JP2014104140A - X-ray diagnostic apparatus - Google Patents

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宏章 中井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray diagnostic apparatus capable of displaying information related to a three-dimensional posture of a medical instrument being operated by an operator inside the body of a subject during an intravascular operation, etc.SOLUTION: An X-ray diagnostic apparatus 1 includes: a C arm; an X-ray tube arranged at one end of the C arm and exposing a subject to X-rays; an X-ray detector arranged at the other end of the C arm to face the X-ray tube and detecting the X-rays; first and second fluoroscopic image data acquisition units 78, 79 for performing X-ray imaging at respective view points including at least the first view point and the second view point by rotating the C arm, and acquiring first and second fluoroscopic image data; a two-dimensional geometric conversion processing unit 74 for performing image conversion processing with respect to the second fluoroscopic image data; a motion vector calculation unit 75 for calculating a motion vector between the first fluoroscopic image and the second fluoroscopic image after the image conversion processing; and a display device 39 for displaying an image corresponding to the motion vector during the displaying of continuous fluoroscopic images.

Description

本発明の実施形態は、X線診断装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an X-ray diagnostic apparatus.

X線診断装置は、被検体の体内を透過したX線の強弱を濃淡画像として表示する画像装置であり、その種類は、診断・治療等の目的に応じて種々のものが存在する。また、透過したX線像を可視化する手法には、大きく分けて2つの手法がある。   An X-ray diagnostic apparatus is an image apparatus that displays the intensity of X-rays transmitted through the body of a subject as a grayscale image, and there are various types depending on purposes such as diagnosis and treatment. There are roughly two methods for visualizing a transmitted X-ray image.

この2つの手法とは、透視を利用する手法と、撮影を利用する手法である。透視を利用する手法が適用されるX線診断装置では、収集したX線画像(透視画像)をテレビジョンのモニタにリアルタイムで表示することができ、即時性に優れている。他方、撮影を利用する手法が適用されるX線診断装置では、強度のX線照射によりフィルムに写し込まれたX線画像を、鮮鋭にかつ高い空間分解能で提供することが可能である。   These two methods are a method using fluoroscopy and a method using photographing. An X-ray diagnostic apparatus to which a technique using fluoroscopy is applied can display collected X-ray images (fluoroscopic images) on a television monitor in real time, and is excellent in immediacy. On the other hand, in an X-ray diagnostic apparatus to which a technique using imaging is applied, it is possible to provide an X-ray image captured on a film by intense X-ray irradiation with sharpness and high spatial resolution.

このような透視及び撮影が可能なX線診断装置では、Cアームを回転させながらDA(digital angiography)撮影を行なうことができる。また、X線診断装置によるDA撮影は、例えば、カテーテルを用いた治療(IVR;Interventional Radiology)をサポートする装置として利用されている。具体的には、X線診断装置によるDA撮影は、カテーテルなどの医療器具を血管内に挿入することにより行われる血管内治療または血管内手術において用いられている。   In such an X-ray diagnostic apparatus capable of fluoroscopy and imaging, DA (digital angiography) imaging can be performed while rotating the C-arm. In addition, DA imaging using an X-ray diagnostic apparatus is used as an apparatus that supports treatment using a catheter (IVR; Interventional Radiology), for example. Specifically, DA imaging by an X-ray diagnostic apparatus is used in endovascular treatment or intravascular surgery performed by inserting a medical instrument such as a catheter into a blood vessel.

そして、術者(医師など)は、血管内手術中に、術者が操作するカテーテルやワイヤ、ステントなどの医療器具が患者(被検体)の体内でどのような三次元的な姿勢(三次元的な位置)を取っているかについて適宜視認する必要がある。そこで、医療器具の三次元的な姿勢の視認方法として、複数の方法が考えられている。   The surgeon (such as a doctor) can determine what three-dimensional posture (three-dimensional) the medical instrument such as a catheter, wire, or stent operated by the surgeon is inside the patient (subject) during intravascular surgery. It is necessary to visually check whether the position is taken. Therefore, a plurality of methods are considered as a method for visually recognizing the three-dimensional posture of the medical instrument.

複数の方法のうちの1つの方法として、X線診断装置によるステレオ観察の技術が知られている。この技術は、左右の目の隔たりに対応した距離だけ離れた2つのX線焦点をもつX線源(ステレオ管)からのX線曝射によって得られる左右1組の画像をそれぞれ対応する目で観察することにより、術者が医療器具を立体視することが可能な技術である。   As one of a plurality of methods, a technique of stereo observation using an X-ray diagnostic apparatus is known. In this technique, a pair of left and right images obtained by X-ray exposure from an X-ray source (stereo tube) having two X-ray focal points separated by a distance corresponding to the distance between the left and right eyes are respectively corresponding eyes. This is a technique that allows an operator to stereoscopically view a medical instrument by observing.

また、ステレオ観察のために、Cアームを高速で動かして被検体を2視点から撮影し、ステレオ観察において術者による立体構造の知覚作業を支援することを可能とするX線診断装置も知られている(特許文献1参照)。   In addition, an X-ray diagnostic apparatus is also known that allows a C-arm to be moved at a high speed for stereo observation, images a subject from two viewpoints, and assists an operator to perceive a three-dimensional structure in stereo observation. (See Patent Document 1).

さらに、医療器具の三次元的な姿勢の視認方法として、X線管球とX線の平面検出器の組が2つあるバイプレーンシステムを用いて被検体を撮影することが考えられる。   Further, as a method for visually recognizing a three-dimensional posture of a medical instrument, it is conceivable to image a subject using a biplane system having two sets of an X-ray tube and an X-ray flat detector.

特開平10−33516号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-33516

従来の技術によれば、血管内手術中に、術者が操作する医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢(三次元的な位置)を取っているかについて、複数の方法によって視認することはできる。例えば、上述したように、大きく分けて2つの方法が考えられており、1つの目の方法としては、ステレオ管を用いたステレオ観察の技術が知られている。また、2つの目の方法としては、バイプレーンシステムを用いて被検体を撮影することが知られている。   According to the prior art, during an intravascular operation, the three-dimensional posture (three-dimensional position) of the medical device operated by the operator is visually confirmed by a plurality of methods. I can. For example, as described above, two methods are broadly considered, and as one eye method, a stereo observation technique using a stereo tube is known. As a second method, it is known to image a subject using a biplane system.

しかしながら、いずれの方法を用いても、被検体に対して曝射するX線の被曝量が増加してしまう。また、前者の方法の場合には、元々ステレオ管自体が高価であり、従来からのX線診断装置に搭載されていないことが多いため、前者の方法を既存のX線診断装置に直ちに適用することができない。一方、後者の方法の場合には、シングルプレーンを用いる既存のX線診断装置には、直ちに適用することができない。   However, regardless of which method is used, the exposure dose of X-rays exposed to the subject increases. In the case of the former method, the stereo tube itself is originally expensive, and is often not mounted on a conventional X-ray diagnostic apparatus. Therefore, the former method is immediately applied to an existing X-ray diagnostic apparatus. I can't. On the other hand, the latter method cannot be immediately applied to an existing X-ray diagnostic apparatus using a single plane.

このように、血管内手術中においては、被曝量を抑制しながらも簡便にかつ安価に、術者が操作する医療器具の被検体の体内での三次元的な姿勢(三次元的な位置)に関する情報を、術者が視認することができないという課題があった。   Thus, during intravascular surgery, the three-dimensional posture (three-dimensional position) of the medical instrument operated by the operator within the body of the subject simply and inexpensively while suppressing the exposure dose. There has been a problem that the surgeon cannot visually recognize the information regarding.

本実施形態のX線診断装置は、上述した課題を解決するために、Cアームと、Cアームの一端に設けられ、被検体にX線を曝射するX線管と、X線管と対向しつつCアームの他端に設けられ、X線を検出するX線検出器と、被検体に医療器具が挿入される場合に、Cアームを回転させて少なくとも第1の視点と第2の視点を含む複数の視点のそれぞれでX線撮影し、第1の視点からX線撮影される第1透視画像データと、第1の透視画像データと時系列的に連続して第2の視点からX線撮影される第2透視画像データを取得する取得手段と、取得手段により取得される第2の透視画像データに対して画像変換処理を行う画像変換手段と、第1透視画像データに基づく画像と、画像変換手段による画像変換処理後の第2透視画像データに基づく画像との間の差分情報を画素または画像領域ごとに算出し、動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段と、第1の透視画像データに基づく画像と、画像変換手段による画像変換処理後の第2透視画像データに基づく画像を、時系列的に連続する連続透視画像として表示するとともに、連続透視画像の表示中に、動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに応じた画像を表示する表示手段と、を有する。   In order to solve the above-described problems, the X-ray diagnostic apparatus according to the present embodiment is provided with a C arm, an X-ray tube that is provided at one end of the C arm, and exposes the X-ray to the subject, and is opposed to the X-ray tube. However, an X-ray detector that is provided at the other end of the C-arm and detects X-rays, and when a medical instrument is inserted into the subject, the C-arm is rotated to at least the first viewpoint and the second viewpoint. X-ray images are taken at each of a plurality of viewpoints including X-ray images from the first viewpoint, and X-ray images are taken from the second viewpoint in a time-sequential sequence with the first perspective image data. An acquisition means for acquiring second fluoroscopic image data to be photographed by line, an image conversion means for performing image conversion processing on the second fluoroscopic image data acquired by the acquisition means, and an image based on the first fluoroscopic image data Based on the second fluoroscopic image data after the image conversion processing by the image conversion means Difference information between the image and the image is calculated for each pixel or image region, a motion vector calculating means for calculating a motion vector, an image based on the first perspective image data, and a second after image conversion processing by the image converting means. Display means for displaying an image based on the fluoroscopic image data as a continuous fluoroscopic image continuous in time series, and displaying an image according to the motion vector calculated by the motion vector calculating means during display of the continuous fluoroscopic image; Have.

本実施形態のX線診断装置を示す構成例を示す図。The figure which shows the structural example which shows the X-ray diagnostic apparatus of this embodiment. 平面検出器を有するX線検出装置を備えるX線診断装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an X-ray diagnostic apparatus provided with the X-ray detection apparatus which has a plane detector. 本実施形態のX線CT装置の機能を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function of the X-ray CT apparatus of this embodiment. Cアームを円弧動させて複数の視点でX線撮影が行われる様子を示す図。The figure which shows a mode that a C arm is moved circularly and X-ray imaging is performed from several viewpoints. 複数の視点からのX線撮影により取得される複数の透視画像を示す模式図。The schematic diagram which shows the some fluoroscopic image acquired by the X-ray imaging from a some viewpoint. 第2透視画像があたかも第1透視画像となるような画像変形が施される場合に用いられる平面射影変換の概要を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the outline | summary of planar projection conversion used when an image deformation | transformation is performed so that a 2nd perspective image may turn into a 1st perspective image. 基準面に含まれない画像や点が平面射影変換の前後で画像内を移動する移動方向と、X線管の円弧動の移動方向との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the moving direction in which the image and point which are not contained in a reference plane move within the image before and after plane projective transformation, and the moving direction of the circular motion of the X-ray tube. 本実施形態のX線診断装置における三次元位置情報通知処理について説明するフローチャート。The flowchart explaining the three-dimensional positional information notification process in the X-ray diagnostic apparatus of this embodiment. 動きベクトル算出部による動きベクトル算出を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the motion vector calculation by a motion vector calculation part. ワイヤの根元の位置から先端部分にむけて辿り、動きベクトルの大きさをプロットした図。The figure which traced from the position of the base of a wire to the front-end | tip part, and plotted the magnitude | size of the motion vector.

本実施形態のX線診断装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態のX線診断装置は、本明細書中においては、X線管球とX線の平面検出器の組が1つのシングルプレーンシステムを有することを基本的に前提とする。しかしながら、このようなシステムに限定されず、X線管球とX線の平面検出器の組が2つあるバイプレーンシステムを有するX線診断装置にも、本発明を適用することができる。   The X-ray diagnostic apparatus of this embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the X-ray diagnostic apparatus according to the present embodiment basically assumes that a set of an X-ray tube and an X-ray flat panel detector has one single plane system. However, the present invention is not limited to such a system, and the present invention can be applied to an X-ray diagnostic apparatus having a biplane system having two sets of an X-ray tube and an X-ray flat detector.

さらに、本実施形態のX線診断装置は、DA(Digital Angiography)モードと、DSA(Digital Subtraction Angiography)モードの2つのモードを実施することができる。「DAモード」とは、通常通りのX線撮影を実施するモードであり、単に造影剤(の流れ)を含むX線画像を取得して、これを表示・記憶するモードである。   Furthermore, the X-ray diagnostic apparatus of the present embodiment can implement two modes, a DA (Digital Angiography) mode and a DSA (Digital Subtraction Angiography) mode. The “DA mode” is a mode in which normal X-ray imaging is performed, and an X-ray image including a contrast medium (flow) is simply acquired and displayed and stored.

これに対して、「DSAモード」とは、造影剤(の像)を含まないX線画像(マスク像)と、造影剤(の像)を含むX線画像(コントラスト像又はライブ像)との差分画像を取得(サブトラクション処理)することで、造影剤ないしその流れ方をより鮮明に捕らえたX線画像を、表示・記憶することが可能なモードである。   In contrast, the “DSA mode” is an X-ray image (mask image) that does not include a contrast agent (image) and an X-ray image (contrast image or live image) that includes a contrast agent (image). This mode is capable of displaying and storing an X-ray image that captures the contrast agent or its flow more clearly by acquiring a difference image (subtraction processing).

本実施形態では、いずれのモードによる撮影であっても、その基本的な作用効果に影響はない。つまり、DAモード及びDSAモードのいずれであっても撮影を実施することができる。   In the present embodiment, the basic operation and effect are not affected by shooting in any mode. That is, shooting can be performed in either the DA mode or the DSA mode.

図1は、本実施形態のX線診断装置1を示す構成例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example showing an X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment.

