JP4859446B2 - 回転血管撮影のための血管撮影x線診断装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明によるX線診断装置を示し、
図2は図1によるX線診断装置による検査経過を示す。
開始時に実行すべき撮影システムの較正は多数の部分からなる。
1.ジオメトリ較正:
ジオメトリ較正によりX線光学系、すなわちX線焦点の位置並びにX線画像検出器4の位置および方位が各投影に対して決定される。これは、高い空間分解能を持ちかつアーチファクトのない再構成を達成することができるために重要である。なぜならば、CアームX線システムが不安定性に起因して理想的な円軌道からのずれを有することがあるからである。
X線イメージインテンシファイアの投影画像は、一部は地球磁場によって一部は電子光学系の不十分さによって生じる歪みを有する。これらの歪みは補正方法で除去される。
強度較正により投影画像における各グレー値に強度Iおよび(対象不在時の強度I0の測定に基づく)線積分p=ln(I0/I)が割り付けられる。これらの線積分はそれぞれの再構成アルゴリズムに対する入力である。
いわゆる「フラットフィールドイメージ(Flat Field Image)」によりX線画像検出器4のゲイン較正が行なわれる。このゲイン較正は、再構成された画像内のアーチファクト(例えば、リング状アーチファクト)を生じさせる固定パターンノイズを抑制するために重要である。このために測定された各投影が「フラットフィールドイメージ」により補正される。
実際の各X線撮影装置は有限のサイズのX線画像検出器を有する。従って、X線画像検出器の寸法を上回る投影を有する対象は、もはや完全に検出することができず、いわゆる不完全投影が生じる。不完全投影からの3D対象関数の正確な再構成は、たとえ基礎をなすアルゴリズムがこれを原理的に完全に撮影された投影において可能にしても、一般に不可能である。例えば、B.Ohnesorge,T.Flor,K.Schwarz,J.P.Heiken,K.T.Baeによる「“Efficient correction for CT image artifacts caused by objects extending outside the scan field of view(走査視野の外側に広がる対象によって引き起こされるCT画像アーチファクトの効果的な補正)”,Med.Phy,vol.1,pp39−46,2000」に記載されているような外挿法が知られている。より正確な解決策を得ようとする場合には、一般にアプリオリ情報、例えばCTデータセットが頼りである(「K.Ramamurthi,J.L.Prince,“Tomographic Reconstruction for Truncated Cone Beam Data Using Prior CT Information(先行CT情報を使用する不完全コーンビームデータのための断層撮影再構成)”,MICCAI(2),134−141,2003」参照)。
X線撮影法と違ってCT再構成における散乱X線(Scatter)は、信号/雑音比の悪化を招くばかりでなく、付加的に、量的精度も低コントラストの識別性も強く阻害することのある、例えば「カッピング」並びに棒状アーチファクトまたはシェーディングアーチファクトの如き対象依存性のグレー値変造をもたらす。
Cアームシステムにおいて使用されるX線画像検出器のビット深さは、今のところ現代のCT検出器に比べて比較的小さい(CT検出器の場合の18〜20ビットに対して、CCDカメラについては12ビット、平面型検出器については14ビット)。このために、投影においてかなり頻繁にブルーミングを生じ、これが再び再構成にアーチファクトをもたらす。このブルーミングアーチファクトは投影値の外挿によってく切り落とし(クリッピング)を回避して低減することができる。
X線画像検出器における散乱光によって投影画像内に、数学的に点像分布関数を用いた畳み込み処理に相当するバックグラウンドが生じる。このバックグラウンドが再構成された画像内に(散乱X線に類似の)アーチファクトをもたらし、投影データの相応の逆畳み込み(デコンボリューション)演算によって補正可能である。
たとえX線画像検出器4を綿密に較正しても、個々の検出器ピクセルの測定データは測定誤差および変動を含む。これらの誤差は再構成された画像内にリング状アーチファクトをもたらす。適切な(半径方向および環状に作用する)フィルタの使用によって対象画像からリング画像を切り取ることができる。まず、とりわけ原画の半径方向の中央値フィルタリングおよびこれに続く引き算によってリング状アーチファクトが検出される。他の半径方向の平滑フィルタリングを同様に使用することもできる。環状方向におけるこの画像の平滑によってそれに含まれるノイズ成分が除去される。引続いて、このようにして得られたリング画像が原画から引き算される。
吸収性の対象の透過時におけるX線の硬化は、「H.Barrett,W.Swindellの“Radiological Imaging”,Vol.2,Chap.7」によれば、アキシャル画像において画素が画像中央に向かって減少するグレー値を用いて再構成されることを生じさせる。いわゆる皿状作用は均一な画像印象を妨害する。皿状作用は、投影データが想定された単一エネルギーのX線に換算されるならば回避される。この換算は、軟部組織については前処理再構成ステップにおいて、そして例えば骨および金属のような高密度の対象については後処理再構成ステップにおいて行なわれ、それぞれのステップは後続の第2の画像再構成をともなう。
この解決策は、存在する2D撮影からの動きの算出に基づいてもよいし、あるいは患者に取付けられた動き検出器を介して動きが検出されて画像補正に利用されてもよい。米国特許第6233476号明細書および米国特許出願公開第2001/0031919号明細書から、医療機器の電磁式位置測定に関連した患者動き補償用の動きセンサが知られている。患者に取付けられた動きセンサ24は、好ましくはケーブルなしで、例えばブルートゥースで実現される。
このために患者のECG(心電図)が記録され、画像システムの補正ユニットに導かれる。相応の補正アルゴリズムによってモーションアーチファクトを画像再構成から取除く計算が行なわれる。
呼吸アーチファクトの除去のためには、相応のセンサによって呼吸振幅および周波数を求めて画像処理ユニットにおいて補正計算部に導く胸帯を使用するとよい。補正計算部はモーションアーチファクトを画像情報から取除く計算をする。代替として、振幅および周波数がECG信号の包絡線から算出され、画像処理ユニットの補正ユニット19に導かれてもよい。相応の計算によってモーションアーチファクトを画像再構成から取除く計算が行なわれる。
a)入力:
手動またはデータインターフェース、例えばDICOMを介して、患者の予約、確認および登録。
b)位置決め:
検査テーブル上での患者の横臥および位置決め。
c)撮影:
少なくとも2つの投影撮影による少なくとも180°の回転血管撮影法による撮影(投影個数および角度範囲の増大は画質を改善する)。
d)補正:
