃアーム４の位置を完全に記述する位置データの全セットの代わりをするものである。

図４は、Ｘ線検出器７によって作成された投影画像の位相位置２４が投影角θおよび相対時間ｔ_relに対して描かれているダイアグラムを示す。

図４は、特に、ｔ_rel＝０．７を中心としてΔ＝０．２の幅を有する時間窓２５の中にある投影画像の位相位置２４を示す。図２におけるモデレータ１４は、時間窓２５に割付けられ得る投影画像から、今や、相対時間ｔ_rel＝０．７に割付けられる患者２の心臓モデルを算出する。このモデルは一般に不十分な位置分解能およびコントラスト分解能を有する。

そのほかにモデレータ１４は他の時間窓において他の心臓モデルを算出する。この場合、位相帯は、とりわけ相対時間ｔ_rel＝０，１／ｎ，２／ｎ，３／ｎ，…，（ｎ−１）／ｎに中心を置き、心周期２３にわたって一様に分布させられている。時間窓２５の幅としてΔ＝１／ｎの値又はそれよりも大きい値が選ばれ、後者は重複する時間窓２５を生じる。

結果的にモデレータ１４は、図５に示されているように、種々の時点ｔ_relを割付けられた多数の心臓モデル２７を含んだ４次元のデータセット２６を作成する。

図３との関連で言及された運動解析器１５がモデル２７に基づいて種々の投影角θでのモデル投影画像２８を作成する。モデル投影画像２８の作成のために、例えば、当業者にＤＲＲ（＝ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ、ディジタル再構成Ｘ線撮影法）又はＭＩＰ（＝ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、最大値投影表示法）という名前で知られている方法が使用される。

図５には、種々の相対時点ｔ_relで特定の投影角θを割付けられたモデル投影画像２８を含んでいる３次元データセット２９が示されている。

運動解析器１５は、解析プロセス３０において、２次元のモデル投影画像２８内の画像構造の運動を記述する運動領域３１を算出する。この場合、例えばビデオコーディングと関連して使用される探索アルゴリズムを用いることができる。

運動領域３１の導出後に運動補償器１６は図６に示されているような運動補償を実施する。図６には、時間窓３２において、時間窓３２に割付けられている投影画像の位相位置３３が示されている。運動補償器１６により本来の位相位置３３が修正された位相位置３４に移行させられるので、該当の修正された投影画像は、それぞれ、固定の時点ｔ_relで且つ種々の投影角θで撮影された画像に相当する。図６においては、例えば時点ｔ_rel＝０．７で運動補償された投影画像の作成が具体的に示され、この場合には幅Δ＝０．４の時間窓３２の内部にある位相位置３３を有する投影画像が使用される。

このようにして運動補償された投影画像が最後に再構成ユニット１７に導かれ、再構成ユニット１７は運動補償された投影画像から患者２の心臓の構造データを作成する。

既に述べたように、構造データは種々の相対時間ｔ_relに割付けられた患者２の３次元心臓モデルであってよく、これらから運動解析器１５が改善された運動領域３１を算出することができ、従って評価ユニット８によって実施された方法の反復の際に改善された構造データがもたらされ、それらの構造データは構造データセットがもはや変化しないか又は僅かにしか変化しなくなるまで再び運動解析器１５に供給される。

心電図装置１１の心臓信号の評価はいずれの場合にも必要であるというわけではない。むしろ心周期２３が本来の投影画像から近似的に推定されてもよい。

更に、ここで説明した装置は基本的には非周期的に運動する対象の検査にも使用することができる。

更に、モデレータ、運動解析器、運動補償器または再構成ユニットのような用語は機能的に理解すべきである。これらの論理ユニットは物理的なユニットで構成する必要はなく、物理的なユニットにおいてもソフトウェアの形で実現してもよいし、あるいは逆に多数の物理的ユニットに分割することもできる。

３次元の回転心臓血管撮影法のための血管撮影装置の概略構成図 図１における評価ユニットの論理機能ユニットを示すブロック図 血管撮影装置の投影角の時間的推移および患者の心電図を示すダイアグラム 血管撮影装置の投影角と心周期の相対時間とに対する投影画像の位相位置を表すダイアグラム 血管撮影装置の評価ユニットにより行なわれるデータ整理の経過を説明するためのダイアグラム 血管撮影装置の投影角と心周期の相対時間とに対する本来の撮影された投影画像の位相位置および運動修正された投影画像の位相位置を表すダイアグラム

符号の説明

１ 血管撮影装置
２ 患者
３ テーブル
４ Ｃアーム
５ ホルダ
６ Ｘ線源
７ Ｘ線検出器
８ 評価ユニット
９ 画像処理ユニット
１０ 画像メモリ
１１ 心電図装置
１２ 心臓信号メモリ
１３ 電極
１４ モデレータ
１５ 運動解析器
１６ 運動補償器
１７ 再構成ユニット
１８ 構造データメモリ
１９ 移動ダイアグラム
２０ 心電図
２１ Ｒ波
２２ 回転状態
２３ 心周期
２４ 位相位置
２５ 時間窓
２６ データセット
２７ モデル
２８ モデル投影画像
２９ データセット
３０ 解析プロセス
３１ 運動領域
３２ 時間窓
３３ 位相位置
３４ 位相位置
θ 投影角
ｔ_rel 相対時間

Claims (7)

1. 対象の周りの測定軌道に沿って移動可能な放射線源（６）と、放射線源（６）に対して対象の反対側に配置され放射線源（６）の移動に応じて移動可能であり対象の投影画像を作成する検出器（７）と、投影画像から対象の構造データを算出する評価ユニット（８）とを備えた運動する対象の構造データの取得装置において、
   評価ユニット（８）のモデレータ（１４）が種々の時間窓（２５）における投影画像からその都度それぞれの時間窓（２５）にあてはまる対象モデル(２７)を求め、
   評価ユニット（８）の運動解析器（１５）が対象モデル(２７)に基づいてモデル投影画像（２８）を導き出しモデル投影画像（２８）から投影画像についての運動領域（３１）を求め、
   評価ユニット（８）の運動補償器（１６）が運動領域（３１）に基づいて運動修正された投影画像を算出し、
   評価ユニット（８）の再構成ユニット（１７）が運動修正された投影画像から対象の構造データを求める
   ことを特徴とする運動する対象の構造データの取得装置。
2. 運動する対象の構造データの取得装置が、周期的に運動する対象を検査するために、周期（２３）を求めるための運動センサ（１１，１３）を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 運動する対象の構造データの取得装置が、周期的に運動する心臓を検査するために心電図装置（１１）を有することを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 評価ユニット（８）が、複数の異なる運動区間に割付けられた構造データセットを作成し、これらの構造データセットを運動解析器（１５）に供給し、運動解析器（１５）が構造データセットから改善された運動領域（３１）を作成することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
5. 評価ユニット（８）が、改善された運動領域（３１）に基づいて、対象の改善された構造データセットを作成することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 評価ユニット（８）が、周期（２３）で運動する対象を検査する際、検出器（７）から提供された投影画像に基づいて周期（２３）を求めることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の装置。
7. 放射線源がＸ線源（６）であり、検出器（７）がＸ線検出器（７）であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の装置。

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