JP2010194046A

JP2010194046A - Ｘ線診断装置

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Publication number: JP2010194046A
Application number: JP2009041140A
Authority: JP
Inventors: Satoru Oishi; 悟大石
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP5433253B2

Abstract

【課題】カテーテル手技における手技効率の向上を可能とするＸ線診断装置の提供。
【解決手段】記憶部４８は、被検体の血管領域に関する３次元血管画像のデータと、３次元血管画像上における注目領域の位置情報とを記憶する。観察画像発生部２８は、３次元血管画像に基づいて所定の観察角度に関する観察画像のデータを発生する。ロードマップ画像発生部３２は、発生された観察画像上における注目領域の表示態様と注目領域以外の非表示領域の表示態様とが異なるロードマップ画像のデータを観察画像のデータから発生する。撮影機構１０は、所定の観察角度に略一致する撮影角度に関する被検体のライブ画像のデータを発生するためにＣアーム１５を制御する。表示部４６は、ライブ画像とロードマップ画像とを合成表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カテーテル術を支援するためのＸ線診断装置に関する。

Ｘ線造影検査やＸ線血管内治療において医師等は、Ｘ線透視下で、カテーテルやガイドワイヤを目的部位まで進める。透視画像は、造影剤等で強調しない限り、血管が描出されない。そこで、過去に造影剤を流して撮影された画像（血管画像）とライブ画像とを重ね合わせて表示するロードマップ機能がある。ロードマップは、血管走行を把握できるという長所を有する。しかし、寝台が移動された場合や、ライブ画像の観察方向を変更するためにアームを回転する場合、血管画像を発生しなおさなければならない。頻繁な血管画像の発生しなおしは、検査・治療時間の増加や使用する造影剤の増加を惹起する。その結果、患者の負担は増加してしまう。

近年、３次元の血管情報を利用した３次元ロードマップ機能が開発されている（例えば、特願２００８―１７９３３７号）。３次元ロードマップ機能を利用すれば、寝台が移動されたり、ライブ画像の観察角度が変更されたりした場合でも、３次元の血管情報を移動、回転することにより、ライブ画像とロードマップとの位置ずれを補正することができる。そのため、上記の問題点は解決される。

動静脈奇形（ＡＶＭ：arteriovenous malformation）は、ナイダス（塊、nidus）とそれに対する大量の流入血管と流出血管とから構成される。これらの中で目標の流入血管にガイドワイヤやカテーテルを挿入したいが、大量の流入血管と流出血管との中から目標の血管を探すのは、非常に難しい。目標までのルートのみを表示すると、目的の血管は分かりやすい。しかし、間違った血管に入ったことを認識するのが困難となる上、血管を突いて出血させてしまった場合でも認識し難い。そのため、カテーテル手技における手技効率が非常に悪い。

本発明の目的は、カテーテル手技における手技効率の向上を実現するＸ線診断装置を提供することにある。

本発明のある局面に係るＸ線診断装置は、被検体の血管領域に関する３次元血管画像のデータと前記３次元血管画像上における注目領域の位置情報とを記憶する記憶部と、前記３次元血管画像に基づいて所定の観察角度に関する観察画像のデータを発生する観察画像発生部と、前記発生された観察画像上における前記注目領域の表示態様と前記注目領域以外の領域の表示態様とが異なるロードマップ画像のデータを前記観察画像のデータから発生するロードマップ画像発生部と、前記所定の観察角度に略一致する撮影角度に関する前記被検体のＸ線画像のデータを発生するためにアーム機構部を制御する撮影部と、前記Ｘ線画像と前記ロードマップ画像とを合成表示する表示部と、を具備する。

本発明によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を実現するＸ線診断装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係わるＸ線診断装置のブロック図。図１の撮影機構の斜視図。図１の制御部の制御により行なわれる、ロードマップ画像と観察画像との合成表示処理の流れを示す図。図３のステップＳ１１における合成表示の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係わるＸ線診断装置を説明する。

