JP2007144139A - X-ray computed tomography apparatus and image processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置(以下、「X線CT装置」と呼ぶ。)を用いた血流解析手法(以下、「CTパフュージョン」と呼ぶ。)を実行可能なX線コンピュータ断層撮影装置等に関する。 The present invention is an X-ray computed tomography capable of executing a blood flow analysis method (hereinafter referred to as “CT perfusion”) using an X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as “X-ray CT apparatus”). The present invention relates to a photographing apparatus.
X線CT装置は、X線が被検体内で受けた吸収量に基づいて臓器等の組織のX線吸収率を水のそれを基準としたCT値という指標として計算(再構成)することによって画像(断層像)を得るものである。このX線CT装置を用いた通常のX線CT検査では、単純CT像から形態情報を得ることができる。また、CTパフュージョンでは、造影CTによるダイナミックスキャンにより病巣の周りの血流の動態情報を取得し、視覚情報として提供することができる。近年、マルチスライスCTによる高速スキャンが可能になり、益々造影CTのダイナミックスキャンの活用範囲が拡大してきている。 An X-ray CT apparatus calculates (reconstructs) the X-ray absorption rate of a tissue such as an organ as an index called a CT value based on that of water based on the amount of X-rays received in the subject. An image (tomographic image) is obtained. In a normal X-ray CT examination using this X-ray CT apparatus, morphological information can be obtained from a simple CT image. In CT perfusion, dynamic information on blood flow around a lesion can be acquired by dynamic scanning using contrast CT and provided as visual information. In recent years, high-speed scanning by multi-slice CT has become possible, and the application range of dynamic scanning of contrast CT has been expanded more and more.
CTパフュージョンにおいて、例えば脳組織内毛細血管の血流動態に関するインデックスを演算するためのCBPスタディと呼ばれる方法がある。CBPスタディでは、”毛細血管を通過する血流”の動態を定量的に表すCBP、CBV、MTT、Err等のインデックスを求め、またこれらインデックスのマップを出力する。これら脳組織中の毛細血管の血流動態を定量的に表しているインデックスCBP等は、脳虚血が発症してからの経過時間情報ととともに、虚血性脳血管障害の病体鑑別、毛細血管の拡大の有無、血流速などの評価のための有益な情報として期待されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来のX線CT装置では、CTパフュージョンにおいて、血流(又は造影剤)が被検査部位に到達するまでの遅延に関する情報(血流遅延情報)を検出することがきない。従って、CTパフュージョンによって得られる検査結果を用いて、血流量の低下により発症している患部は特定できるが、血流の遅延により発症している患部を特定することはできない。 However, in the conventional X-ray CT apparatus, it is impossible to detect information related to a delay (blood flow delay information) until the blood flow (or contrast medium) reaches the examination site in CT perfusion. Therefore, although the affected part that has developed due to a decrease in blood flow can be identified using the test result obtained by CT perfusion, the affected part that has developed due to a delay in blood flow cannot be identified.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、CTパフュージョンにおいて血流遅延情報を検出し、これを視覚化可能な情報として提示することで、血流の遅延により発症している患部を容易に特定せしめるX線コンピュータ断層撮影装置等を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and detects blood flow delay information in CT perfusion and presents it as information that can be visualized. An object of the present invention is to provide an X-ray computed tomography apparatus that can be easily specified.
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
本発明の第1の視点は、造影剤を注入された被検査部位に関する時系列な複数の画像を取得するデータ取得ユニットと、前記複数の画像に基づいて、前記動脈の濃度変化カーブに対する、前記被検査部位の濃度変化カーブの遅延時間を算出する遅延時間算出ユニットと、前記遅延時間の分布を表すマップ像を作成するマップ作成ユニットと、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である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a data acquisition unit that acquires a plurality of time-series images relating to a region to be examined that has been injected with a contrast agent, and the arterial concentration change curve based on the plurality of images. An X-ray computed tomography apparatus comprising: a delay time calculation unit that calculates a delay time of a density change curve of a site to be inspected; and a map creation unit that creates a map image representing the distribution of the delay time It is.
本発明の第2の視点は、造影剤を注入された被検査部位に関する時系列な複数の画像を記憶する記憶ユニットと、前記複数の画像に基づいて、前記動脈の濃度変化カーブに対する、前記被検査部位の濃度変化カーブの遅延時間を算出する遅延時間算出ユニットと、前記遅延時間の分布を表すマップ像を作成するマップ作成ユニットと、を具備することを特徴とする画像処理装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a storage unit that stores a plurality of time-series images relating to a region to be examined that has been injected with a contrast agent, and the subject to be subjected to the concentration change curve of the artery based on the plurality of images. An image processing apparatus comprising: a delay time calculation unit that calculates a delay time of a density change curve of an examination region; and a map creation unit that creates a map image representing a distribution of the delay time.
