JP6258074B2 - X線診断装置及び画像処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施の形態は、X線診断装置及び画像処理装置に関する。
従来、X線CT(Computed Tomography)装置による脳梗塞の診断においては、ブレインパーフュージョン(Brain Perfusion)解析が知られている。ブレインパーフュージョン解析においては、造影剤を注入して撮影した脳の断層像から血液の還流状態を表す画像であるブレインパーフュージョン画像が脳梗塞の診断に用いられる。
また、近年、X線CT装置によって撮像された頭部断面画像に対して、頭部の左右半球を2つに分割する境界線を手動又は自動で設定し、境界線で分割された一方の画像を反転させたうえで他方の画像に重ね、重ね合わせた画像の差分画像を作成する解析方法が知られている。この解析方法によれば、差分画像において病変領域が浮かび上がるので左右の比較読影が容易になり、脳梗塞などの血流異常をチェックすることが可能となる。しかしながら、上述した従来技術においては、術前の画像と術後の画像との正確な比較ができない場合があった。
特開2009−153870号公報
本発明が解決しようとする課題は、術前の画像と術後の画像とを正確に比較することを可能にするX線診断装置及び画像処理装置を提供することである。
実施の形態のX線診断装置は、計測部と、同定部と、補正部と、表示制御部とを備える。計測部は、被検体の頭部に対して略同一方向から撮影された撮影時期の異なる2枚の差分画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定された関心領域における造影剤濃度の経時変化に関するプロファイルをそれぞれ計測する。同定部は、前記計測部によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する。補正部は、前記同定部によって同定された補正ファクターに基づいて、前記2枚の差分画像うちの少なくとも一方を補正する。表示制御部は、前記補正部によって少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に基づいた情報を所定の表示部にて表示するように制御する。
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示す図である。 図2は、第1の実施形態に係るROI設定部の構成の一例を示す図である。 図3は、第1の実施形態に係るX線診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図4は、第1の実施形態に係るROI設定部によって設定されたROIの一例を示す図である。 図5は、第1の実施形態に係るROI設定部による処理の手順を示すフローチャートである。 図6は、第1の実施形態に係る血管探索部による処理の一例を説明するための図である。 図7Aは、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部による部分領域ごとの積分値の算出処理を説明するための図である。 図7Bは、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部による部分領域ごとの積分値の算出処理を説明するための図である。 図7Cは、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部による部分領域ごとの積分値の算出処理を説明するための図である。 図8は、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部による最低ピークの抽出処理を説明するための図である。 図9は、第1の実施形態に係るプロファイル計測部による処理の一例を説明するための図である。 図10は、第1の実施形態に係る表示部にて表示される血流チェック画像の一例を示す図である。 図11Aは、第1の実施形態に係る表示部にて表示される解析結果の一例を示す図である。 図11Bは、第1の実施形態に係る表示部にて表示される解析結果の一例を示す図である。 図11Cは、第1の実施形態に係る表示部にて表示される解析結果の一例を示す図である。 図12は、第1の実施形態に係る表示部にて表示される表示情報の一例を示す図である。
以下に、本発明に係るX線診断装置及び画像処理装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によって本発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、X線撮影機構10と、画像処理装置100とを有する。X線撮影機構10は、X線管球11と、検出器(FPD(Flat Panel Detector))12と、C型アーム13と、寝台14とを有する。C型アーム13は、X線管球11及び検出器12を支持し、土台(図示を省略)に設けられたモータでプロペラのように被検体Pの周りを高速回転する。
画像処理装置100は、図1に示すように、A/D(Analog/Digital)変換部21と、位置ずれ同定部22と、位置ずれ補正部23と、ROI(Region of Interest)設定部24と、プロファイル計測部25と、補正ファクター同定部26と、DSA(Digital Subtraction Angiography)画像補正部27と、第1サブトラクション部28と、第2サブトラクション部29と、フィルタリング部30と、アフィン変換部31と、LUT(Look Up Table)32と、画像メモリ33と、制御部34と、表示部40とを有する。また、画像処理装置100は、図示していないが、例えば、マウスやキーボード、トラックボール、ポインティングデバイスなど、X線診断装置1に対する各種操作を操作者から受け付ける入力部を有する。
表示部40は、画像処理装置100によって処理された各種画像や、GUI(Graphical User Interface)などの各種情報を表示する。例えば、表示部40は、CRT(Cathode Ray Tube)モニタや液晶モニタなどである。A/D変換部21は、検出器12に接続され、検出器12から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をX線収集画像として画像メモリ33に格納する。画像メモリ33は、X線収集画像を記憶する。
