JP2014113329A - Ｘ線診断装置、医用データ取得方法及び医用データ取得プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、人体組織内部の血流量の変化を好適に解析するためのＸ線診断装置、医用データ取得方法及び医用データ取得プログラムを提供することである。
【解決手段】上記の課題を解決するために、一実施形態のＸ線診断装置は、Ｘ線発生部と、Ｘ線検出部と、前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線検出部が互いに回転動作を行うように、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを結ぶ直線が歳差運動を行うための制御部と、前記歳差運動を行っている間に得られる複数の投影データに基づいて投影データセットをＮ個生成し、Ｎ番目の投影データセットにおいて少なくとも時間情報が最も早い投影データを、Ｎ−１番目の投影データセットにおける投影データとオーバーラップが生じるように生成する投影データ生成部と、前記Ｎ個の投影データセットのそれぞれに基づいて複数の再構成画像を生成する画像再構成部と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置、医用データ取得方法及び医用データ取得プログラムに関する。

人体組織内部の血流量解析は病態の把握に有用であり、例えば、Ｘ線ＣＴ画像を用いて人体組織内の造影剤の時間濃度曲線をもとに血流動態を表すパラメータを計算する技術がある。ただし、時間濃度曲線を得るためには、継時的に変化する造影剤の時間変化をとらえる必要があるため、連続的にＣＴ撮影を行う必要が生じる。しかし、Ｘ線ＣＴ装置はＸ線源及びＸ線検出器が備わるガントリを傾けるためのチルト機能を有しているものの、複雑に蛇行した血管の走行を調べるにあたって充分な角度付けを行うことが難しく、好適な手段とは言えない。

一方、血管造影用のＣアームを備えたＸ線診断システムでも連続的に断層画像を収集することが可能である。しかし、断層画像データを得るためには、Ｘ線ＣＴ装置と同様に、例えば被検体軸を回転軸としてＸ線源及びＸ線検出器を回転させて、少なくとも略１８０°分の回転撮影を行わなければならず、Ｃアームを備えたＸ線診断システムでは1つの再構成画像を得るために少なくとも数秒の収集時間が必要となってしまう。人体組織内部の血流量の変化は迅速に起こるため、Ｃアームを備えたＸ線診断システムにより一枚あたり数秒かかって断層画像を撮影したとしても、正確な時間濃度曲線を描くことができない。

なお、近年ではＸ線検出部とＸ線発生部を対向配置させた状態ですりこぎ様の運動（以下、歳差運動）を行い、Ｘ線撮影を行うことによって断層画像を収集する技術が開発されている。この方法は、上記の少なくとも略１８０°分の回転撮影を行わなければならないＣアームを備えたＸ線診断システムと比べて、Ｘ線検出部とＸ線発生部とが歳差運動を行うことに起因して投影データ収集時間が早い。しかし、１つのデータセットを収集するためにはやはり秒オーダーの収集時間が必要となり、迅速な血流量の変化に対応した解析を行うには課題が残されている。

特許第４２１６４９６号公報

"DVTによる新しい手術支援イメージング" MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.22 No.2 March 2004

本発明が解決しようとする課題は、人体組織の変化を好適に解析するためのＸ線診断装置、医用データ取得方法及び医用データ取得プログラムを提供することである。

上記の課題を解決するために、一実施形態のＸ線診断装置は、被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線検出部が互いに回転動作を行うように、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを結ぶ直線が歳差運動を行うための制御部と、前記歳差運動を行っている間に得られる複数の投影データに基づいて、３６０°以下の範囲における投影データに基づいた投影データセットをＮ個生成し、Ｎ番目の投影データセットにおいて少なくとも時間情報が最も早い投影データを、Ｎ−１番目の投影データセットにおける投影データとオーバーラップが生じるように生成する投影データ生成部と、前記Ｎ個の投影データセットのそれぞれに基づいて複数の再構成画像を生成する画像再構成部と、を備えることを特徴とする。