図1に示すように、X線診断装置1は、Cアーム保持装置11及びDF(digital fluorography)装置12を備える。   As shown in FIG. 1, the X-ray diagnostic apparatus 1 includes a C-arm holding device 11 and a DF (digital fluorography) device 12.

概略Cアーム構造のCアーム保持装置11は、X線管21、X線検出装置22、Cアーム23、天板(カテーテルテーブル)24、高電圧供給装置25及び駆動機構26を設ける。   The C-arm holding device 11 having a general C-arm structure includes an X-ray tube 21, an X-ray detection device 22, a C arm 23, a top plate (catheter table) 24, a high voltage supply device 25, and a drive mechanism 26.

なお、Cアーム保持装置11は、X線管21が天板24の上方に位置するオーバーチューブタイプである場合を説明するが、X線管21が天板24の下方に位置するアンダーチューブタイプである場合であってもよい。また、X線管21のX線の出射側に、複数枚の鉛羽で構成されるX線照射野絞りを設けるようにしてもよく、シリコンゴム等で形成されハレーションを防止するために所定量の照射X線を減衰させる補償フィルタを設けるようにしてもよい。   The C-arm holding device 11 is described as an overtube type in which the X-ray tube 21 is located above the top plate 24, but is an undertube type in which the X-ray tube 21 is located below the top plate 24. There may be some cases. Further, an X-ray irradiation field stop composed of a plurality of lead feathers may be provided on the X-ray emission side of the X-ray tube 21. The X-ray tube 21 is formed of silicon rubber or the like, and has a predetermined amount to prevent halation. A compensation filter for attenuating the irradiated X-rays may be provided.

X線管21は、Cアーム23の一端に設けられ、高電圧供給装置25から高電圧電力の供給を受けて、この高電圧電力の条件に応じて被検体(患者)Pの所定部位に向かってX線を曝射する。これにより、X線管21は、所定部位を撮影するための撮影X線や、所定部位を透視するための透視X線を曝射することができる。   The X-ray tube 21 is provided at one end of the C-arm 23, receives high-voltage power from the high-voltage supply device 25, and moves toward a predetermined part of the subject (patient) P according to the high-voltage power condition. X-ray exposure. As a result, the X-ray tube 21 can emit imaging X-rays for imaging a predetermined part and fluoroscopic X-rays for seeing through the predetermined part.

具体的には、撮影X線の場合には、X線管21が管電圧80[kV]、管電流500[mA]に制御されることで曝射される一方、透視X線の場合には、X線管21が管電圧80[kV]、管電流50[mA]に制御されることで曝射される。   Specifically, in the case of imaging X-rays, the X-ray tube 21 is exposed by being controlled to a tube voltage of 80 [kV] and a tube current of 500 [mA], while in the case of fluoroscopic X-rays. The X-ray tube 21 is exposed to light by being controlled to a tube voltage of 80 [kV] and a tube current of 50 [mA].

X線検出装置22は、Cアーム23の他端であってX線管21が設けられる側の対向する側に設けられ、患者(被検体)Pの所要部位を透過したX線を検出する。X線検出装置22は、I.I.(image intensifier)−TV系であり、I.I.22a及びTVカメラ22bを備える。   The X-ray detection device 22 is provided on the opposite side of the other end of the C-arm 23 and on the side where the X-ray tube 21 is provided, and detects X-rays transmitted through a required part of the patient (subject) P. The X-ray detector 22 is an I. (Image intensifier) -TV system, I. 22a and a TV camera 22b.

I.I.22aは、患者Pを透過したX線を可視光に変換し、輝度の倍増を行なって感度のよい投影データを形成する。TVカメラ22bは、CCD(charge coupled device)撮像素子を用いて光学的な投影データを電気信号に変換する。   I. I. 22a converts X-rays transmitted through the patient P into visible light and doubles the luminance to form sensitive projection data. The TV camera 22b converts optical projection data into an electrical signal using a CCD (charge coupled device) image sensor.

このように、Cアーム23は、その一端にX線管21を支持しつつ、他端にX線検出装置22を支持することにより、患者Pを中心にして、X線管21とX線検出装置22を対向配置させることができる。また、Cアーム23は、駆動機構26によって、その移動量、移動タイミング及び移動速度が制御される。   In this way, the C arm 23 supports the X-ray tube 21 at one end and the X-ray detection device 22 at the other end, thereby detecting the X-ray tube 21 and the X-ray detection centering on the patient P. The device 22 can be placed oppositely. Further, the movement amount, movement timing, and movement speed of the C arm 23 are controlled by the drive mechanism 26.

天板24は、患者Pを載置する。   The top plate 24 places the patient P thereon.

高電圧供給装置25は、DF(Digital fluorography)装置12の制御によって、X線管21に高電圧電力を供給する。   The high voltage supply device 25 supplies high voltage power to the X-ray tube 21 under the control of a DF (Digital Fluorography) device 12.

駆動機構26は、DF装置12による制御に従って、Cアーム23を円弧動(LAO(left anterior oblique view)方向及びRAO(right anterior oblique view)方向の移動)させたり、Cアーム23を回転動(CRA(cranial view)方向及びCAU(caudal view)方向の移動)させたりする。駆動機構26によってCアーム23の円弧動や回転動が制御されることにより、一方向の画像データを取得するDA撮影や多方向の画像データを取得する回転DA撮影が実現される。   The drive mechanism 26 moves the C arm 23 in a circular motion (moving in the direction of the LAO (left antio- obelique view) direction and RAO (right-animate oblige view)) or rotating the C-arm 23 (CRA) according to the control by the DF device 12. (Movement in the (clinical view) direction and CAU (caudal view) direction). The drive mechanism 26 controls the arc movement and rotation movement of the C arm 23, thereby realizing DA imaging for acquiring unidirectional image data and rotating DA imaging for acquiring multidirectional image data.

また、駆動機構26は、DF装置12による制御に従って、Cアーム23を患者Pの体軸方向(図1で示されるZ軸方向)に対して平行移動させたり、Cアーム23及び天板24を一体として起倒させたりする。さらに、駆動機構26は、X線管21及びX線検出装置22を患者Pの体軸方向に移動させて撮影するために、DF装置12による制御に従って、Cアーム23を患者Pの体軸方向に直線移動させる。加えて、駆動機構26は、DF装置12による制御に従って、天板24を上下方向(図1で示されるY軸方向)、左右方向(図1で示されるX軸方向)及び体軸方向に移動させる。   In addition, the drive mechanism 26 translates the C arm 23 with respect to the body axis direction of the patient P (the Z axis direction shown in FIG. 1), or moves the C arm 23 and the top plate 24 according to control by the DF device 12. It can be erected as a unit. Further, the drive mechanism 26 moves the X-ray tube 21 and the X-ray detection device 22 in the body axis direction of the patient P and moves the C arm 23 in the body axis direction of the patient P according to the control by the DF device 12. Move straight. In addition, the drive mechanism 26 moves the top plate 24 in the vertical direction (Y-axis direction shown in FIG. 1), left-right direction (X-axis direction shown in FIG. 1), and body axis direction according to control by the DF device 12. Let

DF装置12は、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のLAN(Local Area Network)等のネットワークNと相互通信可能である。DF装置12は、A/D(Analog to Digital)変換回路31、画像生成・処理回路32、画像メモリ33、プロセッサとしてのCPU(Central Processing Unit)34、HDD(Hard Disc Drive)35、メモリ36、システム制御部37、入力装置38、表示装置39、記憶媒体ドライブ40、通信制御装置41、スピーカ42のハードウェアを備える。   The DF device 12 is configured based on a computer, and can communicate with a network N such as a hospital backbone LAN (Local Area Network). The DF device 12 includes an A / D (Analog to Digital) conversion circuit 31, an image generation / processing circuit 32, an image memory 33, a CPU (Central Processing Unit) 34 as a processor, an HDD (Hard Disc Drive) 35, a memory 36, The system control unit 37, the input device 38, the display device 39, the storage medium drive 40, the communication control device 41, and the speaker 42 are provided.

CPU34は、共通信号伝送路としてのバス43を介して、DF装置12を構成する各ハードウェア構成要素に相互接続されている。   The CPU 34 is interconnected to each hardware component constituting the DF device 12 via a bus 43 as a common signal transmission path.

A/D変換回路31は、X線検出装置22から出力された時系列的なアナログ信号(ビデオ信号)をデジタル信号に変換する。   The A / D conversion circuit 31 converts the time-series analog signal (video signal) output from the X-ray detection device 22 into a digital signal.

画像生成・処理回路32は、CPU34の制御によって、A/D変換回路31から出力された投影データのデジタル信号に対してフレーム単位の画像データを生成する。また、画像生成・処理回路32は、生成されるフレーム単位の画像データを画像メモリ33やHDD35に記憶させたり、生成されるフレーム単位のリアルタイム表示用の画像データ又は画像メモリ33に記憶された再生表示用のフレーム単位の画像データに対して画像処理を施し、画像処理後の画像データをCPU34に出力したりする。   The image generation / processing circuit 32 generates image data in frame units for the digital signal of the projection data output from the A / D conversion circuit 31 under the control of the CPU 34. Further, the image generation / processing circuit 32 stores the generated frame-unit image data in the image memory 33 or the HDD 35, or the generated frame-unit image data for real-time display or the reproduction stored in the image memory 33. Image processing is performed on image data for each frame for display, and the image data after image processing is output to the CPU 34.

画像処理としては、画像データに対する拡大/諧調/空間ファイルタ処理や、時系列に蓄積された画像データの最小値/最大値トレース処理及びノイズを除去するための加算処理等が挙げられる。   Examples of image processing include enlargement / gradation / space filter processing for image data, minimum / maximum value trace processing of image data accumulated in time series, and addition processing for removing noise.

画像メモリ33は、CPU34の制御によって画像生成・処理回路32から出力された画像データを記憶する。   The image memory 33 stores the image data output from the image generation / processing circuit 32 under the control of the CPU 34.

なお、A/D変換回路31、画像生成・処理回路32および画像メモリ33は、これらを1つの画像処理部60として扱うことができる。   The A / D conversion circuit 31, the image generation / processing circuit 32, and the image memory 33 can handle these as one image processing unit 60.

CPU34は、画像生成・処理回路32から出力された画像データを種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号として表示装置39に出力する。   The CPU 34 synthesizes the image data output from the image generation / processing circuit 32 together with character information, scales, and the like of various parameters, and outputs them as a video signal to the display device 39.

表示装置39は、モニタや液晶ディスプレイ等から構成されており、CPU34から出力されるビデオ信号を基に、X線画像をモニタ上に表示する。   The display device 39 is composed of a monitor, a liquid crystal display, and the like, and displays an X-ray image on the monitor based on a video signal output from the CPU 34.

CPU34は、術者などによって入力装置38が操作等されることにより指令が入力されると、メモリ36に記憶しているプログラムを実行する。また、CPU34は、HDD35に記憶されているプログラム、ネットワークNから転送され通信制御装置41で受信してHDD35にインストールされたプログラム、または記憶媒体ドライブ40に装着された記録媒体から読み出してHDD35にインストールされたプログラムを、メモリ36にロードして実行する。   The CPU 34 executes a program stored in the memory 36 when a command is input by operating the input device 38 by an operator or the like. The CPU 34 reads the program stored in the HDD 35, the program transferred from the network N and received by the communication control device 41 and installed in the HDD 35, or the recording medium loaded in the storage medium drive 40 and installed in the HDD 35. The program thus loaded is loaded into the memory 36 and executed.

HDD35は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクによって構成され、読み取り装置(図示しない)に着脱不能で内蔵されている。HDD35は、DF装置12にインストールされたプログラム(アプリケーションプログラムの他、OS(operating system)等も含まれる)や、収集した画像データを記憶する記憶装置である。   The HDD 35 is composed of a metal disk coated or vapor-deposited with a magnetic material, and is built in a reader (not shown) so as not to be attached or detached. The HDD 35 is a storage device that stores programs installed in the DF device 12 (including OS (operating system) in addition to application programs) and collected image data.

メモリ36は、ROM(read only memory)及びRAM(random access memory)等の要素を兼ね備え、IPL(initial program loading)、BIOS(basic input/output system)及びデータを記憶したり、CPU34のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いる記憶装置である。   The memory 36 has elements such as a ROM (read only memory) and a RAM (random access memory), and stores an initial program loading (IPL), a basic input / output system (BIOS), and a work memory of the CPU 34. A storage device used for temporary storage of data.

システム制御部37は、図示しないCPU及びメモリを有している。システム制御部37は、CPU34からの指示に従って、Cアーム保持装置11の高電圧供給装置25及び駆動機構26等の動作を制御する。   The system control unit 37 has a CPU and a memory (not shown). The system control unit 37 controls operations of the high voltage supply device 25 and the drive mechanism 26 of the C-arm holding device 11 in accordance with instructions from the CPU 34.

入力装置38は、術者などによって操作が可能なキーボード及びマウス等を有し、操作に従った入力信号がCPU34に送られる。   The input device 38 includes a keyboard and a mouse that can be operated by an operator or the like, and an input signal according to the operation is sent to the CPU 34.

通信制御装置41は、各規格に応じた通信制御を行なう。通信制御装置41は、電話回線網等を通じてネットワークNに接続することができる機能を有している。これにより、X線診断装置1は、通信制御装置41からネットワークN網に接続することができる。   The communication control device 41 performs communication control according to each standard. The communication control device 41 has a function capable of connecting to the network N through a telephone line network or the like. Thereby, the X-ray diagnostic apparatus 1 can be connected to the network N from the communication control apparatus 41.

スピーカ42は、音声を出力することが可能な部材である。   The speaker 42 is a member that can output sound.

なお、X線検出装置22は、I.I.22a及びTVカメラ22bの代わりに、平面検出器(FPD:Flat Panel Detector)を有するものであってもよい。   The X-ray detection device 22 is an I.D. I. Instead of the 22a and the TV camera 22b, a flat panel detector (FPD) may be provided.