位置ずれ同定部22は、異なるタイミングで撮影した2枚のDSA画像の位置ずれを同定する。位置ずれ補正部23は、位置ずれ同定部22によって同定された位置ずれを元に、2枚のDSA画像の位置ずれを補正する。ROI設定部24は、DSA画像上にROIを設定する。具体的には、ROI設定部24は、DSA画像の下端から所定の範囲内に含まれる血管のうち、血管径が最大となる血管を抽出し、抽出した血管において、所定の領域ごとに濃度値の部分積分値のピーク値を算出し、算出したピーク値が最低となる領域をROIとして設定する。
図2は、第1の実施形態に係るROI設定部24の構成の一例を示す図である。図2に示すように、ROI設定部24は、血管探索部24aと、最大血管同定部24bと、最低ピーク領域同定部24cとを有する。血管探索部24aは、DSA画像の下端から一定範囲離れた横軸上でDSA画像を元に血管を探索する。最大血管同定部24bは、血管探索部24aによって探索された血管から血管径の最も大きい血管を同定する。最低ピーク領域同定部24cは、最大血管同定部24bによって同定された最大血管を下方向にトレースし、濃度値の部分積分値のピークが最も低い部位を同定する。
図1に戻って、プロファイル計測部25は、DSA画像に設定されたROI上でプロファイルを計測する。具体的には、プロファイル計測部25は、被検体の頭部に対して略同一方向から撮影された時相(撮影時期)の異なる2枚のDSA画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定されたROIにおける造影剤濃度に関するプロファイルをそれぞれ計測する。例えば、プロファイル計測部25は、血管である主幹動脈または治療に影響が無い毛細血管を含む関心領域における造影剤濃度に関するプロファイルをそれぞれ計測する。領域補正ファクター同定部26は、2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する。具体的には、補正ファクター同定部26は、プロファイル計測部25によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する。例えば、補正ファクター同定部26は、2枚の差分画像における2つのプロファイルが略一致するように、造影剤到達までの時間のずれ、被検体の拍出量に関するゲイン及び血流速度のうち、少なくとも一つを同定する。
DSA画像補正部27は、補正ファクター同定部26によって同定された補正ファクターを元に2枚のDSA画像のうちの少なくとも一方のDSA画像を補正する。第1サブトラクション部28は、造影剤投与前の画像と造影剤投与後の画像とをサブトラクションする。第2サブトラクション部29は、DSA画像補正部27によって補正されたDSA画像と、もう一方のDSA画像とをサブトラクションする。フィルタリング部30は、高周波強調フィルタリングなどを行う。アフィン変換部31は、画像の拡大や縮小、移動などを行う。LUT32は、諧調変換を行う。
制御部34は、X線診断装置1全体を制御する。具体的には、制御部34は、X線収集画像の収集、表示画像の生成、表示部40における表示画像の表示などに係る各種処理を制御する。例えば、制御部34は、DSA画像補正部27によって少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像に基づいた情報(例えば、差分情報など)を表示部40にて表示するように制御する。
第1の実施形態に係るX線診断装置1は、上述した構成により、従来技術では困難であった術前の画像と術後の画像との正確な比較を可能にする。
例えば、X線診断装置を用いた頭部の治療には、カテーテルを狭窄部まで挿入し、カテーテルの周りに設置されているバルーンを膨らませて狭窄部を広げる治療がある。かかる治療は、インターベンションと呼ばれる。インターベンションでは、バルーンを広げた際に狭窄部の一部の小片が抹消に流れ、その小片によって脳の毛細血管に梗塞が生じてしまうこともある。
そこで、インターベンションの術後、ブレインパーフュージョン画像により梗塞が生じているか否かの診断が行われる。また、従来技術においては、例えば、左右の脳の血流状態を比較読影することにより、血流異常のチェックが行われる。しかしながら、上述した従来技術では、術前の状態が反映されないため、治療前に既に発生していた梗塞や、多少の濃染の傾向などを誤認してしまう場合がある。例えば、慢性的に梗塞が生じており、その梗塞に対する治療の必要がない患者であっても、既に発生していた梗塞を治療によって新たに発生した梗塞として診断されてしまい、無駄な血栓溶解療法が施されてしまう。
そこで、本実施形態に係るX線診断装置1は、以下、詳細に説明する処理により、インターベンションや、血栓溶解療法などの手技の術前の画像と、術後の画像とを正確に比較することを可能にする。図3は、第1の実施形態に係るX線診断装置1による処理の手順を示すフローチャートである。
図3に示すように、X線診断装置1においては、まず、インターベンションや、血栓溶解療法などの手技開始前に術前のDSA画像を収集する(ステップS101)。具体的には、X線診断装置1においては、Cアーム13を任意の方向にセットし、造影前に数フレーム分のマスク画像を撮影し、その後、血管に造影剤が流れている間に連続的にコントラスト画像を撮影する。造影前の数フレーム分のマスク画像と複数のコントラスト画像は、A/D変換部21によってディジタル信号に変換され、画像メモリ33に記憶される。
第1サブトラクション部28は、画像メモリ33によって記憶された数フレーム分のマスク画像を読み出し、読み出したマスク画像を加算平均してノイズの少ない平均マスク画像を生成する。そして、第1サブトラクション部28は、複数のコントラスト画像から平均マスク画像をそれぞれサブトラクション(Logサブ)することで、術前のDSA画像を生成する。
第1サブトラクション部28によって術前のDSA画像が生成されると、制御部34は、生成された術前のDSA画像を表示部40にて動画表示させる。なお、生成された術前のDSA画像は、画像メモリ33によって記憶される。
その後、例えば、インターベンションや、血栓溶解療法などの手技が行われ、治療が完了すると、X線診断装置1は、術前と同一のデータ収集プログラムを指定することで術前と同様のデータ収集を行って、術後のDSA画像を収集する(ステップS102)。
そして、制御部34は、生成された術後のDSA画像を表示部40にて動画表示させる。なお、生成された術後のDSA画像は、画像メモリ33によって記憶される。
そして、図示しないGUIを介してユーザから術前のDSA画像と術後のDSA画像による血流比較の指示を受付けると、位置ずれ同定部22は、画像メモリ33から術前のDSA画像及び術後のDSA画像それぞれの平均マスク画像を読み出し、位置ずれ量を同定する(ステップS103)。例えば、位置ずれ同定部22は、以下に示す式(1)により、術前のDSA画像のマスク画像(Mpre(i,j))と、術後のDSA画像のマスク画像(Mpost(i,j))との位置ずれ量を同定する。ここで、式(1)におけるCR(Δi,Δj)は、(Mpre(i,j))と(Mpost(i,j))との位置ずれ量を示す。また、式(1)におけるNは、画像サイズを示す。