以上本発明によれば、CTパフュージョンにおいて血流遅延情報を検出し、これを視覚化可能な情報として提示することで、血流の遅延により発症している患部を容易に特定せしめるX線コンピュータ断層撮影装置等を実現することができる。 As described above, according to the present invention, the blood flow delay information is detected in CT perfusion, and presented as information that can be visualized, so that the affected part that has developed due to the blood flow delay can be easily identified. A tomographic apparatus or the like can be realized.
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
以下、図面を参照して本発明によるX線CT装置の実施形態を説明する。なお、X線CT装置には、X線管とX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。 Embodiments of an X-ray CT apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the X-ray CT system, an X-ray tube and an X-ray detector are combined into one body, and a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type that rotates around the subject, and a large number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation (STATIONARY / ROTATE) type in which only the X-ray tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described.
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。 In addition, to reconstruct one slice of tomographic image data, projection data for about 360 ° around the periphery of the subject is required, and projection data for 180 ° + view angle is also required in the half scan method. . The present invention can be applied to any reconstruction method.
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。 In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described.
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フレームに搭載したいわゆる多管球型のX線コンピュータ断層撮影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線コンピュータ断層撮影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。 In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of X-ray tubes and X-ray detectors are mounted on a rotating frame has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray CT apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.
図1は、本実施形態に係るX線CT装置1のブロック構成図を示している。同図に示すように、本X線CT装置1は、架台2、情報処理部3から構成される。架台2は、被検体Pに関する投影データを収集するために構成されたものであり、スリップリング11、架台駆動部12、X線管球13、X線検出器15、回転フレーム16、データ収集部17、非接触データ電送装置18を具備している。情報処理部3は、架台2におけるデータ収集動作の制御、及び架台2において収集されたデータに所定の処理を施すことで、X線CT画像及びこれを用いた各種臨床情報を生成するものであり、高電圧発生装置19、前処理部20、メモリ部21、再構成部23、画像処理部24、記憶部25、制御部27、表示部29、入力部31、血流情報測定部33、遅延時間算出部35、マップ生成部37、送受信部40を具備している。
FIG. 1 shows a block diagram of an
架台駆動部12は、回転フレーム16を回転駆動する。この回転駆動により、X線管球13とX線検出器15とが対向しながら、被検体Pの体軸を中心に螺旋状に回転することになる。
The
X線管球13は、X線を発生する真空管であり、回転フレーム16に設けられている。当該X線管球13には、X線の曝射に必要な電力(管電流、管電圧)が高電圧発生装置19からスリップリング11を介して供給される。X線管球13は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域FOV内に載置された被検体に対してX線を曝射する。
The
X線検出器15は、被検体を透過したX線を検出する検出器システムであり、X線管球13に対向する向きで回転フレーム16に取り付けられている。当該X線検出器15は、シングルスライスタイプ又はマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせで構成される複数の検出素子が、それぞれのタイプに応じて一次元的又は二次元的に配列されている。
The
回転フレーム16は、Z軸を中心として回転駆動されるリングであり、X線管球13とX線検出器15とを搭載している。この回転フレーム16の中央部分は開口されており、この開口部に、寝台(図示せず)上に載置された被検体Pが挿入される。
The rotating
データ収集装置17は、一般的にDAS(Data Acquisition System) と呼ばれ、検出器15からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ(生データ)は、非接触データ伝送装置18を介して情報処理装置3に取り込まれる。
The
高電圧発生装置19は、スリップリング11を介して、X線の曝射に必要な電力をX線管球13に供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。
The
前処理部20は、非接触データ伝送装置18を介してデータ収集装置17から生データを受け取り、感度補正やX線強度補正を実行する。各種補正を受けた360度分の生データは、記憶部25に一旦記憶される。なお、当該前処理部20によって前処理が施された生データは、「投影データ」と呼ばれる。
The preprocessing unit 20 receives raw data from the
再構成部23は、複数種類の再構成法を装備し、操作者から選択された再構成法により画像データを再構成する。複数種類の再構成法には、例えば、ファンビーム再構成法(ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう)、再構成面に対して投影レイが斜めに交差する場合の再構成法として、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法としてのフェルドカンプ法、フェルドカンプ法よりもコーン角エラーを抑える方法として再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正するコーンビーム再構成法等が含まれる。
The
画像処理部24は、再構成部23により生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、RGB処理等の表示のための画像処理を行い、表示部29に出力する。また、画像処理部24は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、3次元表面画像等のいわゆる疑似3次元画像の生成を行い、表示部29に出力する。
The image processing unit 24 performs image processing for display such as window conversion and RGB processing on the reconstructed image data generated by the reconstructing
記憶部25は、生データ、投影データ、スキャノグラムデータ、断層像データ等の画像データや、検査計画のためのプログラム等を記憶する。また、記憶部25は、後述する血流情報測定処理、遅延時間算出処理、ディレイマップ作成処理等を実行するための専用プログラムを記憶する。 The storage unit 25 stores image data such as raw data, projection data, scanogram data, tomographic image data, a program for an inspection plan, and the like. The storage unit 25 stores a dedicated program for executing blood flow information measurement processing, delay time calculation processing, delay map creation processing, and the like, which will be described later.