図１は、本実施形態に係るＸ線診断装置１のブロック図である。図１に示すようにＸ線診断装置１は、撮影機構１０と画像処理装置２０とを有する。図２は、撮影機構１０の斜視図である。図２に示すように、撮影機構１０は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１３とを搭載するＣアーム１５を有する。Ｘ線管１１は、高電圧発生装置（図示せず）から高電圧が印加されることによりＸ線を発生する。Ｘ線検出器１３は、Ｘ線管１１から発生され被検体を透過するＸ線を検出する。Ｘ線検出器１３は、マトリクス状に配置された複数の半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）で構成される。なおＦＰＤに代えて、Ｘ線検出器１３は、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせから構成されてもよい。

Ｃアーム１５は、被検体に対する撮影角度を自由に変更できるように、ＸＹＺ直交３軸各々に関して矢印Ａ，Ｂ，Ｃに回転可能に支持部１７によって支持される。典型的には、撮影角度は、ＸＹＺ直交３軸に対する撮影軸の交差角として定義される。撮影軸は、Ｘ線管１１のＸ線焦点からＸ線検出器１３の検出面中心を通る直線として定義される。典型的には、Ｚ軸は、被検体の体軸に略一致するものとして定義される。そして、Ｚ軸に対して撮影軸に一致するＹ軸とＸ軸とは、アイソセンタ（撮影不動点）で交差する。Ｃアーム１５には、駆動部１９が接続される。駆動部１９は、制御部５２からの制御信号に応じた駆動信号をＣアーム１５に供給し、Ｃアーム１５を駆動信号に応じた撮影角度に移動する。換言すれば、駆動部１９は、所定の撮影角度に関するＸ線画像のデータを発生するようにＣアーム１５を移動制御する。

画像処理装置２０は、Ａ／Ｄ変換部２２、インタフェース部２４、抽出部２６、観察画像発生部２８、領域同定部３０、ロードマップ画像発生部３２、位置ずれ量計算部３４、画像合成部３６、フィルタリング部３８、アフィン変換部４０、ＬＵＴ部４２、Ｄ／Ａ変換部４４、表示部４６、記憶部４８、入力部５０、及び制御部５２を有する。

Ａ／Ｄ変換部２２は、Ｘ線検出器１３に接続されている。Ａ／Ｄ変換部２２は、Ｘ線検出器１３から出力される画像信号をデジタル化し、Ｘ線画像のデータを発生する。なお、実時間で発生されるＸ線画像は、ライブ画像と呼ばれている。ライブ画像のデータは、記憶部４８に記憶される。

インタフェース部２４は、ＬＡＮ（local area network）等のネットワークに接続される。ネットワークには他のＸ線診断装置１００やＸ線コンピュータ断層撮影装置２００、磁気共鳴イメージング装置３００、画像サーバ４００が接続されている。インタフェース部２４は、Ｘ線診断装置１００やＸ線コンピュータ断層撮影装置２００、磁気共鳴イメージング装置３００、画像サーバ４００から３次元血管画像のデータをロードする。３次元血管画像は、造影された血管領域が含まれる３次元血管画像である。３次元血管画像のデータは、ボリュームデータとして扱う。なお、ネットワークに接続されるモダリティは、上記のみに限定されない。例えば、ネットワークにＳＰＥＣＴ（single photon emission computed tomography）やＰＥＴ（positron emission tomography）等の核医学診断装置が接続されていてもよい。インタフェース部２４は、ネットワークに接続されたこれら装置１００．２００、３００、４００とデータ通信する。ロードされた３次元血管画像のデータは、記憶部４８に記憶される。

３次元血管画像には様々な種類がある。例えば、Ｘ線診断装置により発生され、造影剤により血管が強調された３次元ＤＡ（デジタルアンギオ）画像である。他の３次元画像は、抽出された血管領域に関する３次元ＤＳＡ（デジタルサブトラクションアンギオ）画像等がある。さらに他の３次元血管画像としては、ＣＴＡ（ＣＴアンギオ）画像やＭＲＡ（ＭＲアンギオ）画像がある。

