JP2009039539A5 - - Google Patents

Description

運動する構造の３次元表示方法

本発明は、撮像ユニットによって１回の回転運動中に開始角度と終了角度との間の異なる撮影角度から撮影された一連の投影画像から３次元画像データが再構成可能である断層撮影法による運動する構造（周期的経過によって動かされるまたは影響を及ぼされる構造）の３次元表示方法に関する。

従来、ＣアームＸ線装置による３次元撮像は、静的に、すなわち時間情報なしに行なわれるだけである。

このためにＣアームが患者の周りを約２００°（１８０°＋ファン角）回転し、その際に５０〜１０００個の患者画像を撮影する。異なる投影方向からのこれらの撮影画像から、フィルタ逆投影法（例えば、非特許文献１参照）またはその他の公知のアルゴリズム（例えば、非特許文献２参照）のような適切な再構成法により、３次元画像が得られる。

血管系の表示のためには一般に２つの回転運動が行なわれる。第２の回転運動においては表示すべき血管内へ造影剤が注入される。両回転運動の減算およびその後での再構成によって、造影剤を満たされた血管のみが表示されている３次元画像が得られる。

例えば潅流撮像法のような機能的撮像法は、一般にＣＴおよびＭＲにより行なわれる。しかしながら、インターベンション環境において、これらの撮像モダリティは一般的に利用できない。

円軌道上を移動可能なＸ線放射器と、円軌道上において対向して移動可能な画像検出ユニットと、多数の投影画像の撮影のためのディジタル画像システムと、３Ｄボリューム画像の再構成装置と、投影画像およびそれらから再構成される３Ｄボリューム画像の軟部表示のためのトランケーション補正、散乱放射補正、ハレーション補正、リングアーチファクト補正、ビームハードニング補正および／または低周波ドロップ補正のような撮影システムにおける物理的作用および／または不十分さの補正のための装置とを備えた回転アンギオグラフィのための血管撮影Ｘ線診断装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。

周期的に変化する構造の時間的な３次元表示のために複数の回転撮影画像が作成される方法において、必要な回転運動が、周期的な経過の同じ事象で定められた角度だけずらされて開始させられ、回転撮影から新たな画像シリーズが編成され、それにより３次元表示が周期の異なる位相範囲で再構成される方法が先の出願に開示されている（特許文献２参照）。
独国特許出願公開第１０２００４０５７３０８号明細書 独国特許出願第１０２００６０３５０６７．７号明細書 Ｆｅｌｄｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．，"Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ"，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍｅｒ．Ａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ １９８４，ｐｐ．６１２−６１９ Ｋｌａｕｓ Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，"Ａ Ｆａｓｔ ａｎｄ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ３Ｄ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａｌｇｅｂｒａｉｃ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（ＡＲＴ）"

本発明の課題は、インターベンション環境において機能的撮像を可能にする冒頭に述べた方法を、フレキシブルＣアームＸ線装置により潅流経過の３次元の時間分解された機能的撮像が可能になるように構成することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１によって解決される。すなわち、
第１の造影剤注入および少なくとも１回の第１の回転運動をともなう第１の潅流測定と、
他の造影剤注入および少なくとも１回の他の回転運動をともないかつ先行の潅流測定の終了後に開始される少なくとも１つの他の潅流測定とを有し、
少なくとも１回の他の回転運動の開始時点および／または開始角度（φ₀）が造影剤注入時点に関して互いに相違する。

Ｎ個の潅流測定の期間中に撮像ユニットが同一の回転方向である場合に、ｎ番目の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の個々の遅延時間が、第１の潅流測定に対して全回転撮影の時間（＝回転時間＋戻り回転時間）のｎ／Ｎずらされていると有利であることが分かった。
潅流測定の期間中に撮像ユニットの回転方向が同一である場合に、後続の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間が、先行の潅流測定に対して全回転撮影の時間（＝回転時間＋戻り回転時間）の半分ずらされていてもよい。