本実施形態における、Ｘ線診断装置全体の構成の一例を示す概略図である。 本実施形態における、Ｘ線発生部及びＸ線検出部の一例を示す概略図である。 本実施形態における、複数の投影データセットを取得する一例を示す概略図である。 本実施形態における、Ｘ線検出部と直交する方向から見たときの、Ｘ線検出部の回転動作及び投影データセットの一例を示す概略図である。 本実施形態における、単位領域毎の時間濃度曲線に基づいた解析結果を示す概略図である。 本実施形態における、Ｘ線診断装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるＸ線診断装置の一例を示す概略図である。

Ｘ線診断装置１は、被検体Ｐに対してＸ線を曝射するＸ線発生部１１と、Ｘ線を検出するＸ線検出部１２と、保持部１３と、システム制御部１４と、画像データ記憶部１５と、投影データ生成部１６と、画像再構成部１７と、画像解析部１８と、条件設定部１９と、操作部２０と、表示部２１とを有する。

保持部１３は、Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２を、それらが対向配置されるように保持する。そして保持部１３は、システム制御部１４の制御に依存し、被検体Ｐの周りで回転動作、平行動作を行うことが可能である。

システム制御部１４は、被検体Ｐの同一部位を複数の方向から撮影した画像を得るために、予め条件設定部１９にて設定された撮影位置、撮影角度で撮影できるように保持部１３の動作を制御する。またシステム制御部１４は、Ｘ線発生部１１からのＸ線曝射のための制御や、表示部２１の表示制御等を行う。

Ｘ線検出部１２は、Ｘ線発生部１１から曝射され被検体Ｐを透過し減衰したＸ線を検出する。そしてＸ線検出部１２は、検出した投影データを画像データ記憶部１５及び画像再構成部１７へと送る。

画像データ記憶部１５は、Ｘ線検出部１２にて検出された被検体Ｐの投影データを、予め設定された撮影位置、撮影角度と対応付けて記憶する。

投影データ生成部１６は、Ｘ線検出部１２にて検出された被検体Ｐの投影データに基づいた、画像再構成に必要な一連の投影データセットを生成する。投影データセットに関する詳細は図３を用いて後述する。

画像再構成部１７は、投影データ生成部１６にて生成された一連の投影データセットに基づいて画像再構成を行い、投影データセット毎に再構成画像データを生成する。

画像解析部１８は、画像再構成部１７にて時系列に再構成された再構成画像データをもとに、時間濃度曲線の作成、各種パラメータの計算を行う。また画像解析部１８は、時間濃度曲線に基づいて血流量解析を行う。時間濃度曲線及び血流量解析に関しては図５を用いて後述する。

条件設定部１９は、撮影位置、撮影角度及び投影データ生成部１６において生成される投影データセットの条件を設定する。投影データセットの条件に関しては図３を用いて後述する。

操作部２０は、例えばマウス等のポインティングデバイスであり、撮影条件の設定などの各種操作を行うために操作者によって操作される。

表示部２１は、画像再構成部１７にて生成された被検体Ｐの再構成画像データに基づいた画像を表示する。また表示部２１は、画像解析部１８にて作成された血流量解析の結果を表示する。

図２は、本実施形態における、Ｘ線発生部及びＸ線検出部の一例を示す概略図である。

図２に示すように、Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２は対向して配置され、それらは保持部１３が動作することにより歳差運動を行う。なお、図２は簡略的図示のため保持部１３の表示を省略している。

Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２は図２中矢印に示すように、対向関係を維持しつつ、アイソセンタＩを中心に歳差運動を行う。そして歳差運動中に得られた投影データに基づいて画像再構成部１７が画像再構成を行うことにより、被検体Ｐの断層画像が得られる。なお、このときのＸ線検出部１２の検出面は、図２（ａ）のようにＸ線検出部１２の中心とＸ線焦点を結ぶ直線に対して直角を維持して歳差運動を行ってもよいし、そうでなくてもよい。例えば、鉛直方向のようにある方向に対して垂直になるように歳差運動を行ってもよい（図２（ｂ））。

