JP6563189B2 - Ｘ線診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラム - Google Patents

Ｘ線診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施の形態は、Ｘ線診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラムに関する。
従来、Ｘ線診断装置においては、血管造影撮影を行って血管構造を観察する場合に、ＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）撮影が用いられる。ＤＳＡ撮影は、造影剤を注入していない状態のＸ線画像（以下、適宜「マスク画像」という）と、造影剤が注入された状態のＸ線画像（以下、適宜「コントラスト画像」という）とをそれぞれ撮影して、画像間でサブトラクションを行うことにより、血管のみが描出されたＤＳＡ画像を収集する撮影方法である。
ここで、上述したＤＳＡ画像において血管が重なっている領域では、造影剤によって最初に造影される血管は観察することができるが、その後造影される血管は観察することができない場合がある。例えば、最初に造影された血管から造影剤が抜ける前に重なっている血管が造影されると、後で造影される血管を最初に造影された血管と区別して観察することが困難となる。
そこで、従来技術においては、ＤＳＡ画像において血管が重なった場合、例えば、最初に造影される血管と後に造影される血管とが重ならない角度にＣアームを移動させて、再度造影剤を注入してＤＳＡ画像を収集する。または、例えば、最初に造影される血管より末梢側までカテーテルを挿入した後、再度造影剤を注入してＤＳＡ画像を収集する。
米国特許出願公開第２０１３／００７７８３９号明細書
本発明が解決しようとする課題は、重なっている血流の情報を効率よく区別することを可能にするＸ線診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することである。
実施の形態のＸ線診断装置は、取得部と、算出部とを備える。取得部は、造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、前記注目領域よりも前記造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得する。算出部は、前記第２の遷移情報を用いて前記第１の遷移情報を解析することで、前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する。
図１は、第１の実施形態に係る医用情報処理システム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Ｘ線診断装置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の一例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Ｘ線診断装置による処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、第１の実施形態に係る上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係る上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係る算出部による処理の一例を説明するための図である。 図８は、第１の実施形態に係る表示制御部によって表示される動画像の一例を示す図である。 図９は、変形例に係る表示制御部によって表示される画像の一例を示す図である。
以下に、添付図面を参照して、実施形態に係るＸ線診断装置及び画像処理装置を説明する。なお、以下では、医用情報処理システムに含まれるＸ線診断装置が処理を実行する場合を例に挙げて説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る医用情報処理システムの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１００は、Ｘ線診断装置１と、画像保管装置２と、画像処理装置３とを有する。図１に例示する各装置は、例えば、病院内に設置された院内ＬＡＮ（Local Area Network）により、直接的、又は間接的に相互に通信可能な状態となっている。例えば、医用情報処理システム１にＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）が導入され、各装置は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）規格に則って、Ｘ線画像等を相互に送受信する。
画像保管装置２は、Ｘ線診断装置１から受信したＸ線画像や、画像処理装置３から受信した各種画像を保管する。なお、図１においては、医用画像診断装置として、Ｘ線診断装置１のみが示されているが、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などが医用情報処理システム１００に含まれる場合であってもよい。また、その他種々の情報処理装置が医用情報処理システム１００に含まれる場合であってもよい。かかる場合には、画像保管装置２は、それら種々の装置から画像を受信して保管することができる。