位置ずれ同定部22は、逐次近似アルゴリズム(algorithm)で(Δi,Δj)を変化させながら、CR(Δi,Δj)が最小になる(Δi,Δj)を探索する。そして、位置ずれ同定部22は、探索した(Δi,Δj)を位置ずれ補正部23に送る。なお、ここでは説明を簡単にするため、2次元の方向への位置ずれを検出する場合について説明するが、さらに回転方向の位置ずれを検出するのが望ましい。すなわち、位置ずれ同定部22は、(Δi,Δj,Δθ)を同定することが望ましい。
続いて、位置ずれ補正部23は、位置ずれ同定部22から位置ずれデータを受付けると、受付けた位置ずれデータ「(Δi,Δj)又は(Δi,Δj,Δθ)」を用いて、術前のDSA画像又は術後のDSA画像のうちの一方を補正する(ステップS104)。
そして、ROI設定部24は、DSA画像にROIを設定する(ステップS105)。具体的には、ROI設定部24は、位置ずれが補正された術前のDSA画像及び術後のDSA画像のうち、一方のDSA画像を用いて、術前のDSA画像及び術後のDSA画像の略同一位置にROIを設定する。例えば、ROI設定部24は、2枚の差分画像のうち少なくとも一方の画像における主幹動脈の位置を算出し、算出した主幹動脈を含む領域をROIとして設定する。図4は、第1の実施形態に係るROI設定部24によって設定されたROIの一例を示す図である。
図4に示すように、ROI設定部24は、術前DSA画像及び術後DSA画像の略同一位置にROI50及びROI51をそれぞれ設定する。ここで、以下、ROI設定部24による処理の詳細について説明する。図5は、第1の実施形態に係るROI設定部24による処理の手順を示すフローチャートである。なお、図5に示す処理は、図3のステップS105における処理に相当する。
図5に示すように、ROI設定部24においては、血管探索部24aは、位置ずれが補正された術前のDSA画像及び術後のDSA画像のうち、一方のDSA画像を用いて、DSA画像の下端から所定の範囲内に含まれる血管を探索する(ステップS201)。図6は、第1の実施形態に係る血管探索部24aによる処理の一例を説明するための図である。ここで、図6の(A)においては、画像サイズ「N×N」のDSA画像内の血管を探索する場合について示す。
例えば、血管探索部24aは、図6の(A)に示すように、DSA画像の下端からN/4の位置を血管探索の初期位置とする。そして、血管探索部24aは、図6の(B)に示すように、DSA画像のN/4の位置の横軸上のDSA値のプロファイルを測定する。その後、血管探索部24aは、測定したプロファイルにおいて、DSA値が所定の閾値「Th」を越えたピークを血管として抽出する。例えば、血管探索部24aは、図6に示すように、「Th」を越えたピークに対応する血管60及び血管61を抽出する。そして、血管探索部24aは、プロファイルと血管60及び血管61の位置情報を最大血管同定部24bに送信する。
最大血管同定部24bは、血管探索部24aによって抽出された血管において血管径が最大となる血管を同定する(ステップS202)。例えば、最大血管同定部24bは、図6の(B)に示すプロファイルの結果から血管径(ピークの幅)を計測し、血管径が最大である血管61を最大血管として同定する。そして、最大血管同定部24bは、計測した血管径の情報及び血管61の位置情報を最低ピーク領域同定部24cに送信する。上述したように、血管探索部24aが、DSA画像の下端からN/4の位置を血管探索の初期位置として血管を探索し、最大血管同定部24bが、血管径が最大となる血管を同定することで、ROIを設定する血管として主幹動脈を抽出することができる。
最低ピーク領域同定部24cは、最大血管同定部24bによって同定された血管の部分領域ごとに、時間ごとの濃度値の積分値を算出する(ステップS203)。具体的には、最低ピーク領域同定部24cは、DSA画像の縦軸のN/4の位置から下に向かって血管中心をトレースしながら、部分領域の濃度値の積分値を時間ごとに算出する。図7A〜図7Cは、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部24cによる部分領域ごとの積分値の算出処理を説明するための図である。なお、図7Bにおいては、図7Aの領域53を拡大した図1を示す。
例えば、最低ピーク領域同定部24cは、図7Aに示すように、DSA画像の縦軸の下端からN/4の位置から下に向かって血管61の血管中心をトレースしながら部分領域ごとの濃度値の積分値を算出する。ここで、最低ピーク領域同定部24cは、例えば、図7Bに示すように、横「1.5L(=1.5×血管径)」×縦「3ピクセル」の矩形を部分領域として設定し、各部分領域ごとに、積分値を算出する。なお、部分領域のサイズは、ユーザによって任意に設定することができる。
最低ピーク領域同定部24cは、造影剤が流れている間のDSA画像それぞれについて、各部分領域ごとに濃度値の積分値を算出する。すなわち、最低ピーク領域同定部24cは、部分領域ごとに、図7Cに示すような積分値の時間変化を算出する。
そして、最低ピーク領域同定部24cは、算出した時間ごとの積分値のピーク値を部分領域ごとに抽出する(ステップS204)。例えば、最低ピーク領域同定部24cは、図7Cに示すように、部分領域ごとに積分値がピークとなる代表値を抽出する。
その後、最低ピーク領域同定部24cは、最低ピーク値を示す部分領域をROIに設定する(ステップS205)。具体的には、最低ピーク領域同定部24cは、各部分領域の代表値を比較して、最低値を示す部分領域をROIとして設定する。図8は、第1の実施形態に係る最低ピーク領域同定部24cによる最低ピークの抽出処理を説明するための図である。図8においては、横軸に図7Aに示す「0」から「N/4」を示し、縦軸に積分値を示す。すなわち、図8においては、各部分領域の代表値をプロットしたグラフを示す。
例えば、最低ピーク領域同定部24cは、図8に示すように、各部分領域の代表値をグラフ上にプロットして、最低ピークを同定する。そして、最低ピーク領域同定部24cは、同定した最低ピークに対応する部分領域をROIとして設定する。
上述したように、最低ピーク領域同定部24cは、各部分領域の代表値の中で最低値を示す部分領域をROIとして設定する。すなわち、最低ピーク領域同定部24cは、積分値の時間変化が最も少ない部分領域をROIとして設定する。ROIを設定する主幹動脈は、血管径がほとんど変化しないが、実際の主幹動脈における濃度値は大きく変化する。これは、主に、血管の走行と、ビームハードニングに起因する。