図2は、平面検出器を有するX線検出装置22を備えるX線診断装置1の構成例を示す図である。なお、図1と同様の構成については同一の符号を付しており、その説明は省略する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the X-ray diagnostic apparatus 1 including the X-ray detection apparatus 22 having a flat detector. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

図2に示すように、X線検出装置22が平面検出器を有する場合、X線検出装置22は、2D(two dimensions)状に配列された検出素子によりX線を検出して電気信号に変換する平面検出器(2Dアレイ型X線検出器)51と、その平面検出器51の各検出素子によって電気信号として検出されたX線検出データを収集するDAS(Data Acquisition System)52とを備える。そして、DAS52は、収集したX線検出データ(生データ)をDF装置12の画像処理部61に供給する。   As shown in FIG. 2, when the X-ray detection device 22 has a flat detector, the X-ray detection device 22 detects X-rays by detection elements arranged in a 2D (two dimensions) form and converts them into electrical signals. A flat detector (2D array type X-ray detector) 51 and a DAS (Data Acquisition System) 52 that collects X-ray detection data detected as an electrical signal by each detection element of the flat detector 51. Then, the DAS 52 supplies the collected X-ray detection data (raw data) to the image processing unit 61 of the DF device 12.

DF装置12の画像処理部61は、Cアーム保持装置11のDAS52から入力された生データに対して対数変換処理や感度補正等の補正処理(前処理)を行なって投影データを生成し、HDD35等の記憶装置に記憶させる。CPU34は、生成される投影データに基づく画像を表示装置45に表示させる。   The image processing unit 61 of the DF device 12 performs correction processing (pre-processing) such as logarithmic conversion processing and sensitivity correction on the raw data input from the DAS 52 of the C-arm holding device 11 to generate projection data, and the HDD 35 And so on. The CPU 34 causes the display device 45 to display an image based on the generated projection data.

図3は、本実施形態のX線CT装置1の機能を示す機能ブロック図である。なお、本明細書中においては、図2が示すように平面検出器51とDAS52を有するX線検出装置22を備えるX線診断装置1に適用する場合について説明する。勿論、図1が示すようなX線診断装置1にも、本発明を適用することもできる。   FIG. 3 is a functional block diagram showing functions of the X-ray CT apparatus 1 of the present embodiment. In this specification, a case where the present invention is applied to an X-ray diagnostic apparatus 1 including an X-ray detection apparatus 22 having a flat detector 51 and a DAS 52 as shown in FIG. 2 will be described. Of course, the present invention can also be applied to an X-ray diagnostic apparatus 1 as shown in FIG.

DF装置12のCPU34(図2)がプログラムを実行することによって、X線診断装置1は、図3に示すように、入力受付部71、X線撮影実行制御部72、基準面設定部73、二次元幾何変換処理部74、動きベクトル算出部75、三次元位置判定部76、三次元位置通知部77、第1透視画像データ取得部78、第2透視画像データ取得部79、連続透視画像データ生成部80および表示制御部81としての機能を備える。   As the CPU 34 (FIG. 2) of the DF apparatus 12 executes the program, the X-ray diagnostic apparatus 1 has an input receiving unit 71, an X-ray imaging execution control unit 72, a reference plane setting unit 73, as shown in FIG. 2D geometric transformation processing unit 74, motion vector calculation unit 75, 3D position determination unit 76, 3D position notification unit 77, first perspective image data acquisition unit 78, second perspective image data acquisition unit 79, continuous perspective image data Functions as the generation unit 80 and the display control unit 81 are provided.

なお、図3が示す各部の全部又は一部は、DF装置12にハードウェアとして備えられるものであってもよい。また、図3が示す各部の全部又は一部は、DF装置12のみならず、Cアーム保持装置11に備えられるものであってもよい。   Note that all or some of the units illustrated in FIG. 3 may be provided as hardware in the DF device 12. 3 may be provided not only in the DF device 12 but also in the C-arm holding device 11.

入力受付部71は、術者によってDF装置12の入力装置38が操作されることにより、入力装置38からの種々の入力を受け付ける。特に、入力受付部71は、X線撮影実行制御部72により制御される、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報(三次元姿勢情報)の取得のためのX線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付ける。   The input receiving unit 71 receives various inputs from the input device 38 when the operator operates the input device 38 of the DF device 12. In particular, the input receiving unit 71 starts an X-ray imaging process for acquiring three-dimensional position information (three-dimensional posture information) related to a medical instrument during intravascular surgery, which is controlled by the X-ray imaging execution control unit 72. The input about whether or not is accepted.

また、入力受付部71は、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報(三次元姿勢情報)の取得のためのX線撮影処理が開始された後に、適宜、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付ける。   Further, the input receiving unit 71 appropriately performs the medical instrument during the intravascular operation after the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information (three-dimensional posture information) regarding the medical instrument during the intravascular operation is started. An input as to whether or not to end the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information on the image is received.

X線撮影実行制御部72は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始するとの入力を入力受付部71により受け付けた場合、入力受付部71からの指示に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始する。具体的には、X線撮影実行制御部72は、DF装置12のシステム制御部37を制御し、システム制御部37を介してCアーム保持装置11に所定の条件のX線撮影を実行させる。   When the input receiving unit 71 receives an input to start X-ray imaging processing for acquiring three-dimensional position information, the X-ray imaging execution control unit 72 receives an intravascular vessel based on an instruction from the input receiving unit 71. X-ray imaging processing for acquiring three-dimensional position information related to the medical instrument being operated is started. Specifically, the X-ray imaging execution control unit 72 controls the system control unit 37 of the DF device 12 to cause the C-arm holding device 11 to execute X-ray imaging under a predetermined condition via the system control unit 37.

また、X線撮影実行制御部72は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するとの入力を入力受付部71により受け付けた場合には、入力受付部71からの指示に基づいて、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了する。この場合も同様に、X線撮影実行制御部72は、DF装置12のシステム制御部37を制御し、システム制御部37を介してCアーム保持装置11による所定の条件のX線撮影を終了する。   In addition, when the input receiving unit 71 receives an input indicating that the X-ray imaging processing for obtaining the three-dimensional position information is to be ended, the X-ray imaging execution control unit 72 is based on an instruction from the input receiving unit 71. Then, the X-ray imaging process for obtaining the three-dimensional position information is finished. In this case as well, the X-ray imaging execution control unit 72 controls the system control unit 37 of the DF device 12 and ends X-ray imaging under a predetermined condition by the C-arm holding device 11 via the system control unit 37. .

基準面設定部73は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始するとの入力が入力受付部71により受け付けられた場合、入力受付部71からの指示に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のための基準となる基準面を設定する。そして、基準面設定部73は、設定した基準面に関する情報を二次元幾何変換処理部74および3次元位置判定部76に供給する。また、基準面設定部73は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理が開始された後、適宜、基準面を再設定することができるようになっている。   When the input receiving unit 71 receives an input to start X-ray imaging processing for obtaining three-dimensional position information, the reference plane setting unit 73 performs an intravascular operation based on an instruction from the input receiving unit 71 A reference plane is set as a reference for acquiring three-dimensional position information regarding the medical device inside. Then, the reference plane setting unit 73 supplies information regarding the set reference plane to the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 and the three-dimensional position determination unit 76. The reference plane setting unit 73 can reset the reference plane as appropriate after the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information is started.

第1透視画像データ取得部78は、X線撮影実行制御部72により三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理が開始されると、このX線撮影処理の実行に伴ってDF装置12の画像処理部61(図2)により取得された第1透視画像データをHDD35から読み出す。   When the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information is started by the X-ray imaging execution control unit 72, the first fluoroscopic image data acquisition unit 78 is accompanied by the execution of the X-ray imaging process. The first fluoroscopic image data acquired by the image processing unit 61 (FIG. 2) is read from the HDD 35.

この第1透視画像データは、画像処理部61によって取得されるとHDD35に一度記録(記憶)される。そのため、第1透視画像データ取得部78は、HDD35から第1透視画像データを読み出すことにより、第1透視画像データを取得する。なお、第1透視画像データは、第1の視点からX線が曝射されることにより撮影され取得される画像データのことである。   The first fluoroscopic image data is once recorded (stored) in the HDD 35 when acquired by the image processing unit 61. Therefore, the first perspective image data acquisition unit 78 acquires the first perspective image data by reading the first perspective image data from the HDD 35. The first fluoroscopic image data is image data that is captured and acquired by X-ray exposure from the first viewpoint.

第2透視画像データ取得部79は、X線撮影実行制御部72により三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理が開始されると、このX線撮影処理の実行に伴ってDF装置12の画像処理部61(図2)により取得された第2透視画像データをHDD35から読み出す。   When the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information is started by the X-ray imaging execution control unit 72, the second fluoroscopic image data acquisition unit 79 is accompanied with the execution of the X-ray imaging process and the DF device 12. The second fluoroscopic image data acquired by the image processing unit 61 (FIG. 2) is read from the HDD 35.

この第2透視画像データは、画像処理部61によって取得されるとHDD35に一度記録(記憶)される。そのため、第2透視画像データ取得部79は、HDD35から第2透視画像データを読み出すことにより、第2透視画像データを取得する。なお、第2透視画像データは、第1の視点と異なる第2の視点からX線が曝射されることにより撮影され取得される画像データのことである。   When the second fluoroscopic image data is acquired by the image processing unit 61, it is once recorded (stored) in the HDD 35. Therefore, the second perspective image data acquisition unit 79 acquires the second perspective image data by reading the second perspective image data from the HDD 35. Note that the second fluoroscopic image data is image data acquired and acquired by exposing X-rays from a second viewpoint different from the first viewpoint.

二次元幾何変換処理部74は、基準面設定部73から供給される基準面に関する情報を取得するとともに、第2透視画像データ取得部79から供給される第2透視画像データを取得する。二次元幾何変換処理部74は、基準面を基準としつつ、第2の視点からX線が曝射されることにより撮影される第2透視画像データに基づく画像に対して、画像変換処理を施す。具体的には、二次元幾何変換処理部74は、第2透視画像データに基づく画像に対し、第1の視点からX線が曝射されることにより撮影される第1透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を施し、第2透視画像データに基づく画像に変換する。二次元幾何変換処理74は、画像変換処理後の第2透視画像データを動きベクトル算出部75および連続透視画像データ生成部80に供給する。   The two-dimensional geometric transformation processing unit 74 acquires information on the reference plane supplied from the reference plane setting unit 73 and acquires second perspective image data supplied from the second perspective image data acquisition unit 79. The two-dimensional geometric conversion processing unit 74 performs an image conversion process on an image based on the second perspective image data photographed by the X-ray exposure from the second viewpoint while using the reference plane as a reference. . Specifically, the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 is an image based on the first perspective image data that is captured when the image based on the second perspective image data is exposed to X-rays from the first viewpoint. An image conversion process is performed so that the image is based on the second perspective image data. The two-dimensional geometric conversion process 74 supplies the second perspective image data after the image conversion process to the motion vector calculation unit 75 and the continuous perspective image data generation unit 80.

動きベクトル算出部75は、第1透視画像データ取得部78から供給される第1透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部74から供給される画像変換処理後の第2透視画像データを取得する。動きベクトル算出部75は、時系列的に連続する連続透視画像を構成する第1透視画像データに基づく画像と、画像変換処理後の第2透視画像データに基づく画像とを比較する。   The motion vector calculation unit 75 acquires the first perspective image data supplied from the first perspective image data acquisition unit 78 and the second perspective image data after the image conversion process supplied from the two-dimensional geometric conversion processing unit 74. To get. The motion vector calculation unit 75 compares an image based on the first fluoroscopic image data constituting the continuous fluoroscopic image continuous in time series with an image based on the second fluoroscopic image data after the image conversion process.

そして、動きベクトル算出部75は、2つの画像間の差分情報(フレーム間の差分情報)を画素(または画像領域)ごとに算出し、所定の画像領域における画像の変化を表現するための動きベクトルを算出する。動きベクトル算出部75は、算出される動きベクトルに関する情報を三次元位置判定部76に供給する。   Then, the motion vector calculation unit 75 calculates difference information between two images (difference information between frames) for each pixel (or image region), and a motion vector for expressing a change in the image in a predetermined image region. Is calculated. The motion vector calculation unit 75 supplies information regarding the calculated motion vector to the three-dimensional position determination unit 76.

三次元位置判定部76は、基準面設定部73により設定される基準面に関する情報と、動きベクトル算出部75により算出される動きベクトルに関する情報に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定する。すなわち、三次元位置判定部76は、血管内手術中の医療器具が基準面に対してY軸正方向の領域に位置するか、あるいはY軸負方向の領域に位置するかについて判定する。   The three-dimensional position determination unit 76 is based on the information on the reference plane set by the reference plane setting unit 73 and the information on the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75, Determine the position. That is, the three-dimensional position determination unit 76 determines whether the medical instrument during the intravascular operation is located in a region in the Y axis positive direction or in the Y axis negative direction with respect to the reference plane.

三次元位置通知部77は、三次元位置判定部76から供給される判定結果に基づいて、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を術者に通知する。   The three-dimensional position notification unit 77 notifies the operator of the three-dimensional position of the medical instrument inserted in the blood vessel based on the determination result supplied from the three-dimensional position determination unit 76.

連続透視画像データ生成部80は、第1透視画像データ取得部78から供給される第1透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部74から供給される画像変換処理後の第2透視画像データを取得する。そして、連続透視画像データ生成部80は、適宜取得される第1透視画像データと、画像変換処理後の第2透視画像データに基づいて、時系列的に連続する連続透視画像データを生成する。連続透視画像データ生成部80は、生成した連続画像データを表示制御部81に供給する。   The continuous perspective image data generation unit 80 acquires the first perspective image data supplied from the first perspective image data acquisition unit 78 and the second perspective after the image conversion process supplied from the two-dimensional geometric conversion processing unit 74. Get image data. Then, the continuous fluoroscopic image data generation unit 80 generates continuous fluoroscopic image data continuous in time series based on the first fluoroscopic image data acquired as appropriate and the second fluoroscopic image data after the image conversion process. The continuous perspective image data generation unit 80 supplies the generated continuous image data to the display control unit 81.