画像処理装置３は、医用画像診断装置によって収集された医用画像に対して種々の画像処理を実行する。例えば、画像処理装置３は、Ｘ線診断装置１や、画像保管装置２から取得したＸ線画像に対して画像処理を実行する。なお、画像処理装置３は、以下、Ｘ線診断装置１が実行する処理と同様の処理を実行することができる。
図２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２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２０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とを有し、インジェクター５０が接続される。
インジェクター５０は、被検体Ｐに挿入されたカテーテルから造影剤を注入するための装置である。ここで、インジェクター５０からの造影剤注入開始は、後述する画像処理装置２０を介して受信した注入開始指示に従って実行される場合であってもよいし、操作者が直接インジェクター５０に対して入力した注入開始指示に従って実行される場合であってもよい。
Ｃ型アーム１３は、Ｘ線管球１１及び検出器１２を支持し、支持部（図示を省略）に設けられたモータにより、寝台１４上に横臥する被検体Ｐの周りをプロペラのように高速回転する。ここで、Ｃ型アーム１３は、直交する３軸であるＸＹＺ軸に関してそれぞれ回転可能に支持され、図示しない駆動部によって各軸で個別に回転する。
画像処理装置２０は、図２に示すように、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部２１と、画像メモリ２２と、サブトラクション部２３と、フィルタリング部２４と、アフィン変換部２５と、ＬＵＴ（Look Up Table）２６と、撮影制御部２７と、散乱線補正部２８と、ビームハードニング補正部２９と、リング補正部３０と、３次元再構成部３１と、３次元画像処理部３２と、制御部３３と、表示部４０とを有する。また、画像処理装置２０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２０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ジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をＸ線収集画像として画像メモリ２２に格納する。画像メモリ２２は、Ｘ線収集画像（投影データ）を記憶する。また、画像メモリ２２は、後述する３次元再構成部３１によって再構成された再構成データ（ボリュームデータ）や、３次元画像処理部３２によって生成された３次元画像を記憶する。また、画像メモリ２２は、後述するサブトラクション部２３によって生成された差分画像を記憶する。
サブトラクション部２３は、ＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）画像などの差分画像を生成する。例えば、サブトラクション部２３は、画像メモリ２２に記憶されたマスク画像及びコントラスト画像の投影データ又はボリュームデータを用いてＤＳＡ画像を生成する。
フィルタリング部２４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２５は、画像の拡大や縮小、移動などを行う。ＬＵＴ２６は、諧調変換を行う。散乱線補正部２８は、マスク画像及びコントラスト画像に含まれる散乱線成分を除去する散乱線補正を行う。ビームハードニング補正部２９は、軟部組織の厚さ、もしくは軟部組織の厚さ及び骨領域の厚さに基づく補正テーブルを用いてビームハードニング補正を行う。リング補正部３０は、検出器１２のゲインの不均一性などに基づくリング状のアーチファクトを除去するためのリング補正を行う。
撮影制御部２７は、後述する制御部３３の制御のもと、Ｘ線撮影機構１０による撮影に係る各種処理を制御する。例えば、撮影制御部２７は、Ｃ型アーム１３を回転させながら所定のフレームレートで投影データを収集する回転撮影を制御する。また、撮影制御部２７は、Ｃ型アーム１３を回転制御している間、図示しない高電圧発生部を制御してＸ線管球１１からＸ線を連続的又は断続的に発生させ、検出器１２によって被検体Ｐを透過したＸ線を検出させるように制御する。
３次元再構成部３１は、Ｘ線撮影機構１０による回転撮影によって収集された投影データから再構成データ（ボリュームデータ）を再構成する。例えば、３次元再構成部３１は、サブトラクション部２３によってマスク画像とコントラスト画像とが差分され、画像メモリ２２によって記憶されたサブトラクション後の投影データからボリュームデータを再構成する。或いは、３次元再構成部３１は、Ａ／Ｄ変換部２１によってデジタルデータに変換され、画像メモリ２２に記憶された投影データからボリュームデータを再構成する。そして、３次元再構成部３１は、再構成したボリュームデータを画像メモリ２２に格納する。
３次元画像処理部３２は、画像メモリ２２によって記憶されたボリュームデータから３次元画像を生成する。例えば、３次元画像処理部３２は、ボリュームデータからボリュームレンダリング画像や、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像を生成する。そして、３次元画像処理部３２は、生成した３次元画像を画像メモリ２２に格納する。
