JP5545881B2 - Ct画像処理装置およびct画像処理方法 - Google Patents
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Description
図1は、X線CT装置1の概略図である。図1に示すように、X線CT装置1は、撮影部2、画像リコンPC5(CT画像処理装置)、入力部6、表示部8を備えている。撮影部2は、ガントリ制御ユニット11、ガントリ12を有し、保持した被検体に対してガントリ12を回転させてX線CT撮影を行う。撮影部2は、算出されたCT撮影開始のタイミングでCT撮影を行い、被検体の投影データを撮影する。撮影したCTデータは、画像リコンPC5に送信される。また、撮影部2は呼吸同期させたCT撮影を行い、被検体の投影データを撮影することが可能である。
次に、画像処理の機能をさらに詳細に説明する。図2は、X線CT装置1のブロック図である。図2に示すように、画像リコンPC5は、キーボード、マウス等の入力部6からユーザの入力を受ける。一方で、画像リコンPC5は、ディスプレイ等の表示部8には透視画像や入力画面等を表示する。撮影の際には、画像リコンPC5は、ユーザから入力された制御情報を撮影部2に送信する。
次に、このように構成されているX線CT装置1の使用手順および装置の動作の一例を説明する。図3は、X線CT装置1の使用手順および動作を示すフローチャートである。
次に、同期用ROIの設定手順の詳細を説明する。図4は、同期用ROIの設定画面を示す図である。図4に示すように、表示部8には、透視画像画面51、グラフ表示画面52、コントロールパネル61が表示される。透視画像画面51には、透視画像および同期用ROI200の位置および大きさが表示される。グラフ表示画面52には、特徴量のグラフ55、撮影角度0°における同期用ROI決定ボタン56、撮影角度90°における同期用ROI決定ボタン57が表示されている。
撮影角度に応じて同期用ROIの位置や大きさを変えない場合と複数角度での設定に応じて変える場合について特徴量を比較した。図7は、撮影角度に対する同期用ROIの特徴量を示すグラフである。図7において、撮影角度に応じて同期用ROIの位置や大きさを変えない場合のグラフ75では、呼吸拍信号は十分に処理可能な程度の大きさを検知できたが、心拍信号は小さく十分とはいえなかった。一方、複数角度での設定に応じて同期用ROIを変える場合のグラフ76では、呼吸拍信号も心拍信号も十分に処理可能な大きさで検知できた。このように同期用ROIは、投影データ上の一定位置に固定するより、撮影角度に応じて同期をとろうとする部位の動きに合わせて追跡する方が十分な呼吸拍や心拍をとれることが実証された。
次に、同期用ROIの算出の原理を説明する。図8(a)、(b)は、撮影部の側面透視図である。図8に示すように、まず、0°および90°の各撮影角度において同期用ROI200が設定されることで、0°および90°の各撮影角度のそれぞれの同期用ROI200の中心位置を求めることができる。回転中心Cは既知であるため、各撮影角度における回転中心Cと同期用ROI200の中心位置との距離を求めることができる。0°および90°の各撮影角度における回転中心Cと同期用ROIの中心位置との距離をそれぞれ底辺長さb、対辺長さaとすると、三平方の定理によりθ=atan(a/b)を用いて、同期用ROIの中心位置の角度θを求めることができる。また、同様に斜辺長さhもh=O(a2+b2)により求めることができる。
実際に上記のように、撮影角度に応じた同期用ROI200の位置および形状の変化を算出した。図9は、撮影角度に対する同期用ROI200の変化を示すサイノグラム画像を示す図である。図9に示すように、0°、90°、180°、270°の同期用ROIの位置および形状に対してすべての撮影角度について重ね合わせると、らせん状のサイノグラム画像が得られた。すなわち、算出された同期用ROIは、撮影角度の変化に応じてらせん状の軌跡を描きながら、適した形状で対象の部位を追跡していることが分かる。
次に、呼吸同期処理を説明する。図10(a)は、撮影角度0°から360°までの同期用ROIの特徴量を示すグラフであり、図10(b)は、そのグラフの一部を用いた処理手順を示した図である。図10(a)に示すように、同期用ROIの特徴量は、撮影角度の変化に対して、緩やかな周期的カーブの上に肺の拡張期を示すピークを生じるように変化する。呼吸同期処理においては、肺の拡張期を示すピークのデータを除去して残りのデータで肺の収縮期を3次元画像の再構成用に特定するのが好ましい。このような計算により、同期をとろうとする対象部位を追跡するように同期用ROIを設定できる。そして、確実に部位の周期運動に同期させた処理を行うことができる。
上記のように肺の拡張期を示すピークのデータを除去する処理の詳細を説明する。撮影角度による特徴量の微分値の絶対値がしきい値より大きい撮影角度に対して、呼吸拍のピークと判断できる。呼吸拍のピークは、心拍のピークに比べて著しく大きいため、このように判断して位相区分を分類できる。しきい値は、ユーザが試験的に撮影した投影データについて特徴量の微分値を把握しておき、適当に設定することができる。なお、実際のピークの除去処理の際には、たとえばしきい値より大きい微分値が得られた撮影角度の上下3°を除去する等、余裕を見て適宜条件を設定する方が好ましい。
上記のピーク除去の処理を実際に撮影された投影データに適用した。図11は、撮影角度に対する同期用ROIの特徴量、特徴量の撮影角度についての微分値、補間後の特徴量を示すグラフである。図11に示すように、肺の拡張期を示すピークの付近では明らかに特徴量の微分値が大きくなっている。そこで、微分値が50より大きい撮影角度とその前後数度をピークに対応する撮影角度の範囲としてデータを除去し、それ以外の撮影角度の投影データで除去したピーク分を補完した。これにより、肺の収縮期のみのデータを残すことができ、肺の収縮期の3次元CT画像データを再構成できる。