制御部27は、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等において、本X線CT装置1の統括的な制御を行う。例えば、制御部27は、スキャン処理においては、予め入力されたスライス厚等のスキャン条件をメモリ部21に格納し、患者ID等によって自動的に選択されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードにおいて、入力部31から直接設定されたスキャン条件)に基づいて、高電圧発生装置19、寝台駆動部12、及び寝台天板aの体軸方向への送り量、送り速度、X線管球13及びX線検出器15の回転速度、回転ピッチ、及びX線の曝射タイミング等を制御し、被検体の所望の撮影領域に対して多方向からX線コーンビーム又はX線ファンビームを曝射させ、X線CT画像のデータ収集(スキャン)処理を行う。
The
表示部29は、画像処理部24から入力したコンピュータ断層画像、スキャノグラム像、血流情報(CBP、CBV、MTT、後述するディレイマップ)等のCT画像を表示する出力装置である。なお、本実施形態においては、CT画像を、「X線コンピュータ断層装置によって取得された撮影領域内の各CT値に基づいて生成された画像」と定義する。ここで、CT値とは、物質のX線吸収係数を、基準物質(例えば、水)からの相対値として表したものである。また、表示部29は、図示していない計画補助システムによって実現されるスキャン計画画面等を表示する。
The
入力部31は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。 The input unit 31 includes a keyboard, various switches, a mouse, and the like, and can input various scan conditions such as a slice thickness and the number of slices through an operator.
血流情報測定部33は、CBPスタディに代表される血流情報測定処理を実行する。この血流情報測定処理については、後で詳しく説明する。 The blood flow information measurement unit 33 executes blood flow information measurement processing represented by a CBP study. This blood flow information measurement process will be described in detail later.
遅延時間算出部35は、血流情報測定部33において生成された血流情報に基づいて、動脈に相当する画素の時系列変化カーブ(動脈カーブ)と被検査部位に相当する画素の時系列変化カーブ(被検査部カーブ)とから両者の伝達関数を算出する。また、遅延時間算出部35は、動脈カーブに対する算出された伝達関数から被検査部カーブの遅延時間を算出する。これら伝達関数、遅延時間の算出処理については、後で詳しく説明する。
Based on the blood flow information generated by the blood flow information measurement unit 33, the delay
マップ生成部37は、算出された遅延時間に基づいて、動脈と被検査部位との間の時間軸方向のずれ(ディレイ)を視覚化したディレイマップを生成する。このディレイマップの生成についても、後で詳しく説明する。
Based on the calculated delay time, the
送受信部40は、ネットワークNを介して、他の装置と画像データ、患者情報等を送受信する。特に、送受信部40は、ネットワークNに接続されたRIS(Radiology Information System)から、当該被検体の撮影に関する情報(患者情報、診断部位等)を受信する。
The transmission /
(血流情報測定処理)
次に、CBPスタディを例とする血流情報測定処理について説明する。CBPスタディでは、脳組織内の“毛細血管を通過する血流”の動態を定量的に表すCBP、CBV、MTT、Errのインデックスを求め、またこれらインデックスのマップを出力する。なお、各インデックスの定義は、次のようである。
(Blood flow information measurement process)
Next, blood flow information measurement processing using a CBP study as an example will be described. In the CBP study, indexes of CBP, CBV, MTT, and Err that quantitatively indicate the dynamics of “blood flow through capillaries” in brain tissue are obtained, and a map of these indexes is output. The definition of each index is as follows.
CBP:脳組織の毛細血管内の単位体積及び単位時間あたりの血流量[ml/100ml/min]
CBV:脳組織内の単位体積あたりの血液量[ml/100ml]
MTT:毛細血管の血液平均通過時間[秒]
Err:解析モデルからの実測値のずれ残差の指標。この指標の多少により、脳動脈の支配組織と非支配組織との識別等の解析が可能となる。
CBP: Unit volume and blood flow per unit time in capillaries of brain tissue [ml / 100 ml / min]
CBV: Blood volume per unit volume in brain tissue [ml / 100ml]
MTT: Average blood passage time in capillaries [sec]
Err: An index of the residual deviation of the actual measurement value from the analysis model. Depending on the degree of this index, it is possible to analyze the discriminating between the dominating tissue and the non-dominating tissue of the cerebral artery.
