JP2010246600A - X線装置及びキャリブレーション方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】C型のアームに対する回転座標系とX線検出器の出力から取得されるX線透過画像中の座標系との間の位置ずれを最小にすること。
【解決手段】X線管球とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸のうち1つの回転軸を回転させてX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ1つの回転軸とは別の回転軸を回転させて少なくとも1方向でのX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、鋼球の位置データを仮想原点を中心に別の回転軸を回転させたときに収集された投影データに基づく画像の方向に投影し、この投影する仮想座標系の位置を更新し、投影データと別の回転軸を回転させて収集した投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで仮想座標系を更新する。
【選択図】図1
【解決手段】X線管球とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸のうち1つの回転軸を回転させてX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ1つの回転軸とは別の回転軸を回転させて少なくとも1方向でのX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、鋼球の位置データを仮想原点を中心に別の回転軸を回転させたときに収集された投影データに基づく画像の方向に投影し、この投影する仮想座標系の位置を更新し、投影データと別の回転軸を回転させて収集した投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで仮想座標系を更新する。
【選択図】図1
Description
本発明は、造影剤を流して撮影した画像とX線透視画像とを重ね合わせて表示するロードマップ(Roadmap)機能を有するX線装置及びキャリブレーション方法に関する。
インターべンションや血管造影検査においては、カテーテルを被検体である例えば患者の足の付け根付近から血管内に挿入し、このカテーテルを血管内に進めて目的の部位まで持っていく。このカテーテル若しくはカテーテル内に通したガイドワイヤーを目的の部位まで進める際には、X線画像の透視下で行う。ところが、X線画像では、造影剤などで血管像を強調しない限り血管を見ることは出来ない。血管を見えるようにするために造影剤を流し続けると、腎機能に障害が起きかねない。
このような実情からX線診断装置等のX線装置には、ロードマップ機能というものがある。このロードマップ機能は、一度血管内に造影剤を注入して撮影を行ってコントラスト画像を記憶しておき、インターべンションや血管造影検査を行うときに、血管内に造影剤を注入して撮影したコントラスト画像とX線透視画像(マスク像)とを重ね合わせて表示する。このロードマップ機能は、インターべンションや血管造影検査を行うときに、血管内に造影剤を注入しなくても血管の位置がある程度判別することができるので、特に血管構造が複雑でカテーテル、ガイドワイヤーが血管内に入り難い場合に良く使用される。
ところが、ロードマップ機能は、患者が載置する寝台を移動する、患者に対する観察方向を変えるためにX線源及びX線検出器を設けたCアーム等の支持機構を回転する、患者が身動きする等で少しの動きなどが発生すると、その度にロードマップ画像を作成し直さなければならない。頻繁なロードマップ画像の作成し直しは、インターべンションや血管造影検査時間の増加と使用する造影剤量の増加を招く。
このような問題を解決するために3D(3次元)ロードマップがある。この3Dロードマップは、3D血管画像を用いてロードマップ画像を作成し、このロードマップ画像にX線透視画像(マスク像)を重ねるもので、血管内に注入する造影剤の低減、検査時間の短縮に効果があると期待される。
このような問題を解決するために3D(3次元)ロードマップがある。この3Dロードマップは、3D血管画像を用いてロードマップ画像を作成し、このロードマップ画像にX線透視画像(マスク像)を重ねるもので、血管内に注入する造影剤の低減、検査時間の短縮に効果があると期待される。
ロードマップ機能は、上記の通り患者に対する観察方向(撮影角度)を変えるためにC型のアームを回転するが、このC型のアームの両端に設けられているX線管球とX線検出器との重みによって撓みが生じてしまう。このため、C型アームの回転中心を原点とする理想的なX線投影系と実際のX線投影系とに位置ずれが生じる。
3D画像を再構成するために、図4に示すように患者等の被検体1に対して第1斜位方向(RAO)と第2斜位方向(LAO)とにおいて透視画像と3D画像との位置関係は同定している。しかしながら、図5に示すように被検体1に対して頭部方向(CRA)と尾部方向(CAU)とにおいて透視画像と3D画像との位置関係を同定する機能がなく、3D再構成用とは異なる位置補正用のツールが必要となる。
本発明の目的は、C型のアームに対する回転座標系とX線検出器の出力から取得されるX線透過画像中の座標系との間の位置ずれを最小にすることができるX線装置及びキャリブレーション方法を提供することにある。
