JPH0432658B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は被検体を透過したＸ線を検出処理する
ことにより、血流能診断に有効な画像を表示する
ことができるＸ線血流心機能診断装置に関するも
のである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、Ｘ線診断装置として米国特許第4204225
号及び第4204226号に開示されているデイジタル
フルオロスコープ装置（以下「DF」という）が
知られている。

しかしながらこのDFにおいては、動画像を目
視観察することによつてのみ血流機能を診断して
いたため、その定量評価が難しかつた。

また、このDFにおいてはマスク像として心拍
位相の異なる造影前画像を時間的に平均していた
ため、この造影前画像と連続した造影画像間でサ
ブトラクシヨンを実施して生成したサブトラクシ
ヨン画像には、造影血液ばかりでなく心拍動によ
る偽像も表現されてしまうという問題があつた。
さらに、上記と同様なDFにおいて、J.H.Bursch
et al、Radiology、14、39（1981年）に造影剤の
出現時間と血流像を作成するソフトウエア的な手
段が開示されている。

しかしながら、この問題においても心拍位相を
同期させていないため、心拍動の偽像をも計測し
てしまうという問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、周期的に拍動している心血管内の血流機能を
定量的に表現する診断画像を作成表示することが
できるＸ線血流機能診断装置の提供を目的とする
ものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の概要は、Ｘ
線を被検体に曝射するＸ線発生器と、被検体を透
過したＸ線からＸ線透過画像を収集する画像収集
装置と、被検体に造影剤を注入する造影剤注入装
置と、Ｘ線透過画像から造影剤が被検体に注入さ
れる前の造影前画像と注入後の造影画像とを得る
画像処理装置とこれらの画像を表示する画像表示
装置とを有するＸ線血流機能診断装置において、
前記画像処理装置は、造影前画像及び造影画像の
濃度時間変化図を作成する濃度時間変化図作成処
理装置と、造影前画像及び造影画像の心拍番号及
び心拍位相を検出する心拍動周期検出処理装置
と、前記濃度時間変化図及び心拍位相に対応して
同一心拍位相を有する造影前画像と造影画像とに
基づき少なくとも造影剤の到達、消失過程が認識
できる心拍位相が異なる複数枚の造影血液画像を
作成する背景処理装置と、これら複数枚の造影血
液画像を用いて造影剤の平均的な出現時間を画素
毎に求めることによつて造影剤出現時間画像を作
成する機能画像作成装置とを備え、血流機能を定
量的に示す診断画像及び計測値を画像表示するよ
うにしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図はＸ線血流機能診断装置のブロツク図で
ある。

同図において、１は被検体２の曝射するＸ線を
発生するためのＸ線発生器である。

３は画像収集装置であり、被検体２を透過した
透過Ｘ線をアナログ信号に変化する例えばイメー
ジインテシフアイアと、光学系、撮像管及び撮像
管制御装置からなるＸ線検出装置と、該Ｘ線検出
装置から出力されるアナログ信号をデイジタル信
号に変化し出力するＡ／Ｄ変化器とから構成され
ている。

４は画像処理装置であり、第２図に具体的に示
すように、各種の制御信号を送出する画像処理コ
ントローラ２０と、画像収集装置３より出力され
る収集画像と所定の処理を施した処理済画像を記
憶する画像記憶装置（例えばフレームメモリ）２
５と、その記憶された両画像間の所定の関心領域
についての濃度の時間変化図を作成する濃度時間
変化図作成処理装置２１と、記憶された画像の心
拍番号及び心拍位相を検出する心拍動周期検出処
理装置２２と、その検出された濃度の時間変化図
と心拍位相に対応して同一心拍位相（ｉ）を有す
る造影前画像MI（ｉ）と造影画像CI（ｉ）との間
で造影剤が存在しない背景（例えば骨、血液以外
の軟組織等）を除去し、造影血液画像SI（ｉ）を
作成する背景処理装置２３と、その造影血液画像
SI（ｉ）のうち同一心拍位相を有しかつ心拍番号
の異なるものに時間フイルター処理を実施して心
血管の造影剤出現時間画像AT（ｘ，ｙ）及び血
流画像AF（ｘ，ｙ）を作成する機能画像作成装置
２４と、セレクタ２６とから構成されている。