表示制御部81は、連続透視画像データ生成部80から供給される連続透視画像データを取得して、その連続透視画像データに基づく連続透視画像を表示装置39に表示させる。また、表示制御部81は、三次元位置通知部77の指示に従い、判定結果に基づく医療器具の三次元位置に関する情報を表示装置39に表示させる。   The display control unit 81 acquires the continuous fluoroscopic image data supplied from the continuous fluoroscopic image data generation unit 80 and causes the display device 39 to display a continuous fluoroscopic image based on the continuous fluoroscopic image data. Further, the display control unit 81 causes the display device 39 to display information related to the three-dimensional position of the medical device based on the determination result in accordance with the instruction from the three-dimensional position notification unit 77.

次に、図1から図3のX線診断装置1により実行することが可能な血管内手術中の医療器具に関する三次元位置判定方法の概念について説明する。   Next, the concept of a three-dimensional position determination method related to a medical instrument during intravascular surgery that can be executed by the X-ray diagnostic apparatus 1 of FIGS. 1 to 3 will be described.

図4は、Cアーム23を円弧動させて複数の視点でX線撮影が行われる様子を示す図である。図4に示すように、駆動機構26は、DF装置12による制御に従って、Cアーム23を円弧動(LAO(left anterior oblique view)方向及びRAO(right anterior oblique view)方向の移動)させている。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which X-ray imaging is performed from a plurality of viewpoints by moving the C arm 23 in an arc. As shown in FIG. 4, the drive mechanism 26 moves the C arm 23 in a circular motion (moving in the LAO (left ani- mentor oblige view) direction and the RAO (right ani- ter-obligation view) direction) according to the control by the DF device 12.

図4(P)の場合、Cアーム23が円弧動されて、Cアーム23の両端部分のX線管21とX線検出装置22がそれぞれ位置AとA´に移動し、患者Pに対するX線撮影が直線A−A´上で実施される。このとき、直線A−A´上で実施されるX線撮影を、「第1の視点からのX線撮影」と定義する。そして、第1の視点からX線が曝射されて撮影されることにより生成される投影データを、「第1透視画像データ」と定義する。   In the case of FIG. 4 (P), the C arm 23 is moved in an arc, and the X-ray tube 21 and the X-ray detection device 22 at both ends of the C arm 23 are moved to positions A and A ′, respectively. Photographing is performed on a straight line AA ′. At this time, the X-ray imaging performed on the straight line AA ′ is defined as “X-ray imaging from the first viewpoint”. Then, the projection data generated when the X-ray is exposed and imaged from the first viewpoint is defined as “first perspective image data”.

他方、図4(Q)の場合、Cアーム23が所定の角度(例えば5度程度など)で円弧動されて、Cアーム23の両端部分のX線管21とX線検出装置22がそれぞれ位置AとA´から位置BとB´に移動し、患者Pに対するX線撮影が直線B−B´上で実施される。このとき、直線B−B´上で実施されるX線撮影を、「第2の視点からのX線撮影」と定義する。そして、第2の視点からX線が曝射されて撮影されることにより生成される投影データを、「第2透視画像データ」と定義する。   On the other hand, in the case of FIG. 4Q, the C arm 23 is moved in a circular arc at a predetermined angle (for example, about 5 degrees), and the X-ray tube 21 and the X-ray detection device 22 at both ends of the C arm 23 are positioned. Moving from A and A ′ to positions B and B ′, X-ray imaging for the patient P is performed on a straight line BB ′. At this time, X-ray imaging performed on the straight line BB ′ is defined as “X-ray imaging from the second viewpoint”. Then, the projection data generated when the X-ray is exposed and imaged from the second viewpoint is defined as “second perspective image data”.

なお、Cアーム23が円弧動または回転しても幾何学的にまたは空間的に変位しない中心点を、「アイソセンタ」と定義する。   A center point that is not geometrically or spatially displaced even when the C-arm 23 moves or rotates in a circular arc is defined as an “isocenter”.

図5は、複数の視点からのX線撮影により取得される複数の透視画像を示す模式図である。図5(P)は、第1の視点からのX線撮影により取得される第1透視画像データに基づく画像を示す模式図である。図5(Q)は、第2の視点からのX線撮影により取得される第2透視画像データに基づく画像を示す模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a plurality of fluoroscopic images acquired by X-ray imaging from a plurality of viewpoints. FIG. 5P is a schematic diagram illustrating an image based on first fluoroscopic image data acquired by X-ray imaging from the first viewpoint. FIG. 5Q is a schematic diagram illustrating an image based on second perspective image data acquired by X-ray imaging from the second viewpoint.

図5(P)と(Q)における実線は、血管内手術中に、術者が操作するカテーテルやワイヤなどの医療器具が所定の血管中に挿入されている様子を示している。図5(P)と(Q)における破線は、血管内手術中に、術者の操作によりワイヤなどの医療器具が通る可能性のある血管を模式的に示している。なお、図5(P)と(Q)における破線部分は、実際の透視画像では視認できないことが多い。   The solid lines in FIGS. 5 (P) and (Q) show how medical instruments such as catheters and wires operated by the operator are inserted into a predetermined blood vessel during intravascular surgery. The broken lines in FIGS. 5 (P) and 5 (Q) schematically show blood vessels through which medical instruments such as wires can pass through the operation of the operator during intravascular surgery. Note that the broken line portions in FIGS. 5 (P) and (Q) are often not visible in an actual fluoroscopic image.

そして、図5(P)と(Q)の場合、血管は途中で3本に分岐しており、中央の分岐血管にワイヤなどの医療器具が挿入されている状態を示している。また、図5(P)と(Q)が示すように、直線A−A´(図4)上で実施されるX線撮影により取得される第1透視画像データに基づく画像と、直線B−B´(図4)上で実施されるX線撮影により取得される第2透視画像データに基づく画像とは、患者(被検体)Pを撮影する角度が異なるために、少なからず異なる。   5 (P) and (Q) show a state where the blood vessel is branched into three in the middle, and a medical instrument such as a wire is inserted in the central branch blood vessel. Further, as shown in FIGS. 5 (P) and (Q), an image based on the first fluoroscopic image data acquired by X-ray imaging performed on the straight line AA ′ (FIG. 4), and a straight line B− The image based on the second fluoroscopic image data acquired by X-ray imaging performed on B ′ (FIG. 4) is not a little different because the angle at which the patient (subject) P is imaged is different.

ここで、第2透視画像データに基づく画像に対して、第1透視画像データに基づく画像となるような画像変形が施されることを考える。   Here, it is considered that the image based on the second perspective image data is subjected to image deformation so as to become an image based on the first perspective image data.

例えば、仮に患者(被検体)Pの中心を通る水平面(アイソセンタを含む水平面)が基準面として設定されているとする場合に、基準面に含まれる画像や点に関して直線B−B´上でX線撮影される画像を、あたかも直線A−A´上で撮影される画像となるように画像変形することを考える。言い換えると、基準面に含まれる非常に厚みの薄い平面の患者Pを想定し、直線B−B´上で撮影した透視画像の各画素を、直線A−A´上で撮影した透視画像の各画素と同じ位置となるように、画素の座標変換(これを画像変換という。)を行う。   For example, if a horizontal plane (horizontal plane including an isocenter) passing through the center of the patient (subject) P is set as the reference plane, X on the line BB ′ with respect to an image or a point included in the reference plane Consider an image transformation of a line-photographed image so that it becomes an image photographed on a straight line AA ′. In other words, assuming a very thin patient P included in the reference plane, each pixel of the fluoroscopic image photographed on the straight line BB ′ is represented by each pixel of the fluoroscopic image photographed on the straight line AA ′. Pixel coordinate conversion (this is called image conversion) is performed so that the pixel is located at the same position.

このような画像変換は、例えば後述する平面射影変換で可能である。なお、三次元位置判定方法の概念を説明する場合、説明を簡単化するために、まずワイヤなどの医療器具の動きや患者(被検体)Pの体動がないものとする。   Such image conversion can be performed by, for example, planar projection conversion described later. When explaining the concept of the three-dimensional position determination method, it is assumed that there is no movement of a medical instrument such as a wire or body movement of a patient (subject) P in order to simplify the explanation.

図6は、第2透視画像があたかも第1透視画像となるような画像変形が施される場合に用いられる平面射影変換の概要を説明するための説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an outline of planar projection conversion used when image transformation is performed so that the second perspective image becomes the first perspective image.

図6では、例えば、四角で囲まれた基準面に「G」の文字が描かれている場合を想定する。この場合、基準面内に含まれる「G」の文字に関して、直線A−A´(図4)上で撮影される透視画像は、図6(P)に示される。   In FIG. 6, for example, it is assumed that a letter “G” is drawn on a reference plane surrounded by a square. In this case, a perspective image taken on the straight line AA ′ (FIG. 4) regarding the character “G” included in the reference plane is shown in FIG. 6 (P).

また、基準面内に含まれる「G」の文字に関して、直線B−B´(図4)で撮影される透視画像は、図6(Q)に示される。そして、四角で囲まれた基準面内に「G」の文字が含まれるので、直線B−B´(図4)で撮影される透視画像の各画素を上記の平面射影変換することにより、直線A−A´(図4)上で撮影した透視画像と同一のように見える画像が得られる。このときの画像は、図6(R)に示される。なお、図6(R)における破線は、直線B−B´で撮影される透視画像の元の外接境界を示している。   Further, regarding the character “G” included in the reference plane, a perspective image taken along a straight line BB ′ (FIG. 4) is shown in FIG. 6 (Q). Since the character “G” is included in the reference plane surrounded by the square, each pixel of the fluoroscopic image photographed by the straight line BB ′ (FIG. 4) is converted into the straight line by performing the above-described plane projective transformation. An image that looks the same as the fluoroscopic image taken on A-A ′ (FIG. 4) is obtained. The image at this time is shown in FIG. In addition, the broken line in FIG. 6 (R) indicates the original circumscribed boundary of the fluoroscopic image photographed by the straight line BB ′.

ここで、さらに基準面内には存在しない黒丸Mが、「G」の文字の中央上側(Y軸正方向の側(図4参照))にあるときに、図6(P)から(R)にて説明した平面射影変換をすることを考える。   Here, when the black circle M that does not exist in the reference plane is at the center upper side of the character “G” (the Y-axis positive direction side (see FIG. 4)), from FIG. 6 (P) to (R). Consider the plane projective transformation described in Section 2.

直線A−A´上で撮影される場合、図6(S)が示すように、黒丸Mは、文字「G」の右側の領域に位置することとなる。これに対して、直線B−B´上で撮影される場合、図6(T)が示すように、黒丸Mは、文字「G」の左側の領域に位置することとなる。   When the image is taken on the straight line A-A ′, as shown in FIG. 6S, the black circle M is located in the region on the right side of the character “G”. On the other hand, when the image is taken on the straight line BB ′, as shown in FIG. 6 (T), the black circle M is located in the left region of the character “G”.

そして、直線B−B´で撮影される透視画像の各画素が、上記で説明した平面射影変換される場合、図6(U)が示すように、画像として二次元幾何変換するため、文字「G」の画像領域の部分とともに黒丸Mも文字「G」の左側に変換されることとなる。すなわち、基準面に含まれない画像や点は、平面射影変換により、その変換の前後で画像内を移動することとなる。   Then, when each pixel of the fluoroscopic image photographed by the straight line BB ′ is subjected to the planar projective transformation described above, as shown in FIG. 6 (U), the character “ The black circle M is converted to the left side of the character “G” together with the image region portion of “G”. That is, an image or a point that is not included in the reference plane moves in the image before and after the conversion by plane projection conversion.

図7は、基準面に含まれない画像や点が平面射影変換の前後で画像内を移動する移動方向と、X線管21の円弧動の移動方向との関係を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a moving direction in which an image or a point not included in the reference plane moves in the image before and after the planar projective transformation and a moving direction of the arc motion of the X-ray tube 21.

上述したように、図7では、観察対象が基準面に含まれていれば、平面射影変換により画素は不動である。しかしながら、基準面よりも上側や下側にある画像や点は、基準面に含まれないため、平面射影変換により画像内を移動する。   As described above, in FIG. 7, when the observation target is included in the reference plane, the pixel does not move by plane projective transformation. However, since images and points above and below the reference plane are not included in the reference plane, they move within the image by plane projective transformation.

この場合、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動の方向が異なる。例えば、図7が示すように、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向が正方向の場合、基準面より上側に存在する画像や点は、平面射影変換に伴って、矢印Kにより表されるX軸の負方向に移動する。したがって、X線管21のX軸方向の移動方向と、基準面より上側に存在する画像や点の移動方向は、逆方向となる。   In this case, the moving direction of the image or point accompanying the plane projective transformation differs depending on whether the image or point is above or below the reference plane. For example, as shown in FIG. 7, when the movement direction in the X-axis direction accompanying the arc movement of the X-ray tube 21 is the positive direction, an image or a point that exists above the reference plane is converted into an arrow by plane projection conversion. Move in the negative direction of the X-axis represented by K. Therefore, the moving direction of the X-ray tube 21 in the X-axis direction is opposite to the moving direction of images and points existing above the reference plane.

これに対して、基準面より下側に存在する画像や点は、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向が正方向の場合、平面射影変換に伴って、矢印Lにより表されるX軸の正方向に移動する。したがって、X線管21のX軸方向の移動方向と、基準面より下側に存在する画像や点の移動方向は、同じ方向となる。   On the other hand, an image or a point existing below the reference plane is represented by an arrow L along with plane projective transformation when the movement direction in the X-axis direction accompanying the arc motion of the X-ray tube 21 is positive. Moved in the positive direction of the X axis. Therefore, the moving direction of the X-ray tube 21 in the X-axis direction is the same as the moving direction of images and points existing below the reference plane.