本発明の請求項1に記載のX線源とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸を有するX線装置は、各回転軸のうち1つの回転軸を回転させてX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ1つの回転軸とは別の回転軸を回転させて少なくとも1方向でのX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集するデータ収集部と、鋼球の位置データを仮想原点を中心にデータ収集部により別の回転軸を回転させたときに収集された投影データに基づく画像の方向に投影する画像投影部と、画像投影部により投影する仮想座標系の位置を更新する座標系更新部と、画像投影部により投影された投影データと別の回転軸を回転させて収集した投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで座標系更新部による仮想座標系の更新を行うずれ検出部とを具備する。
本発明の請求項8に記載のX線装置のキャリブレーション方法は、X線源とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸のうち1つの回転軸を回転させてX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ1つの回転軸とは別の回転軸を回転させて少なくとも1方向でのX線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、鋼球の位置データを仮想原点を中心に別の回転軸を回転させたときに収集された投影データに基づく画像の方向に投影し、投影する仮想座標系の位置を更新し、投影データと別の回転軸を回転させて収集した投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで仮想座標系の更新を行う。
本発明によれば、C型のアームに対する回転座標系とX線検出器の出力から取得されるX線透過画像中の座標系との間の位置ずれを最小にすることができるX線装置及びキャリブレーション方法を提供できる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図1はX線装置の構成図を示し、図2はC型アームの斜視図を示す。C型のアーム1の両端部には、X線管球2と、X線検出器3とが設けられている。X線検出器3は、X線蛍光増倍管(I.I.:Image Intensifier)又は平面検出器(Flat Panel Detector:FPD)が用いられる。C型のアーム1は、少なくとも2軸、例えばX線管球2とX線検出器3との対峙する方向と同一方向の第1の軸X1を中心に回転すると共に、この第1の軸X1に対して直交する第2の軸X2を中心に回転し、かつC型のアーム1の長手方向と同一方向X3にスライド移動する。C型のアーム1には、駆動部4が設けられている。この駆動部4は、C型のアーム1を第1の軸X1を中心に回転し、この第1の軸X1に対して直交する第2の軸X2を中心に回転し、かつC型のアーム1の長手方向と同一方向にスライド移動させる。なお、C型のアーム1は、図示しない土台によって支持されている。又、X線管球2とX線検出器3との間には、患者等が載置されるテーブルが配置される。
図1はX線装置の構成図を示し、図2はC型アームの斜視図を示す。C型のアーム1の両端部には、X線管球2と、X線検出器3とが設けられている。X線検出器3は、X線蛍光増倍管(I.I.:Image Intensifier)又は平面検出器(Flat Panel Detector:FPD)が用いられる。C型のアーム1は、少なくとも2軸、例えばX線管球2とX線検出器3との対峙する方向と同一方向の第1の軸X1を中心に回転すると共に、この第1の軸X1に対して直交する第2の軸X2を中心に回転し、かつC型のアーム1の長手方向と同一方向X3にスライド移動する。C型のアーム1には、駆動部4が設けられている。この駆動部4は、C型のアーム1を第1の軸X1を中心に回転し、この第1の軸X1に対して直交する第2の軸X2を中心に回転し、かつC型のアーム1の長手方向と同一方向にスライド移動させる。なお、C型のアーム1は、図示しない土台によって支持されている。又、X線管球2とX線検出器3との間には、患者等が載置されるテーブルが配置される。
画像処理装置5は、3D血管画像を用いてロードマップ画像を作成し、このロードマップ画像にX線透視画像(マスク像)を重ねた3Dロードマップを取得する。この画像処理装置5は、A/D変換器6と、2D(2次元)画像メモリ7と、フィルタリング部8と、アフィン変換部9と、ルックアップテーブル(LUT:Look Up Table)10と、3D画像メモリ11と、三次元再構成部12と、サブトラクション部13と、画像投影部14と、ずれ検出部15と、座標系更新部16と、ボリュームレンダリング画像作成部17と、画像合成部18とを有する。又、画像処理装置5には、D/A変換器19を介してX線画像用モニタ20が接続されている。
A/D変換器6は、X線検出器3の出力信号をディジタル変換する。