制御部３３は、Ｘ線診断装置１全体を制御する。具体的には、制御部３３は、Ｘ線撮影機構１０によるＸ線画像の撮影、Ｘ線画像の解析、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３３は、Ｘ線撮影機構１０によって撮影されたＸ線画像に含まれる造影剤の信号強度の遷移（ＴＤＣ：Time Density Curve）を解析して、表示画像とともに解析結果を表示するように制御する。ここで、制御部３３は、例えば、図２に示すように、取得部３３１と、算出部３３２と、表示制御部３３３とを有し、Ｘ線画像における造影剤のＴＤＣを解析することで、重なっている血管の情報を効率よく区別することを可能にする。
上述したように、従来のＸ線診断装置では、例えば、ＤＳＡ画像において血管（血流）が重なっている場合、最初に造影される血管と後に造影される血管とが重ならない角度にＣアームを移動させて、再度造影剤を注入してＤＳＡ画像を収集したり、最初に造影される血管より末梢側までカテーテルを挿入した後、再度造影剤を注入してＤＳＡ画像を収集したりすることで、血管（血流）を区別できるようにする。
しかしながら、例えば、血管が重ならない角度にＣアームを移動させる場合、予め３次元血管画像がないと、最初に造影される血管と後に造影される血管とが重ならない角度を探すのに時間がかかってしまう場合がある。さらに、最初に造影される血管と後に造影される血管とが重ならない角度にＣアームを移動させたとしても、注目する血管が別の血管とまた重なってしまう場合もある。
また、最初に造影される血管より末梢側までカテーテルを挿入する場合、そもそも末梢側までカテーテルを挿入することが困難であったり、挿入するのにかなりの時間を要したりする場合がある。このように、従来技術においては、重なっている血管を区別するために大量の時間を要する場合や、区別することが困難な場合がある。そこで、本願に係るＸ線診断装置１は、上述した制御部３３がＸ線画像（ＤＳＡ画像）における造影剤のＴＤＣを解析することで、重なっている血管の情報を効率よく区別することを可能にする。
具体的には、取得部３３１は、造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、注目領域よりも造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得する。例えば、取得部３３１は、サブトラクション部２３によって生成されたＤＳＡ画像において血管（血流）が重なる領域を注目領域として、注目領域に含まれるピクセルの造影剤のＴＤＣ（第１の濃度プロファイル）と、注目領域よりも上流（心臓側）の血管に対応するピクセルの造影剤のＴＤＣ（第２の濃度プロファイル）とを取得する。
算出部３３２は、第２の遷移情報を用いて第１の遷移情報を解析することで、注目領域における血流ごとの血流情報を算出する。具体的には、算出部３３２は、造影剤に関する因子を用いて第２の遷移情報を変化させた１又は複数の遷移情報と、第１の遷移情報とを近似させることで、注目領域に含まれる１又は複数の血流の血流情報を算出する。すなわち、算出部３３２は、第２の濃度プロファイルを示すＴＤＣを造影剤に関する種々の因子によって変形させた１又は複数の遷移情報を第１の濃度プロファイルを示すＴＤＣにフィッティングさせる。ここで、例えば、算出部３３２は、造影剤に関する種々の因子として、血管内での造影剤の希釈、拡散、血管壁の抵抗に因る速度低下、及び、到達遅れ時間のうち少なくとも１つの因子を用いる。
表示制御部３３３は、算出部３３２によって算出された血流ごとの血流情報に基づいて、造影剤の流入時間を示す動画像及び色相変換画像のうち少なくとも一方を表示部４０にて表示させる。また、表示制御部３３３は、血管内での造影剤の希釈、拡散、血管壁の抵抗に因る速度低下、到達遅れ時間、及び、血液の乱流を示す乱流度のうち少なくとも１つについて表示部４０にて表示させる。
以下、本実施形態に係るＸ線診断装置１による処理の一例について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１による処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図４は、図３におけるステップＳ１０５の処理の詳細を示す。また、図３においては、被検体Ｐに対して造影剤が注入され、ＤＳＡ画像が生成された後の処理について示す。
図２に示すように、Ｘ線診断装置１においては、被検体Ｐに造影剤が注入されて経時的に収集されたＸ線動画像からサブトラクション画像（例えば、ＤＳＡ画像）が生成されると、表示制御部３３３が生成されたＤＳＡ画像を表示部４０に表示させる。操作者は、表示部４０に表示されたサブトラクション画像を参照し、入力部を介して注目領域と上流領域とを指定する。ここで、注目領域は血流情報を区別したい領域（例えば、血管が重なっている領域）であり、上流領域は注目領域よりも造影剤が早く流入する血管領域（注目領域の血管よりも心臓に近い血管の領域）である。
なお、注目領域は、単一のピクセルであってもよく、複数のピクセルを含む領域であってもよい。また、上流領域は、単一のピクセルであってもよいが、ノイズの影響を低減するために複数のピクセルを含む領域であるほうがよく、また、血管がＸ線の進行方向に対して垂直に走行している領域が望ましい。例えば、上流領域としては、Ｘ線の進行方向に対してなるべく垂直に走行している血管において、血管の走行方向に垂直な線か、或いは、血管上の領域が指定される。