５は画像表示装置で、画像処理装置４から出力
される画像のデイジタル信号をアナログ信号に変
換するＤ／Ａ変換器と、そのアナログ信号を画像
として表示するデイスプレイとから構成されてい
る。

６は画像収集装置３、画像処理装置４、画像表
示装置５、Ｘ線発生制御器８、造影剤注入装置９
等の装置各部の動作を制御するシステムコントロ
ーラであり、中央演算処理装置を内蔵している。

７はシステムコンソールであり、システムコン
トローラ６内に予めプログラムされている被検体
２内の目的部位に応じた撮影条件、画像処理デー
タ、画像処理モード及びシーケンス等を選択する
選択キーを有している。

Ｘ線発生制御器８はシステムコントローラ６に
より制御され、Ｘ線発生器１の曝射条件を設定す
るようになつている。

造影剤注入装置９はシステムコントローラ６に
より制御され、所定時期に所定量の造影剤を被検
体２内へ注入するようになつている。

次に前記画像処理装置４の具体的構成例を第２
図乃至第５図を参照して詳述する。

画像処理装置４の画像処理コントローラ２０
は、システムコントローラ６から送出された制御
信号C₁を受けて装置内各部の動作シーケンス等
の制御を与える各種の制御信号を出力するように
なつている。

また、画像処理コントローラ２０は心拍動周期
検出処理装置２２が検出した心拍番号および位相
番号等の情報を制御線ｕを介して入力するととも
に、背景処理装置２３に対しては制御線P₃を介
して、機能画像作成装置２４に対しては制御線
P₄を介して、画像記憶装置２５に対しては制御
線Q₁，Q₂，……Q_N-1，Q_Nを介して、セレクタ２
６に対して制御線Ｒを介してそれぞれ制御信号を
送出するようになつている。

濃度時間変化図作成処理装置２１は、画像デー
タバスを介して画像収集装置３から伝送される
収集画像データ又は後述する画像記憶装置２５か
ら画像データバス、のいずれかを介して伝送
される画像データを入力し、システムコントロー
ラ６で予め設定された所定の関心領域内の濃度値
の時間（画像番号）変化を計測し、これを画像記
憶装置２５内へ記憶するようになつている。

心拍動周期検出処理装置２２は、濃度時間変化
図作成処理装置２１で作成された濃度時間変化図
の画像データバスを介して入力し、その濃度の
極大値、極少値を示す時間（画像番号）を求め、
かつ心拍動の心拍番号及び位相番号を制御線ｕを
介して画像処理コントローラ２０へ伝送するよう
になつている。

画像記憶装置２５は、画像処理コントローラ２
０から制御線Q₁〜Q_Nを介して送られる制御信号
により制御され、画像データバスを介して入力
される画像データを前記制御信号により定められ
る所定のアドレスへ順次記憶するとともに、その
記憶された画像データを画像データバス、へ
出力するようになつてい。

背景処理装置２３は、第３図に示すように掛算
器２３１，２３２と減算器２３３とから構成さ
れ、前記画像処理コントローラ２０は制御線P₃
を介して掛算器２３１，２３２の動作を制御する
とともに、これらに荷重係数Gi，Gjを供給する
ようになつている。

画像データバスを介して背景処理装置２３へ
送られた画像データは掛算器２３１に入力され、
荷重係数Giを掛けられてこの結果を減算器２３
３へ出力する。

他方、画像データバスを介して背景処理装置
２３へ送られた画像データは掛算器２３２に入力
され荷重係数Gjを掛けられてこの結果を減算器
２３３へ出力する。減算器２３３は、掛算器２３
１，２３２から送られた二つの画像データの同一
空間位置における画素間の濃度値の差を求めこの
結果を画像データバスを介して画像記憶装置２
５へ送出する。

機能画像作成装置２４は、第４図に示す時間フ
イルター装置１０と第５図に示す造影剤出現時間
画像作成装置１１及び血流画像作成装置１２とか
ら構成され、画像コントローラ２０により制御さ
れるようになつている。