2D画像メモリ7は、A/D変換器6によりディジタル変換されたX線検出器3の出力信号をX線画像データとして記憶する。このX線画像データは、例えば血管内に造影剤を注入して撮影を行ったときのコントラスト画像と、血管内に造影剤を注入しないで撮影を行ったときのX線透視画像(マスク像)とが含まれる。
なお、C型アーム1は、支持部の土台に設けられたモータ(図示せず)によって、図2に示すように第2の軸X2を中心に高速に回転することができる。先ず、目的の主要血管が、全ての方向で視野内に入るように、寝台の位置、高さ、又はC型アーム1の位置の何れか1つ、若しくは組み合わせて調整される。その後、回転により患者に危険がないかどうかを確認した上で、投影データが撮影される。
2D画像メモリ7は、A/D変換器6によりディジタル変換されたX線検出器3の出力信号をX線画像データとして記憶する。このX線画像データは、例えば血管内に造影剤を注入して撮影を行ったときのコントラスト画像と、血管内に造影剤を注入しないで撮影を行ったときのX線透視画像(マスク像)とが含まれる。
なお、C型アーム1は、支持部の土台に設けられたモータ(図示せず)によって、図2に示すように第2の軸X2を中心に高速に回転することができる。先ず、目的の主要血管が、全ての方向で視野内に入るように、寝台の位置、高さ、又はC型アーム1の位置の何れか1つ、若しくは組み合わせて調整される。その後、回転により患者に危険がないかどうかを確認した上で、投影データが撮影される。
この投影データの収集は、造影剤注入前と注入後の2回行われる。造影剤注入前に、秒間50度でC型アーム1がプロペラのように回転されつつ、例えば1度間隔で撮影が行われる。これにより収集された200フレームの回転画像は、A/D変換器6によりデジタル信号に変換された後、2D画像メモリ7に記億される。その後、C型アーム1が高速で最初の回転開始位置まで戻される。
フィルタリング部8は、高周波強調フィルタリングなどを行う。
アフィン変換部9は、画像拡大・移動などを行う。
LUT10は、階調変換を行う。
3D画像メモリ11は、三次元(3D)血管画像データなどを記憶する。
LUT10は、階調変換を行う。
3D画像メモリ11は、三次元(3D)血管画像データなどを記憶する。
三次元再構成部12は、C型のアーム1を第1の軸X1又は第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されて2D画像メモリ7に記憶されたX線画像データを元に三次元(3D)再構成を行って3D血管画像データを取得する。
サブトラクション部13は、X線透視画像(マスク像)からコントラスト画像の差分を演算して血管のみを抽出した像すなわちサブトラクション画像データを取得する。
画像投影部14は、3D血管画像データを仮想座標系を元に投影する。
サブトラクション部13は、X線透視画像(マスク像)からコントラスト画像の差分を演算して血管のみを抽出した像すなわちサブトラクション画像データを取得する。
画像投影部14は、3D血管画像データを仮想座標系を元に投影する。
ずれ検出部15は、画像投影部14により投影された投影画像データとC型のアーム1を例えば第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されたX線画像データとを比較してずれ量を検出する。このずれ検出部15は、座標系更新部16によって更新される画像投影部14での各仮想座標系毎にずれ量を検出し、当該ずれ量が予め設定された閾値よりも小さくなるまでずれ量を検出する。
座標系更新部16は、上記の如く画像投影部14により投影する仮想座標系の位置を更新する。仮想座標系の位置の更新は、例えばずれ検出部15により検出されるずれ量が閾値よりも小さくなる方向に仮想座標系を移動する。ずれ量が閾値よりも小さくなる方向は、例えば現在のずれ量と新しい仮座標系のずれ量とを比較し、現在よりも新しい仮座標系のずれ量が小さくなる方向である。
ボリュームレンダリング画像作成部17は、3D血管ボリュームレンダリング画像を作成する。
画像合成部18は、3D血管画像データとX線画像データとを合成する。
ボリュームレンダリング画像作成部17は、3D血管ボリュームレンダリング画像を作成する。
画像合成部18は、3D血管画像データとX線画像データとを合成する。
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
本装置は、据付時及び一定期間毎にキャリブレーション作業が行われる。このキャリブレーション作業では、3Dキャリブレーション用のファントムを使用し、通常の再構成用のキャリブレーションをC型アーム1を回転させながら収集すると同時に、C型のアーム1をCRAとCAUとの方向に移動しながら数ポイントで撮影を行う。
本装置は、据付時及び一定期間毎にキャリブレーション作業が行われる。このキャリブレーション作業では、3Dキャリブレーション用のファントムを使用し、通常の再構成用のキャリブレーションをC型アーム1を回転させながら収集すると同時に、C型のアーム1をCRAとCAUとの方向に移動しながら数ポイントで撮影を行う。