次に、図３を用いて、位相をずらした複数の投影データセットを取得する例を説明する。

図３は、Ｘ線発生部、Ｘ線検出部及び複数の投影データセットの一例を示す概略図である。

上述したように、Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２が被検体Ｐの周りを歳差運動している間、Ｘ線検出部１２は、被検体Ｐを透過し減衰したＸ線を検出する。この歳差運動が行われているとき、投影データ生成部１６は、位相が所定の周期でずれるように複数の投影データセットを生成する。このときの位相のずれや周期は、予め操作者が条件設定部１９にて設定しておく。そして投影データ生成部１６は、Ｎ＋１番目の投影データセットにおいて最も早い時刻に収集された投影データが、少なくともＮ番目の投影データセットにおける最も遅い時刻に収集された投影データと等しくなるようにする。

図３において、投影データ生成部１６は４つの投影データセットを生成する。ここで、図３に示される、３０、６０、９０等が記載される四角形は、それぞれ、投影データの組に対応する角度範囲を示している。例えば、３０と記載された四角形は０〜３０°の範囲に対応する投影データの組を示し、その隣の６０と記載された四角形は３０〜６０°に対応する投影データの組を示している。投影データ生成部１６は、ここでは投影データセット毎に３０°分周期がずれ、１８０°分の投影データを１つの投影データセットとして生成している。即ち図３において、０°〜１８０°の範囲において連続的に得られる投影データセットを「データセットＡ」とすると、３０°〜２１０°の範囲において連続的に得られる投影データセットが「データセットＢ」、６０°〜２４０°の範囲において連続的に得られる投影データセットが「データセットＣ」、９０°〜２７０°の範囲において連続的に得られる投影データセットが「データセットＤ」となる。そして画像再構成部１７は、これら投影データセット毎に画像再構成を行う。このとき、例えば、１回転1秒の設定において60fpsで撮影した場合、1回転で収集できる投影データの枚数は６０枚である。即ち１つの投影データセットは、１８０°分の３０枚の投影データによって構成される。

なお、本実施形態において１８０°分の投影データを１つの投影データセットとして扱う例を示したが、これに限ることはない。例えば３６０°分の投影データを１つの投影データセットとするなど、１８０°分以外の範囲における投影データセットを用いてもよい。

次に、周期のずれた投影データセットに関し、図４を用いて説明する。

図４は、Ｘ線検出部の検出面と直交する方向から見たときの、Ｘ線検出部の回転動作及び投影データセットの一例を示す概略図である。

図４においてＸ線検出部１２は、例えば点線に沿って矢印方向に回転する。図３で説明したとおり、３０°〜１８０°分の投影データが投影データセットＡ、投影データセットＡと３０°周期がずれた、６０°〜２１０°分の投影データが投影データセットＢである。即ち、予め条件設定部１９にて設定された周期のずれが３０°であり、１８０°分の投影データを１つの投影データセットとする場合、投影データ生成部１６は、１回転中に７つの投影データセットＡ〜Ｇ（投影データセットＧ＝２１０°〜０°において得られる投影データ）を生成する。なお、投影データセットＧから３０°周期がずれた投影データセットＨは投影データセットＡと同位相である。即ち、Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２が歳差運動を行っている間、Ｘ線検出部１２は同一方向からのＸ線を周期的に検出する。従って画像再構成部１７は、Ｘ線発生部１１及びＸ線検出部１２が歳差運動を行っている間、投影データ生成部１６にて生成された同一位相における投影データセットに基づいて、周期的に同一位相における再構成画像データを生成する。

図５は、単位領域毎の時間濃度曲線、そしてその時間濃度曲線に基づいた解析結果を示す概略図である。

前述のように例えば投影データセットがデータセットＡ〜Ｄまで４つある場合、画像解析部１８は、それら投影データセット毎に生成された再構成画像データに基づいて、ある単位領域における画素値の時系列的変化を示す時間濃度曲線を作成する（図５右）。このとき画像解析部１８は、再構成画像データにおける単位領域毎に時間濃度曲線を作成してもよいし、再構成画像データにおけるある特定の領域の単位領域のみで時間濃度曲線を作成してもよい。そして画像解析部１８は、その時間濃度曲線に基づいて解析を行い、例えば脳血流量の解析結果として表示部２１に表示する（図５左）。このときの脳血流量解析の結果はカラーで示されることが好ましい。例えば血流値が高い（画素値の変化が激しい）場合には赤等に色付けするなど、操作者が直感的に部位毎の血流量の相違を把握できるようにするとよい。