CBPスタディでは、トレーサーとして脳血管透過性を持たない造影剤、たとえばヨード造影剤が使用される。ヨード造影剤は例えばインジェクターにより肘静脈から注入される。インジェクターにより静注されたヨード造影剤は、心臓、肺を経由して、脳動脈から流れ込む。そして、脳動脈から、脳組織内の毛細血管を経て、脳静脈へと流れ出ていく。このとき、脳血管透過性を持たない造影剤、たとえばヨード造影剤は正常な脳組織内の毛細血管では造影剤は血管外へ漏れ出ることなく通過する。 In the CBP study, a contrast agent having no cerebral vascular permeability, such as an iodine contrast agent, is used as a tracer. The iodine contrast agent is injected from the cubital vein by an injector, for example. The iodine contrast agent intravenously injected by the injector flows from the cerebral artery via the heart and lungs. Then, it flows out from the cerebral artery to the cerebral vein through the capillaries in the brain tissue. At this time, a contrast agent having no cerebral vascular permeability, for example, an iodinated contrast agent, passes through the capillary in normal brain tissue without leaking out of the blood vessel.
血流情報測定部33は、造影剤の通過の様子をダイナミックCTで連続的に取得して、その連続画像から、脳動脈上の画素の時間濃度曲線Ca(t)、毛細血管を含む脳組織上の画素の時間濃度曲線Ci(t)、脳静脈上の画素の時間濃度曲線Csss(t)をそれぞれ測定する。なお、CBPスタディでは、造影剤の血中濃度について脳組織に近い脳血管の血中濃度の時間曲線Ca(t)と、毛細血管の血中濃度の時間曲線Ci(t)との間で成り立つ理想的な関係を解析モデルとしており、つまり脳組織に入る直前の血管から造影剤を注入した場合、毛細血管を含む脳組織単位体積(1画素)内の時間濃度曲線は立ち上がりが垂直で、若干の勾配を持って立ち下がる形になる。伝達関数は、矩形関数で近似することができる(box−MTF法:box-Modulation Transfer Function method)。また、脳動脈血中時間濃度曲線Ca(t)を入力関数、脳組織の時間濃度曲線Ci(t)を出力関数として、毛細血管を通過する過程の特徴を、後述する(式1)を解いて得られる伝達関数として求めることができる。
The blood flow information measuring unit 33 continuously acquires the state of the contrast agent passing by dynamic CT, and from the continuous image, the temporal concentration curve Ca (t) of the pixels on the cerebral artery, and the brain tissue including the capillaries The time density curve Ci (t) of the upper pixel and the time density curve Csss (t) of the pixel on the cerebral vein are measured. In the CBP study, the blood concentration of the contrast agent is established between the time curve Ca (t) of the blood concentration of the cerebral blood vessels close to the brain tissue and the time curve Ci (t) of the blood concentration of the capillaries. The ideal relationship is an analysis model, that is, when a contrast medium is injected from a blood vessel just before entering the brain tissue, the time density curve in the brain tissue unit volume (1 pixel) including the capillaries has a vertical rise and is slightly It will fall with a gradient of. The transfer function can be approximated by a rectangular function (box-MTTF method: box-Modulation Transfer Function method). In addition, using the cerebral artery blood time concentration curve Ca (t) as an input function and the brain tissue time concentration curve Ci (t) as an output function, the characteristics of the process of passing through capillaries are solved by solving
(遅延時間算出処理)
次に、遅延時間算出部35において実行される遅延時間算出処理について説明する。本実施形態では、CBPスタディにおいて取得される動脈カーブCa(t)と各被検査部カーブCi(t)と両者間の伝達関数h(t)には(式1)に示す関係があると仮定する。
Next, the delay time calculation process executed in the delay
さらに、入力される画像は離散時間でサンプリングされているため、(式1)をサンプリング時間Δtで離散化すると、(式2)の通りとなる。
(式2)は伝達関数hに関する連立方程式であるため、この方程式を解くことで伝達関数をhを同定することが可能であるが、臨床的な問題により、必ずしも動脈カーブCa(t)が各被検査部カーブCi(t)よりも先に造影されるとは限らない。 Since (Equation 2) is a simultaneous equation for the transfer function h, it is possible to identify the transfer function h by solving this equation. However, due to clinical problems, each of the arterial curves Ca (t) is not necessarily Imaging is not always performed before the inspected portion curve Ci (t).
