JP5570702B2 - 計算機式断層写真法（ｃｔ）放射線撮像装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＴ断層写真法撮像に関する。

本発明は心撮像に有利に適用されるが、心撮像に限定されず、他の器官のＣＴ撮像にも適用され得る。

ＣＴ断層写真法において画像を取得する従来の手法が、造影剤に加えて造影剤よりも密度の高い食塩水を注入することから成っていることは公知である。取得が心臓のような器官に対して行なわれる場合には、食塩水は造影剤を心腔の内部に、さらに明確に述べると左腔の内部に圧送し、これによりこの腔に相対的に高いコントラストを与えると共に、画像の相対的に速やかな取得を可能にする。

このようにして相対的に鮮明になった画像は相対的に少ないアーティファクトを有し、冠動脈が極めて良好なコントラストで観察される。
SCHMITT M., MATTIOLI J. "Morphologie Mathematique", Masson, 1993.

しかしながら、この手法は、現在多数の放射線科医によって用いられているが、取得に続いて従来実行されている幾つかの画像処理動作（例えば非限定的態様で述べると、心撮像の場合には冠動脈解析、心機能解析及び容積の検出等）と両立しないという重大な欠点がある。

実際に、かかる処理動作は一般的には、十分なコントラストを有し得るようにすることを必要とする。心臓のセグメント分割は、例えば心臓の二つの腔の各々に最小のコントラストを要求する。しかしながら、食塩水を用いると造影剤の全てを左腔に圧送する傾向があり、右腔は遥かに低いコントラストでしか観察することができない。そして、得られる心臓容積は、右腔及び冠動脈を含まない。

図１は、食塩水の注入によって得られる心画像取得の図である。この図は、左腔が右腔よりも遥かに高いコントラストで造影剤強調されて表示されることを示している。

しかしながら、現用のイメージング・システム・ソフトウェアは現在、医師が食塩水を用いる必要があるか否かに拘わらず、これらの後処理動作を機械的に具現化するようにプログラムされている。

これにより、後処理動作に高い誤り率が生じ、医師にとって不十分なものとなっている。

従って、本発明の目的は、以上に述べた欠点を克服することにある。

この目的のために、本発明は、画像に対し、食塩水の利用を検出するための処理動作を具現化し、食塩水が検出された場合には、初期画像では造影剤強調されているものとして表示されていない構成部分又は構成部分の一部を抽出するための処理動作を具現化することを特徴とするＣＴ放射線撮像方法を提案する。

具体的には、心撮像方法の場合には、心臓の右腔に対応する画像構成部分を抽出する処理を具現化する。

食塩水の利用を決定するために、これらの画像の最も造影剤強調された心臓構成部分の容積、及びこの構成部分の包囲容積（bounding volume）を推定するように画像を処理して、これら二つの容積の間の比に従って食塩水が利用されたか否かを決定することが可能である。

加えて、食塩水の利用を容積の関数として決定することが可能である。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の記載から明らかとなろう。以下の記載は、説明のためのものであって限定するものではなく、添付図面に照らして読まれなければならない。
《ＣＴ撮像装置のまとめ》
図２及び図３は、撮像装置１の一例を示す。

かかる装置は従来、中央開口３を有するフレーム２と、患者が横臥し得るテーブル４とを含んでいる。フレーム２は、検出素子６に向かってＸ線ビームを照射する線源５を含んでいる。動作時には、フレームは、フレームの回転中心の周りを回転して、患者の検査域の複数の断面を得ることを可能にする。