次に、キャリブレーション作業では、3Dキャリブレーション用のファントムの鋼球位置を、機械情報によって決まる仮想座標系に基づいて作成される投影画像データとX線画像データとの位置ずれを検出し、この位置ずれが最小となる仮想座標系を組み合わせを同定することにより回転座標系としてのC型のアーム1の第1及び第2の軸X1、X2とX線画像データ上の座標系との位置合わせを行う。このような位置合わせは、キャリブレーション作業の中でメインに実施される。なお、3Dキャリブレーション用のファントムは、例えば特開2001−149363号公報に開示されているようなファントムを使用する。このファントムは、例えばその断面が円形で内部が中空の筒状構造物と、その表面に複数の指標が備えられているX線キャリブレーションファントムであって、筒状構造物の軸方向に関し、その中間部における断面径が両軸端部における断面径に比べて小さく構成されている。又、このファントムは、例えばその断面が円形で内部が中空の筒状構造物と、その表面に複数の指標が備えられているX線キャリブレーションファントムであって、筒状構造物の軸方向に関し、その中間部における断面径が両軸端部における断面径に比べて小さく構成されており、かつ筒状構造物における任意の断面を軸方向より臨んだ際に見られる円周に関し、該円周上で見られる一群の指標は、当該円周上で均等に存在するとともに、該一群の指標は筒状構造物の軸方向においては所定の間隔を以て分散配列されている。
具体的に図3に示すキャリブレーションフローチャートに従って説明する。
先ず、キャリブレーション作業中、3Dキャリブレーション用のファントムの投影データが収集される(ステップ#1)。この投影データの収集では、先ず、3Dキャリブレーション用のファントムがテーブル上に記載される。この状態で、C型のアーム1は、駆動部4によって予め設定された方向でかつ一定の速度で回転する。例えばC型のアーム1は、第2の軸X2を中心に一定の速度で200度を回転する(プロペラ回転)。これにより、X線管球2とX線検出器3とは、対峙した状態で3Dキャリブレーション用のファントムの周囲を回転移動する。
先ず、キャリブレーション作業中、3Dキャリブレーション用のファントムの投影データが収集される(ステップ#1)。この投影データの収集では、先ず、3Dキャリブレーション用のファントムがテーブル上に記載される。この状態で、C型のアーム1は、駆動部4によって予め設定された方向でかつ一定の速度で回転する。例えばC型のアーム1は、第2の軸X2を中心に一定の速度で200度を回転する(プロペラ回転)。これにより、X線管球2とX線検出器3とは、対峙した状態で3Dキャリブレーション用のファントムの周囲を回転移動する。
これらX線管球2及びX線検出器3の回転移動中に、X線管球2は、X線を放射する。X線管球2からのX線放射は、例えばX線管球2及びX線検出器3が1度回転する毎に行われる。X線検出器3は、上記1度回転する毎に、3Dキャリブレーション用のファントム等を透過したX線を検出する。このX線検出器3の出力信号は、A/D変換器6によりディジタル変換され、投影データとして2D画像メモリ7に記憶される。これにより、2D画像メモリ7には、例えば200フレームの投影データが記憶される。
次に、2D画像メモリ7に記憶された投影データを元に再構成空間である三次元画像から投影画像への投影マトリックスを同定する(ステップ#2)。
次に、投影マトリックスが同定されたら、当該同定された投影マトリックスを元に回転軸、例えばC型のアーム1の第2の軸X2を同定する(ステップ#3)。この同定方法は、投影マトリックスから直接導出する方法と、仮想的に発生させた投影データを再構成し、この再構成画像から間接的に同定する方法とがある。
次に、投影マトリックスが同定されたら、当該同定された投影マトリックスを元に回転軸、例えばC型のアーム1の第2の軸X2を同定する(ステップ#3)。この同定方法は、投影マトリックスから直接導出する方法と、仮想的に発生させた投影データを再構成し、この再構成画像から間接的に同定する方法とがある。
次に、2D画像メモリ7に記憶されている投影データは、三次元再構成部12に送られる。この三次元再構成部12は、2D画像メモリ7からの投影データを元に3D再構成を行って三次元のボリューム画像データ(3Dボリューム画像データ)を構築する(ステップ#4)。この3D再構成の方法は、その一例としてFeldkamp等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法がある。このフィルタードバックプロジェクション法は、例えば200フレームの投影データに対して例えばShepp&LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルターをかける。
次に、三次元再構成部12は、逆投影演算を行うことにより再構成画像データを得る。この三次元再構成部12によって取得された再構成画像データは、3D画像メモリ11に保管される。ここで、再構成領域は、X線管球2の全方向へのX線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばX線検出器3の1検出素子の幅に投影される再構成領域の中心部での長さdで3次元的に離散化され、この離散点のデータの再構成像を得る必要がある。ここでは、離散間隔の1例について説明したが、これは各種装置やメーカーによって違うこともあるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。