なお、本実施形態における一例として脳血流量解析に関して記載したが、本実施形態が適用される範囲はこれに限ることはない。その他体内の時系列変化を解析する場合にも適用することができる。

図６は、本実施形態におけるＸ線診断装置の動作を示すフローチャートである。

（ステップS０）
検査を開始するため、被検体Pが寝台に載置される。そして操作者は、被検体Pの例えば頭部がアイソセンタIになるように位置決めを行う。このとき、Ｘ線検出部１１およびＸ線発生部１２がアイソセンタIを中心に歳差運動するため、被検体ＰをアイソセンタIに配置すると最も広い再構成視野を確保することができる。

そして撮影を開始するにあたり、条件設定部１９は、操作者による操作部２０の操作に基づいて回転撮影の回転半径、収集フレームレート等を設定する。操作者は、例えば血流の早い被検体Pの撮影に対してより早く撮影を行いたい場合は回転撮影の半径を小さく設定する。１回転の収集時間を早くすることにより、時間分解能が高まる。

しかし、単に回転半径を小さくして1回転の収集時間を短くしただけでは、投影データの取集枚数も減少してしまい、Signal to noise ratio（以下SNR）の劣化を招いてしまう。そこで、SNRの劣化を防止するため、操作者は収集フレームレートの設定を行う。上述のように、例えば１回転1秒の設定において60fpsで撮影した場合、1回転で収集できる投影データの枚数は６０枚である。故に、例えば1回転0.5秒の設定で同様の投影データ枚数を得るためには、操作者は120fpsのフレームレートを設定するための操作を行う。そしてステップS１へと移る。

（ステップS１）
操作者による操作部２０の操作に基づき、保持部１３の回転動作、Ｘ線発生部１１からのＸ線曝射が開始される。このとき、システム制御部１４によって保持部１３の回転動作やＸ線発生部１１からのＸ線曝射が制御される。この時の保持部１３は、図２に示すようにＸ線検出部１２とＸ線発生部１１とが対向関係を維持させつつ、それらがアイソセンタIを中心に歳差運動を行うように動作する。そして操作者は、Ｘ線検出部１２及びＸ線発生部１１が歳差運動を行っている任意のタイミングにて、被検体に対して造影剤を注入する。そしてステップS２へと移る。なお、造影剤注入に関しては既知技術であるため説明は省略する。

（ステップS２）
投影データ生成部１６は、ステップS１にて得られた投影データの中から、図３に示すように投影データセットを生成する。このとき、投影データ生成部１６は、ステップS０にて設定された条件に従う。

また、投影データ生成部１６は、収集角度の位相をあらかじめ設定した値だけずらして複数個の投影データセットを作成する。このときの位相のずれは隣り合う投影データセット毎に一定でもよいし、異なってもよい。

（ステップS３）
画像再構成部１７は、その設定された条件に従って得られたN個の投影データセット毎に画像再構成を行い、N個の画像再構成データを生成する。即ち画像再構成部１７は、図３に示す例では４つの投影データセットから４つの画像再構成データを生成する。このとき画像再構成部１７が行う画像再構成の方法はDigital TomosynthesisやDigital Volume Tomography 等の再構成手法を用いる。

（ステップS４）
ステップS３にて得られた４つの画像再構成データを用い、画像解析部１８は、図５に示すように例えば単位領域毎における時間濃度曲線を作成する。ここでいう時間濃度曲線とは、横軸が時刻で縦軸が画素値となる曲線である。そして単位領域とは１ピクセルのことでもよいし、複数のピクセル群を単位領域としてもよい。

そして画像解析部１８は、得られた時間濃度曲線を用いてCBF(Cerebral Blood Flow )やCBV(Cerebral Blood Volume)などの手法により血流量解析を行う。