上述したように、上流領域が指定されると、算出部３３２は、サブトラクション画像において指定された位置（座標）に上流領域を設定し（ステップＳ１０１）、上流領域のＴＤＣを計測する（ステップＳ１０２）。例えば、算出部３３２は、Ｘ線動画像から生成された経時的なサブトラクション画像を用いて上流領域に含まれるピクセルにおけるＴＤＣをそれぞれ計測し、計測したＴＤＣを平均することで上流領域のＴＤＣを算出する。ここで、算出部３３２は、経時的なサブトラクション画像のピクセルからそれぞれ取得した離散的な値を１次或いは高次の関数で補完することによって連続的な上流領域のＴＤＣ「ｆ（ｔ）」を算出する。
さらに、算出部３３２は、サブトラクション画像において指定された位置（座標）に注目領域を設定し（ステップＳ１０３）、注目領域のＴＤＣを計測する（ステップＳ１０４）。例えば、算出部３３２は、Ｘ線動画像から生成された経時的なサブトラクション画像を用いて注目領域のピクセルにおけるＴＤＣを計測し、１次或いは高次の関数で補完することによって連続的な注目領域のＴＤＣを算出する。
そして、算出部３３２は、算出した上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとを用いて、注目領域における血管（血流）ごとの血流情報を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、算出部３３２は、１つの血流によって形成されたノイズの少ない上流領域のＴＤＣを用いて、血流情報を区別したい注目領域にて計測されたＴＤＣを解析することで、注目領域における血流ごとの血流情報を算出する。すなわち、算出部３３２は、上流領域のＴＤＣを基準として、注目領域のＴＤＣに近似したＴＤＣを基準のＴＤＣを用いて生成することで、注目領域のＴＤＣがどのような血流によって形成されているのかを解析する。
以下、図５及び図６を用いて、上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係を説明する。図５及び図６は、第１の実施形態に係る上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係を説明するための図である。なお、図５は、種々の因子を考慮しない単純モデルを示し、図６は、種々の因子を考慮した複雑モデルを示す。例えば、解析対象となる血管が、図５の（Ａ）に示すように走行しており、血流が図中の矢印に示すように下から上に流れるとする。そして、図中の矢印６１で指示する位置（領域）を上流領域として設定した場合の単純モデルにおける上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係は、例えば、図５の（Ｂ）〜（Ｄ）のようになる。
例えば、矢印６１で指示する上流領域のＴＤＣは、図５の（Ｂ）に示すように、時点「０」からＤＳＡ値が立ち上がるＴＤＣ「ｆ（ｔ）」として示すことができる。そして、単純モデルにおいては、矢印６２、６３で指示する注目領域におけるＴＤＣを、時間経過に伴ってＴＤＣ「ｆ（ｔ）」がシフトしたＴＤＣとして示すことができる。例えば、矢印６２で指示する血管が重なった注目領域におけるＴＤＣは、図５の（Ｃ）に示すように、上流領域から時間「ｔ1」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ1）」と、上流領域から時間「ｔ3」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ3）」とによって形成されるＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ1）＋ｆ（ｔ−ｔ3）」として示すことができる。
また、例えば、矢印６３で指示する血管が重なっていない注目領域におけるＴＤＣは、図５の（Ｄ）に示すように、上流領域から時間「ｔ2」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ2）」として示すことができる。すなわち、単純モデルで考えた場合、注目領域におけるＴＤＣは、上流領域で計測された基準のＴＤＣを単に時間に応じてシフトさせ、加算したものとなる。
しかしながら、実際の血管内を流れた場合、造影剤は、血液による希釈、血管内での拡散、血管壁の抵抗による速度低下、到達遅れなどの種々の因子の影響を受けるため、図５に示す単純モデルでは実際の状況を反映したものとは言えない。そこで、本願では、図６に示す複雑モデルを用いて基準のＴＤＣから注目領域のＴＤＣに近似したＴＤＣを生成することで、注目領域のＴＤＣがどのような血流によって形成されているのかを解析する。
例えば、図５の（Ａ）に示す血管に対して複雑モデルを適用した場合、上流領域のＴＤＣと注目領域のＴＤＣとの関係は、図６の（Ａ）〜（Ｃ）のようになる。例えば、矢印６１で指示する上流領域のＴＤＣは、図５の（Ｂ）と同様、図６の（Ａ）に示すように、時点「０」からＤＳＡ値が立ち上がるＴＤＣ「ｆ（ｔ）」として示すことができる。そして、複雑モデルにおいては、矢印６２、６３で指示する注目領域におけるＴＤＣは、時間経過に伴ってＴＤＣ「ｆ（ｔ）」がシフトしたＴＤＣを、造影剤の希釈や血管の太さなどの因子を示す「α」〜「γ」や、造影剤の拡散の因子を示す「ｑ（Ａｔ）」〜「ｑ（Ｃｔ）」などによって変形したＴＤＣによって示される。