時間フイルター装置１０は掛算器１０１，１０
２及び和算器１０３から構成され、掛算器１０１
には画像データバスを介して画像記憶装置２５
内の所定のアドレス領域に記憶された画像データ
のゼロクリアされたものが入力される。

また、掛算器１０２には画像データバスを介
して画像記憶装置２５内の所定のアドレス領域に
記憶された画像データが入力される。

掛算器１０１，１０２に入力されたそれぞれの
画像データには荷重係数Fi，Fjがそれぞれ掛けら
れ、この両者の結果が和算器１０３に入力されて
和が求められる。

和算器１０３の出力は画像データバスを介し
て画像記憶装置２５の所定のアドレス領域に順次
記憶される。

このような動作を連続した一心拍位相を有しか
つ連続するＭ枚の異なる心拍番号の画像について
行なうことにより、下記(1)式で示される時間フイ
ルター画像が求まる。

Ｃ＝_M Σ^j=1 Fj・SI（ｊ） ……(1) ここでSI（ｊ）は心拍番号ｊ番目の心拍同期型
背景処理を実施した造影血液画像であり、荷重係
数としてfj＝ｊをとれば造影剤濃度と造影剤を含
む血液の画素毎の体積と時間との積T^*（ｘ，ｙ）
（これを後述するように「T^*画像」という）が下
記(2)式に示すように求まる。

T^*（ｘ，ｙ）＝_M Σ^j=1 ｊ・SI（ｊ） ……(2) また、荷重係数としてfj＝１をとれば造影剤濃
度と造影剤を含む血流の画素毎の体積との積、す
なわち１画素に含まれる造影剤量m^*（ｘ，ｙ）
（これを後述するように「m^*画像」という）が下
記(3)式に示すように計算される。

m^*（ｘ，ｙ）＝_M Σ^j=1 SI（ｊ） ……(3) 造影剤出現時間画像作成装置１１は、第５図ａ
に示すように逆数器１１１、掛算器１１２及びグ
レイレベル変換器１１３から構成されている。

そして画像記憶装置２５から画像データバス
を介してT^*画像を掛算器１１２へ入力し、画像
データバスを介しm^*画像を逆数器１１１へ入
力して逆数をとつた後掛算器１１２へ入力する。

両者は掛算器１１２で掛け合わされ、その結果
がグレイレベル変換器１１３でグレイレベルに変
換されて造影剤出現時間画像AT（ｘ，ｙ）とな
り、画像データバスを介して画像記憶装置２５
の所定のアドレス領域に記憶される。

血流画像作成装置１２は、第５図ｂに示すよう
にマスキング部１２１、空間積分器１２２及びグ
レイレベル変換器１２３から構成されている。

そして、画像記憶装置２５から画像データバス
を介して造影剤出現時間画像AT（ｘ，ｙ）を
マスキング部１２１へ入力し、ここで所定の時間
幅を有する位置的に連続した領域を作成した後こ
の結果を空間積分器１２２へ入力する。

また、同様に画像データバスを介して空間積
分器１２２へm^*（ｘ，ｙ）画像を入力する。

空間積分器１２２において、マスキング部１２
１で作成した領域におけるm^*（ｘ，ｙ）画像の空
間積分が実施され、この結果がグレイレベル変換
器１２３によりグレイレベルに変換されて血流画
像AF（ｘ，ｙ）となり、画像データバスを介し
て画像記憶装置２５の所定のアドレス領域に記憶
される。

これらの処理は造影剤出現時間画像AT（ｘ，
ｙ）の時間をずらしながら順次実施される。

前記セレクタ２６は例えば切替スイツチで構成
され、画像データバス，を介して画像データ
が入力され、いずれか一系統の画像データを画像
処理コントローラ２０から送出される制御信号Ｒ
に基づいて選択し、その選択結果を画像データバ
スを介して画像表示装置５へ送出するようにな
つている。