そこで、(式2)の動脈行列Mcをblock-circulant型であると仮定し、動脈カーブCa(t)と各被検査部カーブCi(t)の時間軸方向の位置ずれをモデル化すると、(式3)の通りとなる。
次に、(式3)の連立方程式を解くことで、伝達関数h(t)を同定する。連立方程式の解法には、様々な手法があるが、現実問題の連立方程式を解く際に一般的に使用される特異値分解法(SVD法)を使用した場合、例えば図2A(被検査カーブが動脈カーブよりも遅れている例)、図2B(被検査カーブが動脈カーブよりも進んでいる例)に示す形状の伝達関数が算出される。図2Aに示す例の場合、伝達関数のピークを与える時刻が動脈カーブCa(t)と各被検査部カーブCi(t)の時間軸方向のずれとなるため、このずれを動脈カーブの立ち上がり時刻を基準とする各被検査画素の遅延時間とすることができる。 Next, the transfer function h (t) is identified by solving the simultaneous equations of (Equation 3). There are various methods for solving simultaneous equations. When the singular value decomposition method (SVD method) generally used for solving simultaneous equations of real problems is used, for example, FIG. The transfer function having the shape shown in FIG. 2B (example in which the inspected curve is ahead of the arterial curve) is calculated. In the case of the example shown in FIG. 2A, the time at which the peak of the transfer function is given is the deviation in the time axis direction between the arterial curve Ca (t) and each inspected part curve Ci (t). Can be used as the delay time of each pixel to be inspected.
以下に伝達関数hのピークを与える時刻、すなわち遅延時間を算出する方法を示す。block-circulant型SVD法にて解析した伝達関数h(n)は、伝達関数の始点(0, h(0))と終点(N-1, h(N-1))が連続し、伝達関数が循環しているものとしてモデル化している。このため、図2Bに示すように動脈よりも被検査領域に造影剤が早く到達する場合には、本来、時間軸負の方向に存在する伝達関数のピークは、終点側(n=N-1)に回りこむ。よって、この終点側に回りこんだデータを時間軸負の方向へ戻す。臨床上、考え得る動脈と被検査領域の造影剤到達時刻のずれを最大10秒とし、終点側の10秒分のデータM個を下に示す式4のとおり時間軸負の方向へ移動する。
次に伝達関数h(n)(n=-M, -M+1, ・・・,-1,0,1・・・N−M−1)の最大値を与える時刻n=n_maxを算出し、その前後2点を含む3点(n_max-1, h(n_max-1))、(n_max, h(n_max))、(n_max+1, h(n_max+1))を2次関数で補間し、補間したカーブの極大値を与える時刻を遅延時間とする。
Next, the time n = n_max that gives the maximum value of the transfer function h (n) (n = −M, −
このように、被検査画像全体を同一の動脈カーブを用いて解析することで、動脈への造影剤到達時刻を0とした場合の相対的な各画素の血流到達の遅延時間を算出することが可能である。さらに、各画素に対する遅延時間を画素値とする画像を生成することで、マップとして表示することが可能となる。 In this way, by calculating the entire inspected image using the same arterial curve, calculating the relative delay time of blood flow arrival of each pixel when the contrast agent arrival time to the artery is 0 Is possible. Furthermore, it is possible to display as a map by generating an image having a delay time for each pixel as a pixel value.
以上、本実施形態に係る遅延時間算出処理について述べたが、上記内容に拘泥されず種々変形可能である。例えば、本実施の形態においては、伝達関数同定方法にblock-circulant型SVD法を使用した場合の遅延時間算出方法について示した。しかしながら、伝達関数同定方法は、block-circulant型SVD法に限らない。また、伝達関数同定法を使用せずとも、動脈カーブの立ち上がり時刻と被検査部位カーブの立ち上がり時間の差分から遅延時間を算出しても良い。 The delay time calculation process according to the present embodiment has been described above, but various modifications can be made without being limited to the above contents. For example, in the present embodiment, the delay time calculation method when the block-circulant SVD method is used for the transfer function identification method has been described. However, the transfer function identification method is not limited to the block-circulant SVD method. Further, without using the transfer function identification method, the delay time may be calculated from the difference between the rise time of the arterial curve and the rise time of the examination site curve.
