JP3784856B2

JP3784856B2 - 画像診断装置

Info

Publication number: JP3784856B2
Application number: JP12646695A
Authority: JP
Inventors: 政広小澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: JPH08321995A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、造影された血管画像を診断するための画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環器系疾患の診断においては、被検体の血管にカテーテルを挿入し造影剤を直接注入することにより血管造影を行う血管造影法（アンギオグラフィ）が行われている。さらに、被検体に造影剤を注入する前後の血管画像（マスク像とライブ像）を減算処理することにより、血管部分をより見やすく抽出するディジタルサブトラクションアンギオグラフィも行われ、得られた画像が診断に用いられている。以下、本明細書ではこのようにして得られた画像をＤＳＡ画像と称する。
【０００３】
減算処理を行うための血管画像（マスク像とライブ像）は、ディジタル化された画像（ディジタルアンギオ画像）であって、ディジタルアンギオ画像は、例えば、Ｘ線を曝射することにより得たＸ線像をＩ．Ｉ．（イメージインテンシファイア）とＴＶカメラを用いて撮影し、この時出力される映像信号をＡ／Ｄ変換によりディジタル化することにより得ることができる。
【０００４】
このようなディジタルサブトラクションアンギオグラフィを行うための画像診断装置の従来例では、マスク像及びライブ像を個別に収集している。また、例えば被検体の下肢血管等に対する造影を行う場合は、対象の血管が広範囲に及ぶため、造影剤の流れに応じて撮影系を順次移動させながら撮影を行っている。このような撮影系の移動を伴う血管造影では、造影剤を注入する前のマスク像と、造影剤を注入した後のライブ像を取得するために、同じ位置の画像を２回撮影するように撮影系の移動が制御されている。
【０００５】
撮影系を移動するには、撮影支持器を固定したまま患者を載置したカテーテル寝台を移動させる方法と、カテーテル寝台を固定したまま撮影支持器を移動させる方法とがあるが、本明細書では後者の方法に依ることとして説明する。
【０００６】
ここで、撮影系の移動を伴うマスク像及びライブ像の撮影を行いＤＳＡ像を作成するまでの過程を詳しく説明する。図１０は、マスク像及びライブ像の撮影順序を説明するための図である。
【０００７】
先ず血管造影剤を被検体に注入する前のマスク像（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を順次撮影する。撮影系の移動量は１回の撮影領域に相当する量であり、移動のタイミングは撮影を行った直後とする。最後のマスク像（この場合はマスク像Ｍ３）を撮影した時点では、撮影系は被写体（患者）３０の先端部に位置している。そこで撮影系は最初にマスク像Ｍ１を撮影した位置まで移動する。
【０００８】
次に血管造影剤を注入した後の画像、すなわちライブ像（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）の撮影を行う。ライブ像を撮影するタイミングは、造影剤が撮影領域の下部に到達した時とする。この様にして得られたライブ像（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）から順次マスク像（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を減算処理することによりＤＳＡ像が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような、撮影系を移動してマスク像及びライブ像を個別に収集する従来の画像診断装置には、以下のような問題点がある。
（１）マスク像とライブ像とを撮影する時間の間隔が長いため、被写体の動き等によってＤＳＡ像にアーティファクト（偽像）が発生し、十分な画質のＤＳＡ像が得られない。