なお、ここでいう基準面より上側と下側は、基準面に対して鉛直方向(Y軸方向)で、かつX線管21に近い方(Y軸正方向)を上側と表記し、一方、X線管21に遠い方(Y軸負方向)を下側と表記している。なお、X線管21から見て、手前側/奥側と表記するようにしてもよい。   Here, the upper side and the lower side of the reference plane are expressed as the upper side in the direction perpendicular to the reference plane (Y-axis direction) and close to the X-ray tube 21 (Y-axis positive direction), The one far from the X-ray tube 21 (Y-axis negative direction) is indicated as the lower side. In addition, as viewed from the X-ray tube 21, the front side / back side may be described.

本実施形態のX線診断装置1では、複数の視点でX線撮影をして連続透視画像を表示する場合、その視点ごとにX線撮影される透視画像に所定の画像変換処理が施され、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動方向が異なるという性質を利用する。   In the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment, when X-ray imaging is performed from a plurality of viewpoints and a continuous fluoroscopic image is displayed, a predetermined image conversion process is performed on the fluoroscopic images that are X-rayed for each viewpoint, The property that the moving direction of the image and the point accompanying the plane projective transformation differs depending on whether the image or the point is above or below the reference plane is used.

これにより、本実施形態のX線診断装置1は、透視画像というXZ平面上の2次元画像の中から、医療器具の3次元的位置に関する情報を抽出することができる。したがって、本実施形態のX線診断装置1は、抽出した3次元的位置に関する情報により、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定することができる。   Thereby, the X-ray diagnostic apparatus 1 of this embodiment can extract the information regarding the three-dimensional position of a medical instrument from the two-dimensional image on a XZ plane called a fluoroscopic image. Therefore, the X-ray diagnostic apparatus 1 of this embodiment can determine the three-dimensional position related to the medical instrument during the intravascular operation based on the extracted information related to the three-dimensional position.

次に、図4から図7を用いて説明した血管内手術中の医療器具に関する三次元位置判定方法の概念を前提として、本実施形態のX線診断装置1における三次元位置情報通知処理について、フローチャートを用いて説明する。なお、必要に応じて、図4から図7を参照する。   Next, on the premise of the concept of the three-dimensional position determination method related to the medical instrument during the intravascular surgery described with reference to FIGS. 4 to 7, the three-dimensional position information notification process in the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment will be described. This will be described with reference to a flowchart. In addition, FIGS. 4-7 is referred as needed.

図8は、本実施形態のX線診断装置1における三次元位置情報通知処理について説明するフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart for describing the three-dimensional position information notification process in the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment.

ステップS1において、入力受付部71は、X線撮影実行制御部72により制御される、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報(三次元姿勢情報)の取得のためのX線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付ける。入力受付部71は、このX線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付けたか否かを判定し、この処理を開始するとの入力を受け付けたと判定するまで待機する。   In step S <b> 1, the input receiving unit 71 performs an X-ray imaging process for acquiring three-dimensional position information (three-dimensional posture information) related to a medical instrument during endovascular surgery, which is controlled by the X-ray imaging execution control unit 72. Accepts input about whether to start. The input receiving unit 71 determines whether or not an input as to whether or not to start this X-ray imaging process has been received, and waits until it is determined that an input for starting this process has been received.

ステップS1において、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始するとの入力が受け付けられたと判定した場合、入力受付部71は、その旨をX線撮影実行制御部72と基準面設定部73にその旨を通知する。   In step S1, when it is determined that an input for starting X-ray imaging processing for acquiring three-dimensional position information regarding a medical instrument during endovascular surgery has been received, the input receiving unit 71 performs X-ray imaging to that effect. This is notified to the execution control unit 72 and the reference plane setting unit 73.

ステップS2において、基準面設定部73は、入力受付部71からの通知と指示に従い、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のための基準となる基準面を設定する。具体的には、基準面設定部73は、例えば、患者(被検体)Pの中心を通る水平面(アイソセンタを含む水平面)を基準面として設定する。   In step S <b> 2, the reference plane setting unit 73 sets a reference plane serving as a reference for acquiring three-dimensional position information regarding the medical instrument during the intravascular operation in accordance with the notification and instruction from the input receiving unit 71. Specifically, the reference plane setting unit 73 sets, for example, a horizontal plane (horizontal plane including an isocenter) passing through the center of the patient (subject) P as a reference plane.

なお、基準面の設定は、このような設定に限定されるものではなく、基準面設定部73は、血管内手術中に医療器具がどの血管内に挿入されているかを判別することができればよく、いかなる面を基準面として設定するようにしてもよい。   The setting of the reference plane is not limited to such setting, and the reference plane setting unit 73 only needs to be able to determine which blood vessel the medical instrument is inserted during the intravascular operation. Any surface may be set as the reference surface.

また、基準面設定部73は、ワイヤなどの医療器具を進行させたい血管とそれ以外(分岐を間違えやすい血管)とが、所定の範囲で基準面を挟んで存在するように任意の基準面を設定することもできる。   In addition, the reference plane setting unit 73 sets an arbitrary reference plane so that a blood vessel in which a medical instrument such as a wire is advanced and other blood vessels (blood vessels that are easily mis-branched) are present with a reference plane sandwiched in a predetermined range. It can also be set.

なお、図5(P)と(Q)が示すように、透視画像は、XZ平面上に存在するため、血管内手術中に医療器具が左右に進行したとしても、X軸方向の動きとして容易に区別できる。このため、この場合の医療器具の動きは、表示装置39に容易に表示させることができる。   As shown in FIGS. 5 (P) and 5 (Q), the fluoroscopic image exists on the XZ plane, so even if the medical instrument advances to the left and right during the intravascular operation, it can be easily moved in the X-axis direction. Can be distinguished. For this reason, the movement of the medical instrument in this case can be easily displayed on the display device 39.

また、基準面設定部73は、解剖学的な位置関係をもとに所定に基準面を設定することもできる。X線診断装置1は、所定の基準面が設定されると、その基準面に合うように、Cアーム23の回転軸や回転方向を決定する。   The reference plane setting unit 73 can also set a reference plane in a predetermined manner based on an anatomical positional relationship. When a predetermined reference plane is set, the X-ray diagnostic apparatus 1 determines the rotation axis and the rotation direction of the C arm 23 so as to match the reference plane.

ステップS3において、X線撮影実行制御部72は、入力受付部71からの通知と指示に基づいて、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始するために、DF装置12のシステム制御部37を制御する。そして、X線撮影実行制御部72は、システム制御部37を介してCアーム保持装置11に所定の条件のX線撮影を実行させる。X線撮影実行制御部72は、システム制御部37を制御して、Cアーム23を初期位置に移動させ、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始する。   In step S <b> 3, the X-ray imaging execution control unit 72 starts the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information based on the notification and instruction from the input reception unit 71, so that the system of the DF device 12 is started. The control unit 37 is controlled. The X-ray imaging execution control unit 72 causes the C-arm holding device 11 to perform X-ray imaging under a predetermined condition via the system control unit 37. The X-ray imaging execution control unit 72 controls the system control unit 37 to move the C-arm 23 to the initial position, and starts X-ray imaging processing for acquiring three-dimensional position information.

具体的には、X線撮影実行制御部72は、図4(P)と(Q)が示すように、Cアーム23を円弧動させて、複数の視点でX線撮影処理を実行する。駆動機構26は、DF装置12による制御に従って、Cアーム23を円弧動させる。   Specifically, as shown in FIGS. 4P and 4Q, the X-ray imaging execution control unit 72 performs X-ray imaging processing from a plurality of viewpoints by moving the C arm 23 in an arc. The drive mechanism 26 moves the C arm 23 in an arc according to the control by the DF device 12.

図4(P)の場合には、Cアーム23が円弧動されて、Cアーム23の両端部分のX線管21とX線検出装置22がそれぞれ位置AとA´に移動して、患者Pに対するX線撮影が直線A−A´上で実施される。   In the case of FIG. 4 (P), the C arm 23 is moved in an arc, and the X-ray tube 21 and the X-ray detection device 22 at both ends of the C arm 23 are moved to positions A and A ′, respectively. X-ray imaging is performed on a straight line AA ′.

他方、図4(Q)の場合には、Cアーム23が所定の角度(例えば5度程度など)で円弧動されて、Cアーム23の両端部分のX線管21とX線検出装置22がそれぞれ位置AとA´から位置BとB´に移動して、患者Pに対するX線撮影が直線B−B´上で実施される。   On the other hand, in the case of FIG. 4Q, the C arm 23 is moved in a circular arc at a predetermined angle (for example, about 5 degrees), and the X-ray tube 21 and the X-ray detection device 22 at both ends of the C arm 23 are moved. Moving from positions A and A ′ to positions B and B ′, respectively, X-ray imaging for the patient P is performed on a straight line BB ′.

これにより、第1透視画像のX線撮影と、第2透視画像のX線撮影が実行される。なお、本実施形態のX線診断装置1は、3つ以上の視点で透視画像を撮影するようにしてもよい。   Thereby, X-ray imaging of the first fluoroscopic image and X-ray imaging of the second fluoroscopic image are executed. Note that the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment may capture a fluoroscopic image from three or more viewpoints.

そして、第1透視画像データ取得部78は、このX線撮影処理の実行に伴ってDF装置12の画像処理部61(図2)により取得され、HDD35に記録(記憶)された第1透視画像データをHDD35から読み出すことにより、第1透視画像データを取得する。この第1透視画像データは、第1の視点(位置Aから位置A´に向けられた視点)からX線が曝射されることにより撮影され、取得される画像データである。   The first fluoroscopic image data acquisition unit 78 acquires the first fluoroscopic image acquired by the image processing unit 61 (FIG. 2) of the DF device 12 and recorded (stored) in the HDD 35 as the X-ray imaging process is executed. The first perspective image data is acquired by reading the data from the HDD 35. The first fluoroscopic image data is image data that is captured and acquired by exposure of X-rays from a first viewpoint (a viewpoint directed from position A to position A ′).

同様に、第2透視画像データ取得部79は、このX線撮影処理の実行に伴ってDF装置12の画像処理部61により取得され、HDD35に記録(記憶)された第2透視画像データをHDD35から読み出すことにより、第2透視画像データを取得する。この第2透視画像データは、第2の視点(位置Bから位置B´に向けられた視点)からX線が曝射されることにより撮影され、取得される画像データである。   Similarly, the second fluoroscopic image data acquisition unit 79 acquires the second fluoroscopic image data acquired by the image processing unit 61 of the DF apparatus 12 and recorded (stored) in the HDD 35 as the X-ray imaging process is executed. The second fluoroscopic image data is acquired by reading from. The second fluoroscopic image data is image data that is captured and acquired by exposure of X-rays from a second viewpoint (a viewpoint directed from position B to position B ′).

ステップS4において、二次元幾何変換処理部74は、基準面設定部73から供給される基準面に関する情報を取得するとともに、第2透視画像データ取得部79から供給される第2透視画像データを取得する。そして、二次元幾何変換処理部74は、基準面を基準としつつ、第2透視画像データに基づく画像に対して、第1の視点からX線が曝射されることにより撮影される第1透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を施して、第2透視画像データに基づく画像を変換する。   In step S <b> 4, the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 acquires information on the reference plane supplied from the reference plane setting unit 73 and acquires second perspective image data supplied from the second perspective image data acquisition unit 79. To do. Then, the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 uses the first perspective imaged by exposing the X-ray from the first viewpoint to the image based on the second perspective image data while using the reference plane as a reference. Image conversion processing is performed so that an image based on the image data is obtained, and an image based on the second perspective image data is converted.

ここで、二次元幾何変換処理部74が施す画像変換処理方法の1つとして、平面射影変換がある。以下に、平面射影変換について具体的に述べる。   Here, as one of image conversion processing methods performed by the two-dimensional geometric conversion processing unit 74, there is planar projective conversion. The plane projective transformation will be specifically described below.

図4(P)と(Q)が示すように、2つの撮像系A−A´とB−B´がある。2つの撮像系間の幾何学的位置関係から、平面射影変換行列(あるいはホモグラフィ行列)は、一意に定まる。   As shown in FIGS. 4 (P) and (Q), there are two imaging systems AA ′ and BB ′. The plane projective transformation matrix (or homography matrix) is uniquely determined from the geometric positional relationship between the two imaging systems.

説明を簡単化するために、撮像系を焦点距離1の正規化撮像系に近似する。例えば、撮像系A−A´からB−B´への平行移動ベクトルをt (tは三次元列ベクトルである)とし、回転行列をR(3×3行列)とし、基準面(基準となる平面)の法線ベクトルをn(nは三次元列ベクトルである)とし、撮像系A−A´のX線管21の中心から基準面までの距離をdとする。   In order to simplify the description, the imaging system is approximated to a normalized imaging system with a focal length of 1. For example, a translation vector from the imaging system A-A ′ to BB ′ is t (t is a three-dimensional column vector), a rotation matrix is R (3 × 3 matrix), and a reference plane (which becomes a reference) The normal vector of the plane is n (n is a three-dimensional column vector), and the distance from the center of the X-ray tube 21 of the imaging system AA ′ to the reference plane is d.

この場合、撮像系B−B´の画像を撮像系A−A´の画像に変換する平面射影変換行列Hは、式(1)で表される(Tは転置を表す) 。   In this case, the planar projective transformation matrix H for converting the image of the imaging system BB ′ to the image of the imaging system AA ′ is expressed by Expression (1) (T represents transposition).

Figure 2014104140
Figure 2014104140

なお、平面射影変換行列Hは、3×3行列である。撮像系A−A´およびB−B´で得られる画像の画素座標を、p=(x、y、1)、p’=(x’、y’、1)のような斉次座標で表現すると、式(2)により示される変換式が成り立つ。 The planar projective transformation matrix H is a 3 × 3 matrix. The pixel coordinates of the images obtained by the imaging systems AA ′ and BB ′ are expressed as homogeneous coordinates such as p = (x, y, 1) T and p ′ = (x ′, y ′, 1) T. In other words, the conversion equation shown by the equation (2) is established.

Figure 2014104140
Figure 2014104140

なお、αは、式(2)の最下列を解くことで求まる画素毎のスケールファクタである。   Note that α is a scale factor for each pixel obtained by solving the bottom row of Equation (2).