例えば、血管の走行がX線の照射方向に対して90度をなしている場合には、X線が曝射される造影剤の量は血管径の厚み分のみとなり、濃度値は最低となる。しかしながら、血管の走行がX線の照射方向と平行である場合には、X線が曝射される造影剤の量は血管が走行している奥行き分となり、濃度値が最大となる。
従って、血管の走行がX線の照射と平行となっている場合、血流を正しく評価できないため、血管の走行がX線の照射に対して90度に近い角度をなしている領域をROIとして設定することが望ましい。そこで、最低ピーク領域同定部24cは、濃度値の積分値が最低となる部分領域をROIとして設定することで、血管の走行がX線の照射に対して最も90度に近い領域を抽出する。
また、例えば、厚い骨と重なった血管領域は、ビームハードニングによって濃度値が低下する。そこで、ROI設定部24が、DSA画像の生成に用いられたマスク画像の濃度値に基づいて、部分領域ごとのX線透過度を算出し、算出したX線透過度が低い領域をROIの対象外とするようにしてもよい。
以上、ROI設定部24による処理について説明した。図3に戻って、上述したようにDSA画像にROIが設定されると、ROIの情報がプロファイル計測部25に送られる。プロファイル計測部25は、ROI設定部24によって設定されたROI内のプロファイルを計測する(ステップS106)。
具体的には、プロファイル計測部25は、位置ずれ補正されたDSA画像と、もう一方のDSA画像とを画像メモリ33から読み出し、読み出したDSA画像それぞれについて、ROI内のDSA画素値の平均値又は総和値のプロファイルを計測する。図9は、第1の実施形態に係るプロファイル計測部25による処理の一例を説明するための図である。
例えば、プロファイル計測部25は、図9に示すように、術前DSA画像のプロファイル「f(t)」と、術後DSA画像のプロファイル「g(t)」とを計測する。ここで、図9に示す「ΔT」は、ROIに造影剤が到達するまでの遅れ時間を示す。プロファイル計測部25によって計測されたプロファイルの情報は、補正ファクター同定部26に送られる。
補正ファクター同定部26は、ROI内のプロファイルの情報を取得すると、術前のDSA画像及び術後のDSA画像のROI内のプロファイルが略一致する補正ファクターを同定する(ステップS107)。例えば、補正ファクター同定部26は、以下に示す式(2)により、術前DSA画像のプロファイル「f(t)」と、術後DSA画像のプロファイル「g(t)」とを略一致させる補正ファクターを同定する。
補正ファクター同定部26は、逐次近似アルゴリズム(algorithm)で、ゲイン「α」、造影剤到達までの遅れ時間「Δt」及び血流速度「T」を変化させながら、「E」が最小になる「α」、「Δt」及び「T」を探索する。すなわち、補正ファクター同定部26は、術前、術後の患者の心臓の拍出量の違いを補正するためのゲイン「α」と、術前、術後の造影剤投与時のカテーテルの位置ずれによる造影剤到達までの遅れ時間を補正するための「Δt」と、術前、術後の患者の心拍数の違いを補正するための血流速度「T」を用いて、2つのプロファイルを略一致させる。そして、補正ファクター同定部26は、探索した「α」、「Δt」及び「T」をDSA画像補正部27に送る。
なお、上述した例では、「α」、「Δt」及び「T」のすべての補正ファクターを求める場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、患者の心拍が安定しており、血流速度がほぼ一定と仮定できる場合には、「T=1」とする場合であってもよい。このようにすることで、補正ファクターの同定を高速に実行することが可能となる。
DSA画像補正部27は、補正ファクター同定部26から受付けた補正ファクター「α」、「Δt」及び「T」を用いて、術前のDSA画像又は術後のDSA画像を補正する(ステップS108)。ここで、DSA画像の補正は、一般的に、術前のDSA画像を補正するが、本実施形態においては、どちらのDSA画像を補正する場合であってもよい。DSA画像補正部27によって補正されたDSA画像は、画像メモリ33に記憶される。
なお、ここでは、補正ファクターは術前・術後の血流状態をチェックするDSA画像を用いて同定された。しかし、ほぼ同時期に撮影された治療などの影響のないDSA画像を用いて補正ファクターを同定しても良い。具体的には、例えば、右内頸動脈の血管内治療を行った場合、右内頸動脈の術前・術後のDSA画像を撮影するタイミングの前後で左内頸動脈の術前・術後のDSA画像を撮影する。この画像には治療などの影響がないと考えられるため、補正ファクターを安定して同定できると言うメリットがある。
DSA画像補正部27によってDSA画像が補正されると、第2サブトラクション部29は、補正されたDSA画像ともう一方のDSA画像とを画像メモリ33から読み出し、サブトラクションを実行する(ステップS109)。例えば、第2サブトラクション部29は、以下に示す式(3)により、補正されたDSA画像ともう一方のDSA画像とをサブトラクションする。
ここで、式(3)においては、C(i,j)が血流チェック画像を示す。また、式(3)においては、f(i,j)(t)が術前のDSA画像を示し、g(i,j)(t)が術後のDSA画像を示す。また、式(3)においては、術後のDSA画像が補正された場合の式を示す。第2サブトラクション部29は、式(3)に示すように、補正された術後のDSA画像から術前のDSA画像を差分することで、血流チェック画像を生成する。第2サブトラクション部29によって生成された血流チェック画像(サブトラクション画像)は、画像メモリ33に記憶される。
そして、第2サブトラクション部29によって生成された血流チェック画像は、画像メモリ33に記憶されると同時に制御部34に送られ、制御部34によって表示部40にてカラーで表示される(ステップS110)。例えば、表示部40は、少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像を差分した結果に基づくパーフュージョン画像を表示する。図10は、第1の実施形態に係る表示部40にて表示される血流チェック画像の一例を示す図である。
例えば、制御部34は、図10に示すように、画素値をカラーに変換して(例えば、血流が十分増加している領域(図10の領域R1など)を赤、血流が十分低下している領域(図10の領域R2など)を青、中間の領域(図10の領域R3など)を黄色に変換して)、変換した画像を表示部40にて表示させる。なお、表示される血流チェック画像は、白黒の画像であってもよい。