抽出部２６は、３次元ＤＡ画像や、ＣＴＡ画像、ＭＲＡ画像から血管領域を抽出する。血管領域を抽出することにより血管領域のみを含む３次元血管画像のデータが発生される。抽出方法としては、例えば、閾値処理による方法、始点を指定してリージョングローイングする方法等がある。抽出処理の履歴（同じ抽出処理が再現するための情報）は、記憶部４８に記憶される。また、抽出部２６は、位置ずれ量の計算のために、解剖学的な不動点、例えば骨領域を抽出する。

観察画像発生部２８は、３次元血管画像のデータを３次元画像処理し、合成するマーカが描出されたＸ線画像の撮影角度に略一致する観察角度に関する２次元の観察画像のデータを発生する。発生された観察画像には、血管領域が描出されている。また、観察画像発生部２８は、任意の観察角度に関する観察画像のデータを発生することも可能である。発生された観察画像のデータは、記憶部４８に記憶される。

領域同定部３０は、観察画像上に入力部５０を介して指定された関心領域（ＲＯＩ：region of interest）に対応する３次元画像上でのＲＯＩを同定する。３次元画像上でのＲＯＩの位置情報は、記憶部４８に記憶される。

位置ずれ量計算部３４は、撮影機構１０により所定の撮影角度で収集されたライブ画像と、この撮影角度に略一致する観察角度で３次元画像処理されたことにより発生された観察画像との解剖学的な位置ずれ量を計算する。具体的には、位置ずれ量計算部３４は、抽出部により３次元血管画像から抽出された骨領域とライブ画像上の骨領域との位置ずれ量を計算する。計算された位置ずれ量は、ライブ画像と３次元血管画像から発生された観察画像との位置ずれ量に利用される。

画像合成部３６は、計算された位置ずれ量に従ってライブ画像とロードマップ画像との解剖学的な位置が一致するように、ライブ画像とロードマップ画像と位置整合して合成する。

フィルタリング部３８は、ライブ画像や観察画像等に高周波強調フィルタリングを行なう。アフィン変換部４０は、ライブ画像や観察画像を画像拡大や移動するためにアフィン変換を行なう。ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）部４２は、ライブ画像や観察画像に階調変換を行なう。

Ｄ／Ａ変換部４４は、表示部４６に接続されている。Ｄ／Ａ変換部４４は、種々の画像のデータをアナログ化して、表示部４６を駆動させるために画像信号を得る。表示部４６は、Ｄ／Ａ変換部４４から出力される画像信号が表す画像を表示デバイスに表示する。表示デバイスとしては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示デバイスが適宜利用可能である。

記憶部４８は、３次元血管画像、観察画像、及びライブ画像のデータを記憶する。また、記憶部４８は、３次元ロードマップ情報として、血管抽出処理の履歴に関する情報、及び３次元血管画像内での注目領域の位置情報を記憶する。

入力部５０は、キーボードやマウス等の既知の入力デバイスを有する。入力部は、ユーザからの種々の指示を入力する。具体的には、入力部は、注目領域を観察画像上で指定したりする。

制御部５２は、Ｘ線画像の撮影（透視）のようなＸ線診断装置１が一般的に備える各種の動作を実現するように各部を制御する。また、制御部５２は、本実施形態に特有な、ロードマップ画像と観察画像との合成表示処理を制御する。

次に、制御部５２の制御のもとに行われるロードマップ画像と観察画像との合成表示処理の処理手順を、動静脈奇形の治療に関するカテーテル術の状況のもとで説明する。図２は、合成表示処理の流れを示す図である。

なお、動静脈奇形とは、動脈と静脈とが毛細血管を介さずに直接吻口されたものをいう。吻合部は、複雑に絡み合っている異常な血管の集団である。この吻合部は、ナイダスと呼ばれている。すなわち、動静脈奇形は、ナイダスとそれに対する大量の流入血管及び流出血管とから構成されている。動静脈奇形の治療は、例えば、塞栓術により行なわれる。塞栓術においてユーザ（医師や技師）は、ライブ画像を観察しながらナイダスの直前までカテーテルを導き、ナイダスに塞栓物質を注入する。これにより、ナイダスへの血流が遮断される。