次に上記構成のＸ線血流機能診断装置の作用
を、造影胸部血管の造影剤出現時間画像AT（ｘ，
ｙ）と血流画像AF（ｘ，ｙ）を作成表示する場合
について説明する。

最初に造影前画像MI（ｉ）と造影画像CI（ｉ）
の収集手順を説明する。

システムコンソール７を操作して画像収集ルー
チンキーと検査部位キーとを押すと、システムコ
ントローラ６は所定の部位別の収集シーケンスを
選択し、Ｘ線曝射条件をＸ線発生制御器８へ送つ
てパラメータをセツトし、造影剤注入装置９をス
タンバイし、画像収集装置３、画像処理装置４及
び画像表示装置５にパラメータをセツトしこれら
をスタンバイ状態にする。

システムコンソール７上の収集開始キーを押す
と、上述した収集シーケンスで造影剤注入装置９
が駆動され造影剤を被検体２へ注入する。

次にＸ線発生制御器８を駆動してＸ線発生器１
からＸ線を発生させ、撮影部位に造影剤が出現す
る前の被検体２を透過させる。被検体２を透過し
たＸ線は画像収集装置３で検出され、電気信号に
変換されさらにＡ／Ｄ変換されて画像データバス
を介して画像処理装置４に送出される。

このようにして得られた画像データはまず濃度
時間変化図作成処理装置２１に入力され、所定の
関心領域内の濃度が計測された後順次画像番号順
に画像データバスを介して画像記憶装置２５内
の所定のアドレス領域に格納されるとともに、画
像データバス、セレクタ２６、画像データバス
を介して画像表示装置５に送られ収集画像とし
て画像表示される。

Ｘ線曝射が終了すると、それまでに求められて
いた関心領域内の濃度時間変化図も画像記憶装置
２５内の所定のアドレス領域に記憶され、上述し
た収集画像の場合と同様画像表示装置５に送られ
て画像表示されると同時にこの濃度時間変化図は
画像データバスを介して心拍動周期検出処理装
置２２に入力される。

心拍動周期検出処理装置２２において心拍動の
心拍番号及び周期と画像番号間の対応がとられ、
この対応関係が制御線ｕを介して画像処理コント
ローラ２０に伝送される。

画像処理コントローラ２０は、心拍動周期検出
処理装置２２から送られる心拍動情報と前記濃度
時間変化図作成処理装置２１から送られる濃度情
報とに基づき制御線P₃を介して背景処理装置２
３へ荷重係数G₁，G₂を送出し、画像記憶装置２
５へは制御線Q₁〜Q_Nを介して同一心拍位相を有
する造影前画像MI（ｉ）及び造影画像CI（ｉ）の
画像番号を送出する。

画像記憶装置２５は、この２つの画像番号の画
像データを画像データバス，を介して順次背
景処理装置２３へ送出する。

背景処理装置２３は、同一心拍位相（ｉ）にお
ける造影画像CI（ｉ）と造影前画像MI（ｉ）との
間で画像処理を行ない第３図に示すように造影血
液画像SI（ｉ）を作成する。

すなわち、１心拍分の造影前画像MIと１心拍
分毎の造影画像CIとがそれぞれ画像データバス
，を介して掛算器２３１，２３２へ入力さ
れ、ここでそれぞれ荷重係数Gi，Gfが掛けられ
た後これらの結果が減算器２３３へ入力され、こ
こで同一心拍位相毎に造影剤が存在しない背景が
除去され造影血液画像SI（ｉ）が作成される。こ
のようにして得られた造影血液画像SI（ｉ）は画
像データバスを介して画像記憶装置２５の所定
のアドレス領域に記憶される。

以上の処理は造影画像CIが無くなるまで行わ
れる。

画像記憶装置２５に記憶される造影血液画像SI
（ｉ）は同時に画像データバス，のいずれか
を経てセレクタ２６に送られ、さらに画像データ
バスを介して画像表示装置５へ転送されて画像
表示される。

次に得られた同一心拍位相を有しかつ心拍番号
の異なる造影血液画像SI（ｉ）から造影剤出現時
間画像AI（ｘ，ｙ）と血流画像AF（ｘ，ｙ）を求
める手順を第４図、第５図を参照して説明する。