例えば、矢印６２で指示する血管が重なった注目領域におけるＴＤＣは、図６の（Ｂ）に示すように、上流領域から時間「ｔ1」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ1）」を「α」と「ｑ（Ａｔ）」によって変形したＴＤＣ「αｆ（ｔ−ｔ1）＊ｑ（Ａｔ）」と、上流領域から時間「ｔ3」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ3）」を「γ」と「ｑ（Ｃｔ）」によって変形したＴＤＣ「γｆ（ｔ−ｔ3）＊ｑ（Ｃｔ）」とによって形成されるＴＤＣ「αｆ（ｔ−ｔ1）＊ｑ（Ａｔ）＋γｆ（ｔ−ｔ3）＊ｑ（Ｃｔ）」として示すことができる。
また、例えば、矢印６３で指示する血管が重なっていない注目領域におけるＴＤＣは、図６の（Ｃ）に示すように、上流領域から時間「ｔ2」後に通過する造影剤に基づくＴＤＣ「ｆ（ｔ−ｔ2）」を「β」と「ｑ（Ｂｔ）」によって変形したＴＤＣ「βｆ（ｔ−ｔ2）＊ｑ（Ｂｔ）」として示すことができる。第１の実施形態に係る算出部３３２は、上述した複雑モデルを用いた以下の処理によって、注目領域における血管ごとの血流情報を算出する。
例えば、算出部３３２は、上流領域のＴＤＣ「ｆ（ｔ）」を用いて示す注目領域のＴＤＣを以下の式（１）によって算出する。ここで、式（１）における「ｇ（ｔj）」は注目領域のＴＤＣを示し、「Ａi（但し、Ａ0＝０）」は造影剤の希釈、血管の太さ、ビームハードニング効果及び血管とＸ線進行方向がなす角度を調整するファクターを示し、「Δｔi」は血管壁の抵抗による速度低下及び到達遅れ時間を示す。また、式（１）における「ｑ（ｔ）」は拡散を示し、「＊」はコンボリューション演算子を示し、「Ｎ」は血管数（血流数）を示す。
例えば、算出部３３２は、式（１）に示すように、種々の因子で「ｆ（ｔ）」を変形させたＴＤＣを重なっている血管（血流）ごとに算出し、算出したＴＤＣを加算したものを注目領域のＴＤＣ「ｇ（ｔj）」として算出する。ここで、式（１）における拡散「ｑ（ｔ）」は、以下の式（２）によって算出される。なお、式（２）における「σi」は拡散係数を示す。
例えば、算出部３３２は、式（１）によって算出される注目領域のＴＤＣと実際に計測された注目領域のＴＤＣとの誤差を以下の式（３）によって算出し、算出した誤差が所定の閾値以下となるように、血管数（血流数）と各因子を変化させる逐次近似を実行する。
例えば、算出部３３２は、式（３）に示すように、算出した注目領域のＴＤＣ「ｇ（ｔj）」と計測した注目領域のＴＤＣ「ｇ0（ｔj）」との差分「Ｅ」を算出して、算出した「Ｅ」を所定の閾値と比較する。以下、図４及び図７を用いて算出部３３２による処理の一例を説明する。なお、図７は、第１の実施形態に係る算出部３３２による処理の一例を説明するための図である。例えば、算出部３３２は、図４に示すように、まず、注目領域において血管が走行していない（血流がない）「Ｎ＝０」を適用して（ステップＳ２０１）、誤差「Ｅ」を算出する（ステップＳ２０２）。
そして、算出部３３２は、算出した誤差「Ｅ」が閾値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、「Ｅ」が閾値を下回っている場合（ステップＳ２０３肯定）、算出部３３２は、処理を終了する。すなわち、操作者によって指定された注目領域は血管が走行していない（血流がない）こととなる。
一方、ステップＳ２０３において、「Ｅ」が閾値以上の場合（ステップＳ２０３否定）、算出部３３２は、「Ｎ＝Ｎ＋１」として（ステップＳ２０４）、逐次近似処理を実行する（ステップＳ２０５）。例えば、算出部３３２は、図７に示すように、上流領域のＴＤＣを種々の因子によって変形して注目領域で計測されたＴＤＣと比較する。ここで、算出部３３２は、上流領域のＴＤＣが計測されたＴＤＣに近似するように、因子「Ａi」、「Δｔi」及び「σi」を調整した後、「Ｅ」を算出し、「Ｅ」が閾値を下回っているか否かを再度判定する（ステップＳ２０３）。
ここで、「Ｅ」が閾値を下回っていなければ、算出部３３２は、血管数（血流数）を１つ増加させ「Ｎ＝Ｎ＋１」同様の処理を実行する。このように、算出部３３２は、誤差「Ｅ」が所定の閾値を下回るまで、血管数（血流数）を１つずつ増加させて処理を継続する。なお、「Ｎ」の数は、最大値を予め設定しておき、「Ｎ＝最大値」に達しても「Ｅ＜閾値」とならない場合に、これまでの結果で「Ｅ」が最小のものを結果としてもよい。これにより、最大値の設定が間違っていた場合、血液の乱流により血流が大きく変化した場合、ノイズが大きい場合などであっても血流情報を算出することができる。
また、上記した式（３）では、拡散を理想的な式によって示しているが、実際には血管壁の抵抗などの影響により理想的な式から外れてしまう場合がある。そこで、このような場合、算出部３３２は、上流領域のＴＤＣと、注目領域よりも造影剤の流入が遅く、血管が重なっていない下流領域のＴＤＣとを比較して、２つのＴＤＣの変化に基づいて拡散「ｑ（ｔ）」を算出し、算出した拡散「ｑ（ｔ）」を用いて上述した処理を実行する。
上述したように、算出部３３２は、算出した誤差が所定の閾値以下となるように、血管数（血流数）と各因子を変化させる逐次近似を実行することによって、注目領域における（血管）血流ごとの血流情報を算出する。すなわち、算出部３３２は、式（１）〜（３）を用いることによって、注目領域に含まれる血流によって形成されるＴＤＣをそれぞれ推定することができ、例えば、推定したＴＤＣを用いて種々の血流情報を算出することができる。