次に、心拍同期処理について説明する。図13は、心拍同期処理の手順を示すための特徴量のグラフである。図13に示すように、呼吸拍のピークを除去した特徴量のグラフには、心拍による短周期の小さいピークが生じている。これらのデータについて、各撮影角度による特徴量の移動平均を算出する。移動平均の算出条件の設定は、適宜ユーザが設定できるが、4値の移動平均が好ましい。
実際の呼吸同期処理済みのデータに対して、上記の心拍同期処理を行った結果として、特徴量のグラフが図13に示されている。図13において、ひし形で表したのが呼吸同期後のデータであり、正方形で表したのが移動平均のデータである。そして、移動平均を下回るデータを三角、移動平均を上回るデータを×印で表わしている。図13に示すように、特徴量の移動平均に対して心拍同期処理後のデータの上下が明確に判断できる。このようにして、心臓の拡張期と収縮期のデータを明確に分類することができる。
2 撮影部
5 画像リコンPC(CT画像処理装置)
6 入力部
8 表示部
11 ガントリ制御ユニット
12 ガントリ
15 回転アーム
16 X線管
17 検出器
18 アーム回転モータ
31 データ取得部
32 記憶部
34 輝度値算出部
35 ROI設定部
36 ROI算出部
37 呼吸同期処理部
38 心拍同期処理部
39 画像再構成部
51 透視画像画面
52 グラフ表示画面
56 0°同期用ROI決定ボタン
57 90°同期用ROI決定ボタン
61 コントロールパネル
62 心拍同期処理の選択ボタン
63 呼吸同期処理の選択ボタン
64 撮影開始ボタン
65 透視開始ボタン
200 同期用ROI
C 回転中心
L 制御バス
Claims (13)
- 被検体の部位の周期運動に同期させてX線の投影データを処理するCT画像処理装置であって、
同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ROIの特定情報を算出するROI算出部を備えることを特徴とするCT画像処理装置。 - 前記ROI算出部は、複数の撮影角度の透視データに対して設定された同期用ROIに基づいて、他の撮影角度の投影データに対して同期用ROIの特定情報を算出することを特徴とする請求項1記載のCT画像処理装置。
- 前記ROI算出部は、投影データ上のX線照射の回転中心の位置を参照して、前記同期用ROIの位置および形状を算出することを特徴とする請求項2記載のCT画像処理装置。
- 前記ROI算出部は、互いのなす角度が90°の2つの撮影角度の投影データに対してそれぞれ設定された同期用ROIに基づいて、他の撮影角度の投影データの同期用ROIを算出していることを特徴とする請求項2または請求項3記載のCT画像処理装置。
- 撮影角度と前記同期用ROIの特徴量との関係に基づいて、所定の呼吸拍の位相区分に各投影データを分類する呼吸同期処理部を更に備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のCT画像処理装置。
- 前記呼吸同期処理部は、前記同期用ROIの特徴量を撮影角度で微分し、微分値を用いた所定のしきい値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴とする請求項5記載のCT画像処理装置。
- 前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データを、その撮影角度と前記同期用ROIの特徴量との関係に基づいて、所定の心拍の位相区分に分類し抽出する心拍同期処理部を更に備えることを特徴とする請求項5または請求項6記載のCT画像処理装置。
- 前記心拍同期処理部は、前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データについて、撮影角度に対する前記同期用ROIの特徴量の移動平均値を算出し、前記移動平均値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴とする請求項7記載のCT画像処理装置。
- 前記所定の呼吸拍または心拍の位相区分に分類された投影データでCT画像データを再構成する画像再構成部を更に備えることを特徴とする請求項5から請求項8のいずれかに記載のCT画像処理装置。
- 前記画像再構成部は、前記投影データの分類により欠落した投影データをその撮影角度付近の投影データで補間して、CT画像を再構成することを特徴とする請求項9記載のCT画像処理装置。
- 前記画像再構成部は、撮影角度の近い複数のデータについて平均化された投影データを、平均化された撮影角度に対する投影データとしてCT画像データの再構成に使用することを特徴とする請求項10記載のCT画像処理装置。
- 撮影時に、複数の撮影角度の投影データに対して設定された前記同期用ROIを投影データに対応付けて記憶させるROI設定部を更に備えることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載のCT画像処理装置。
- コンピュータを用いて、被検体の部位の周期運動に同期させてX線の投影データを処理するCT画像処理方法であって、
前記コンピュータが動作することで、同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ROIの特定情報を算出するステップを実行することを特徴とするCT画像処理方法。
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