（ステップS５）
表示部は、ステップS５にて得られた血流量解析の結果を表示する。

（ステップSＥ）
ステップＳ２〜ステップＳ５の間において、操作者は操作部２０を操作することにより、任意のタイミングにてX線曝射及び保持部１３の動作を停止させる。

なお本実施形態において、被検体Ｐの頭部を撮影し、脳血流量測定を行う例を示したが、これに限ることは無い。本実施形態における技術は、被検体Ｐの頭部以外の箇所の診断を行う際にも有用である。

以下、本実施形態における効果を説明する。

本実施形態によると、投影データ生成部が、例えば１８０°分の投影データセットをオーバーラップが生じるように複数生成し、画像再構成部が、その複数の投影データセットに基づいて画像再構成を行う。そして画像解析部は、画像再構成部にて時系列に再構成された画像データをもとに時間濃度曲線を作成し、この時間濃度曲線に基づいて血流量解析を行う。そして表示部が図５に示すような血流量解析の結果を表示することにより、操作者は、被検体の血流量を観察することができる。これにより、従来のオーバーラップを生じさせずに投影データセットを取得して血流量解析を行うよりも、血流の時間変化を細かくサンプリングすることができる。これによって、より正確な血流量解析を可能にする。

１つの実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。本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。

Ｐ 被検体
１ Ｘ線診断装置
１１ Ｘ線発生部
１２ Ｘ線検出部
１４ システム制御部
１６ 投影データ生成部
１７ 画像再構成部
１８ 画像解析部

Claims (6)

1. 被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線検出部が互いに回転動作を行うように、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを結ぶ直線が歳差運動を行うための制御部と、
   前記歳差運動を行っている間に得られる複数の投影データに基づいて、３６０°以下の範囲における投影データに基づいた投影データセットをＮ個生成し、Ｎ番目の投影データセットにおいて少なくとも時間情報が最も早い投影データを、Ｎ−１番目の投影データセットにおける投影データとオーバーラップが生じるように生成する投影データ生成部と、
   前記Ｎ個の投影データセットのそれぞれに基づいて複数の再構成画像を生成する画像再構成部と、
   を有するＸ線診断装置。
2. 前記再構成画像の単位領域における画素値の時間変化を検出する時間変化検出部と、
   前記時間変化検出部によって検出されたデータに基づいた解析結果を表示する表示部と、
   を更に有する請求項１記載のＸ線診断装置。
3. 前記投影データ生成部は、それぞれ略１８０°分の投影データを有するように前記Ｎ個の投影データセットを生成する請求項１又は２記載のＸ線診断装置。
4. 前記単位領域は１ピクセルである請求項１乃至３いずれか一項に記載のＸ線診断装置。
5. Ｘ線発生部が被検体に対してＸ線を照射するステップと、
   Ｘ線検出部が前記Ｘ線を検出するステップと、
   制御部が、前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線検出部が互いに回転動作を行うように、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを結ぶ直線が歳差運動を行うよう制御するステップと、
   投影データ生成部が、前記歳差運動を行っている間に得られる複数の投影データに基づいて、３６０°未満の範囲における投影データに基づいた投影データセットをＮ個生成し、Ｎ番目の投影データセットにおいて少なくとも時間情報が最も早い投影データは、Ｎ−１番目の投影データセットにおける投影データとオーバーラップが生じるようにするステップと、
   画像再構成部が、前記Ｎ個の投影データセットに基づいて画像再構成を行うステップと、
   を有する医用画像データ取得方法。
6. Ｘ線発生部に、被検体に対してＸ線を照射させ、
   Ｘ線検出部に、前記Ｘ線を検出させ、
   制御部に、前記Ｘ線発生部及び前記Ｘ線検出部が互いに回転動作を行うように、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを結ぶ直線が歳差運動を行うよう制御させ、
   投影データ生成部に、前記歳差運動を行っている間に得られる複数の投影データに基づいて、３６０°未満の範囲における投影データに基づいた投影データセットをＮ個生成させ、Ｎ番目の投影データセットにおいて少なくとも時間情報が最も早い投影データは、Ｎ−１番目の投影データセットにおける投影データとオーバーラップが生じるようにさせ、
   画像再構成部に、前記Ｎ個の投影データセットに基づいて画像再構成を行わせる医用画像データ取得制御プログラム。

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