同一心拍位相を有しかつ異なる心拍番号の造影
血液画像SI（ｉ）がＭ枚あり、このうちｍ枚目の
画像中の（ｘ，ｙ）座標の画素濃度をPC（ｘ，
ｙ，ｔ）とおく（但しｔ＝ｊ・ΔT）と、時間と
造影剤量の積T^*（ｘ，ｙ）（T^*画像）及び造影剤
量m^*（ｘ，ｙ）（m^*画像）は下記(4)，(5)式のよう
に表わすことができる。

Ｔ（ｘ，ｙ）＝_M 〓^j=1 ｊ・PC(x,y,j) ……(4) ｍ（ｘ，ｙ）＝_M 〓^j=1 PC(x,y,j) ……(5) また造影剤出現時間画像AT（ｘ，ｙ）及び血
流画像AF（ｘ，ｙ）は下記(6)，(7)式で表わすこと
ができる。

AT（ｘ，ｙ）＝T^*（ｘ，ｙ）／m^*（ｘ，ｙ）
……(6) AF(x,y)＝ 〓^ROI(AI,AT+ 〓⁾Σm^*(x,y) ……(7) 尚、Δは造影剤出現時間ATを刻む刻み幅であ
る。

予め画像記憶装置２５内の所定のアドレス領域
のデータがゼロクリアされている。これらの画像
がT^*画像、m^*画像である。

ゼロクリアされたT^*画像は画像データバス
を介して、造影血液画像SI（ｉ）の第１番目の画
像は画像データバスを介して時間フイルター装
置１０に入力し、荷重係数Fiとして１、荷重係数
Fjとしてｊ＝１がそれぞれ掛けられこれらの和が
加算器１０３で求められ、この結果が画像データ
バスを介して画像記憶装置２５内のＴ画像記憶
領域に記憶される。

このとき、T^*画像にはＴ（ｘ，ｙ）＝１・PC
（ｘ，ｙ，１）が記憶されることになる。

次に、このT^*画像が画像データバスを介し
て、造影血液画像SI（ｉ）の第２番目の画像が画
像データバスを介してそれぞれ時間フイルター
装置１０へ入力し、これら両画像に上述した場合
と同様それぞれ荷重係数Fiとして１、荷重係数Fj
としてｊ＝２が掛けられ、これらの和が加算器１
０３で求められ、この結果が画像データバスを
介して前記T^*画像記憶領域に記憶される。この
場合のT^*画像にはT^*（ｘ，ｙ）＝_M 〓^j=1 ｊ・PC（ｘ，
ｙ，ｊ）が記憶されることになる。

このような処理を順次Ｍ回繰り返すことによ
り、下記(8)式で示されるＴ画像が求められる。

Ｔ（ｘ，ｙ）＝_M 〓^j=1 ｊ・PC(x,y,j) ……(8) 同様にして荷重係数Fi＝Fj＝１が掛けられた
m^*画像が下記(9)式で示すように求められる。

m^*（ｘ，ｙ）＝_M 〓^j=1 ｊ・PC(x,y,j) ……(9) これらのT^*画像及びm^*画像はともに画像記憶
装置２５内に記憶される。

次に、画像記憶装置２５内に記憶されたＴ画像
が第５図ａに示すように画像データバスを介し
てm^*画像が画像データバスを介して造影剤濃
度時間作成装置１１に入力し、ここで前記(6)式に
基づく処理が行われて造影剤出現時間画像AT
（ｘ，ｙ）が求められ、この結果が画像データバ
スを介して画像記憶装置５内の所定の記憶領域
に記憶される。

次に、画像記憶装置２５内に記憶された造影剤
出現時間画像AT（ｘ，ｙ）が第５図ｂに示すよ
うに画像データバスを介して、m^*画像が画像
データバスを介して血流画像作成装置１２へ入
力し、ここで前記(7)式に基づく処理が行われて血
流画像AF（ｘ，ｙ）が求められる。この血流画像
AF（ｘ，ｙ）は画像データバスを介して画像記
憶装置２５内の所定の記憶領域に記憶される。