（２）マスク像の撮影の後に行われるライブ像の撮影に失敗する場合や、造影剤の流れが途中で滞ることにより、造影剤の停滞箇所以降のライブ像の撮影が行えないといった場合には、再度マスク像の撮影からやり直す必要がある。このため、既に撮影したマスク像が不要となり、結果として患者あるいは操作者に無駄な被爆を与えることになる。
（３）撮影系を２回移動してマスク像及びライブ像を収集することは、検査時間を長引かせ、患者あるいは操作者の負担を増大させることになる。
【００１０】
本発明は上述した事情に対処すべくなされたもので、その目的は撮影系の１回の移動によって収集した画像からマスク像及びライブ像を得る画像診断装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像診断装置は、被検体の体軸に沿って撮影部位を移動させ、被検体の複数部位のＸ線像を収集する収集手段と、収集手段により収集したそれぞれのＸ線像を、被検体の体軸に交差する方向で複数の分割画像に分割する分割手段と、分割手段により得られたそれぞれの分割画像を、造影された血管像が存在する分割画像と造影された血管像が存在しない分割画像とに分類する分類手段と、造影された血管像が存在しない分割画像として分類され、かつ、異なる時点で収集された被検体の同一部位の複数の分割画像のうち、最後に収集された分割画像を、当該部位のマスク画像として決定するマスク像決定手段と、造影された血管像が存在する分割画像とマスク像決定手段により決定されたマスク像に基づいて、サブトラクション画像を作成するサブトラクション像作成手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明による画像診断装置によれば、１回の移動撮影によって収集した画像から、マスク像及びライブ像を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例に係る画像診断装置のハードウェア構成を示すブロック図である。第１実施例に係る画像診断装置は、カテーテル寝台２上に載置される被検体（図示しない）にＸ線を曝射するＸ線管１と、Ｘ線管１に対しカテーテル寝台２を介して対向配置され、被検体を透過したＸ線を検出して光学像に変換するＩ．Ｉ．（イメージインテンシファイア）３と、Ｉ．Ｉ．３から出力された光学像を撮像して映像信号に変換するＴＶカメラ４と、ＴＶカメラ４から出力された映像信号をディジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５から出力された映像信号を入力し、これを画像（ディジタルアンギオ画像）として記憶するフレームメモリ６とを有している。
【００１４】
また、フレームメモリ６が記憶する画像を入力しＣＰＵ（中央処理装置）１２が画像処理を施すことにより得られた画像を保管するための画像処理メモリ７及びマスク像保管メモリ７ａと、画像メモリ７及びマスク像保管メモリ７ａから画像処理済みの画像を入力して減算処理を行いＤＳＡ像を作成する減算処理装置８と、減算処理装置８から出力されたＤＳＡ像を入力し、これをアナログの映像信号に変換するＤ／Ａ変換器９と、Ｄ／Ａ変換器９からから出力されたアナログ映像信号のＤＳＡ像を表示するモニタ１０とを有している。
【００１５】
また、ＣＰＵ１２には操作者からの指示を入力するための入力装置１３が接続され、撮影支持器１１ａを駆動する撮影支持器駆動装置１１ｂが接続されている。撮影支持器１１は一般にその形状からＣアームと称され、Ｘ線管１とＩ．Ｉ．３とを支持するものであり撮影支持器駆動装置１１ｂにより駆動されて移動する。
【００１６】
このように構成された本実施例の装置は、Ｘ線管１を被検体に比較的強いＸ線を短い時間曝射する“撮影”を主に行うものであるが、比較的弱いＸ線を長い時間曝射する“透視”も行えるようになっている。また、“透視”により得られた画像は、モニタ１０に供給して表示することができる。また、透視画像をＡ／Ｄ変換器５にてデジタル化し、画像処理メモリ７に供給して画像処理を施すこともできる。
【００１７】
図２は、第１実施例に係る画像診断装置の動作の概略を説明するためのフローチャート図である。