本発明によれば、第２の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間が第１の潅流測定における遅延時間よりも長いとよく、しかし短くてもよい。

有利には第２の潅流測定を時間的に第２の造影剤注入の前に開始することができる、すなわち遅延時間ΔＴは負であってもよい。それによって特にマスク画像としての造影剤なしの回転撮影画像を作成することができる。

代替として、本発明によれば、潅流測定の期間中に撮像ユニットの回転方向が反転する場合に、潅流測定が注入時点に関して同じ開始時点で、しかし反対位置にある開始角度から始まるようにしてもよい。

次のステップが実行されるならば有利であることが分かった。
ａ）第１の造影剤注入の開始
ｂ）遅延時間Δｔ₁の待ち
ｃ）同じ回転方向での回転運動中に複数の回転撮影画像の撮影および回転運動間の戻り回転
ｄ）任意の長さでの随意の休止
ｅ）第２の造影剤注入の開始
ｆ）遅延時間Δｔ₂の待ち：Δｔ₂＝Δｔ₁＋（１／２）×（回転時間＋戻り回転時間）
ｇ）同じ回転方向での回転運動中に複数の回転撮影画像の撮影および回転運動間の戻り回転
ｈ）２つの潅流測定から固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間
ｉ）時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成
ｊ）（潅流ＣＴでは普通であるように）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示

代替として、本発明にしたがって、次のステップを実行することもできる。
ａ）造影剤注入の開始
ｂ）遅延時間Δｔの待ち
ｃ）開始位置（例えば、０°）から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影ｄ）任意の長さでの随意の休止
ｅ）第２の造影剤注入の開始
ｆ）遅延時間Δｔの待ち
ｇ）終了位置（例えば、１８０°＋ファン角）から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影
ｈ）２つの潅流測定からの固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間
ｉ）時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成
ｊ）（潅流ＣＴでは普通であるように）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示

以下において、図面に示された実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明による方法を実施するためのＸ線Ｃアームシステムの概略図を示し、
図２は撮影角度に関して同一方向の４回の回転運動からなる潅流測定のグラフィック表示を示し、
図３は撮影角度に関して反対方向の４回の回転運動からなる潅流測定のグラフィック表示を示し、
図４は撮影角度に関して同一方向のそれぞれ４回の回転運動を有する本発明による２つの潅流測定のグラフィック表示を示し、
図５は撮影角度に関して反対方向のそれぞれ４回の回転運動を有する本発明による２つの潅流測定のグラフィック表示を示し、
図６は同じ回転方向および戻り回転を有する回転撮影画像の作成のための本発明による方法経過を示し、
図７は戻り回転なしに回転方向が交互に変わる回転撮影画像の作成のための本発明による方法経過を示す。

図１に基づいて、本発明がＸ線Ｃアームシステム１の例で説明されている。Ｘ線Ｃアームシステム１において、Ｃアーム２にはＸ線管３およびＸ線検出器４が撮像ユニットとして互いに対向して固定されている。Ｃアーム２はスタンド５に取り付けられ、制御および調節モジュール６により動かされる。患者用テーブル１６上に、検査対象７、例えば患者が検査のためにＣアーム２の回転中心に配置されている。Ｃアーム２は検査対象７の周りを自由に回転することができる。

Ｃアーム２の走行中に、すなわち回転運動中に検査対象７は異なる投影角度から照射される。画像コンピュータ８は、多数のこのような投影画像、いわゆる回転撮影画像から、３次元の画像データセットを再構成し、モニタ９に表示することができる。

検査対象７には、造影剤注入器１０、刺激器１１、心電図（ＥＣＧ）装置１２または類似の測定機器を、検査対象７内の構造と共に関心対象の経過を表示および評価するために接続することができる。適切な信号出力を介して、それぞれの装置は、例えばスイッチ１５によりＸ線Ｃアームシステム１の制御および調節モジュール６の信号入力端１３に接続される。Ｃアーム２には回転運動中における回転角度を検出するための角度センサ１４が付設されている。