図３に戻って、ステップＳ１０５において血流情報が算出されると、表示制御部３３３は血流情報を表示する（ステップＳ１０６）。例えば、表示制御部３３３は、注目領域にて重なっている血管ごとに最適に造影されているフレームを選択して、選択したフレームにおける注目領域に造影タイミングを重ねて表示する。図８は、第１の実施形態に係る表示制御部３３３によって表示される動画像の一例を示す図である。ここで、図８においては、動画像として連続して表示されるフレームを横に並べて示す。
算出部３３２によって解析された結果、例えば、矢印６２で指示する注目領域にて重なる血管が「Δｔ1」及び「Δｔ2」にそれぞれ最適に造影されている（例えば、ＤＳＡ値がピークになっている）場合、表示制御部３３３は、図８に示すように、「Δｔ1」及び「Δｔ2」のフレーム上の注目領域を強調した動画像を表示させる。一例を挙げると、表示制御部３３３は、注目領域の画素を見やすいカラー（例えば、赤など）で表示する。なお、そのときの赤の輝度は、「Ａi」の強度に応じて変化させてもよい。
また、上述した例の場合、特定の時間のみが強調表示されるため、認識しにくい。そこで、強調表示させるフレームに幅を持たせて、認識しやすくすることも可能である。例えば、表示制御部３３３は、「ｔ＝Δｔ1」のときのみ赤で表示するだけでなく、「ｔ＝Δｔ1−Δ／２」〜「ｔ＝Δｔ1＋Δ／２」の間のフレームにおける注目領域を赤で表示することができる。また、例えば、表示制御部３３３は、「ｔ＝Δｔ1−Δ／２」〜「ｔ＝Δｔ1＋Δ／２」の間のフレームをシェーディングし、「ｔ＝Δｔ1」のときのみ最大輝度で表示し、「ｔ＝Δｔ1−Δ／２」から「ｔ＝Δｔ1」までの間を段々と輝度が上がるように表示し、「ｔ＝Δｔ1」から「ｔ＝Δｔ1＋Δ／２」までの間を段々と輝度が下がるように表示することもできる。また、例えば、表示制御部３３３は、「ｔ＝Δｔ1−Δ／２」〜「ｔ＝Δｔ1＋Δ／２」の間で「ｔ＝Δｔ1」のときのみ赤で表示し、「ｔ＝Δｔ1−Δ／２」から「ｔ＝Δｔ1」までの間を青から赤に段々と変化させ、「ｔ＝Δｔ1」から「ｔ＝Δｔ1＋Δ／２」までの間を赤から青に段々と変化させるように表示することもできる。
以上、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１の処理について説明した。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、上述した式（３）は、種々の式に変形することができる。例えば、注目領域のＴＤＣ「ｇ（ｔj）」を構成する要素（血流ごとのＴＤＣ）「Ａiｑ（ｔ）＊ｆ（ｔ−Δｔi）」がほとんど血流を示さないものの集まりとなることを防ぐために、式（３）を以下の式（４）に変形してもよい。ここで、式（４）におけるベクトル「ｇ（ｔj）」は、算出部３３２によって算出された注目領域のＴＤＣを画素の集合としてベクトル表記したものであり、ベクトル「ｇ0（ｔj）」は、計測された注目領域のＴＤＣを画素の集合としてベクトル表記したものである。また、式（４）におけるベクトル「Ｎ」は血管の最大数を画素の集合としてベクトル表記したものである。
また、上述した実施形態では、注目領域が単一のピクセルであ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、注目領域が複数のピクセルによって構成される場合であってもよい。かかる場合には、ピクセルごとに上述した処理が実行される。ここで、注目領域が複数のピクセルを含む場合には、隣接するピクセルとの差を利用する場合であってもよい。
かかる場合には、例えば、算出部３３２は、式（３）を以下の式（５）に変形して解析を実行する。ここで、式（５）におけるＭＩＮの項は、所定のピクセルにおけるＴＤＣと、当該ピクセルに近接する８つのピクセルのＴＤＣそれぞれとの差の中で、差が最も小さいものを示す。
血管は連続しているため、隣接するピクセルにはほぼ同じＴＤＣを示すピクセルがあると考えられる。そこで、算出部３３２は、式（５）に示すように、隣接するピクセルのＴＤＣとの差分が最小となるように逐次近似処理を実行する。なお、上述した式（４）及び式（５）を用いて逐次近似を実行する場合には、「Simulated Annealing」や「Genetic Algorithm」のような特殊なアルゴリズムを用いることになるため、そのような複雑なアルゴリズムの利用を避けるために、「Ａi」の閾値をより簡単に設定して、閾値以下にならないようにしてもよい。
（変形例１）
上述した実施形態では、表示情報として造影剤の流入時間を表示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、血管内での造影剤の希釈、拡散、血管壁の抵抗に因る速度低下、到達遅れ時間、及び、血液の乱流を示す乱流度のうち少なくとも１つについて表示部４０にて表示させる場合であってもよい。図９は、変形例に係る表示制御部３３３によって表示される画像の一例を示す図である。なお、図９においては、上記した因子のうち、拡散（拡散係数）について表示する場合を示す。
例えば、表示制御部３３３は、図９に示すように、動画像において所定の期間（例えば、Δｔ＝ｔ1〜ｔ2）に対応する位置の血管（血管部分７１及び血管部分７２）における拡散係数の情報を画像上に表示する。一例を挙げると、表示制御部３３３は、拡散係数が高くなるほど赤くなるように表示し、拡散係数が低くなるほど青く表示されるように制御する。なお、これらの色は任意に設定することができる。これにより、拡散係数が高い領域を一目で把握することができる。なお、拡散係数が変化する要因としては、例えば、拡散、梗塞、乱流などが挙げられる。