先ずステップＳ１において、画像の収集が行われる。ここでは、撮影支持器駆動装置１１ｂにより駆動される撮影支持器１１ａと、該撮影支持器１１ａによって支持されるＸ線管１、Ｉ．Ｉ．３及びＴＶカメラ４とから成る撮影系が、被検体の血管に注入した造影剤の流れに応じて該被検体の体軸方向に沿って移動しながら複数の画像を収集する。画像収集中は、ＣＰＵ１２により制御された撮影支持器駆動装置１１ｂによって撮影毎に撮影位置が所定量だけ移動する。
【００１８】
前述したように、従来の装置では被検体の体軸方向に沿って撮影系を移動しながら撮影−移動を順次繰返しマスク像を収集した後に、撮影系をマスク像の撮影開始位置に戻し、造影剤を注入した後、再度被検体の体軸に沿って移動しながら２回目の移動撮影にてライブ像を収集するものであるが、本実施例は、撮影系の１回の移動撮影によって収集した画像からマスク像及びライブ像を得んとするものである。このような本実施例では、先ず造影剤注入前に撮影系の撮影開始位置にて１枚目の撮影を行い、続いて撮影−移動を順次繰返し、１回の移動撮影にて収集を終了する。
【００１９】
ところで、画像を収集する際に、造影剤の流れをリアルタイムに検知しながら撮影（移動）のタイミング制御を行うようにすれば収集精度が向上する。すなわち、画像の収集と並行して透視を行い、造影されることにより透視画像に現れた血管造影像に基づいて撮影（移動）のタイミングを計りながら収集するようにしても良い。撮影のタイミングについては、造影剤の浸透により血管造影像が現撮影領域からはみ出すまでの間であれば、どの位置にて撮影するようにしてもよい。これは、透視画像上にて後述する血管造影像の自動追跡の手法により先端部位を常に認識し、所定の位置にて撮影のトリガを得るようにしても良いし、モニタ１０に表示された透視画像を操作者が視認し、入力装置１３を用いて撮影のトリガを与えるようにしても良い。
【００２０】
収集した複数枚の画像は、Ａ／Ｄ変換器５を介してフレームメモリ６に格納される。
次にステップＳ２において、画像の分割が行われる。先ずステップＳ１にて収集され、フレームメモリ６に格納された画像が画像処理メモリ７に順次送られる。以下、マスク像の決定までは、この画像処理メモリ７にて処理が行われる。
【００２１】
そして、画像処理メモリ７に送られてきた画像を撮影系の移動方向に交差する方向（被検体の体軸方向に交差する方向）に分割することにより、図３に示すような複数の分割画像を得る。
【００２２】
なお、本実施例では、撮影位置の移動量に等しい大きさで画像を等分割することとする。等分割とせず任意の大きさで分割する場合は、後述する時間差分処理や減算処理等において、１組の画像が同じ部位の撮影像となるように対応させる処理を追加すれば良い。
【００２３】
次にステップＳ３において、分割画像の分類が行われる。ここでは、ステップＳ２において分割されたそれぞれの分割画像を、血管造影像が存在する分割画像の集まりと、血管造影像が存在しない分割画像の集まりとに分類する。ここで、分割画像の分類方法の一例を説明する。第１の分類方法は、図４に示すように、画像上の血管の先端、すなわち造影剤によって造影された血管造影像２０の先端部分を追跡（サーチ）し、追跡結果に基づいて分類する。血管造影像の先端部分の追跡は既に知られている血管追跡方法を用いて行えば良い。公知の血管追跡方法、例えばシカゴ大のダブルスクエアボックス・リ−ジョンオブサ−チ法、参考文献(Automated tracking of the vascular tree in DSA images using a double-square-box region-of-search algorithm:kenneth R.Hoffmann,Kunio Doi,Heang-Pin Chan,Laura Fencil,Hiroshi Fujita,Alan Muraki;The Kur t Rossmann Laboratories for Radiologic Image Research Department of Radiology,The University of Chicago)に記載の方法では、ダブルスクエアボックスを用い、追跡点により血管造影像を追跡する。
【００２４】