次に、3Dキャリブレーション用のファントムは、テーブル上から移動することなく、C型のアーム1をプロペラ回転する第2の軸X2に対して垂直な第1の軸X1を中心にC型のアーム1は、予め設定された一定の角度だけ回転移動する。C型のアーム1が第1の軸X1を中心に一定の角度だけ回転移動した後、X線管球2からX線が放射される。X線検出器3は、3D再構成用のファントムを透過したX線を検出する。このX線検出器3の出力信号は、A/D変換器6によりディジタル変換され、投影データとして2D画像メモリ7に記憶される(ステップ#5)。
ここで、C型のアーム1を一定の角度だけ回転移動して3Dキャリブレーション用のファントムの投影データを収集するのは、C型のアーム1を一定の角度ずらした少なくとも1回行われる。C型のアーム1が第1の軸X1を中心に一定の角度だけ回転移動して投影データを収集し、さらにC型のアーム1を第1の軸X1を中心に一定の角度だけ回転移動して投影データを収集することを繰り返してもよい。例えば、C型のアーム1を第1の軸X1を中心に一定の角度だけ回転移動することにより、3Dキャリブレーション用のファントムに対して頭部方向(CRA)と尾部方向(CAU)とに移動しながら数ポイントで投影データを収集する。
次に、C型のアーム1を回転させたときの中心点のうち3Dボリューム画像データの中心から最も近い点を原点とする三次元座標系を仮定する(ステップ#6)。
次に、画像投影部14は、3Dボリューム画像データの中心から最も近い点を原点と仮定したる三次元座標系に基づいて撮影したファントム画像の方向へ3Dボリューム画像データを投影する(ステップ#7)。この画像投影部14により投影された画像データは、C型のアーム1を第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されたX線画像データと共にずれ検出部15に送られる。
次に、画像投影部14は、3Dボリューム画像データの中心から最も近い点を原点と仮定したる三次元座標系に基づいて撮影したファントム画像の方向へ3Dボリューム画像データを投影する(ステップ#7)。この画像投影部14により投影された画像データは、C型のアーム1を第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されたX線画像データと共にずれ検出部15に送られる。
次に、ずれ検出部15は、画像投影部14により投影された投影画像データとC型のアーム1を第1の軸X1又は第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されたX線画像データとを比較してずれ量を検出する(ステップ#8)。すなわち、仮想三次元座標系に基づく投影と実際の投影との間に誤差があるため、当該位置ずれを検出する。
このずれ検出部15は、検出したずれ量と予め設定された閾値とを比較し、ずれ量が予め設定された閾値よりも小さいか否かを判断する(ステップ#9)。この判断の結果、ずれ量が予め設定された閾値よりも大きければ、座標系更新部16は、画像投影部14により投影する仮想座標系の位置を更新する。
再び、上記ステップ#6〜#8を繰り返し、ずれ検出部15は、画像投影部14により投影された投影画像データとC型のアーム1を第1の軸X1又は第2の軸X2を中心に回転させたときに収集されたX線画像データとを比較してずれ量を検出し、ステップ#9において、ずれ量が予め設定された閾値よりも小さいか否かを判断する。これ以降、ずれ量が予め設定された閾値よりも小さくなるまで、上記ステップ#6〜#9が繰り返される。
なお、仮想座標系の位置の更新は、例えばずれ検出部15により検出されるずれ量が閾値よりも小さくなる方向に仮想座標系を移動する。ずれ量が閾値よりも小さくなる方向は、例えば現在のずれ量と新しい座標系のずれ量とを比較し、現在よりも新しい座標系のずれ量が小さくなる方向である。
ずれ量が予め設定された閾値よりも小さくなると、更新された仮想座標系の原点及び座標軸をC型のアーム1に対応する三次元座標系として登録する。これにより、キャリブレーションは、完了する。
ずれ量が予め設定された閾値よりも小さくなると、更新された仮想座標系の原点及び座標軸をC型のアーム1に対応する三次元座標系として登録する。これにより、キャリブレーションは、完了する。
次に、インターべンション時若しくは治療時の動作について説明する。
インターべンション若しくは治療が開始され、カテーテルが血管内に挿入され、当該カテーテルが目的の位置、例えば頭部の血管にまで挿入される。カテーテルの挿入の過程で目的の分岐部にカテーテルを挿入することが難しい場合がある。このような場合、分岐部の形状を把握し、カテーテルを容易に挿入できるように、3Dロードマップが使用される。
インターべンション若しくは治療が開始され、カテーテルが血管内に挿入され、当該カテーテルが目的の位置、例えば頭部の血管にまで挿入される。カテーテルの挿入の過程で目的の分岐部にカテーテルを挿入することが難しい場合がある。このような場合、分岐部の形状を把握し、カテーテルを容易に挿入できるように、3Dロードマップが使用される。
3Dロードマップの第一段階は、3D再構成のためのデータを撮影することである。
先ず、目的の主要血管が全ての方向で視野内に入るように寝台の位置、寝台の高さ、C型のアーム1の位置のうちいずれか1つ若しくは組み合わせて調整が行われる。この調整の後、C型のアーム1を回転させて寝台上に載置されている患者に影響がないかどうかを確認した上で、投影データを撮影する。