（ステップＳ１）まず、ライブ画像収集前において、ユーザにより３次元ロードマップボタンが押されると、制御部５２は、ライブ画像に重ね合わせる画像を選択するための画面を表示部４６に表示する。選択画面が表示部に表示されるとユーザは、入力部５０を介して選択画面上で、重ね合わせる３次元血管画像を選択する。３次元血管画像は、動静脈奇形を発症している被検体に関するものであるとする。３次元血管画像は、３次元ＤＳＡ画像、３次元ＤＡ画像、ＣＴＡ画像、ＭＲＡ画像等がある。選択された３次元血管画像は、記憶部４８から読み出される。読み出された３次元血管画像のデータは、抽出部２６に送信される。

（ステップＳ２）抽出部２６に送信された３次元血管画像には、抽出部２６により閾値処理やリージョングローイング処理等の既存の抽出処理がなされる。この抽出処理により３次元血管画像から血管領域が抽出される。これにより血管領域のみを含む３次元血管画像のデータが発生される。発生された血管領域のみを含む３次元血管画像のデータは、観察画像発生部２８に送信される。なお、ステップＳ１において３次元血管画像として３次元ＤＳＡ画像が選択された場合、ステップＳ２は不要である。すなわち。ステップＳ１において読み出された３次元ＤＳＡ画像（３次元血管画像）のデータは、抽出部２６ではなく、観察画像発生部２８に送信される。

（ステップＳ３）観察画像発生部２８に送信された３次元血管画像には、観察画像発生部２８により３次元画像処理がなされる。３次元画像処理としては、最大値投影処理、最小値投影処理、平均値投影処理等の画素値投影処理だけでなく、ＭＰＲ処理やボリュームレンダリング処理、サーフェスレンダリング処理等が採用される。この３次元画像処理により所定の観察角度に関する２次元の観察画像のデータが発生される。所定の観察角度とは、注目領域を同定するのに適切な観察角度である。発生された観察画像のデータは、制御部５２によりＤ／Ａ変換部４４に送信される。観察画像には、造影剤により強調された血管領域が含まれている。この血管領域には、ナイダスに関するナイダス領域と、ナイダスに接続する流入血管に関する流入血管領域と、流出血管に関する流出血管領域とが含まれる。

（ステップＳ４）Ｄ／Ａ変換部４４に送信された観察画像のデータは、Ｄ／Ａ変換部４４によりデジタル化され、表示部４６により表示される。観察画像の表示中において制御部５２は、３次元血管画像上の注目領域の位置を同定するために、ユーザにより入力部５０を介して注目点が指定されることを待機している。例えば、観察画像に描出されている血管領域上の始点と終点とが、マウス等により指定される。始点と終点とは、例えば、カテーテルやガイドワイヤを注入しようとしている血管領域上の両端点に指定される。指定された始点と終点との位置情報は、制御部５２により領域同定部３０に送信される。

（ステップＳ５）領域同定部３０に送信された始点と終点との位置情報は、領域同定部３０による注目領域の同定処理に用いられる。同定処理は、具体的には、以下のように行なわれる。まず、領域同定部３０は、観察画像の表示面上の始点を通る、３次元画像処理における投影軌跡（レイ）を算出する。算出される投影軌跡は、表示されている（注目領域の指定が行なわれた）観察画像に対して行なわれた３次元画像処理における投影軌跡である。次に、領域同定部３０は、３次元血管画像において、算出した投影軌跡を通り、血管領域が有するボクセル値以上のボクセル値を有するボクセルを特定する。特定されたボクセルは、始点に対応する。終点に対しても同様の処理を行い、領域同定部３０は、終点に対応するボクセルを特定する。始点に対応するボクセルと終点に対応ボクセルとが特定されると領域同定部３０は、始点に対応するボクセルから終点に対応するボクセルまで血管領域をトラッキングする。トラッキングにより始点から終点までの血管領域、すなわち注目領域が決定される。