そして、血管追跡過程において、その上を追跡点が通過したものを血管造影像が存在する分割画像と決定する。例えば、図４の画像Tiにおいて、位置ａ、位置ｂの分割画像は血管の追跡点が通過または存在するので血管造影像ありと決定し、位置ｃ〜位置ｅの分割画像は追跡点が一度も通過又は存在しないので血管造影像なしと決定する。
【００２５】
次に、分割画像の分類の他の例を説明する。第２の分類方法は、図５に示すように、同じ部位を撮影した分割画像Ti,Ti+1 に関して、時間差分画像Siを得る。この時間差分画像Siについて、撮影系の移動方向と垂直な方向のプロファイルカーブを１ライン目から順次求め、このプロファイルカーブ上に、所定のしきい値以上の極大点が存在するか否かを調べる。この極大点は血管造影像を表すもので、これが存在する場合は血管造影像ありの分割画像、存在しない場合は血管造影像なしの分割画像と決定できる。なお、血管造影像が存在すると決定された分割画像が存在する位置における他の分割画像については、全て血管造影像ありとみなし、分類のための上記の処理は行わない。
【００２６】
次にステップＳ４において、分割画像の中からマスク像を決定する。さらに詳しくは、ステップＳ３において造影された血管造影像が存在しない分割画像として分類され、かつ、異なる時点で収集された被写体の同一部位を撮影した複数の分割画像のうち、最後に収集された分割画像を当該部位のライブ像に対するマスク画像として決定する。すなわち、ある時刻t において得られた画像Ttのある位置の分割画像Dtについて、この分割画像と同じ部位を撮影した分割画像Di(i<=t)のうち、血管造影像が存在しない最後の分割画像を分割画像Dtのマスク像として決定する。
【００２７】
このようなマスク像の決定を種々の例を挙げて説明する。
前掲した図４には、同図上方向から下方向に向かう造影剤の流れに応じて、撮影系（撮影指示器１１ａ）が被検体の体軸に沿って移動することにより撮影領域が順次移動して得られた複数の画像が示されている。
【００２８】
例えば図中の位置e に着目すると、画像Ti+2にて初めて血管造影像が存在する。そこで、位置e の分割画像のマスク像は、画像Ti+2以前では１つ前の画像の位置e の分割画像とし、画像Ti+2以後では画像Ti+1の位置e の分割画像とする。
【００２９】
例えば、画像Ti+1の位置e のマスク像はそれ自身であり、画像Ti+2の位置c の分割画像のマスク像は画像Tiの位置c の分割画像であり、画像Ti+3の位置f の分割画像のマスク像は画像Ti+1の位置f の分割画像である。
【００３０】
マスク像として決定された分割画像は、画像処理メモリ７からマスク像保管メモリ７ａに送られ、後の減算処理のため保管される。以上ステップＳ１〜ステップＳ４により、撮影系の１回の移動撮影によって収集した画像からマスク像及びライブ像を分割画像単位で得ることができる。
【００３１】
次にステップＳ５において、減算装置８において減算処理（サブトラクション）が行われる。ここでは、血管造影像が存在する分割画像（ライブ像）とステップＳ４にて決定したマスク像の１組の分割画像に対して減算処理を施す。この結果、分割画像の大きさを持ったＤＳＡ像が得られる。
【００３２】
そして、ステップＳ６において、ＤＳＡ像の表示が行われる。ステップＳ５において得られたＤＳＡ像は、Ｄ／Ａ変換器９を介してモニタ１０に供給されて表示される。
【００３３】
ところで、ステップＳ５において作成されるＤＳＡ像は分割画像単位で作成されるものであり、本実施例はそれぞれのＤＳＡ像を結合することにより撮影領域の大きさに相当するＤＳＡ像を得ることができる。
【００３４】
さらに、分割画像単位でＤＳＡ像を得ているため分割画像を最小単位としてこれを任意倍した大きさのＤＳＡ像を作成することも可能である。したがって、例えば下肢血管のように広範囲に亘る被検体の部位を１枚の診断画像（ＤＳＡ像）で診断したい、といった診断のニーズに応じた大きさの画像を出力することができる。また、ライブ像の撮影を途中で失敗したら、失敗した箇所を分割画像単位で取り直せば良い。
【００３５】
以上説明したように、本発明の第１実施例に係る画像診断装置によれば、撮影系の１回の移動によって収集した画像からマスク像及びライブ像を得ることができる。このため、被写体の動き等によるアーチファクトが低減され、十分な画質のＤＳＡ像が得られる。また、患者あるいは操作者への無駄な被爆を与えることがない。また、検査時間を短縮し、患者あるいは操作者の負担を軽減することができる。