必要な回転運動の回数Ｎが、特に周期的経過の進行速度およびＣアーム２の走行速度に依存して確定された後、これらの情報から差角度が算定され、各回転運動のための開始角度φ₀が確定され、そして制御および調節モジュール６によって角度センサ１４によりＣアーム２が回転運動のために調整される。どの経過が表示されるべきかに応じて、造影剤注入器１０、刺激器１１またはＥＣＧ装置１２または類似の測定機器が、検査対象７内の構造と共に関心対象の経過を表示または評価するために接続される。

組織および／または器官における造影剤の伝搬経過、いわゆる潅流を描出することを可能にするためには、組織内の造影剤の濃度を時間に依存して測定しなければならない。たいていの組織におけるこの伝搬経過は非常に迅速に起きるので（５〜３０秒）、造影剤経過のできる限り時間的に密な走査に大いなる挑戦がなされている。

造影剤濃度を定量的に検出するためには、造影剤分布の密度正しい３次元再構成を行うことが必要である。このためには約２００°（１８０°＋ファン角）の角度範囲から対象の投影を撮影し、これから３次元ボリューム画像を再構成することが必要である。

この場合に主として次の２つの問題が生じる。
１）再構成に使用される投影画像が同じ時点で撮影できない（データ不一致）。
２）Ｃアームシステムによる１つの３次元データセットの取得は約４〜１０秒を要する。したがって、４〜１０秒ごとにしか、時間的走査値を測定することができない。

潅流測定のために必要であるように、複数の回転撮影を相次いで行なう場合に、個々の投影は撮影時間および撮影角度（φ）に関して図２および図３にしたがってグラフィック表示することができる。

図２は、概略図においてｘ軸上に時間ｔを取り、ｙ軸上にＣアーム２の撮影角度（φ）を取ってプロットすることによって時間に対する撮影角度の関係を示す。第１の検査経過では回転撮影が常に同一方向に行なわれる。したがって、各回転運動は斜めに上昇する鎖線２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって示される。時点ｔ_Iでの造影剤注入器１０による造影剤注入後に設定可能な遅延時間Δｔの経過後に、第１の回転運動が開始され、異なる角度で投影画像が作成される。これは線２０ａによって示されており、この線２０ａは、ｔ＝Δｔにおいてかつ定められた撮影角度、すなわち開始角度φ₀において開始し、ｔ＝Ｔ（例えば４〜５秒の回転運動時間Ｔ_R）においてかつ例えば１．２５πの高い撮影角度、すなわち終了角度φ_Tにおいて終了する。この場合に戻り回転のための時間（戻り回転時間）、すなわち復帰時間ｔ_rが生じる。

第２の検査経過では、個々の投影画像が反対方向の回転運動で撮影される。それゆえ、時間ｔに対する角度がプロットされている図３が示すように、空の戻り回転は必要でない。各回転運動は交互に斜めに上昇する鎖線２１ａ，２１ｂおよび斜めに下降する鎖線２２ａ，２２ｂによって示される。

３次元データセットを再構成するために、固定の時点ｔ₀での回転撮影画像が、測定された回転撮影画像から補間されるか、または例えば最寄り隣接補間法、直線補間法、スプライン補間法または適切な評価関数を有する曲線当てはめ法のような適切な方法により推定される。なお、回転方向が変化する場合の投影の測定時点は等間隔でないことに注意すべきである。

このようにして確かに原理的には任意に多数の時点で補間することができる。潅流経過の走査はもちろん変更されない。

時間的に速い経過を十分良好に表示することを可能にするためには、経過の実際の時間的な走査を改善することが必要である。Ｘ線Ｃアームシステムの技術的な制限によって、これは個々の潅流測定に関して容易に可能ではない。

しかしながら、組織が潅流測定後に再び完全に初期状態にあることから出発する場合、造影剤の第２の注入後の第２の潅流測定において付加的なデータが取得可能である。図４および図５には、どのようにして第２の潅流測定により有効に付加的なデータが獲得され得るかが鎖線で示されている。