上述したように、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、術前及び術後の少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像を差分した血流チェック画像を時系列に沿って連続して表示することでカラー又は白黒の動画像を表示する。ここで、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、上述した動画像の他にも種々の解析結果を表示することができる。例えば、X線診断装置1は、DSA画像の所定の領域ごとに、術前と術後の血流の状態の変化を示すグラフを表示することも可能である。
図11A〜図11Cは、第1の実施形態に係る表示部にて表示される解析結果の一例を示す図である。図11A〜図11Cにおいては、図中の(A)に所定の領域における術前及び術後のプロファイルを示し、図中の(B)に術前のプロファイルと術後のプロファイルとの差分情報を示す。なお、図11A〜図11Cにおいては、術後のプロファイル「g(t)」から術前のプロファイル「f(t)」を差分した場合の差分情報を示す。
例えば、制御部34は、主幹動脈を含む領域或いは治療の影響のない毛細血管を含む領域によって同定された補正ファクターによって術前及び術後の少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像の所定の領域について、術前及び術後のDSA画像のプロファイルと、差分情報を表示部40にて表示させる。例えば、制御部34は、図11Aの(A)に示すように、術前のDSA画像における所定の領域のプロファイル「f(t)」と、術後のDSA画像における同一の領域のプロファイル「g(t)」とを表示部40にて表示する。さらに、制御部34は、図11Aの(B)に示すように、図11Aの(A)に示す術後のプロファイル「g(t)」から術前のプロファイル「f(t)」を差分したグラフ71を表示部40にて表示する。
ここで、図示したプロファイル及びグラフを表示する所定の領域については、操作者によって任意に指定することができる。また、所定のサイズの領域で画像全体を網羅的に表示する場合であってもよい。これによって操作者は、プロファイルやグラフが表示された領域が術前と術後でどのように変化しているのか詳細に観察することが可能になる。例えば、図11Aに示すようなプロファイルやグラフが表示された場合には、操作者は、対応する領域において、術後に血流の状態が改善していることを判断することができる。
同様に、操作者は、図11B及び図11Cに示すプロファイル及びグラフによって、対応する領域が術前と術後でどのように変化しているのか容易に判断することが可能になる。例えば、表示部40に図11Bに示すプロファイルやグラフが表示された場合には、操作者は、術後の血流に若干の遅れが生じていると判断することができ、軽い狭窄が生じている恐れを疑うことができる。また、例えば、表示部40に図11Cに示すプロファイルやグラフが表示された場合には、操作者は、術後の血流が悪くなっていると判断することができ、梗塞が生じている恐れを疑うことができる。
なお、図11A〜図11Cにおいては、術後のプロファイル「g(t)」から術前のプロファイル「f(t)」を差分したグラフを示す場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、術前のプロファイル「f(t)」から術後のプロファイル「g(t)」を差分したグラフを示す場合であってもよい。
また、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、血流チェック画像と、血流チェック画像の領域に対応するプロファイルなどを表示することも可能である。図12は、第1の実施形態に係る表示部にて表示される表示情報の一例を示す図である。図12に示すように、操作者が入力部を介して血流チェック画像上で点や領域を指定すると、制御部34は、指定された点や領域の術前及び術後のプロファイルを表示させる。なお、図12においてはプロファイルのみ示しているが、差分のグラフを表示することも可能である。
このように、第1の実施形態に係るX線診断装置1においては、血流チェック画像に加えて、所定の領域ごとのプロファイルや差分のグラフなどを表示することができる。さらに、第1の実施形態に係るX線診断装置1では、所定の領域の血流量の差を示す血流量差や、術前と術後の血流の違いを示す差異度を表示することも可能である。以下、式(4)〜式(7)を用いて血流量差及び差異度について説明する。なお、式(4)〜式(7)においては、上述した補正ファクター「α」、「Δt」及び「T」のうち、「α」及び「Δt」によって補正する場合を一例に挙げて説明する。
すなわち、補正ファクター同定部26は、プロファイル計測部25によって計測された術前のDSA画像のROI内のプロファイル「f(t)」と、術後のDSA画像のROI内のプロファイル「g(t)」とが、式(4)となるような「α」及び「Δt」を同定する。なお、「α」は、術前、術後の患者の心臓の拍出量の違いを補正するためのゲインであり、「Δt」は、術前、術後の造影剤投与時のカテーテルの位置ずれによる造影剤到達までの遅れ時間を補正するためのものである。
そして、第2サブトラクション部29は、以下に示す式(5)により、補正されたDSA画像ともう一方のDSA画像とをサブトラクションする。ここで、式(5)においては、COMP(t)がDSA画像の差分を示す。また、式(5)においては、f(i,j)(t)が術前のDSA画像を示し、g(i,j)(t)が術後のDSA画像を示す。また、式(5)においては、術後のDSA画像が補正された場合の式を示す。
式(5)に示すように、第2サブトラクション部29は、補正された術後のDSA画像と術前のDSA画像とを画素ごとにサブトラクションする。制御部34は、第2サブトラクション部29によって算出されたCOMP(t)を用いて、以下に示す式(6)により、血流量差を算出する。すなわち、制御部34は、補正後の差分画像に基づいて算出された部位ごとのプロファイルを元に、血流量差及び差異度を算出する。ここで、式(6)においては、DifVが血流量差を示す。また、式(6)においては、Nが画像サイズを示す。また、式(6)においては、COMP(n)が画素ごとの差分を示す。
式(6)に示すように、制御部34は、画素ごとの差分の平均を血流量の差として算出して、表示部40に表示する。また、制御部34は、第2サブトラクション部29によって算出されたCOMP(t)を用いて、以下に示す式(7)により、差異度を算出する。ここで、式(7)においては、DifEが差異度を示す。また、式(7)においては、Nが画像サイズを示す。また、式(7)においては、COMP(n)が画素ごとの差分を示す。