【００３６】
次に本発明の第２実施例に係る画像診断装置を説明する。第２実施例の説明において第１実施例と同一部分は同一参照符号を付してその詳細な説明は省略する。第２実施例は、分割画像の大きさを１回の撮影で得られる画像の半分の大きさにする点と、画像の収集と平行して行われる透視により得られた透視画像上の血管造影像の先端部分を、例えば前述した追跡方法により常に追跡し、この先端部分が造影剤の浸透により透視画像の中央に到達した時点において画像を撮影するとともに、図６に示すように分割画像の大きさに等しい移動量で撮影系を移動させる点において第１実施例とは異なっている。
【００３７】
図７は、このようにして収集した画像からどのようにしてＤＳＡ像を求めるかを説明するための図である。本実施例のようにして収集した画像では、常に画像の上半分に血管造影像が存在し、下半分には血管造影像が存在しない。したがって、収集した画像を半分の大きさに分割して２つの分割画像を求め、上半分の分割画像をライブ像とし、直前に撮影された画像の下半分の分割画像をマスク像として容易に決定することができる。このため処理が簡略化、高速化されるという利点がある。しかしながら、例えば血管造影像が透視画像の中央以外の位置にある時に誤って撮影が行われたような場合は、分割画像単位でマスク像及びライブ像の組を得ることができなくなり、収集した画像が無駄になるという反面がある。
【００３８】
ここで、Ｉ．Ｉ．による画像の歪みや幾何学的歪みに対する補正について説明する。Ｉ．Ｉ．による画像の歪みや幾何学的歪みに対する補正を画像の分割の前の処理として、収集した画像に予め施しておく。図８は、幾何学的歪みによる問題点を説明するための図である。幾何学的歪みは、Ｘ線管とＩ．Ｉ．とが平行移動する場合に、被写体とＸ線焦点、受像面の位置がそれぞれ変化し、被写体の投影像の拡大率、投影方向等が逐次変わってしまうために発生する。同図では、撮影系の位置に応じた出力画像において、同一被検体部位（ａ，ｂ）の態様がそれぞれ異なるものとなっている。このため、形状、大きさ等の態様がそれぞれ異なるものとなり、適切な診断画像が得られないという問題点がある。
【００３９】
そこで、図９に示すように、Ｉ．Ｉ．のみを平行移動させ、Ｘ線の照射領域がＩ．Ｉ．入射面となるなるようにＸ線管をその位置を固定としたままで回転させる。このようにして画像を収集するようにすれば、同図に示すように、同一被検体部位（ａ，ｂ）の態様が同一となり、異なる受像面にてそれぞれ得られた分割画像間における減算処理を適切に行うことができる。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、種々変形して実施可能である。例えば、第１、第２実施例では、診断対象として被検体の下肢血管を例に挙げて説明したが、診断対象はこれに限定されるものではない。
【００４１】
また、血管造影像の先端部位の追跡については、例えば透視像表示モニタを操作者が観察することにより人手に依ることとしても良い。
また、上述したＩ．Ｉ．による幾何学的歪みに対する補正については、第１実施例においても行うようにしてもよい。
また、図１に外部記憶装置（例えばディスク）を付加し、収集した画像を記憶するようにすれば、画像収集とＤＳＡを時間的に不連続に行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下のような効果を奏する画像診断装置を提供できる。
（１）撮影系の１回の移動によって収集した画像からマスク像及びライブ像を得る画像診断装置。
（２）被写体の動き等によるアーチファクトが低減され、十分な画質の画像が得られる画像診断装置。
（３）患者あるいは操作者への無駄な被爆を与えることがない画像診断装置。
（４）検査時間を短縮し、患者あるいは操作者の負担を軽減する画像診断装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る画像診断装置のハードウェア構成を示すブロック図。
【図２】第１実施例に係る画像診断装置の動作の概略を説明するためのフローチャート図。
【図３】第１実施例の動作を概略的に示す図。