また、表示制御部３３３は、上記した拡散係数と同様に、画像上に乱流度を表示させることができる。例えば、表示制御部３３３は、乱流度の値に応じて色相を割り当て、血管内の乱流度に基づいて血管をカラー化した画像を表示する。ここで、上述した乱流度は、算出部３３２によって算出される。具体的には、算出部３３２は、注目領域に含まれる血流ごとの血流情報が算出された際の１又は複数の遷移情報と第１の遷移情報との誤差を血液の乱流を示す乱流度として算出する。すなわち、算出部３３２は、式（３）、式（４）及び式（５）において、閾値以下となった誤差「Ｅ」の値を乱流度とする。例えば、サブトラクション画像の血管において、乱流度を算出したい位置に注目領域を設定することで、各位置の乱流度を示した画像を観察することができる。
上述した各因子を画像上に表示させる表示場合、表示部４０にラジオボタンなどのＧＵＩを表示させ、表示させる因子を任意に切り替えることができるようにしてもよい。また、各因子において表示させる範囲（例えば、上記した期間「Δｔ＝ｔ1〜ｔ2」など）などについても、操作者の要求に応じて任意に設定できるようにしてもよい。
上述したように、第１の実施形態によれば、取得部３３１は、造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、注目領域よりも造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得する。算出部３３２は、第２の遷移情報を用いて第１の遷移情報を解析することで、注目領域における血流ごとの血流情報を算出する。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、注目領域にて重なっている血流の情報を効率よく区別することを可能にする。その結果、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、種々の手技の時間を短縮することを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、算出部３３２は、造影剤に関する因子を用いて第２の遷移情報を変化させた１又は複数の遷移情報と、第１の遷移情報とを近似させることで、注目領域に含まれる１又は複数の血流の血流情報を算出する。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、実際に血管内で流れる造影剤を考慮して血流の情報を区別することを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、算出部３３２は、造影剤に関する因子として、血管内での造影剤の希釈、拡散、血管壁の抵抗に因る速度低下、及び、到達遅れ時間のうち少なくとも１つを用いて血流ごとの血流情報を算出する。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、より精度の高い処理を行うことを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、算出部３３２は、注目領域に近接する領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移との差分が最小となるように、第２の遷移情報を変化させる。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、複数のピクセルについて解析する場合に、より精度の高い処理を行うことを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、算出部３３２は、第２の遷移情報を変化させた１又は複数の遷移情報と第１の遷移情報との差分が所定の閾値以下となるように注目領域にて重なる血流数を変化させる逐次近似法により、注目領域にて重なる血流数及び第１の遷移情報を構成する血流ごとの血流情報を算出する。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、複数の血管（血流）が重っている場合にも各血管（血流）の情報を効率よく区分することを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、算出部３３２は、注目領域に含まれる血流ごとの血流情報が算出された際の１又は複数の遷移情報と第１の遷移情報との誤差を血液の乱流を示す乱流度として算出する。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、血管内の状態を示す情報を提示することを可能にする。
また、第１の実施形態によれば、表示制御部３３３は、算出部３３２によって算出された血流ごとの血流情報に基づいて、造影剤の流入時間を示す動画像及び色相変換画像のうち少なくとも一方を表示部４０にて表示させる。また、表示制御部３３３は、血管内での造影剤の希釈、拡散、血管壁の抵抗に因る速度低下、到達遅れ時間、及び、血液の乱流を示す乱流度のうち少なくとも１つについて表示部４０にて表示させる。従って、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１は、種々の血流情報を操作者に提示することを可能にする。
（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。