式(7)に示すように、制御部34は、画素ごとの差分の2乗の平均を血流の差異度として算出して、表示部40に表示する。このように、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、血流チェック画像や、プロファイル及び差分のグラフに加えて、血流量差及び差異度を算出して表示することができる。なお、血流量差及び差異度については、操作者によって状況に応じて使い分けられる。
ここで、上述した血流量差及び差異度の式はあくまでも一例であり、その他の式で算出される場合であってもよい。例えば、術前、術後のプロファイルによって規格化する場合であってもよい。以下、術前、術後のプロファイルによって規格化する場合について、式(8)〜式(13)を用いて説明する。なお、式(8)〜式(13)においては、血流量差DifV及び差異度DifEの右辺のみを示す。
例えば、制御部34は、以下に示す式(8)により、術前のプロファイルによって規格化した血流量差を算出し、以下に示す式(9)により、術前のプロファイルによって規格化した差異度を算出する。ここで、式(8)及び(9)においては、「f(n)」が術前のプロファイルを示す。ここで、式(8)及び(9)における「β」は、分母が0になることを避けるためのもので、「f(n)」の血管領域の値より十分小さい値が設定される。
また、例えば、制御部34は、以下に示す式(10)により、術後のプロファイルによって規格化した血流量差を算出し、以下に示す式(11)により、術後のプロファイルによって規格化した差異度を算出する。ここで、式(10)及び(11)においては、「g(n)」が術前のプロファイルを示し、術後の画像が補正ファクターによって補正されている場合について示す。ここで、式(10)及び(11)における「β」は、分母が0になることを避けるためのもので、「f(n)」の血管領域の値より十分小さい値が設定される。
また、例えば、制御部34は、以下に示す式(12)により、術前及び術後のプロファイルの平均によって規格化した血流量差を算出し、以下に示す式(13)により、術前及び術後のプロファイルの平均によって規格化した差異度を算出する。ここで、式(12)及び(13)においては、「f(n)」が術前のプロファイルを示し、「g(n)」が術前のプロファイルを示し、術後の画像が補正ファクターによって補正されている場合について示す。ここで、式(12)及び(13)における「β」は、分母が0になることを避けるためのもので、「f(n)」の血管領域の値より十分小さい値が設定される。
上述した例では、補正ファクター「α」及び「Δt」によって補正する場合を一例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、補正ファクター「α」、「Δt」及び「T」を用いて血流量差及び差異度が算出される場合であってもよい。かかる場合には、補正ファクター同定部26は、プロファイル計測部25によって計測された術前のDSA画像のROI内のプロファイル「f(t)」と、術後のDSA画像のROI内のプロファイル「g(t)」とが、以下に示す式(14)となるような「α」、「Δt」及び「T」を同定する。なお、「α」は、術前、術後の患者の心臓の拍出量の違いを補正するためのゲインであり、「Δt」は、術前、術後の造影剤投与時のカテーテルの位置ずれによる造影剤到達までの遅れ時間を補正するためのものである。また、「T」は、術前、術後の患者の心拍数の違いを補正するための血流速度を示す。
式(14)に示すように、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、術前、術後の患者の心拍数の違いを補正するための血流速度を補正して術前、術後の血流量差及び差異度を算出することができる。これにより、術前、術後で心拍数が大きく異なる場合であっても、それらを補正したうえで解析することを可能にする。
上述したように、第1の実施形態によれば、プロファイル計測部25は、被検体の頭部に対して略同一方向から撮影された時相(撮影時期)の異なる2枚のDSA画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定されたROIにおける造影剤濃度に関するプロファイルをそれぞれ計測する。そして、補正ファクター同定部26は、プロファイル計測部25によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する。DSA画像補正部27は、補正ファクター同定部26によって同定された補正ファクターに基づいて、2枚のDSA画像のうちの少なくとも一方を補正する。そして、制御部34は、DSA画像補正部27によって少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像に基づいた情報を表示部40にて表示するように制御する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、術前のDSA画像及び術後のDSA画像における造影剤による染まりの効果を略一致させた後の差分画像を生成して表示することができ、術前の画像と術後の画像とを正確に比較することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、第1サブトラクション部28は、被検体の頭部に対して略同一方向から造影剤を注入しながら撮影された時相(撮影時期)の異なる2枚のX線動画像を元に、造影剤の影響のある複数の画像と造影剤の影響の殆どない画像とを引き算しDSA画像を算出する。位置ずれ同定部22は、2枚のX線動画像の中の造影剤の影響が殆どない画像を元に位置ずれを同定する。位置ずれ補正部23は、同定された位置ずれ情報を元に2枚のDSA画像の内、少なくとも一方を位置ずれ補正する。プロファイル計測部25は、少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定されたROIのプロファイルをそれぞれ計測する。補正ファクター同定部26は、プロファイル計測部25によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する。DSA画像補正部27は、補正ファクター同定部26によって同定された補正ファクターに基づいて、2枚のDSA画像うちの少なくとも一方を補正する。