以上のようにして求められたm^*画像、造影剤
出現時間画像AT（ｘ，ｙ）及び血流画像AF（ｘ，
ｙ）は画像データバス，、セレクタ２６及び
画像データバスを介して画像表示装置５へ送ら
れ画像表示される。

本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能であ
る。

例えば上述した実施例では画像処理装置の心拍
動周期検出処理装置に対する入力データは画像デ
ータの場合について説明したが、心電図を用いる
ことができる。

また、血流画像AF（ｘ，ｙ）の規格化はm^*画
像の特定の関心領域の血管の体積を用いてもよ
い。

さらに２点における造影剤出現時間画像AT
（ｘ，ｙ）の値AT（x₁，y₁）とAT（x₂，y₂）と２
点間の距離D_1,2を用いて血流速を次式から求めて
もよい。

AF(1,2)１，２／｜AT(x₁,y₂)−AT(x₂,y₂)｜
また、背景処理装置において減算器を用いている
が、代りに和算器を用いて荷重係数Gi，Gjのう
ちの一方の負の値にしてもよい。つまり時間フイ
ルター装置と同一の構成であつてもよい。

〔発明の効果〕 以上詳述した本発明によれば、被検体の心拍動
に対応して収集した造影前画像と造影画像との間
に背景処理を行なうものであるため、心拍動の影
響による偽像がない高画質の造影血液画像を得る
ことができるとともに、造影血液画像のうちから
同一心拍位相を有するものを選択し各画素毎にそ
の造影剤出現時間を求めて造影剤出現時間画像を
作成するようにしたものであるから、血流機能を
定量的に示す診断画像、計測値を得ることができ
るＸ線血流機能診断装置を提供することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図は第１図に示す装置を構成する画像処理装置
のブロツク図、第３図は同上の背景処理装置の構
成及び作用を示す説明図、第４図は同上の機能画
像作成装置の一部である時間フイルター装置の構
成及び作用を示す説明図、第５図ａは同上の機能
画像作成装置の一部である造影剤出現時間画像作
成装置の構成及び作用を示す説明図、第５図ｂは
同上の機能画像作成装置の一部である血流画像作
成装置の構成及び作用を示す説明図である。 １……Ｘ線発生器、２……被検体、３……画像
収集装置、４……画像処理装置、５……画像表示
装置、６……システムコントローラ、７……シス
テムコンソール、８……Ｘ線発生制御器、９……
造影剤注入装置、１０……時間フイルター装置、
１１……造影剤出現時間画像作成装置、１２……
血流画像作成装置、２０……画像処理コントロー
ラ、２１……濃度時間変化図作成処理装置、２２
……心拍動周期検出処理装置、２３……背景処理
装置、２４……機能画像作成装置、２５……画像
記憶装置、２６……セレクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｘ線を被検体に曝射するＸ線発生器と、被検
   体を透過したＸ線からＸ線透過画像を収集する画
   像収集装置と、被検体に造影剤を注入する造影剤
   注入装置と、Ｘ線透過画像から造影剤が被検体に
   注入される前の造影前画像と注入後の造影画像と
   を得る画像処理装置と、これらの画像を表示する
   画像表示装置とを有するＸ線血流能診断装置にお
   いて、前記画像処理装置は、造影前画像及び造影
   画像の濃度時間変化図を作成する濃度時間変化図
   作成処理装置と、造影前画像及び造影画像の心拍
   番号及び心拍位相を検出する心拍動周期検出処理
   装置と、前記濃度時間変化図及び心拍位相に対応
   して同一心拍位相を有する造影前画像と造影画像
   とに基づき少なくとも造影剤の到達、消失過程が
   認識できる心拍位相が異なる複数枚の造影血液画
   像を作成する背景処理装置と、これら複数枚の造
   影血液画像を用いて造影剤の平均的な出現時間を
   画素毎に求めることによつて造影剤出現時間画像
   を作成する機能画像作成装置とを備え、血流機能
   を定量的に示す診断画像及び計測値を画像表示す
   るようにしたことを特徴とするＸ線血流機能診断
   装置。