（ステップＳ６）入力部５０等に設けられたセーブボタンがユーザにより押されることを契機として、同定された注目領域に関する位置情報は、記憶部４８に３次元ロードマップ情報として記憶される。３次元ロードマップ情報は、観察画像に由来する３次元血管画像のデータや、血管抽出処理の履歴に関する情報、３次元血管画像内での注目領域の位置情報を含む。３次元ロードマップ情報は、一意に特定可能な識別番号と関連付けて記憶される。

なお、セーブ完了後、次に３次元ロードマップ表示を実施しない場合、入力部５０に設けられた３次元ロードマップＯＦＦボタンがユーザにより押されることを契機として、制御部５２は、一旦表示処理を中断してもよい。

（ステップＳ７）３次元ロードマップ情報の記憶が完了すると、制御部５２は、ユーザにより入力部５０を介してライブ画像の収集開始指示がなされることを待機している。

（ステップＳ８）ライブ画像の収集開始指示がなされると制御部５２は、撮影機構１０を制御してライブ画像のデータを収集する。ライブ画像の収集は、カテーテル術（塞栓術）中に行なわれる。そのため、ライブ画像には、カテーテルやガイドワイヤが描出されている。収集されたライブ画像のデータは、記憶部４８に記憶される。また、収集されたライブ画像のデータは、制御部５２によりロードマップ画像発生部３２に送信される。

ライブ画像の収集が始まり、３次元ロードマップが必要になった時、ユーザは、入力部５０に設けられた、又は、画面上に表示された３次元ロードマップボタンを押す。制御部５２は、３次元ロードマップボタンが押されたことを契機として、３次元ロードマップ情報を選択するための選択画面を表示部４６に表示する。ユーザは、入力部５０を介して選択画面上で３次元ロードマップ情報を選択する。選択された３次元ロードマップ情報は、記憶部４８から読み出され、制御部５２により抽出部２６に送信される。抽出部２６は、送信された３次元ロードマップ情報の抽出処理の履歴情報に基づいて、３次元血管画像に含まれる血管領域以外の領域のボクセル値をゼロ値に置き換える。この処理により、血管領域のみが含まれる３次元血管画像のデータが再び発生される。発生された３次元血管画像のデータと３次元ロードマップ情報とは、制御部５２によりロードマップ画像発生部３２に送信される。

（ステップＳ９）ロードマップ画像発生部３２に送信された観察画像と３次元ロードマップ情報とは、ロードマップ画像発生部３２によるロードマップ画像発生処理に用いられる。ロードマップ画像発生部３２は、３次元ロードマップ情報のうちの注目領域の位置情報に基づいて、観察画像上の注目領域の位置と注目領域以外の非注目領域とを特定する。そしてロードマップ画像発生部３２は、特定された注目領域と非注目領域とで異なる画像処理を施し、注目領域の表示態様と非注目領域の表示態様とが異なる観察画像、すなわちロードマップ画像のデータを発生する。発生されるロードマップ画像の観察角度は、ライブ画像収集中におけるＣアーム１５の撮影角度に略一致している。発生されたロードマップ画像のデータは、制御部５２により画像合成部３６に送信される。

表示態様とは、透明度や色、輝度のことである。表示態様の一例としては、例えば、注目領域の透明度は、非注目領域の透明度に比して高く設定される。また、注目領域の色は、目立つ色、例えば赤に設定され、非注目領域の色は、目立たない色、例えば青に設定されてもよい。注目領域と非注目領域とを同じ色に設定した場合、注目領域の輝度は、非注目領域の輝度に比して高く設定される。

また、注目領域の境界の表示態様と非注目領域の境界の表示態様とを異ならせてもよい。具体的には、注目領域の境界の透明度や色、輝度と非注目領域の透明度や色、輝度とが異なるように設定される。また、注目領域の境界を実線に設定し、非注目領域の境界を点線や破線に設定してもよい。