上述した第１の実施形態では、Ｘ線診断装置１が各処理を実行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、画像処理装置３によって実行される場合であってもよい。すなわち、画像処理装置３の制御部が上述した取得部３３１、算出部３３２、表示制御部３３３を備え、各部が上述した処理と同様の処理を実行する。
また、第１の実施形態で図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、第１の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上説明したとおり、第１及び第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、重なっている血流の情報を効率よく区別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
１０ Ｘ線撮影機構
３３ 制御部
３、２０ 画像処理装置
３３１ 取得部
３３２ 算出部
３３３ 表示制御部

Claims (10)

  1. 造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、前記注目領域よりも前記造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得する取得部と、
    前記第２の遷移情報を用いて前記第１の遷移情報を解析することで、前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する算出部と、
    を備える、Ｘ線診断装置。
  2. 前記算出部は、前記第２の遷移情報を変化させた複数の遷移情報と、前記第１の遷移情報とを近似させることで、前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する、請求項１記載のＸ線診断装置。
  3. 前記算出部は、血管内での前記造影剤の希釈、血管の太さ、ビームハードニング効果及び血管とＸ線進行方向がなす角度を調整する因子と、前記血管内での前記造影剤の拡散と、前記造影剤の血管壁の抵抗に因る速度低下及び到達遅れ時間とを用いて前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する、請求項２記載のＸ線診断装置。
  4. 前記算出部は、前記注目領域に近接する領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第３の遷移情報と前記注目領域よりも前記造影剤の流入が早い領域における前記第２の遷移情報との差分が最小となるように、前記第２の遷移情報を変化させる、請求項２又は３記載のＸ線診断装置。
  5. 前記算出部は、前記第２の遷移情報を変化させた複数の遷移情報と前記第１の遷移情報との差分が所定の閾値以下となるように前記複数の遷移情報に用いる前記第２の遷移情報の数を変化させる逐次近似法により、前記注目領域における前記第１の遷移情報を構成する遷移情報の数を決定する、請求項２乃至４のいずれか１つに記載のＸ線診断装置。
  6. 前記算出部は、前記注目領域において分離された複数の血流情報に対応する複数の遷移情報と前記第１の遷移情報との誤差を血液の乱流を示す乱流度とする、請求項２乃至５のいずれか１つに記載のＸ線診断装置。
  7. 前記算出部によって分離された複数の血流情報に基づいて、前記造影剤の流入時間を示す動画像及び色相変換画像のうち少なくとも一方を表示部にて表示させる表示制御部をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のＸ線診断装置。
  8. 前記表示制御部は、血管内での前記造影剤の希釈を含むパラメータ、拡散のパラメータ、血管壁の抵抗に因る速度低下及び到達遅れ時間を含むパラメータ、及び、前記注目領域において分離された複数の遷移情報と前記第１の遷移情報との誤差である血液の乱流を示す乱流度のうち少なくとも１つについて前記表示部にて表示させる、請求項７記載のＸ線診断装置。
  9. 造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、前記注目領域よりも前記造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得する取得部と、
    前記第２の遷移情報を用いて前記第１の遷移情報を解析することで、前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する算出部と、
    を備える、画像処理装置。
  10. 造影剤を用いて経時的に撮影された複数のＸ線画像において、血管に対応する注目領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第１の遷移情報と、前記注目領域よりも前記造影剤の流入が早い領域における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す第２の遷移情報とを取得し、
    前記第２の遷移情報を用いて前記第１の遷移情報を解析することで、前記注目領域における前記第１の遷移情報を、複数の血流に対応する複数の血流情報に分離する、
    各処理をコンピュータに実行させる、画像処理プログラム。
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