また、上記例では、動脈よりも被検査領域に造影剤が早く到達する場合には、式(4)に従って終点側に回り込んだデータを時間軸負方向に移動させた。しかしながら、これに拘泥されず、例えば、動脈よりも被検査領域に造影剤が早く到達し負の遅延時間が得られた位置(画素)については、ディレイマップを積極的に生成しないことを趣旨として、その遅延時間(又は画素値)を0とする、或いは負の遅延時間であったことを示す所定の色彩を割り当てるようにしてもよい。 Further, in the above example, when the contrast medium reaches the region to be inspected earlier than the artery, the data wrapping around to the end point side according to the equation (4) is moved in the negative direction of the time axis. However, without being bound by this, for example, for the position (pixel) where the contrast agent reaches the examination region earlier than the artery and the negative delay time is obtained, the delay map is not actively generated. The delay time (or pixel value) may be set to 0, or a predetermined color indicating that the delay time is negative may be assigned.
さらに、遅延時間の画像は2次元に限らず、入力時系列画像が3次元の場合、遅延時間の画像を3次元で表示する構造としても良い。係る場合には、血流情報測定処理、遅延時間算出処理はボクセル毎に実行されることになる。 Furthermore, the delay time image is not limited to two dimensions, and when the input time-series image is three-dimensional, the delay time image may be displayed in three dimensions. In such a case, the blood flow information measurement process and the delay time calculation process are executed for each voxel.
(遅延時間を反映したディレイマップ生成処理)
次に、遅延時間を反映したディレイマップ生成処理について説明する。この処理は、ディレイが発生した画素(例えば、算出された遅延時間が所定の閾値を超えた画素)については、当該画素にディレイが発生していない画素(例えば、算出された遅延時間が所定の閾値を超えていない画素)と異なる色彩を割り当てた血流量マップを作成することで、ディレイマップを生成する。
(Delay map generation process reflecting delay time)
Next, a delay map generation process reflecting the delay time will be described. This processing is performed for a pixel in which a delay has occurred (for example, a pixel in which the calculated delay time exceeds a predetermined threshold), and a pixel in which no delay has occurred in the pixel (for example, the calculated delay time has a predetermined A delay map is generated by creating a blood flow map to which a color different from that of a pixel not exceeding the threshold value is assigned.
図3Aは、血流情報測定処理によって得られる血流量マップの一例を示している。また、図4は、図3Aの血流量マップに対応するディレイマップの一例を示している。図3Aと図4とを比較すれば解るように、ディレイマップにおいては、遅延時間が発生している部位については、異なる色が割り当てられている。従って、観察者は、ディレイマップを観察することにより、どの部分が周囲よりも血液流入が遅れているかを視覚的に容易に把握することができる。また、遅延時間に応じて異なる色彩を割り当てることで、色彩によって遅延時間を把握することも可能である。 FIG. 3A shows an example of a blood flow map obtained by blood flow information measurement processing. FIG. 4 shows an example of a delay map corresponding to the blood flow map in FIG. 3A. As can be seen from a comparison between FIG. 3A and FIG. 4, in the delay map, different colors are assigned to the portions where the delay time is generated. Therefore, the observer can easily visually grasp which part is slower in blood flow than the surroundings by observing the delay map. In addition, by assigning different colors according to the delay time, it is possible to grasp the delay time based on the color.
なお、このディレイマップは、血流量マップと同時に表示、又は血流量マップと選択的に表示することができる。さらに、例えば図5に示すように、ディレイマップCとCTA(Computed Tomographic Angiography)との融合画像を表示するようにしてもよい。特に融合画像として表示すれば、ディレイの発生原因となりうる被検査部位の上流動脈を視覚的に認識することができる。いずれの表示形態においても、ディレイマップがいずれの血流量マップに対応する情報であるか、判断可能に表示されることが好ましい。 The delay map can be displayed simultaneously with the blood flow map or selectively with the blood flow map. Further, for example, as shown in FIG. 5, a fusion image of a delay map C and CTA (Computed Tomographic Angiography) may be displayed. In particular, when displayed as a fused image, it is possible to visually recognize the upstream artery of the site to be inspected that may cause a delay. In any display form, it is preferable that the delay map is displayed so that it can be determined which information corresponds to which blood flow map.