制御部34は、DSA画像補正部27によって少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像に基づいた情報を表示部40にて表示するように制御する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、術前のDSA画像及び術後のDSA画像における造影剤による染まりの効果を略一致させた後の差分画像を生成して表示することができ、術前の画像と術後の画像とを正確に比較することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、ROIは、血管である主幹動脈または治療に影響が無い毛細血管を含む領域である。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、画像内の種々の領域を用いて補正ファクターを同定することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、ROI設定部24は、2枚のDSA画像のうち少なくとも一方の画像における主幹動脈の位置を算出し、算出した主幹動脈を含む領域をROIとして設定する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、治療の影響がなく、造影剤濃度の変化が顕著に表れる主幹動脈を含む領域を用いることができ、より正確な補正ファクターを同定することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、表示部40は、少なくとも一方が補正された2枚のDSA画像を差分した結果に基づくパーフュージョン画像を表示する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、より正確な解析結果を表示することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、補正ファクター同定部26は、2枚のDSA画像における2つのプロファイルが略一致するように、造影剤到達までの時間のずれ、ゲイン及び血流速度のうち、少なくとも一つを同定する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、造影剤の効果が大きく変化する補正ファクターを用いてDSA画像を補正することができ、術前のDSA画像と、術後のDSA画像の比較をより正確に行うことを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、ROI設定部24は、DSA画像の下端から所定の範囲内に含まれる血管のうち、血管径が最大となる血管を抽出し、抽出した血管において、部分領域ごとに濃度値の積分値のピーク値を算出し、算出したピーク値が最低となる部分領域をROIとして設定する。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、主幹動脈上の造影剤の効果が高い領域をROIとして設定することができ、正確な比較読影を可能にする。
また、第1の実施形態によれば、ROI設定部24は、DSA画像の生成に用いられたマスク画像の濃度値に基づいて、部分領域ごとのX線透過度を算出し、算出したX線透過度が低い部分領域をROIの対象外とする。従って、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、ROIの設定に係る工程を高速化することを可能にする。
また、第1の実施形態によれば、血流チェック画像(サブトラクション画像)は動画像として作成されているが、動画像の内、ピクセル毎に最大誤差を同定し、最大誤差画像を静止画像として表示しても良い。
(第2の実施形態)
さて、これまで第1の実施形態について説明したが、上述した第1の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
(変形例)
上述した第1の実施形態では、術前のDSA画像を収集したときと同一のデータ収集プログラムを用いて術後のDSA画像を収集する場合について説明した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば、造影剤の染まりの効果を変化させるファクターを任意に選択して、選択したファクターを術前と術後で一致させるようにしてもよい。
かかる場合には、例えば、制御部34が、X線撮影条件、撮影角度、FOV(Field Of View)、SID(Source Image Distance)、コリメータの位置、補償フィルターの位置、X線焦点サイズ、線質調整フィルター、造影剤注入までの時間及び造影条件のうち、少なくとも1つについて、術前のDSA画像の撮影時と一致させて、術後のDSA画像を撮影するように制御する。
上述した第1の実施形態では、ROI設定部24が、DSA画像に自動的にROIを設定する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ユーザによって設定される場合であってもよい。
かかる場合には、例えば、ROI設定部24が、ユーザに対してROIを設定するように要求する。一例を挙げると、ROI設定部24は、表示部40にROIの設定を促すメッセージを表示させる。ユーザは、図示しないGUIを介して、ROIを設定する。このとき、ROI設定部24は、ユーザに対して、造影剤を投与するカテーテルに近く、患部から遠く、さらに血管が検出器面に対して平行になるようにROIを設定させる。
上述した第1の実施形態では、X線診断装置1が血流チェック画像を生成する場合について説明したが、上述した処理は、ワークステーションなどの画像処理装置によって実行される場合であってもよい。かかる場合には、例えば、ネットワークを介してX線診断装置や、画像保管装置などと接続されたワークステーションが、X線診断装置や、画像保管装置などから画像データを取得する。そして、ワークステーションは、取得した画像データを用いて上述した処理を実行する。
以上説明したとおり、第1〜2の実施形態によれば、本実施形態のX線診断装置及び画像処理装置は、術前の画像と術後の画像とを正確に比較することを可能にする。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら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。
1 X線診断装置
22 位置ずれ同定部
23 位置ずれ補正部
24 ROI設定部
24a 血管探索部
24b 最大血管同定部
24c 最低ピーク領域同定部
25 プロファイル計測部
26 補正ファクター同定部
27 DSA画像補正部
28 第1サブトラクション部
29 第2サブトラクション部
34 制御部