この変換式により、撮像系B−B´の画像を、あたかも撮像系A−A´で撮影したかのような画像に変換することができる。但し、上述したように、基準面の点は不動に変換ができるが、基準面に存在しない点は、不動ではなく移動した位置に写される。   With this conversion formula, the image of the imaging system BB ′ can be converted into an image as if it were captured by the imaging system A-A ′. However, as described above, the point on the reference plane can be converted to immovable, but the point that does not exist on the reference plane is not moved but is copied to the moved position.

なお、二次元幾何変換処理部74が施す画像変換処理方法は、平面射影変換に限定されるものではなく、他の画像変換方法であってもよい。例えば、アフィン変換を用いるようにしてもよい。また、Cアーム23の位置は、図示せぬセンサなどにより、検知することが可能である。   Note that the image conversion processing method performed by the two-dimensional geometric conversion processing unit 74 is not limited to the planar projective conversion, and may be another image conversion method. For example, affine transformation may be used. The position of the C arm 23 can be detected by a sensor (not shown).

二次元幾何変換処理部74は、画像変換処理後の第2透視画像データを、動きベクトル算出部75および連続透視画像データ生成部80に供給する。   The two-dimensional geometric transformation processing unit 74 supplies the second perspective image data after the image transformation processing to the motion vector calculation unit 75 and the continuous perspective image data generation unit 80.

ステップS5において、動きベクトル算出部75は、第1透視画像データ取得部78から供給される第1透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部74から供給される画像変換処理後の第2透視画像データを取得する。動きベクトル算出部75は、時系列的に連続する連続透視画像を構成する第1透視画像データに基づく画像と、画像変換処理後の第2透視画像データに基づく画像を比較する。そして、動きベクトル算出部75は、2つの画像間の差分情報(フレーム間の差分情報)を算出して、所定の画像領域における画像の変化を表現するための動きベクトルを算出する。   In step S <b> 5, the motion vector calculation unit 75 acquires the first perspective image data supplied from the first perspective image data acquisition unit 78, and also performs the first after the image conversion process supplied from the two-dimensional geometric conversion processing unit 74. 2-perspective image data is acquired. The motion vector calculation unit 75 compares the image based on the first perspective image data constituting the continuous perspective image continuous in time series with the image based on the second perspective image data after the image conversion process. Then, the motion vector calculation unit 75 calculates difference information between the two images (difference information between frames), and calculates a motion vector for expressing a change in the image in a predetermined image region.

この場合、図6と図7を用いて説明したように、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動方向が異なる。例えば、図7で示したように、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向がX軸の正方向の場合、基準面より上側に存在する画像や点は、平面射影変換に伴って、矢印Kにより表されるX軸の負方向に移動する。   In this case, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the moving direction of the image or the point accompanying the plane projective transformation differs depending on whether the image or the point is above or below the reference plane. For example, as shown in FIG. 7, when the movement direction in the X-axis direction accompanying the arc motion of the X-ray tube 21 is the positive direction of the X-axis, images and points existing above the reference plane are subjected to plane projective transformation. Along with this, it moves in the negative direction of the X axis represented by the arrow K.

これに対して、基準面より下側に存在する画像や点は、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向がX軸の正方向の場合、平面射影変換に伴って、矢印Lにより表されるX軸の正方向に移動する。   On the other hand, an image or a point existing below the reference plane has an arrow with a plane projective transformation when the movement direction in the X-axis direction accompanying the arc movement of the X-ray tube 21 is the positive direction of the X-axis. Move in the positive direction of the X-axis represented by L.

そして、動きベクトル算出部75は、二次元幾何変換処理部74による平面射影変換に伴う画像や点の移動の方向を認識するために、直線A−A´上で撮影される第1透視画像データに基づく画像と、直線B−B´上で撮影される第2透視画像データに基づく画像との間の画像間の動きベクトルを算出する。   Then, the motion vector calculation unit 75 recognizes the first perspective image data photographed on the straight line AA ′ in order to recognize the direction of the image and the movement of the point accompanying the plane projective transformation by the two-dimensional geometric transformation processing unit 74. A motion vector between images between the image based on the image and the image based on the second perspective image data photographed on the straight line BB ′ is calculated.

具体的には、動きベクトル算出部75は、同じ位置の画素の輝度値の差の絶対値を用いるSAD(Sum of Absolute Difference)や同じ位置の画素の輝度値の差の二乗を用いるSSD(Sum of Squared Difference)、あるいは正規化相関といった画像領域間の類似度を用いるブロックマッチングを利用する。   Specifically, the motion vector calculation unit 75 uses SAD (Sum of Absolute Difference) that uses the absolute value of the difference between the luminance values of the pixels at the same position, or SSD (Sum) that uses the square of the difference between the luminance values of the pixels at the same position. of Squared Difference), or block matching using similarity between image regions such as normalized correlation.

そして、動きベクトル算出部75は、直線A−A´上で撮影される第1透視画像データに基づく画像と、直線B−B´上で撮影される第2透視画像データに基づく画像との間の画像間の動きベクトルを、画素または画像領域ごと算出する。   Then, the motion vector calculation unit 75 is between the image based on the first perspective image data photographed on the straight line AA ′ and the image based on the second perspective image data photographed on the straight line BB ′. The motion vector between the images is calculated for each pixel or image region.

図9は、動きベクトル算出部75による動きベクトル算出を説明するための説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram for describing motion vector calculation by the motion vector calculation unit 75.

図9では、術者によるワイヤなどの操作でワイヤの先端部分が血管分岐部分を通過した直後の透視画像を示している。そして、分岐前の血管は基準面内に略含まれているとし、分岐後の中央の血管は基準面よりも上側に存在するものとし、また、分岐後の左右の血管は基準面よりも下側に存在するものとする。また、術者がワイヤを通したい血管は、基準面よりも上側に存在する中央の分岐血管であることが事前にわかっているものとする。   FIG. 9 shows a fluoroscopic image immediately after the distal end portion of the wire passes through the blood vessel branch portion by an operation of the wire or the like by the operator. It is assumed that the blood vessel before branching is substantially included in the reference plane, the central blood vessel after branching is located above the reference plane, and the left and right blood vessels after branching are below the reference plane. Shall be on the side. In addition, it is assumed in advance that the blood vessel that the surgeon wants to pass the wire is a central branch blood vessel that exists above the reference plane.

ここで、Cアーム23を位置Aから位置Bに円弧動(回転)させて撮影した透視画像を用いて(図7参照)、ワイヤ先端部分の動きベクトルを求める場合を想定する。   Here, it is assumed that the motion vector of the tip portion of the wire is obtained by using a fluoroscopic image obtained by moving (rotating) the C arm 23 from the position A to the position B in a circular arc (see FIG. 7).

例えば、図9に示すように、平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルは、術者によるワイヤなどの操作によってワイヤの先端部分が分岐後の中央の血管を進行していれば、X軸の負方向となる。   For example, as shown in FIG. 9, the image and the motion vector of the point associated with the planar projective transformation can be obtained by using the X axis if the tip of the wire advances through the central blood vessel after branching by an operation of the wire by the operator. The negative direction.

これに対して、術者によるワイヤなどの操作によってワイヤの先端部分が分岐後の左右のいずれかの血管を進行していれば、平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルは、X軸の正方向となる。   On the other hand, if the distal end of the wire advances through the left or right blood vessel after branching by an operation of the wire or the like by the surgeon, the image or point motion vector associated with the planar projective transformation is Positive direction.

なお、X線診断装置1がワイヤの動きや体動に比べて充分に短い時間間隔で患者(被検体)Pを撮影することができる場合は、輝度勾配法等で求められるオプティカルフローを動きベクトルの算出に利用することが可能である。   When the X-ray diagnostic apparatus 1 can take an image of the patient (subject) P at a sufficiently short time interval compared to the wire movement or body movement, the optical flow obtained by the luminance gradient method or the like is used as the motion vector. It is possible to use it for calculation.

この場合、マッチングを用いないため、マッチングによる対応付けに伴う誤りのおそれがないというメリットがある。   In this case, since matching is not used, there is an advantage that there is no possibility of an error associated with matching by matching.

また、三次元位置判定方法の概念を説明する際に、説明を簡単化にするためにワイヤなどの医療器具の動きや患者Pの体動がないものとしたが、より正確に動きベクトルを算出するためには、これらを考慮することが必要となる。   Also, when explaining the concept of the three-dimensional position determination method, it is assumed that there is no movement of a medical device such as a wire or body movement of the patient P in order to simplify the explanation, but the motion vector is calculated more accurately. In order to do so, it is necessary to consider these.

ここで、患者Pの体動がある場合、その体動分が、動きベクトル算出部75により算出される動きベクトルに加算されてしまうことにより、基準面に略含まれるワイヤ領域にも大きな動きベクトルが出る可能性がある。   Here, when there is a body motion of the patient P, the body motion component is added to the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75, so that a large motion vector is also generated in the wire region substantially included in the reference plane. May come out.

この場合は、基準面に略含まれるワイヤ領域あるいは画像全体で動きベクトルを求め、その単純平均やRANSAC等のロバスト統計量といった任意の統計量を求め、その統計量を体動成分として利用する。すなわち、動きベクトル算出部75により算出される動きベクトルから統計量を引き算することにより、動きベクトルを補正することが可能である。   In this case, a motion vector is obtained for the wire region substantially included in the reference plane or the entire image, an arbitrary statistic such as a simple average or a robust statistic such as RANSAC is obtained, and the statistic is used as a body motion component. That is, the motion vector can be corrected by subtracting the statistic from the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75.

これにより、本実施形態のX線診断装置1は、患者Pなどの体動などが生じても、医療器具の三次元位置を判定するための基礎となる動きベクトルを正確に求めることができる。   Thereby, the X-ray diagnostic apparatus 1 of this embodiment can obtain | require correctly the motion vector used as the foundation for determining the three-dimensional position of a medical instrument, even if body movement etc. of the patient P etc. arise.

さらに、動きベクトルの算出の対象となる医療器具あるいはその近傍領域を、画像中で自動検知する必要がある場合には、器具の材質が、例えば、金属などX線が透過しにくい材質であることを考慮して、本実施形態のX線診断装置1では、ルーフ型(バレー型)画像フィルタ重畳やしきい値処理など領域判定の組み合わせにより、これらの領域のみを検出するようにしてもよい。   Furthermore, when it is necessary to automatically detect in the image the medical instrument for which the motion vector is calculated or in the vicinity thereof, the material of the instrument is, for example, a material that hardly transmits X-rays, such as metal. In consideration of the above, in the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment, only these regions may be detected by a combination of region determination such as roof type (valley type) image filter superposition and threshold processing.

また、本実施形態のX線診断装置1では、カテーテルの根元などから辿って(追跡して)、カテーテルなどの医療器具が存在する領域を検出することもできる。   Further, in the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment, a region where a medical instrument such as a catheter is present can be detected by tracing (following) from the root of the catheter.

動きベクトル算出部75は、算出される動きベクトルに関する情報を三次元位置判定部76に供給する。なお、動きベクトル算出部75は、算出される動きベクトルに関する情報を表示制御部81にも供給する。   The motion vector calculation unit 75 supplies information regarding the calculated motion vector to the three-dimensional position determination unit 76. The motion vector calculation unit 75 also supplies information related to the calculated motion vector to the display control unit 81.

表示制御部81は、連続透視画像の表示中において、動きベクトル算出部75によって算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像(矢印などのアイコン)を、表示装置39に表示させることができる。   The display control unit 81 can cause the display device 39 to display an image (an icon such as an arrow) indicating the direction and magnitude of the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75 during display of the continuous fluoroscopic image. .

ここで、動きベクトルの方向および大きさを示す画像とは、例えば、図9に示される矢印などのアイコンである。この矢印のアイコンをカラーで表示してもよい。これにより、術者は、連続透視画像を見ながらも、簡単に、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を確認して知ることができる。   Here, the image indicating the direction and size of the motion vector is, for example, an icon such as an arrow shown in FIG. The arrow icon may be displayed in color. Thus, the operator can easily confirm and know the three-dimensional position of the medical instrument inserted into the blood vessel while viewing the continuous fluoroscopic image.

ステップS6において、三次元位置判定部76は、基準面設定部73により設定される基準面に関する情報と、動きベクトル算出部75により算出される動きベクトルに関する情報とに基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定する。すなわち、三次元位置判定部76は、血管内手術中の医療器具が、基準面に対してY軸正方向の領域に位置するか、あるいはY軸負方向の領域に位置するかについて判定する。   In step S <b> 6, the three-dimensional position determination unit 76 performs the intravascular operation based on the information on the reference plane set by the reference plane setting unit 73 and the information on the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75. Determine a three-dimensional position for the medical device. That is, the three-dimensional position determination unit 76 determines whether the medical instrument during the intravascular operation is located in a region in the Y-axis positive direction or in the Y-axis negative direction with respect to the reference plane.

具体的には、二次元幾何変換処理部74による平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルがX軸の負方向のものである場合は、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向であるX軸の正方向と逆方向である。この場合、三次元位置判定部76は、動きベクトルに関する情報に基づいて、術者がワイヤを通したい血管が基準面よりも上側に存在する中央の分岐血管に進行していると判定することができる。   Specifically, when the image or point motion vector accompanying the plane projective transformation by the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 is in the negative direction of the X axis, the X axis direction accompanying the circular motion of the X-ray tube 21 This is the direction opposite to the forward direction of the X axis, which is the moving direction. In this case, the three-dimensional position determination unit 76 can determine based on the information on the motion vector that the blood vessel that the operator wants to pass through the wire has progressed to the central branch blood vessel that exists above the reference plane. it can.