(動作)
次に、本X線CT装置1のCTパフュージョン実行時における動作について説明する。本実施形態では、説明を具体的にするため、脳内の所定領域を被検査部位としてCBP、及びこれに対応するディレイマップを生成する場合を例とする。しかしながら、これに拘泥されず、CBP以外の血流情報を採用してもよく、また、被検査部位は、脳内領域以外であってもよい。
(Operation)
Next, the operation of the
図6は、CTパフュージョンにおいて本X線CT装置1が実行する処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、トレーサーとして脳血管透過性を持たない造影剤、例えばヨード造影剤が、例えばインジェクターにより肘静脈から注入される(ステップS1)。インジェクターにより静注されたヨード造影剤は、心臓、肺を経由して、脳動脈から流れ込む。そして、脳動脈から、脳組織内の毛細血管を経て、脳静脈へと流れ出ていく。このとき、ヨード造影剤は、正常な脳組織内の毛細血管では、造影剤は血管外へ漏れ出ることなく通過(流入)する。一方、正常でない脳組織内の毛細血管では、造影剤は血管外へ漏れ出す。また、流入経路において血管狭窄等が存在する領域では、ヨード造影剤は、流入経路に狭窄が存在しない領域に比して遅れて通過することになる。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing executed by the
次に、制御部27は、ダイナミックCTを実行することで、被検体に注入された造影剤の通過の様子を映像化するためのデータを収集し、所定の処理を施して連続画像を生成する(ステップS2)。血流情報測定部33は、生成された連続画像を用いてCBPスタディを実行することで、少なくとも脳動脈の画素の時間濃度曲線Ca(t)、毛細血管を含む脳組織の画素の時間濃度曲線Ci(t)をそれぞれ測定する(ステップS3)。
Next, the
次に、遅延時間算出部35は、測定された脳動脈の画素の時間濃度曲線Ca(t)、毛細血管を含む脳組織の画素の時間濃度曲線Ci(t)を用いて、伝達関数h(t)を算出し、この伝達関数h(t)のピークを与える時刻に基づいて、動脈カーブの立ち上がり時刻を基準とする被検査部位の画素毎の遅延時間を算出する(ステップS4)。
Next, the delay
次に、制御部27は、算出された遅延時間が所定の閾値を超えるか否かを判定し(ステップS5)、当該閾値を超えないと判定した場合には、マップ生成部37は、通常の血流情報マップ(今の場合、CBP)を生成する(ステップS6)。一方、制御部27が所定の閾値を超えないと判定した場合には、マップ生成部37は、遅延時間が発生した画素に、遅延時間に応じた色彩を割り当てることで、ディレイマップを生成する(ステップS6′)。なお、ステップS5において基準とされる閾値は、初期条件又はマニュアル操作によって自動的に設定されるが、入力部31からの所定の操作により、任意の値に変更することも可能である。
Next, the
次に、表示部29は、生成された血流情報マップ(CBP、ディレイマップ)を所定の形態にて表示する(ステップS7)。
Next, the
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
本実施形態に係るX線CT装置によれば、脳動脈の画素の時間濃度曲線Ca(t)、毛細血管を含む脳組織の画素の時間濃度曲線Ci(t)の双方を用いて伝達関数h(t)を算出し、これに基づいて、動脈カーブの立ち上がり時刻を基準とする被検査部位の画素毎の遅延時間を算出する。また、算出された遅延時間に基づいて、遅延時間が発生した画素について、遅延時間が発生していない画素とは異なる色彩を割り当てることで、血液流入状況の時間差が視覚されたカラーマップを作成し、所定の形態で提示する。従って、医師等の観察者は、提示されたカラーマップを観察することで、被検査部位及びその近傍において血流の遅延により発症している患部を容易に特定することができる。 According to the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, the transfer function h is obtained using both the time density curve Ca (t) of the cerebral artery pixel and the time density curve Ci (t) of the pixel of the brain tissue including the capillary blood vessel. (t) is calculated, and based on this, the delay time for each pixel of the region to be inspected is calculated based on the rise time of the arterial curve. Also, based on the calculated delay time, a color map that visualizes the time difference of the blood inflow situation is created by assigning a color different from that of the pixel where the delay time has occurred to the pixel where the delay time has occurred. Present it in a predetermined form. Therefore, an observer such as a doctor can easily identify an affected part that has developed due to a delay in blood flow in the region to be examined and its vicinity by observing the presented color map.
また、本実施形態に係るX線CT装置によれば、算出された遅延時間に応じた色彩を各画素に割り当てることができる。従って、医師等の観察者は、色彩によって遅延時間を直観的に把握可能なディレイマップを提供することができる。 Further, according to the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, a color corresponding to the calculated delay time can be assigned to each pixel. Therefore, an observer such as a doctor can provide a delay map in which the delay time can be intuitively grasped by color.