100 画像処理装置

Claims (13)

  1. 被検体の頭部に対して略同一方向から撮影された撮影時期の異なる2枚の差分画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定された関心領域における造影剤濃度の経時変化に関するプロファイルをそれぞれ計測する計測部と、
    前記計測部によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する同定部と、
    前記同定部によって同定された補正ファクターに基づいて、前記2枚の差分画像のうちの少なくとも一方を補正する補正部と、
    前記補正部によって少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に基づいた情報を所定の表示部にて表示するように制御する制御部と、
    を備える、X線診断装置。
  2. 前記関心領域は、前記血管である主幹動脈または治療に影響が無い毛細血管を含む領域である、請求項1記載のX線診断装置。
  3. 前記2枚の差分画像のうち少なくとも一方の画像における前記主幹動脈の位置を算出する算出部をさらに有し、
    前記関心領域は、前記算出部で算出された前記主幹動脈を含む領域である、請求項2記載のX線診断装置。
  4. 前記表示部は、前記少なくとも一方が補正された2枚の差分画像を差分した結果に基づくパーフュージョン画像を表示する、請求項1記載のX線診断装置。
  5. 前記同定部は、前記2枚の差分画像における2つのプロファイルが略一致するように、造影剤到達までの時間のずれ、前記被検体の拍出量に関するゲイン及び血流速度のうち、少なくとも一つを同定する、請求項1記載のX線診断装置。
  6. 前記2枚の差分画像は、撮影時期が治療前及び治療後に得られた画像である、請求項1記載のX線診断装置。
  7. 前記差分画像の下端から所定の範囲内に含まれる血管のうち、血管径が最大となる血管を抽出し、抽出した血管において、所定の領域ごとに濃度値の部分積分値のピーク値を算出し、算出したピーク値が最低となる領域を前記関心領域として設定する設定部をさらに備える、請求項1記載のX線診断装置。
  8. 前記設定部は、前記差分画像の生成に用いられたマスク画像の濃度値に基づいて、前記所定の領域ごとのX線透過度を算出し、算出したX線透過度が低い領域を前記関心領域の対象外とする、請求項7記載のX線診断装置。
  9. 前記制御部は、補正後の差分画像に基づいて算出された部位ごとのプロファイルを元に、血流量差及び差異度を算出する、請求項1記載のX線診断装置。
  10. 前記制御部は、X線撮影条件、撮影角度、FOV、SID、コリメータの位置、補償フィルターの位置、X線焦点サイズ、線質調整フィルター、造影剤注入までの時間及び造影条件のうち、少なくとも1つを一致させて前記撮影時期の異なる2枚の差分画像を撮影するように制御する、請求項1記載のX線診断装置。
  11. 被検体の頭部に対して略同一方向から造影剤を注入しながら撮影された撮影時期の異なる2のX線動画像を元に、造影剤の影響のある複数の画像と造影剤の影響の殆どない画像とを引き算し差分画像を算出する差分画像算出部と、
    前記2のX線動画像の中の造影剤の影響が殆どない画像を元に、前記2組のX線動画像間の位置ずれを同定する位置ずれ同定部と、
    前記同定された位置ずれ情報を元に、前記2組のX線動画像からそれぞれ抽出した2枚の差分画像の内、少なくとも一方を位置ずれ補正する位置ずれ補正部と、
    前記少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に含まれる血管を含む略同一位置にそれぞれ設定された関心領域における造影剤濃度の経時変化に関するプロファイルをそれぞれ計測する計測部と、
    前記計測部によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する同定部と、
    前記同定部によって同定された補正ファクターに基づいて、前記2枚の差分画像のうちの少なくとも一方を補正する補正部と、
    前記補正部によって少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に基づいた情報を所定の表示部にて表示するように制御する制御部と、
    を備える、X線診断装置。
  12. 被検体の頭部に対して略同一方向から撮影された撮影時期の異なる2枚の差分画像における血管を含む略同一位置にそれぞれ設定された関心領域における造影剤濃度の経時変化に関するプロファイルをそれぞれ計測する計測部と、
    前記計測部によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する同定部と、
    前記同定部によって同定された補正ファクターに基づいて、前記2枚の差分画像のうちの少なくとも一方を補正する補正部と、
    前記補正部によって少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に基づいた情報を所定の表示部にて表示するように制御する制御部と、
    を備える、画像処理装置。
  13. 被検体の頭部に対して略同一方向から造影剤を注入しながら撮影された撮影時期の異なる2のX線動画像を元に、造影剤の影響のある複数の画像と造影剤の影響の殆どない画像とを引き算し差分画像を算出する差分画像算出部と、
    前記2のX線動画像の中の造影剤の影響が殆どない画像を元に、前記2組のX線動画像間の位置ずれを同定する位置ずれ同定部と、
    前記同定された位置ずれ情報を元に、前記2組のX線動画像からそれぞれ抽出した2枚の差分画像の内、少なくとも一方を位置ずれ補正する位置ずれ補正部と、
    前記少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に含まれる血管を含む略同一位置にそれぞれ設定された関心領域における造影剤濃度の経時変化に関するプロファイルをそれぞれ計測する計測部と、
    前記計測部によってそれぞれ計測された2つのプロファイルが略一致するように補正ファクターを同定する同定部と、
    前記同定部によって同定された補正ファクターに基づいて、前記2枚の差分画像のうちの少なくとも一方を補正する補正部と、
    前記補正部によって少なくとも一方が補正された2枚の差分画像に基づいた情報を所定の表示部にて表示するように制御する制御部と、
    を備える、画像処理装置。
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