図４において、鎖線２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図２による第１の造影剤充填をともなう第１の回転撮影のための回転運動を示す。

第１の造影剤注入から第１の回転運動までの遅延時間Δｔ₁は、関心領域（ＲＯＩ）における造影剤の最初の出現時点により決まる。図４による実施例では全ての回転撮影の回転方向が同一である。それゆえ、第２の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間Δｔ₂が、第１の潅流測定に比べて全回転運動時間（回転時間Ｔ_R＋戻り回転時間ｔ_r）の半分長くされるので、第２の造影剤注入の際の遅延時間Δｔ₂は、
Δｔ₂＝Δｔ₁＋（１／２）×（Ｔ_R＋ｔ_r）
から得られる。

Ｎ回の回転運動の場合にｎ番目の回転運動について一般化して言うならば、次のようになる。
Δｔ_n＝Δｔ₁＋（１／Ｎ）×（Ｔ_R＋ｔ_r）

斜めに上昇する鎖線２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、第２の造影剤充填後の第２の回転撮影の運動を示す

図５には、図３におけると同様に反対方向の回転の場合が示されている。斜めに下降する鎖線２４ａ，２４ｂならびに斜めに上昇する鎖線２５ａ，２５ｂは、第２の造影剤充填後の第２の潅流測定の運動を示す。これらの反対向きの回転の場合には潅流測定が同じ遅延時間Δｔから始まるが、しかし反対の開始位置で始まる。

相互に適切な時間的位置を有する２つの潅流測定の撮影によって、時間的に走査速度が２倍にされる。それによって、単純な潅流測定がＣアーム２の技術的制限のために遅すぎる潅流経過も検出することができる。

以下においては、本発明による方法経過が、図６および図７に基づく次のステップにより要約して説明されている。
実施例１（図４による）：
Ｓ１ 第１の造影剤注入の開始
Ｓ２ 遅延時間Δｔ₁の待ち
Ｓ３ 同じ回転方向での複数の回転撮影画像の撮影および撮影間の戻り回転
Ｓ４ 任意の長さでの随意の休止
Ｓ５ 第２の造影剤注入の開始
Ｓ６ 遅延時間Δｔ₂の待ち：Δｔ₂＝Δｔ₁＋（１／２）×（回転時間＋戻り回転時間）
Ｓ７ 同じ回転方向での複数の回転撮影画像の撮影および撮影間の戻り回転
Ｓ８ ２つの潅流測定から固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間
Ｓ９ 時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成
Ｓ１０（潅流ＣＴでは普通であるように）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示

実施例２（図５による）：
Ｓａ） 造影剤注入の開始
Ｓｂ） 遅延時間Δｔの待ち
Ｓｃ） 開始位置（例えば、０°）から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影
Ｓｄ） 任意の長さでの随意の休止
Ｓｅ） 第２の造影剤注入の開始
Ｓｆ） 遅延時間Δｔの待ち
Ｓｇ） 終了位置（例えば、１８０°＋ファン角）から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影
Ｓｈ） ２つの潅流測定から固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間
Ｓｉ） 時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成
Ｓｊ）（潅流ＣＴでは普通であるように）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示

本発明によれば、遅延時間Δｔが負に選ばれてもよい。すなわち、第２の回転運動が注入時点に比べて時間的に第１の回転運動の前に開始されてもよい。それによって、特に、マスク画像としての造影剤なしの画像を作成することができる。

本発明による方法を実施するためのＸ線Ｃアームシステムの概略図 撮影角度に関して同一方向の４回の回転運動からなる潅流測定を示す図 撮影角度に関して反対方向の４回の回転運動からなる潅流測定を示す図 撮影角度に関して同一方向のそれぞれ４回の回転運動を有する本発明による２つの潅流測定を示す図 撮影角度に関して反対方向のそれぞれ４回の回転運動を有する本発明による２つの潅流測定を示す図 同じ回転方向および戻り回転を有する回転撮影画像の作成のための本発明による方法経過を示す流れ図 戻り回転なしに回転方向が交互に変わる回転撮影画像の作成のための本発明による本発明経過を示す流れ図