従来、かかる装置はまた、図３に示すように、線源５及びフレーム２の移動を制御することを可能にする制御機構７（フレーム・モータ制御７ａ、Ｘ線制御７ｂ）を含んでいる。データ取得システム８が、検出素子６の出力においてアナログ信号を受け取る。システム８は、これらの信号をサンプリングしてディジタル信号に変換する。画像再構成装置９が、システム８によってディジタル化されたデータを受け取り、これらのデータに対して画像再構成処理動作を実行する。このようにして再構成された画像はコンピュータ１０へ送信され、コンピュータ１０は付設されている記憶ユニット１１にこれらの画像を記憶し、後述するものを含めて幾つかの処理動作を具現化する。コンピュータ１０にはまた、インタフェイス１２（コンソール、キーボード及びスクリーン等）が付設されており、これにより医師は、再構成され、場合によっては再処理された（３Ｄ画像、２Ｄ断面）画像を指示して観察することができる。コンピュータ１０はまた、該コンピュータ１０が制御するテーブル・モータ制御１３及び患者の心電図を復元することを可能にする手段１４に連絡している。

以下に述べる処理動作を具現化するために、コンピュータは、これらの処理動作の様々なステップを具現化する手段を記憶したコンピュータ・プログラム（ソフトウェア・プログラム、パッケージ等）を用いる。一般的には、これらのソフトウェア・プログラム及びパッケージは任意のコンピュータ媒体に記憶されることができ、具体的に非限定的態様で述べると、ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及びＲＡＭメモリ等に記憶され得る。
《処理手段によって具現化される一般的アルゴリズム》
かかるＣＴ撮像装置によって医師が心画像を取得する場合を考察する。

この目的のために、医師は、心臓の検査の被検者に造影剤を注入する。

場合によっては、慣例に従って、造影剤を圧送する効果を有する食塩水を患者に注入する場合もある。

撮像装置のコンピュータ１０は、図４に示す様々なステップを具現化することにより、上述のようにして取得された画像を管理する。

第一段階（ステップＩ）では、一旦、医師が検討したい心臓容積を画定したら、処理手段は、この容積に対応する画像の造影剤強調された構成部分を抽出する。この抽出は、例えば画像の濃淡値レベルを所与の閾値と比較することにより具現化され得る。

この第一段階は、造影剤強調された心腔を単離することを可能にする。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、食塩水を用いた検査の場合には、画像は主に単一の造影剤強調された構成部分すなわち左腔構成部分を含むことが分かる。
《医師による食塩水の利用の決定》
一旦、造影剤強調された構成部分が単離されたら、医師が食塩水を用いたか否かを処理手段が自動的に決定することを可能にするように、これらの構成部分に対する試験が実行される（ステップII）。

この目的のために、処理手段は、造影剤強調された構成部分の総容積を決定する。

加えて、図６に示すように、処理手段は、心臓の造影剤強調された腔の包囲容積を決定する。この目的のために、処理手段は、左腔を識別すると共にこれらの左腔の二つの端点Ａ及びＢを識別する。

心臓の自然な形状とは別に、「包囲容積」は立方体に類似しており、端点Ａ及びＢは、立方体の正中断面の対角線の二端に対応する。実際に、心臓の形態のため、造影剤強調された心腔の包囲容積は、左腔ばかりでなく、造影剤強調されていない右腔、及び何本かの肺静脈を包囲する。従って、この「包囲容積」を心臓容積の近似と看做すことが可能である。

これら二つの点Ａ及びＢを識別した後に、処理手段は、包囲容積を再構成して容積を決定する。

処理手段（コンピュータ１０及び関連するプログラム（１又は複数））は、造影剤強調された構成部分の総容積と包囲容積との複数の比較を具現化する（図７）。

具体的には、処理手段は、包囲容積の容積に対する造影剤強調された構成部分の容積の比を閾値Ｓ_{ｒａｔｉｏ}に対して比較する（比較IIａ）。

処理手段はまた、造影剤強調された構成部分の容積を閾値Ｓ _Volume に対して比較する（比較IIｂ）。

次いで、処理手段は、各容積の比、及び造影剤強調された構成部分の容積の両方が上述の二つの閾値よりも小さい場合に、検査が食塩水を用いて実行されていると決定する（結果IIｃ）。実際に、食塩水を用いた検査は、食塩水を用いない検査の場合よりも小さい造影剤強調された腔容積、及び小さい「造影剤強調された腔の容積」対「包囲容積」比によって特徴付けられる。