【図４】画像の分割を説明するための図。
【図５】分割画像の分類の他の例を説明するための図。
【図６】第２実施例の撮影系の撮影順序を説明するための図。
【図７】第２実施例のマスク像及びライブ像の決定を説明するための図。
【図８】幾何学的歪みによる問題点を説明するための図。
【図９】幾何学的歪みの補正方法を説明するための図。
【図１０】従来のマスク像及びライブ像の撮影順序を説明するための図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…カテーテル寝台、３…Ｉ．Ｉ．（イメージインテンシファイア）、４…ＴＶカメラ、５…Ａ／Ｄ変換器、６…フレームメモリ、７…画像処理メモリ、７ａ…マスク像保管メモリ、８…減算処理装置、９…Ｄ／Ａ変換器、１０…モニタ、１１ａ…撮影支持器、１１ｂ…撮影支持器駆動装置、１２…ＣＰＵ、１３…入力装置。

Claims

被検体の体軸に沿って撮影部位を移動させ、前記被検体の複数部位のＸ線像を収集する収集手段と、
前記収集手段により収集したそれぞれのＸ線像を、前記被検体の体軸に交差する方向で複数の分割画像に分割する分割手段と、
前記分割手段により得られたそれぞれの分割画像を、造影された血管像が存在する分割画像と造影された血管像が存在しない分割画像とに分類する分類手段と、
造影された血管像が存在しない分割画像として分類され、かつ、異なる時点で収集された前記被検体の同一部位の複数の分割画像のうち、最後に収集された分割画像を、当該部位のマスク画像として決定するマスク像決定手段と、
前記造影された血管像が存在する分割画像と前記マスク像決定手段により決定されたマスク像に基づいて、サブトラクション画像を作成するサブトラクション像作成手段とを具備することを特徴とする画像診断装置。
前記分割手段により得られたそれぞれの分割画像上において、造影された血管像の先端部分を追跡する追跡手段をさらに具備し、
前記分類手段は、前記追跡手段による追跡結果に基づいて、前記造影された血管像が存在する分割画像と造影された血管像が存在しない分割画像とに分類することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
前記分割手段により得られたそれぞれの分割画像について、前記収集手段によって異なる時間に収集された前記被検体の同一部位の分割画像同士の差分を取ることにより差分画像を求める時間差分手段と、
前記時間差分手段により求めた差分画像から前記収集手段の移動方向に対して垂直な方向のプロファイル曲線を算出するプロファイル曲線算出手段とをさらに具備し、
前記分類手段は、前記プロファイル曲線算出手段により算出したプロファイル曲線を所定のしきい値と比較することにより、前記造影された血管像が存在する分割画像と造影された血管像が存在しない分割画像とに分類することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
被検体の体軸に沿って撮影部位を移動させ、前記被検体の複数部位のＸ線像を収集する収集手段と、
造影された血管像の先端部分が画像の中央に位置するように前記収集手段による画像収集を制御する収集制御手段と、
前記収集手段により収集したそれぞれのＸ線像を、前記被検体の体軸に交差する方向で半分の大きさの複数の分割画像に分割する分割手段と、
前記分割手段により得られたそれぞれの分割画像を、造影された血管像が存在する分割画像と造影された血管像が存在しない分割画像とに分類する分類手段と、
前記分割手段により分割された上半分の分割画像に対応するマスク像を、直前に収集された画像の下半分の分割画像とするマスク像決定手段と、
前記造影された血管像が存在する分割画像と前記マスク像決定手段により決定されたマスク像に基づいて、サブトラクション画像を作成するサブトラクション像作成手段とを具備することを特徴とする画像診断装置。
前記サブトラクション像作成手段により作成された前記被検体の一連のサブトラクション像をつなぎ合わせ、前記サブトラクション像１枚の大きさを最小単位とし、この最小単位の任意倍の大きさを持つサブトラクション像を出力する出力手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像診断装置。