本発明による補正プロセッサによるアーチファクト補正。
e)3D再構成:
3Dボリューム画像の再構成。
f)3D表示:
表示装置または投影装置への3Dボリューム画像の表示。
g)治療:
とりわけ最小侵襲の治療処置の実行。
h)治療は成功か?:
ステップc)〜f)の繰り返しによる治療処置のチェック。
i)書類作成:
組み込まれた計算ユニット上での診断および治療の書類作成。
j)出力:
患者の退去、とりわけ医療データネットワーク(例えばDICOM−MPPS)を介する書類作成された診断および治療データの発送および保管。
● 付加的に観察者は位置センサを備えたヘッドバンドまたは普通の眼鏡をつけることができるので、相応のプロセッサを介して観察者の注視方向が3D対象の観察方向と同期化される。観察者の注視方向および画像対象の追跡の決定の例が米国特許第5646525号明細書に記載されている。
● 代替または追加として、独国特許第10036143号明細書に記載されているように、2Dもしくは3D撮影が投影装置(Beamer)によって2Dまたは3D表示にて投影面、例えば検査室の壁に投影されるとよい。
● 縦方向傾斜
● 全ての移動の電動支援
● 90°までの傾斜能力
● 横方向傾斜
● 付属部品の固定レール(付属部分は上記システムの少なくとも1つであり得る)
2 Cアーム
3 X線放射器
4 X線画像検出器
5 高電圧発生装置
6 システム制御装置
7 前処理ユニット
8 システムデータバス
9 患者用寝台テーブル
10 患者
11 ECG電極
12 信号処理部
13 電圧供給ユニット
14 画像処理ユニット
15 2D処理部
16 2D−3D表示ユニット
17 入力ユニット
18 3D表示制御部
19 補正ユニット
20 3D画像再構成部
21 較正ユニット
22 位置センサインターフェース
23 受信器
24 センサ
25 受信器
26 DICOMインターフェース
27 HIS
28 データ線
29 画像データメモリ
Claims (18)
- 患者用寝台テーブル(9)上にいる患者(10)の周りを円軌道上で移動可能なX線放射器(3)と、
円軌道上でX線放射器(3)に対向配置された移動可能な画像検出器ユニット(4)と、
回転血管撮影による多数の投影画像を撮影するためのディジタル画像システム(6,14)と、
投影画像を3Dボリューム画像に再構成する画像処理装置(20)と、
投影画像およびこの投影画像から再構成された3Dボリューム画像の軟部表示のための撮影システムにおける物理学的作用および/または不十分さを補正するための補正装置(19,21,22)と、
を備え、
補正装置(19,21,22)は、トランケーション補正、散乱X線補正、ブルーミング補正、リング状アーチファクト補正、ビームハードニング補正および低周波ドロップ補正を行なう複数の手段を有し、
これらの手段は選択的に切り離し可能であり、
これらの補正が実行される順序は選択可能でありかつそれらのパラメータにて設定可能である
ことを特徴とする回転血管撮影のための血管撮影X線診断装置。 - 補正装置(19,21,22)は、トランケーション補正、散乱X線補正、ブルーミング補正、リング状アーチファクト補正、ビームハードニング補正および低周波ドロップ補正のグループのうちから少なくとも1つの補正を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は個別の補正プロセッサを有することを特徴とする請求項1又は2記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、撮影システムの較正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、ジオメトリ較正、歪み補正較正、強度較正および/またはゲイン較正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項4記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、トランケーション補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、散乱X線補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、ブルーミング補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至7の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、低周波ドロップ補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、リング状アーチファクト補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、ビームハードニング補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至10の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、患者(10)の動きの補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至11の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 補正装置(19,21,22)は、患者(10)の器官運動の補正を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1乃至12の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- X線放射器(3)および画像検出器ユニット(4)はCアーム(2)のそれぞれの端部に配置されていることを特徴とする請求項1乃至13の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- Cアーム(2)は床および/または天井に据付けられていることを特徴とする請求項1乃至14の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 移動式Cアーム(2)が使用されることを特徴とする請求項1乃至13の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- X線画像検出器(4)は平面型の長方形または正方形の半導体検出器であることを特徴とする請求項1乃至16の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
- 2平面装置を構成する2つのX線放射器−画像検出器ユニット(4)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至17の1つに記載の血管撮影X線診断装置。
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