先ず、目的の主要血管が全ての方向で視野内に入るように寝台の位置、寝台の高さ、C型のアーム1の位置のうちいずれか1つ若しくは組み合わせて調整が行われる。この調整の後、C型のアーム1を回転させて寝台上に載置されている患者に影響がないかどうかを確認した上で、投影データを撮影する。
C型のアーム1は、土台に設けられたモーターによって高速にプロペラのように回転することが可能である。
投影データの収集は、血管内への造影剤の注入前と注入後との2回行う。
先ず、造影剤注入前に秒間50度でC型のアーム1をプロペラのように回転しながら例えば角度1度間隔で撮影を行う。C型のアーム1の回転と共にX線管球2及びX線検出器3が回転移動する。これらX線管球2及びX線検出器3の回転移動中に、X線管球2は、1度回転する毎に、X線を放射する。X線検出器3は、上記1度回転する毎に、患者を透過したX線を検出する。このX線検出器3の出力信号は、A/D変換器6によりディジタル変換され、投影データとして2D画像メモリ7に記憶される。これにより、2D画像メモリ7には、造影剤注入前の例えば200フレームのX線透視画像(マスク像)データが記憶される。その後、C型のアーム1は、高速に最初の回転開始位置まで戻る。
投影データの収集は、血管内への造影剤の注入前と注入後との2回行う。
先ず、造影剤注入前に秒間50度でC型のアーム1をプロペラのように回転しながら例えば角度1度間隔で撮影を行う。C型のアーム1の回転と共にX線管球2及びX線検出器3が回転移動する。これらX線管球2及びX線検出器3の回転移動中に、X線管球2は、1度回転する毎に、X線を放射する。X線検出器3は、上記1度回転する毎に、患者を透過したX線を検出する。このX線検出器3の出力信号は、A/D変換器6によりディジタル変換され、投影データとして2D画像メモリ7に記憶される。これにより、2D画像メモリ7には、造影剤注入前の例えば200フレームのX線透視画像(マスク像)データが記憶される。その後、C型のアーム1は、高速に最初の回転開始位置まで戻る。
次に、血管内に造影剤が造影剤注入器(Injector)により注入される。造影剤を注入してから一定時間経過後、再度秒間50度でC型のアーム1を回転しながら1度間隔で撮影を行う。しかるに、X線検出器3は、上記1度回転する毎に、患者を透過したX線を検出する。このX線検出器3の出力信号は、A/D変換器6によりディジタル変換され、投影データとして2D画像メモリ7に記憶される。これにより、2D画像メモリ7には、造影剤注入後の例えば200フレームのコントラスト画像データが記憶される。この2D画像メモリ7にコントラスト画像データが蓄積されると、造影剤注入前の例えば200フレームのX線透視画像(マスク像)データと造影剤注入後の例えば200フレームのコントラスト画像データとがサブトラクション部13に転送される。
次に、サブトラクション部13は、造影剤注入前の例えば200フレームのX線透視画像(マスク像)データと造影剤注入後の例えば200フレームのコントラスト画像データと同一角度同士でサブトラクション(DAS:Digital Subtraction Angiography)を行う。すなわち、サブトラクション部13は、造影剤注入前の例えば200フレームのX線透視画像(マスク像)データから造影剤注入後の例えば200フレームのコントラスト画像データの自然対数を計算した後、差分を演算して血管のみを抽出した像すなわちサブトラクション画像データを取得する。このサブトラクション画像データは、三次元再構成部12に送られる。
次に、三次元再構成部12は、サブトラクション画像データを元に三次元(3D)再構成を行って三次元のボリューム画像を構築する。再構成方法の一例として例えばFeldkamp等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法について説明する。三次元再構成部12は、200フレームのサブトラクション画像データに対して例えばShepp&LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルターをかける。次に、三次元再構成部12は、逆投影演算を行うことにより再構成データ、すなわち3D血管画像データを得る。この3D血管画像データは、3D画像メモリ11に保管される。この3D血管画像データの作成が完了した時点で、3Dロードマップの準備が完了する。
ここで、再構成領域は、X線管球2の全方向へのX線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばX線検出器3の1検出素子の幅に投影される再構成領域の中心部での長さdで三次元的に離散化され、この離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但し、ここでは離散間隔の1例について説明したが、これは装置やメーカーによって違うこともあるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。なお、本実施の形態では、3Dキャリブレーション用のファントムの投影像を再構成し、その再構成画像を投影しているが、予め決められた鋼球位置を仮想座標系に基づいて投影してもよい。