また、本実施形態に係るX線CT装置によれば、脳動脈の画素の時間濃度曲線Ca(t)、毛細血管を含む脳組織の画素の時間濃度曲線Ci(t)の双方を用いて伝達関数h(t)の同定において、例えばblock-circulant型SVD法を用いている。この手法により、この伝達関数h(t)のピークを与える時刻に基づいて、動脈カーブの立ち上がり時刻を基準とする被検査部位の画素毎の遅延時間を比較的容易に算出することができる。 Further, according to the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, transmission is performed using both the time density curve Ca (t) of the cerebral artery pixel and the time density curve Ci (t) of the brain tissue pixel including the capillary. In identifying the function h (t), for example, a block-circulant SVD method is used. With this method, based on the time when the peak of the transfer function h (t) is given, it is possible to relatively easily calculate the delay time for each pixel of the site to be examined with reference to the rise time of the arterial curve.
なお、本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
例えば、本実施形態において説明した血流情報測定処理、遅延時間算出処理、遅延時間を反映したディレイマップ生成処理のそれぞれは、予め収集された、造影剤を注入された被検査部位に関する時系列な複数の画像を用いることで、画像処理装置においても実行することができる。また、各処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。 For example, each of the blood flow information measurement process, the delay time calculation process, and the delay map generation process reflecting the delay time described in the present embodiment is a time series related to the site to be examined that has been collected in advance and into which the contrast medium has been injected. By using a plurality of images, the image processing apparatus can execute the images. It can also be realized by installing a program for executing each process in a computer such as a workstation and developing the program on a memory. At this time, a program capable of causing the computer to execute the technique is stored in a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.
また、、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
以上本発明によれば、CTパフュージョンにおいて血流遅延情報を検出し、これを視覚化可能な情報として提示することで、血流の遅延により発症している患部を容易に特定せしめるX線コンピュータ断層撮影装置等を実現することができる。 As described above, according to the present invention, the blood flow delay information is detected in CT perfusion, and presented as information that can be visualized, so that the affected part that has developed due to the blood flow delay can be easily identified. A tomographic apparatus or the like can be realized.
1…X線CT装置、2…架台、3…情報処理部、11…スリップリング、12…架台駆動部、13…X線管球、15…X線検出器、16…回転フレーム、17…データ収集部、18…非接触データ電送装置、18…高電圧発生装置、20…前処理部、21…メモリ部、23…再構成部、25…記憶部、27…制御部、29…表示部、31…入力部、33…血流情報測定、35…遅延時間算出部、37…マップ生成部、40…送受信部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記複数の画像に基づいて、前記動脈の濃度変化カーブに対する、前記被検査部位の濃度変化カーブの遅延時間を算出する遅延時間算出ユニットと、
前記遅延時間の分布を表すマップ像を作成するマップ作成ユニットと、
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。 A data acquisition unit for acquiring a plurality of time-series images relating to a region to be examined injected with a contrast agent;
A delay time calculation unit for calculating a delay time of the concentration change curve of the region to be examined with respect to the concentration change curve of the artery based on the plurality of images;
A map creation unit for creating a map image representing the distribution of the delay time;
An X-ray computed tomography apparatus comprising:
前記動脈よりも前記被検査部位に造影剤が早く到達した場合には、前記被検査部位の濃度変化カーブを時間軸軸負方向に移動させ、
前記移動後の被検査部位の濃度変化カーブに基づいて、遅延時間の分布を表す二次元マップ像を作成すること、
を特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 The map creation unit
When the contrast agent reaches the region to be examined earlier than the artery, the concentration change curve of the region to be examined is moved in the negative direction of the time axis,
Creating a two-dimensional map image representing a delay time distribution based on the concentration change curve of the inspected site after the movement;
The X-ray computed tomography apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記複数の画像に基づいて、前記動脈の濃度変化カーブに対する、前記被検査部位の濃度変化カーブの遅延時間を算出する遅延時間算出ユニットと、
前記遅延時間の分布を表すマップ像を作成するマップ作成ユニットと、
を具備することを特徴とする画像処理装置。 A storage unit for storing a plurality of time-series images related to a region to be examined into which a contrast medium has been injected;
A delay time calculation unit for calculating a delay time of the concentration change curve of the region to be examined with respect to the concentration change curve of the artery based on the plurality of images;
A map creation unit for creating a map image representing the distribution of the delay time;
An image processing apparatus comprising:
前記動脈よりも前記被検査部位に造影剤が早く到達した場合には、前記被検査部位の濃度変化カーブを時間軸軸負方向に移動させ、
前記移動後の被検査部位の濃度変化カーブに基づいて、遅延時間の分布を表す二次元マップ像を作成することを特徴とする請求項9乃至11のうちいずれか一項記載の画像処理装置。 The map creation unit
When the contrast agent reaches the region to be examined earlier than the artery, the concentration change curve of the region to be examined is moved in the negative direction of the time axis,
The image processing apparatus according to any one of claims 9 to 11, wherein a two-dimensional map image representing a delay time distribution is created based on a density change curve of the examination site after the movement.
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