小さい心臓（例えば小児の心臓検査）の場合には、造影剤強調された腔の容積は如何なる場合にも小さいことが特筆される。それでも尚、「造影剤強調された腔の容積」対「包囲容積」比は閾値Ｓ_{Ｖｏｌｕｍｅ}よりも大きくなるので、食塩水が用いられていないという事実は検出される。

当然、これらのパラメータ又は他のパラメータを用いた他の選択規準も思量される。

例えば、閾値Ｓ_{ｒａｔｉｏ}は３０％程度であってよく、閾値Ｓ_{Ｖｏｌｕｍｅ}は６００ｃｍ^３程度であってよい。

医師が食塩水を用いたか否かを処理手段が自動的に決定することを可能にするこれらの試験が終わると、処理手段は、食塩水が検出されない場合には従来の後処理セグメント分割動作を具現化する（図２のステップIII）。

広範な可能な後処理動作が存在する。これらの後処理動作としては、例えば冠動脈解析、心機能解析及び容積の検出等の後処理動作がある。

かかる後処理動作は従来、これらの処理自体で公知である。
《右腔の抽出及び左腔への加算》
一方、食塩水が検出されたときには、処理手段は、画像の造影剤強調された構成部分として表示されていない右腔を抽出するために、以下に述べる処理動作を具現化する（図２のステップIV）。

この目的のために、装置は、復元された３Ｄ画像に対して膨張（dilation）処理動作を具現化する。

図８に示すように、この膨張処理は画像をショット毎に再構成することから成っており、この再構成は、各回のショット（図８の例ではショット１〜ショット２であり、ｎは整数である）について、肺又は骨要素のような要素を除去することを可能にするマスクＭの限界内で、造影剤強調されていない構成部分によって造影剤強調された構成部分を完成させることにより行なわれる。

左腔の有意な２Ｄ膨張は、
・右腔を抽出することを可能にし、
・右冠動脈を抽出することを可能にし、
・心臓の下方に位置する肝臓を過剰に抽出することを防ぐ。

マスクは自動的に算出される。

マスク（肺及び肺静脈を含めない初期容積）の利用は、右肺静脈又は左肺静脈の検出を回避することを可能にする。

膨張計算又はマスク計算の原理の例については、下記の一般的な著作が有利に参照され得る。

SCHMITT M., MATTIOLI J. “Morphologie Mathematique”, Masson, 1993（非特許文献１）。

これにより、図９Ａ及び図９Ｂに示す形式の画像が得られる。

左腔の画像を減算した後には、右腔の画像及び可能性としては他の要素の画像が得られる（図１０Ａ及び図１０Ｂ）。

このようにして得られた再構成画像に閾値処理又は鮮明化処理を施すことができる。一つの付加的なステップは、残存する肺静脈、下行大動脈及び脊柱等の不要な検出要素を削除することから成る。

このことを行なうために、右腔（右室及び右房）に対応する最大の関連構成部分のみを保持するようにモルフォロジィ演算（収縮（erosion）、開放（opening））を実行する（図１１及び図１２）。

かかる演算もまた、従来、この演算自体で公知である。

このことについても、やはり前述の一般的な著作を有利に参照することが可能である。

SCHMITT M., MATTIOLI J. “Morphologie Mathematique”, Masson, 1993（非特許文献１）。

このようにして選択された最大容積に対応する構成部分は心臓の右腔に対応しており、次いで左腔の画像に加算される（図２のステップＶ）。

これにより、心臓の二つの腔の画像が得られ、これらの画像に対して従来のセグメント分割動作を具現化することが可能である。

以上に述べた処理動作は試験済みであって、食塩水を用いて具現化された放射線検査の８５％を超える検出を可能にした。

心臓構成部分の抽出率は１８％から９３％に向上した。

アンジオグラフィ像の成功率は１２％から８２％に向上した。

冠状線の検出は１５％の成功率から７０％の成功率に向上した。

食塩水を用いない処理動作の場合の結果は不変に留まった。

当業者は、以上の説明が心撮像応用の文脈において掲げられたことを容易に理解されよう。しかしながら、提案された方法及びシステムは、肝臓及び肺等のその他任意の器官のＣＴ撮像にも同様に適用可能である。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