3Dロードマップを表示したい時、操作者は、3Dロードマップボタンを押し操作する。このとき、X線画像用モニタには、X線画像の最終撮影画像が表示されている。3Dロードマップボタンが押し操作されると、3D画像メモリ11に保存されている3D血管画像データが読み出される。ここで、複数の3D血管画像データが3D画像メモリ11に保存されている場合、X線画像用モニタに複数の3D血管画像データをサムネイル表示し、これらサムネイル画像から目的の3D血管画像データを選択する。選択された3D血管画像データは、対応する投影データの内、2D画像メモリ7から正面方向の撮影データと側面方向の撮影データとを読み出し、X線画像用モニタ上に表示する。
次に、画像合成部18は、上記キャリブレーションにより同定した三次元座標系に基づいてC型のアーム1の回転角度によって観察されている方向と一致するように3Dボリュームレンダリング血管画像を作成する。
最後に、画像合成部18は、3Dボリュームレンダリング血管画像とX線検出器3からリアルタイムに収集されるX線画像(透視画像)とを合成し、X線画像用モニタ上に表示する。
最後に、画像合成部18は、3Dボリュームレンダリング血管画像とX線検出器3からリアルタイムに収集されるX線画像(透視画像)とを合成し、X線画像用モニタ上に表示する。
このように上記一実施の形態によれば、X線管球2とX線検出器3とを移動させる2軸以上の第1の軸X1、第2の軸X2のうち1つの回転軸を回転させてX線検出器3の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ1つの回転軸とは別の回転軸を回転させて少なくとも1方向でのX線検出器3の出力信号に基づいて投影データを収集し、このうち1つの回転軸を回転させたときに収集された投影データから三次元再構成部12により三次元再構成を行い、この三次元再構成された三次元画像データを画像投影部14により仮想原点を中心に別の回転軸を回転させたときに収集された投影データに基づく画像の方向に投影し、この投影する仮想座標系の位置を画像投影部14により更新し、ずれ検出部15により投影データと別の回転軸を回転させて収集した投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで仮想座標系を更新する。これにより、C型のアームに対する回転座標系とX線検出器の出力から取得されるX線透過画像中の座標系との間の位置ずれを最小にすることができ、3Dキャリブレーション用のファントムとは異なるファントムを必要とせず、精度の高い位置補正ができる。
インターべンション時若しくは治療時、患者に対する観察方向(撮影角度)を変えるためにC型のアームを回転するが、このC型のアームの両端に設けられているX線管球2とX線検出器3と重みによって実際のX線投影系とに位置ずれが生じるが、この位置ずれを小さくすることができる。なお、撓みをより精度高く補正するために、三次元座標系に基づく投影からのずれをたわみデータとして保管し、最も近い位置のたわみデータを参照してもよい。
更新された仮想座標系をC型のアーム1の三次元座標系として登録してキャリブレーションが完了した後、インターべンション時若しくは治療時に、3Dボリュームレンダリング血管画像とX線検出器3からリアルタイムに収集されるX線画像(透視画像)とを合成し、3DロードマップとしてX線画像用モニタ20上に表示できる。
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。
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。
上記一実施の形態では、回転軸を投影マトリックスから同定しているが、撮影する角度方向を2以上にし、三次元座標系を逐次近似法で同定しても良い。
1:C型のアーム、2:X線管球、3:X線検出器、4:駆動部、5:画像処理装置、6:A/D変換器、7:2D(2次元)画像メモリ、8:フィルタリング部、9:アフィン変換部、10:ルックアップテーブル(LUT)、11:3D画像メモリ、12:三次元再構成部、13:サブトラクション部、14:画像投影部、15:ずれ検出部、16:座標系更新部、17:ボリュームレンダリング画像作成部、18:画像合成部、X1:第1の軸、X2:第2の軸、19:D/A変換器、20:X線画像用モニタ。
Claims (8)
- X線源とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸を有するX線装置において、
前記各回転軸のうち1つの回転軸を回転させて前記X線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ前記1つの回転軸とは別の前記回転軸を回転させて少なくとも1方向での前記X線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集するデータ収集部と、
鋼球の位置データを仮想原点を中心に前記データ収集部により前記別の前記回転軸を回転させたときに収集された前記投影データに基づく画像の方向に投影する画像投影部と、
前記画像投影部により投影する仮想座標系の位置を更新する座標系更新部と、
前記画像投影部により投影された前記投影データと前記別の回転軸を回転させて収集した前記投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで前記座標系更新部による前記仮想座標系の更新を行うずれ検出部と、