（ステップＳ１０）画像合成部３６に送信されたロードマップ画像とライブ画像とは、解剖学的な位置が略一致するように、予め位置ずれ量計算部３４により算出された位置ずれ量に従って位置整合して合成される。これにより合成画像のデータが発生される。合成画像は、Ｄ／Ａ変換部４４によりデジタル化され、表示部４６に表示される。

図４は、ロードマップ画像とライブ画像との合成表示の一例を示す図である。図４に示すように、合成画像６０は、ロードマップ画像に由来する血管領域とライブ画像に由来するガイドワイヤ領域６２（カテーテル領域を含んでいてもよい）とを含む。血管領域は、注目領域６４と非注目領域６６とを含んでいる。注目領域６４は、全血管領域のうちの注目血管領域６７とナイダス領域６８とに設定されている。この注目領域６４の境界は、実線で表示されている。一方、非注目領域６６の境界は、点線で表示されている。このように、注目領域６４と非注目領域６６とが異なる表示態様で表示されることにより、ユーザは、カテーテルが目的の血管に入ったのか、それとも別の血管に入ってしまったのかを容易に判断できる。

ライブ画像収集中、Ｃアーム１５の撮影角度が変更される場合がある。このように撮影角度が変更された場合、変更後の撮影角度に略一致するロードマップ画像のデータが発生され、ロードマップ画像とライブ画像とが表示部４６に合成表示される。このようにＣアーム１５の撮影角度が変更された場合にも、変更後の撮影角度に応じたロードマップ画像とライブ画像とを合成表示することができる。

かくして本実施形態によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を可能とするＸ線診断装置１を提供することが可能となる。

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。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。

以上本発明によれば、カテーテル手技における手技効率の向上を可能とするＸ線診断装置の提供を実現することができる。

１…Ｘ線診断装置、１０…撮影機構、１１…Ｘ線管、１３…Ｘ線検出器、１５…Ｃアーム、１７…支持部、１９…駆動部、２０…画像処理装置、２２…Ａ／Ｄ変換部、２４…インタフェース部、２６…抽出部、２８…観察画像発生部、３０…領域同定部、３２…ロードマップ画像発生部、３４…位置ずれ量計算部、３６…画像合成部、３８…フィルタリング部、４０…アフィン変換部、４２…ＬＵＴ部、４４…Ｄ／Ａ変換部、４６…表示部、４８…記憶部、５０…入力部、５２…制御部

Claims

被検体の血管領域に関する３次元血管画像のデータと前記３次元血管画像上における注目領域の位置情報とを記憶する記憶部と、
前記３次元血管画像に基づいて所定の観察角度に関する観察画像のデータを発生する観察画像発生部と、
前記発生された観察画像上における前記注目領域の表示態様と前記注目領域以外の領域の表示態様とが異なるロードマップ画像のデータを前記観察画像のデータから発生するロードマップ画像発生部と、
前記所定の観察角度に略一致する撮影角度に関する前記被検体のＸ線画像のデータを発生するためにアーム機構部を制御する撮影部と、
前記Ｘ線画像と前記ロードマップ画像とを合成表示する表示部と、
を具備するＸ線診断装置。
前記３次元血管画像上における前記注目領域をユーザからの指示に従って同定する同定部をさらに備える、請求項１記載のＸ線診断装置。
前記ロードマップ画像は、前記注目領域と前記注目領域以外の領域との表示色、透過度、及び輝度の少なくとも１つが異なる、請求項１記載のＸ線診断装置。
前記ロードマップ画像は、前記注目領域の境界と前記注目領域以外の領域の境界との表示態様が異なる、請求項１記載のＸ線診断装置。
前記Ｘ線画像と前記ロードマップ画像との位置ずれ量を計算する計算部をさらに備え、
前記表示部は、前記計算された位置ずれ量に従って位置整合された前記Ｘ線画像と前記ロードマップ画像とを合成表示する、請求項１記載のＸ線診断装置。