他方、二次元幾何変換処理部74による平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルがX軸の正方向のものである場合は、X線管21の円弧動に伴うX軸方向の移動方向であるX軸の正方向と同じ方向である。この場合、三次元位置判定部76は、動きベクトルに関する情報に基づいて、術者がワイヤを通したい血管が基準面よりも下側に存在する左右のいずれかの分岐血管に進行していると判定することができる。   On the other hand, when the image or point motion vector accompanying the plane projective transformation by the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 is in the positive direction of the X axis, the moving direction in the X axis direction accompanying the arc motion of the X-ray tube 21 It is the same direction as the positive direction of a certain X axis. In this case, based on the information about the motion vector, the three-dimensional position determination unit 76 determines that the blood vessel that the operator wants to pass through the wire has progressed to one of the left and right branch blood vessels that exist below the reference plane. Can be determined.

三次元位置判定部76は、判定結果を三次元位置通知部77に供給する。   The three-dimensional position determination unit 76 supplies the determination result to the three-dimensional position notification unit 77.

なお、非一様な体動や外乱の影響により基準面から変位量だけでは判定が難しい場合には、医療器具の動きベクトル分布から、三次元姿勢を推定することも可能である。   In addition, when it is difficult to determine only the amount of displacement from the reference plane due to the influence of non-uniform body movement or disturbance, the three-dimensional posture can be estimated from the motion vector distribution of the medical device.

図10は、ワイヤの根元の位置から先端部分にむけて辿り(追跡して)、動きベクトルの大きさをプロットした図である。   FIG. 10 is a diagram in which the magnitude of the motion vector is plotted following (tracking) from the base position of the wire to the tip portion.

これまで説明したように、動きベクトルは、基準面から離れた位置に存在する画素や領域が、画像変換処理によって移動する様子を示したものである。そのため、医療器具の先端部分の位置が基準面から離れるに従って、動きベクトルの大きさも基本的に線形的に増加していくと考えられる。   As described so far, the motion vector indicates a state in which a pixel or a region existing at a position away from the reference plane moves by the image conversion process. For this reason, it is considered that the magnitude of the motion vector basically increases linearly as the position of the distal end portion of the medical instrument moves away from the reference plane.

ここで、術者によって所望しない血管に医療器具が挿入されてしまった場合には、局所的に動きベクトルの大きさが著しく増加して傾きが増加することが考えられる。   Here, when a medical instrument is inserted into a blood vessel that is not desired by the surgeon, it is conceivable that the magnitude of the motion vector locally increases and the inclination increases.

そこで、血管内を進行する医療器具のこれまでの動きベクトルの分布を考慮して、その分布の傾向に基づいて、現在進行している血管内での医療器具の三次元的位置を推定するようにしてもよい。すなわち、これまでの医療器具の進行方向からその進行方向に対する三次元位置を推定するようにしてもよい。または、ベクトルの差分値を用いるようにしてもよい。   Therefore, in consideration of the distribution of motion vectors of medical devices that have progressed in blood vessels, the three-dimensional position of the medical device in the currently progressing blood vessels is estimated based on the distribution trend. It may be. That is, you may make it estimate the three-dimensional position with respect to the advancing direction from the advancing direction of the medical instrument until now. Alternatively, a vector difference value may be used.

この場合、X線管21からの距離のみで定められる基準面ではなく、血管を含む平面を、基準面として設けるようにしてもよい。例えば、最初に設定された基準面の状態から血管を含む平面に基準面を再設定し、ワイヤなどの医療器具が被検体Pの血管内に挿入されたベクトルを線形的に近似することにより、その医療器具の動きベクトルの大きさに基づいて、被検体の体内における医療器具の上下の位置を推定し、判定することができる。   In this case, instead of the reference plane determined only by the distance from the X-ray tube 21, a plane including a blood vessel may be provided as the reference plane. For example, by resetting the reference plane from the initially set reference plane state to the plane including the blood vessel, and linearly approximating the vector in which the medical instrument such as a wire is inserted into the blood vessel of the subject P, Based on the magnitude of the motion vector of the medical instrument, the vertical position of the medical instrument in the body of the subject can be estimated and determined.

また、動きベクトル分布は、一次近似(線形近似)やカルマンフィルタなど任意の統計的推定による近似が可能である。この場合、その近似と動きベクトルに関し、事前に設定された許容値(平均や分散、角度、画素値などに関する数値(絶対値も含まれる))、あるいは解剖学的構造から推測される許容値と動きベクトルを比較することにより、本来は、ワイヤの先端が上側(手前)方向を向いていなければならないが、実際には下側を向いており、ワイヤの曲がっている方向が間違っているなどを判定することができる。   The motion vector distribution can be approximated by arbitrary statistical estimation such as linear approximation (linear approximation) or Kalman filter. In this case, with respect to the approximation and the motion vector, preset tolerance values (numerical values relating to average, variance, angle, pixel value, etc. (including absolute values)) or tolerance values estimated from anatomical structures By comparing the motion vectors, the tip of the wire should originally face upward (front side), but in fact it points downward and the direction of bending of the wire is wrong. Can be determined.

これにより、予め設定された許容値を超える値(外れ値)の動きベクトルのみにつき、医療器具に関する三次元位置を判定し、その旨を通知させることができる。   As a result, it is possible to determine the three-dimensional position of the medical instrument for only a motion vector with a value exceeding the preset allowable value (outlier) and notify the fact.

ステップS7において、三次元位置通知部77は、三次元位置判定部76から供給される判定結果に基づいて、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を術者に通知する。   In step S <b> 7, the three-dimensional position notification unit 77 notifies the operator of the three-dimensional position of the medical instrument inserted in the blood vessel based on the determination result supplied from the three-dimensional position determination unit 76.

具体的には、三次元位置通知部77は、判定結果に基づく医療器具の三次元位置に関する情報を表示制御部81に供給し、表示制御部81を介して医療器具の三次元位置に関する情報を表示装置39に表示させる。このとき、医療器具の三次元位置に関する情報は、連続透視画像の表示中に同時に表示される。   Specifically, the three-dimensional position notification unit 77 supplies information related to the three-dimensional position of the medical device based on the determination result to the display control unit 81, and receives information related to the three-dimensional position of the medical device via the display control unit 81. It is displayed on the display device 39. At this time, the information regarding the three-dimensional position of the medical instrument is simultaneously displayed during the display of the continuous fluoroscopic image.

例えば、「医療器具の3次元位置は基準面よりも上側にあります。医療器具の進行方向は正しいです。」や「医療器具の3次元位置は基準面よりも下側にあります。医療器具の進行方向は間違っています。」などの旨のメッセージが、医療器具の三次元位置に関する情報として表示装置39に表示される。   For example, “The 3D position of the medical device is above the reference plane. The direction of travel of the medical device is correct.” “The 3D position of the medical device is below the reference plane. A message such as “The direction is wrong” is displayed on the display device 39 as information on the three-dimensional position of the medical instrument.

これにより、術者は、連続透視画像を見ながらも、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を簡単に確認することができ、仮に血管内に挿入されている三次元位置が予定と異なる場合でも、医療器具の進行方向が正しくなるように直ちに修正することができる。   As a result, the operator can easily confirm the three-dimensional position of the medical instrument inserted in the blood vessel while viewing the continuous fluoroscopic image, and the three-dimensional position inserted in the blood vessel is scheduled. Even if they are different from each other, it can be corrected immediately so that the direction of travel of the medical device is correct.

また、単に動きベクトルの向きだけにより、基準面の上側か下側かで操作判定することもでき(事前設定により逆でもよい。)、術者にその旨を通知させることもできる。また、本実施形態のX線診断装置1は、連続透視画像という二次元情報(例えば、図9)を提供するとともに、同時に医療器具の三次元位置情報(例えば、図10)を提供することもできる。   In addition, the operation can be determined on the upper side or the lower side of the reference plane simply by the direction of the motion vector (the reverse may be possible by setting in advance), and the operator can be notified of this. In addition, the X-ray diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment provides two-dimensional information (for example, FIG. 9) called a continuous fluoroscopic image, and simultaneously provides three-dimensional position information (for example, FIG. 10) of a medical instrument. it can.

なお、ステップS7の通知処理において、医療器具に関する三次元位置情報が表示装置39を用いたメッセージにより術者に通知されるようになっているが、このような場合に限定されるものではなく、例えば、スピーカ42を用いた音声や信号音による通知でもよく、文字以外の画像表示(矢印などのアイコンの表示や、医療器具の該当箇所を色付けてカラー表示や、コントラスト強調表示するなど)による通知でもよく、またバイブレータなどの振動により通知してもよく、その他様々な通知方法が考えられる。   In the notification process of step S7, the three-dimensional position information related to the medical instrument is notified to the operator by a message using the display device 39, but is not limited to such a case. For example, notification by voice or signal sound using the speaker 42 may be used, and notification by image display other than characters (display of an icon such as an arrow, color display of a corresponding portion of a medical device, color display, contrast enhancement display, etc.) However, it may be notified by vibration of a vibrator or the like, and various other notification methods are conceivable.

また、許容値などを用いて判定する場合には、許容範囲かどうかの判定結果だけでなく、姿勢方向や許容範囲からの差異の数値情報などを合わせて術者に通知してもよく、また、求められる三次元姿勢に関する任意の情報を通知するようにしてもよい。   In addition, when determining using an allowable value, the operator may be notified of not only the determination result of whether it is an allowable range, but also the posture direction and numerical information of the difference from the allowable range, Any information regarding the required three-dimensional posture may be notified.

また、本実施の形態では、三次元位置判定部76による判定処理を行うことなく、連続透視画像の表示中において、動きベクトル算出部75により算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像(矢印などのアイコン)のみを表示装置39に表示させるようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, an image (in which the direction and the size of the motion vector calculated by the motion vector calculation unit 75 are displayed during the continuous perspective image display without performing the determination process by the three-dimensional position determination unit 76 ( Only icons (such as arrows) may be displayed on the display device 39.

ステップS8において、入力受付部71は、X線撮影実行制御部72により制御される三次元位置情報(三次元姿勢情報)の取得のためのX線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付ける。そして、入力受付部71は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付けたか否かを判定する。   In step S <b> 8, the input receiving unit 71 receives an input as to whether or not to end the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information (three-dimensional posture information) controlled by the X-ray imaging execution control unit 72. Accept. And the input reception part 71 determines whether the input about whether to complete | finish the X-ray imaging process for acquisition of three-dimensional position information was received.

ステップS8において、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられていないと判定した場合には、処理はステップS2に戻り、ステップS2以降の処理が所定の時間(例えば1秒間など)ごとに繰り返し実行される。   In step S8, when it is determined that the input for ending the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information is not accepted, the process returns to step S2, and the processes after step S2 are performed for a predetermined time. It is repeatedly executed every time (for example, for 1 second).

これにより、本実施形態のX線診断装置1は、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられたと判定されるまで、所定の時間(例えば1秒間など)ごとに、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報を取得して、術者に対して通知することができる。   As a result, the X-ray diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment has a predetermined time (for example, 1 second) until it is determined that an input for ending the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information is accepted. Every time, it is possible to acquire the three-dimensional position information regarding the medical instrument during the intravascular operation and notify the operator.

他方、ステップS8において、三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられたと判定した場合、三次元位置通知処理は終了する。   On the other hand, when it is determined in step S8 that an input to end the X-ray imaging process for obtaining the three-dimensional position information has been accepted, the three-dimensional position notification process ends.

なお、術者により再び血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理を開始するとの入力が行われると、ステップS2からS7の処理が実行されることとなる。   When the operator inputs again that the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information regarding the medical instrument undergoing the endovascular operation is started, the processes from step S2 to S7 are executed. .

また、本実施形態のX線診断装置1は、2つ以上の透視画像間で対応特徴点が複数(8組以上)求められれば、対応特徴点から変換基礎行列を求めて、対応特徴点におけるずれ量を求め、いわゆるmultiview stereoと呼ばれる、特徴点に関する三次元再構成を行ない、操作器具の三次元姿勢推定をすることも可能である。   In addition, the X-ray diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment obtains a transformation basic matrix from the corresponding feature points when a plurality of (8 or more) corresponding feature points are obtained between two or more fluoroscopic images, It is also possible to obtain a deviation amount, perform a three-dimensional reconstruction of feature points, so-called multiview stereo, and estimate the three-dimensional posture of the operating tool.

さらに、本実施形態のX線診断装置1は、図8を用いて説明した三次元位置通知処理を実行する場合に、ステレオ管を利用したステレオ観察や、Cアーム23を高速で動かして患者(被検体)Pを2視点から撮影するステレオ観察を併用するようにしてもよい。   Furthermore, the X-ray diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment, when executing the three-dimensional position notification process described with reference to FIG. (Subject) Stereo observation for photographing P from two viewpoints may be used in combination.

また、本実施形態のX線診断装置1は、造影剤を用いた撮影の場合、血管自体の三次元位置に関する情報を取得し、術者にその情報を通知するようにしてもよい。   Further, in the case of imaging using a contrast agent, the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment may acquire information regarding the three-dimensional position of the blood vessel itself and notify the operator of the information.

以上のように、本実施形態のX線診断装置1は、複数の視点で透視画像を撮影して連続透視画像を表示する場合に、第2の視点で撮影する第2透視画像が、あたかも第1の視点で撮影する透視画像となるように画像変換処理を施し、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルを表示装置39に表示することができる。   As described above, in the X-ray diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment, when a fluoroscopic image is captured from a plurality of viewpoints and a continuous fluoroscopic image is displayed, it is as if the second fluoroscopic image captured from the second viewpoint is the first. It is possible to perform image conversion processing so as to obtain a perspective image captured from one viewpoint, and to display on the display device 39 the motion of the image or region, or the motion vector that is generated by this image conversion processing.

これにより、術者は、表示装置39による表示自体のみでも、医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢(三次元的な位置)であるかを容易に認識することができる。そして、X線診断装置1は、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルに基づいて、医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢(三次元的な位置)を判定することができるので、医療器具に関する三次元位置に関する情報を術者に通知することができる。   Thereby, the surgeon can easily recognize what three-dimensional posture (three-dimensional position) the medical instrument is in the body of the subject only by the display itself of the display device 39. The X-ray diagnostic apparatus 1 then takes any three-dimensional posture (three-dimensional position) of the medical instrument in the body of the subject based on the motion of the image or area, or the motion vector, which is generated along with the image conversion process. Since the determination can be made, the operator can be notified of information regarding the three-dimensional position regarding the medical instrument.