を具備することを特徴とするX線装置。 - 前記データ収集部は、前記1つの回転軸とは別の前記回転軸を回転させて少なくとも1方向で前記投影データを収集するときに前記2軸以上の前記各回転軸を回転させて角度変更を行うことを特徴とする請求項1記載のX線装置。
- 前記ずれ検出部は、前記ずれ量が予め設定された閾値よりも小さくなるまで前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項1記載のX線装置。
- 前記データ収集部は、3Dキャリブレーション用のファントムを透過したX線量を検出して前記投影データを収集することを特徴とする請求項1記載のX線装置。
- 前記データ収集部は、前記キャリブレーション用のファントムに対して頭部方向(CRA)と尾部方向(CAU)とに移動しながら数ポイントで前記投影データを収集することを特徴とする請求項4記載のX線装置。
- 前記データ収集部は、前記1つの回転軸を180度以上回転させて前記X線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集することを特徴とする請求項1記載のX線装置。
- 前記データ収集部は、被検体に対して造影剤注入前に前記投影データを収集し、かつ前記被検体に対して造影剤注入後に前記投影データを収集し、
前記データ収集部により収集された前記造影剤注入前の前記投影データと前記造影剤注入後の前記投影データとの差分を演算してサブトラクション画像データを取得するサブトラクション部を備え、
前記三次元再構成部は、前記サブトラクション画像データを元に三次元再構成を行って三次元のボリューム画像を構築し、
前記ずれ量が最小になったときの前記仮想座標系に基づいて前記2軸以上の回転軸を回転させたときの回転角度によって観察されている方向と一致するように前記三次元のボリュームレンダリング画像を作成し、当該三次元のボリュームレンダリング画像とリアルタイムに取得される前記被検体の投影データとを合成し、三次元ロードマップとしてモニタ上に表示する画像合成部、
を備えることを特徴とする請求項1記載のX線装置。 - X線源とX線検出器とを移動させる2軸以上の回転軸のうち1つの回転軸を回転させて前記X線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、かつ前記1つの回転軸とは別の前記回転軸を回転させて少なくとも1方向での前記X線検出器の出力信号に基づいて投影データを収集し、
鋼球の位置データを仮想原点を中心に前記別の前記回転軸を回転させたときに収集された前記投影データに基づく画像の方向に投影し、
前記投影する仮想座標系の位置を更新し、
前記投影データと前記別の回転軸を回転させて収集した前記投影データとを比較してずれ量を検出し、当該ずれ量が最小になるまで前記仮想座標系の更新を行う、
ことを特徴とするX線装置のキャリブレーション方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009096182A JP2010246600A (ja) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | X線装置及びキャリブレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009096182A JP2010246600A (ja) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | X線装置及びキャリブレーション方法 |
Publications (1)
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Family
ID=43309683
Family Applications (1)
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JP2009096182A Withdrawn JP2010246600A (ja) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | X線装置及びキャリブレーション方法 |
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JP (1) | JP2010246600A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104257397A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-01-07 | 清华大学 | 基于层析成像的x光机与探测器几何位置关系的标定方法 |
KR20200025238A (ko) * | 2018-08-29 | 2020-03-10 | 한국전자통신연구원 | 영상 생성 장치, 영상 생성 장치를 포함하는 이미징 시스템 및 이미징 시스템의 동작 방법 |
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-
2009
- 2009-04-10 JP JP2009096182A patent/JP2010246600A/ja not_active Withdrawn
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