食塩水の注入の後に得られる２Ｄ断面像の一例を示す図である。 ＣＴ取得装置を示す図である。 ＣＴ取得装置を示す図である。 本発明の一実施形態による処理方法の様々なステップを示す図である。 食塩水を用いた検査の場合に得られる一組の画像の最も造影剤強調された心臓構成部分の３Ｄ像を示す図である。 食塩水を用いた検査の場合に得られる一組の画像の最も造影剤強調された心臓構成部分の２Ｄ断面を示す図である。 最も造影剤強調された腔の包囲容積の決定を示す図である（頭頂側から見た像）。 医師による食塩水の利用を決定するように具現化される試験を示す図である。 右腔の画像の復元を可能とするように具現化されるマスクでの膨張処理を示す図である。（ここで膨張動作を改めて定義する必要はなかろう。） 膨張ステップの最後に得られる３Ｄ像の図である。 膨張ステップの最後に得られる２Ｄ断面の図である。 造影剤強調された左腔から図９Ａの像を減算した後に得られる３Ｄ像の図である。 造影剤強調された左腔から図９Ｂの像を減算した後に得られる２Ｄ断面の図である。 フィルタ処理演算及びモルフォロジィ演算の後の図１０Ｂの右腔の２Ｄ断面図である。 フィルタ処理演算及びモルフォロジィ演算の後の図１０Ｂの右腔の２Ｄ断面図である。 右腔及び左腔の画像を加算した後に得られる３Ｄ像を示す図である。 右腔及び左腔の画像を加算した後に得られる２Ｄ断面を示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ フレーム
３ 中央開口
４ テーブル
５ 線源
６ 検出素子
７ 制御機構
７ａ フレーム・モータ制御
７ｂ Ｘ線制御
８ データ取得システム
９ 画像再構成装置
１０ コンピュータ
１１ 記憶ユニット
１２ インタフェイス
１３ テーブル・モータ制御
１４ 患者の心電図を復元する手段

Claims (7)

1. 計算機式断層写真法（ＣＴ）放射線撮像装置の作動方法であって、
   画像処理動作のためのコンピュータプログラムを含むコンピュータが、
   器官の画像を受信する段階と、
   画像の濃淡値レベルを所与の閾値と比較して、前記画像の造影剤強調された構成部分を抽出する段階と、
   造影剤強調された構成部分の総容積を決定する段階と、
   造影剤強調された構成部分の外端に位置する第１の端点（Ａ）と第２の端点（Ｂ）に対応する端点をもつ対角線を有する正中断面の立方体として包囲容積を推定する段階と、
   前記包囲容積の総容積を決定する段階と、
   前記造影剤強調された構成部分の総容積と前記包囲容積の総容積との比が第１の閾値（Ｓ_ratio）よりも小さく、かつ前記造影剤強調された構成部分の総容積が第２の閾値（Ｓ_Volume）よりも小さい場合に、前記画像から造影剤強調されていない構成部分を抽出する段階と、
   前記造影剤強調された構成部分と造影剤強調されていない構成部分とを含む再構成画像を形成する段階と
   を含む方法。
2. 前記器官が心臓であり、前記画像の造影剤強調された構成部分が心臓の右腔である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の閾値（Ｓ_ratio）が３０％である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の閾値（Ｓ_Volume）が６００ｃｍ³である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. マスクを計算する段階と、
   前記画像処理動作に不要な器官を除去するための前記マスクで膨張処理動作を実施する段階と
   をさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記マスクは、前記画像から肺及び脊柱の骨要素に対応するピクセル又はボクセルを除去するためのものである、請求項５に記載の方法。
7. 初期の造影剤強調された構成部分の容積が前記膨張処理された画像から減算される、請求項５又は請求項６に記載の方法。