なお、この通知処理は、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルが分かれば実施することができ、たとえシングルプレーンを備えるX線診断装置1やステレオ管を有しない既存のX線診断装置1であっても、本発明を適用することができる。   This notification process can be performed if the motion of the image or area or the motion vector that accompanies this image conversion process is known, even if it does not have an X-ray diagnostic apparatus 1 having a single plane or a stereo tube. The present invention can be applied even to the X-ray diagnostic apparatus 1.

従って、本実施形態のX線診断装置1は、被曝量を抑制しながらも簡便にかつ安価に、血管内手術中に医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢(三次元的な位置)であるかを術者または外部に通知することができる。   Therefore, the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment allows the medical device to be in any three-dimensional posture (three-dimensional position) in the body of the subject during the intravascular operation easily and inexpensively while suppressing the exposure dose. Can be notified to the surgeon or the outside.

このように、術者は、医療器具の操作経験などに依存することなく、医療器具の三次元位置を確実に知ることができるので、ワイヤ等の操作方向を誤ることで血管壁を傷つけることを防止することができ、大血管用の穴あきステント等の留置姿勢を間違えるなどの誤操作によるミスを防止することができる。   In this way, the surgeon can reliably know the three-dimensional position of the medical instrument without depending on the experience of operating the medical instrument. It is possible to prevent mistakes caused by erroneous operations such as a wrong placement posture of a large-vessel perforated stent or the like.

また、本実施形態のX線診断装置1によれば、X線CT装置によるスキャンやXR−3Dロードマップのような三次元再構成は必要がなく、Cアーム23の回転速度や動作角度を小さくすることができる(5度/秒、5度範囲など)。   Further, according to the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment, there is no need for three-dimensional reconstruction such as scanning with an X-ray CT apparatus or XR-3D roadmap, and the rotational speed and operating angle of the C arm 23 are reduced. (5 degrees / second, 5 degree range, etc.).

これにより、X線撮影に伴う術者への危険を極力排除することができ、かつ1回の三次元姿勢の推定に要する撮影・処理の時間を短縮化でき、術中に頻度高く利用できる。   As a result, the danger to the surgeon associated with X-ray imaging can be eliminated as much as possible, and the imaging / processing time required for one-time estimation of the three-dimensional posture can be shortened, which can be used frequently during the operation.

さらに、動きベクトルの相対量を利用するため、胸腹部など体動がある部位でも三次元姿勢(三次元位置)を推定することできる。そして、三次元姿勢の確認や調整に要する時間の短縮化を図ることにより、患者と術者の負担を大幅に軽減することができる。   Furthermore, since the relative amount of the motion vector is used, it is possible to estimate the three-dimensional posture (three-dimensional position) even in a part with body movement such as the chest and abdomen. By reducing the time required for checking and adjusting the three-dimensional posture, the burden on the patient and the operator can be greatly reduced.

また、図8に示したステップS2において、基準面設定部73は、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのX線撮影処理が開始された後、適宜、所望の基準面を再設定することができる。   Further, in step S2 shown in FIG. 8, the reference plane setting unit 73 appropriately determines a desired reference after the X-ray imaging process for acquiring the three-dimensional position information regarding the medical instrument during the intravascular operation is started. You can reset the face.

すなわち、ステップS8の判定処理の後にステップS2における基準面設定処理を実行して、基準面を再度設定することができ、またはすでに設定された基準面をそのまま利用してもよい。また、基準面設定部73は、術者が操作する入力装置38の入力に基づいて、上述した観察対象となる血管が含まれるような基準面を設定するようにしてもよい。   That is, the reference plane setting process in step S2 can be executed after the determination process in step S8 to set the reference plane again, or the already set reference plane may be used as it is. Further, the reference plane setting unit 73 may set a reference plane that includes the blood vessel to be observed as described above based on the input of the input device 38 operated by the operator.

これにより、血管内手術中に、任意の基準面に対して血管内の医療器具がいかなる三次元的な位置を有するかを好適に判別することができる。   Thereby, it is possible to suitably determine what three-dimensional position the medical instrument in the blood vessel has with respect to an arbitrary reference plane during the intravascular operation.

なお、基準面設定部73は、設定される基準面に関する情報を、その都度、二次元幾何変換処理部74および3次元位置判定部76に供給するものとする。   Note that the reference plane setting unit 73 supplies information on the set reference plane to the two-dimensional geometric transformation processing unit 74 and the three-dimensional position determination unit 76 each time.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。   Further, in the embodiment of the present invention, each step of the flowchart shows an example of processing that is performed in time series in the order described. The process to be executed is also included.

1 X線診断装置
21 X線管
22 X線検出装置
22a I.I.
22b TVカメラ
23 Cアーム
24 天板
25 高電圧供給装置
26 駆動機構
31 A/D変換回路
32 画像生成・処理回路
33 画像メモリ
34 CPU
35 HDD
36 メモリ
37 システム制御部
38 入力装置
39 表示装置
40 記憶媒体ドライブ
41 通信制御装置
42 スピーカ
43 バス
51 平面検出器
52 DAS
60,61 画像処理部
71 入力受付部
72 X線撮影実行制御部
73 基準面設定部
74 二次元幾何変換処理部
75 動きベクトル算出部
76 三次元位置判定部
77 三次元位置通知部
78 第1透視画像データ取得部
79 第2透視画像データ取得部
80 連続透視画像データ生成部
81 表示制御部
1 X-ray diagnostic apparatus 21 X-ray tube 22 X-ray detection apparatus 22a I.
22b TV camera 23 C arm 24 Top plate 25 High voltage supply device 26 Drive mechanism 31 A / D conversion circuit 32 Image generation / processing circuit 33 Image memory 34 CPU
35 HDD
36 Memory 37 System control unit 38 Input device 39 Display device 40 Storage medium drive 41 Communication control device 42 Speaker 43 Bus 51 Flat detector 52 DAS
60, 61 Image processing unit 71 Input reception unit 72 X-ray imaging execution control unit 73 Reference plane setting unit 74 Two-dimensional geometric transformation processing unit 75 Motion vector calculation unit 76 Three-dimensional position determination unit 77 Three-dimensional position notification unit 78 First perspective Image data acquisition unit 79 Second perspective image data acquisition unit 80 Continuous perspective image data generation unit 81 Display control unit

Claims (14)

Cアームと、
前記Cアームの一端に設けられ、被検体にX線を曝射するX線管と、
前記X線管と対向しつつ前記Cアームの他端に設けられ、X線を検出するX線検出器と、
前記被検体に医療器具が挿入される場合に、前記Cアームを回転させて少なくとも第1の視点と第2の視点を含む複数の視点のそれぞれでX線撮影し、前記第1の視点からX線撮影される第1透視画像データと、前記第1の透視画像データと時系列的に連続して前記第2の視点からX線撮影される第2透視画像データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得される前記第2の透視画像データに対して画像変換処理を行う画像変換手段と、
前記第1透視画像データに基づく画像と、前記画像変換手段による画像変換処理後の前記第2透視画像データに基づく画像との間の差分情報を画素または画像領域ごとに算出し、動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段と、
前記第1の透視画像データに基づく画像と、前記画像変換手段による画像変換処理後の前記第2透視画像データに基づく画像を、時系列的に連続する連続透視画像として表示するとともに、前記連続透視画像の表示中に、前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに応じた画像を表示する表示手段と、
を有するX線診断装置。
C-arm,
An X-ray tube provided at one end of the C-arm for exposing the subject to X-rays;
An X-ray detector which is provided at the other end of the C-arm while facing the X-ray tube and detects X-rays;
When a medical instrument is inserted into the subject, the C-arm is rotated to perform X-ray imaging at each of a plurality of viewpoints including at least a first viewpoint and a second viewpoint. Acquisition means for acquiring first fluoroscopic image data to be radiographed and second fluoroscopic image data to be X-ray radiographed from the second viewpoint in time series continuously with the first fluoroscopic image data;
Image conversion means for performing image conversion processing on the second fluoroscopic image data acquired by the acquisition means;
Difference information between the image based on the first perspective image data and the image based on the second perspective image data after the image conversion processing by the image conversion unit is calculated for each pixel or image region, and a motion vector is calculated. Motion vector calculating means for
An image based on the first fluoroscopic image data and an image based on the second fluoroscopic image data after the image conversion processing by the image converting means are displayed as a continuous fluoroscopic image continuous in time series, and the continuous fluoroscopy Display means for displaying an image according to the motion vector calculated by the motion vector calculation means during display of the image;
X-ray diagnostic apparatus.
前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに関する情報と、基準面に関する情報に基づいて、前記被検体に挿入される前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する通知手段と、
をさらに有する請求項1に記載のX線診断装置。
Determination means for determining a three-dimensional position of the medical instrument inserted into the subject with respect to the reference plane based on information on the motion vector calculated by the motion vector calculation means and information on the reference plane;
Based on a determination result by the determination unit, a notification unit that notifies information about a three-dimensional position of the medical instrument with respect to the reference plane;
The X-ray diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising:
前記通知手段は、
前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を前記表示手段に文字表示または画像表示させることにより、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する
請求項2に記載のX線診断装置。
The notification means includes
The information on the three-dimensional position of the medical instrument with respect to the reference plane is notified by displaying the information on the three-dimensional position of the medical instrument with respect to the reference plane on the display unit by displaying characters or images. Line diagnostic equipment.
前記文字表示または画像表示は、
前記表示手段によりさらにカラー表示またはコントラスト強調される
請求項3に記載のX線診断装置。
The character display or image display is
The X-ray diagnostic apparatus according to claim 3, wherein color display or contrast enhancement is further performed by the display unit.
前記通知手段は、
前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を音声または信号音として出力させることにより、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する
請求項2に記載のX線診断装置。
The notification means includes
The X-ray diagnostic apparatus according to claim 2, wherein information related to a three-dimensional position of the medical instrument relative to the reference plane is notified by outputting information relating to the three-dimensional position of the medical instrument relative to the reference plane as sound or signal sound. .
前記被検体の中心を通る水平面または前記被検体に関する任意の面を、前記基準面として設定する設定手段
をさらに有する請求項2から5のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The X-ray diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 5, further comprising setting means for setting a horizontal plane passing through a center of the subject or an arbitrary plane related to the subject as the reference plane.
前記判定手段は、
動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの方向と大きさに基づいて、前記被検体に挿入される医療器具が前記基準面に対して有する三次元位置を判定する
請求項2から6のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The determination means includes
The three-dimensional position of the medical instrument inserted into the subject with respect to the reference plane is determined based on the direction and magnitude of the motion vector calculated by the motion vector calculating means. The X-ray diagnostic apparatus according to Item 1.
前記判定手段は、
動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの分布と予め設定される許容値に基づいて、前記被検体に挿入される医療器具が前記基準面に対して有する三次元位置またはこれまでの前記医療器具の進行方向に対する三次元位置を判定する
請求項2から7のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The determination means includes
Based on the motion vector distribution calculated by the motion vector calculation means and a preset allowable value, the medical instrument inserted into the subject has a three-dimensional position with respect to the reference plane or the medical instrument thus far The X-ray diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 7, wherein a three-dimensional position with respect to the traveling direction is determined.
前記表示手段は、
前記連続透視画像の表示中に、前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像を表示する
請求項1から8のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The display means includes
The X-ray diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein an image indicating a direction and a magnitude of a motion vector calculated by the motion vector calculation unit is displayed during display of the continuous fluoroscopic image.
前記画像変換手段は、
前記第2透視画像データに基づく画像に対して、前記第1の視点からX線撮影される第1透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を行う
請求項1から9のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The image conversion means includes
The image conversion process is performed on the image based on the second fluoroscopic image data so as to become an image based on the first fluoroscopic image data which is X-rayed from the first viewpoint. The X-ray diagnostic apparatus according to Item.
前記画像変換手段により行われる画像変換処理は、二次元幾何変換処理である
請求項1から10のいずれか1項に記載のX線診断装置。
The X-ray diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the image conversion process performed by the image conversion unit is a two-dimensional geometric conversion process.
前記二次元幾何変換処理は、
平面射影変換処理またはアフィン変換処理である
請求項11に記載のX線診断装置。
The two-dimensional geometric transformation process includes:
The X-ray diagnostic apparatus according to claim 11, wherein the X-ray diagnostic apparatus is a planar projective transformation process or an affine transformation process.
前記Cアームを回転させて少なくとも前記第1の視点と前記第2の視点を含む複数の視点のそれぞれでX線撮影を開始するとの入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力受付手段により入力が受け付けられる場合、前記Cアームを回転させて少なくとも前記第1の視点と前記第2の視点を含む複数の視点のそれぞれでX線撮影を実行するように制御する実行制御手段と、
をさらに有する請求項1から12に記載のいずれか1項に記載のX線診断装置。
An input accepting means for accepting an input to start X-ray imaging at each of a plurality of viewpoints including at least the first viewpoint and the second viewpoint by rotating the C-arm;
Execution control for controlling to execute X-ray imaging at each of a plurality of viewpoints including at least the first viewpoint and the second viewpoint by rotating the C-arm when the input is received by the input receiving means. Means,
The X-ray diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 12, further comprising:
前記実行制御手段は、
前記入力受付手段により終了するとの入力が受け付けられまで、所定の時間ごとにX線撮影を繰り返し、前記Cアームを回転させて少なくとも前記第1の視点と前記第2の視点を含む複数の視点のそれぞれでX線撮影を実行するように制御する
請求項13に記載のX線診断装置。
The execution control means includes
X-ray imaging is repeated every predetermined time until an input indicating completion is received by the input receiving means, and the C-arm is rotated to rotate a plurality of viewpoints including at least the first viewpoint and the second viewpoint. The X-ray diagnostic apparatus according to claim 13, wherein the X-ray diagnostic apparatus is controlled to execute X-ray imaging.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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