１ Ｘ線Ｃアームシステム
２ Ｃアーム
３ Ｘ線管
４ Ｘ線検出器
５ スタンド
６ 制御および調節モジュール
７ 検査対象
８ 画像データコンピュータ
９ モニタ
１０ 造影剤注入器
１１ 刺激器
１２ 心電図装置
１３ 信号入力端
１４ 角度センサ
１５ スイッチ
１６ 患者用テーブル

Claims (9)

1. 撮像ユニット（２〜４）によって１回の回転運動中に開始角度（φ₀）と終了角度（φ_T）との間で異なる撮影角度（φ）から撮影された一連の投影画像から３次元画像データが再構成可能である断層撮影法による運動する構造の３次元表示方法であって、
   第１の造影剤注入および少なくとも１回の第１の回転運動をともなう第１の潅流測定と、
   他の造影剤注入および少なくとも１回の他の回転運動をともないかつ先行の潅流測定の終了後に開始される少なくとも１つの他の潅流測定とを有し、
   少なくとも１回の他の回転運動の開始時点または開始角度（φ₀）が造影剤注入時点に関して互いに相違する、運動する構造の３次元表示方法。
2. Ｎ個の潅流測定の期間中に撮像ユニット（２〜４）の回転方向が同一である場合に、ｎ番目の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の個々の遅延時間（Δｔ_n）が、第１の潅流測定に対して全回転撮影の時間（＝回転時間＋戻り回転時間）のｎ／Ｎずらされている請求項１記載の方法。
3. 潅流測定の期間中に撮像ユニット（２〜４）の回転方向が同一である場合に、後続の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間（Δｔ）が、先行の潅流測定に対して全回転撮影の時間（＝回転時間＋戻り回転時間）の半分ずらされている請求項１又は２記載の方法。
4. 第２の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間（Δｔ₂）が第１の潅流測定における遅延時間（Δｔ₁）よりも長い請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 第２の潅流測定における造影剤注入と撮影シーケンスとの間の遅延時間（Δｔ₂）が第１の潅流測定における遅延時間（Δｔ₁）よりも短い請求項１乃至３の１つに記載の方法。
6. 第２の潅流測定が時間的に第２の造影剤注入の前に開始される請求項１乃至３の１つに記載の方法。
7. 潅流測定の期間中に撮像ユニット（２〜４）の回転方向が反転する場合に、潅流測定が注入時点に関して同じ開始時点で、しかし反対位置にある開始角度（φ₀）から始まる請求項１記載の方法。
8. 次のステップを有する請求項１記載の方法。
   ａ）第１の造影剤注入の開始
   ｂ）遅延時間Δｔ₁の待ち
   ｃ）同じ回転方向での回転運動中に複数の回転撮影画像の撮影および回転運動間の戻り回転、
   ｄ）任意の長さでの随意の休止、
   ｅ）第２の造影剤注入の開始、
   ｆ）遅延時間Δｔ₂の待ち：Δｔ₂＝Δｔ₁＋（１／２）×（回転時間＋戻り時間時間）、
   ｇ）同じ回転方向での回転運動中に複数の回転撮影画像の撮影および回転運動間の戻り回転、
   ｈ）２つの潅流測定から固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間、
   ｉ）時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成、
   ｊ）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示。
9. 次のステップを有する請求項１記載の方法。
   ａ）造影剤注入の開始
   ｂ）遅延時間Δｔの待ち
   ｃ）開始位置から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影
   ｄ）任意の長さでの随意の休止
   ｅ）第２の造影剤注入の開始
   ｆ）遅延時間Δｔの待ち
   ｇ）終了位置から交互に変わる回転方向で回転撮影画像の撮影
   ｈ）２つの潅流測定から固定時点ｔ_iでの回転撮影画像の補間
   ｉ）時点ｔ_iでの３次元データセットの再構成
   ｊ）機能的パラメータの導出およびグラフィック表示