JP4503265B2

JP4503265B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4503265B2
Application number: JP2003382080A
Authority: JP
Inventors: 哲夫中澤; 卓是角村
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: JP2005143622A

Description

本発明は、心臓冠動脈の石灰化診断に有用なX線CT装置に関する。

図1に心臓の概略図を示す。6は心臓領域、7は右冠状動脈、8は左冠状動脈である。心臓に栄養を供給するこれら冠動脈7，8が狭窄等を起こすと、心筋梗塞などの重篤な虚血性疾患を招く。
冠動脈の石灰化は、冠動脈狭窄や虚血性疾患と深い関係を持つといわれ、石灰化の進行状況は心臓の虚血性心疾患の診断指標として位置付けられている。
この冠動脈石灰化進行の診断にはカルシウムスコアと呼ばれるものがある。最も普及しているスコア算出のアルゴリズムは、高速で撮像可能な電子ビームスキャンCTを用いた方法でAgatstonスコアと呼ばれる。
この方法では、心臓断層画像の冠動脈領域のCT値を基にスコアが算出されており、実用上最も標準的に使用されるスコアである。

なお、心臓は一秒間の間に一回の拍動を繰り返し行なうために、従来の第3世代CT装置のスキャンスピード（1秒程度）では、心臓断層画像に心臓拍動によるモーションアーチファクトが発生し、このアーチファクトによって心臓の周囲を走行している冠動脈の情報が欠落を起こすためスコア算出には無理があった。
このため上述のように、カルシウムスコアは電子ビームスキャンCTなど高速スキャンが可能（例えば0.1秒スキャン）なCT装置によって実施されてきた。

最近になって、特許文献1に記載されるように1秒以下でスキャン可能な第3世代CT装置（サブセコンドCT）が登場したため、電子ビームスキャンCTを別途用意しなくても、汎用性の高い既存の第3世代CT装置により心臓領域の断層画像観察が実現できるようになり、冠動脈石灰化の定量的診断方法であるカルシウムスコアが手軽に実施できるようになった。
US6,233,304B1 特表2002-531199号公報

上記従来技術では、石灰化を起こしている冠動脈のカルシウムスコアは、その値や位置を数字で示していた。
しかし、上記のような表示方法では、石灰化を起こしている冠動脈の2次元および3次元的位置のどの地点においてどの程度の石灰化を起こしているか術者が認識することは困難であった。
冠動脈が石灰化を起こしているか判別するためのカルシウムスコアは、従来技術では、冠動脈の画像に並べてその値や位置を数値で表示してきた。
しかし数値で読み取るために、冠動脈の2次元および3次元的位置のどの地点においてどの程度の石灰化を起こしているか術者が認識することは困難であり、また直感的な判別ができないため臨床上の不利益になっている。

上記の課題を解決するため本発明は、石灰化を起こしているスライス位置のアキシャル画像を表示すると共に、スキャノグラム像または心臓領域の3次元画像を表示し、体軸方向で、どの位置の冠動脈が石灰化を起こしているかの情報を表示する。
また、上記画像上に石灰化領域の色付け等の強調処理、カルシウムスコア値、危険度を表示し、術者に警告を促す。

すなわち本発明の第一の特徴によれば、X線を曝射するX線源と、該X線源に対して被検体を挟んで対向配置され該X線源とともにその周囲を回転しながら上記被検体を透過した透過X線を検出するX線検出器と、上記X線検出器で得た透過X線から被検体のスキャノグラム画像と断層像画像と3次元画像のうち少なくとも一つを作成する画像処理部と、上記画像処理部で作成した画像のうち少なくとも一つを表示する画像表示部と、を有するX線CT装置であって、
上記画像処理部は、被検体の心臓領域の画像から石灰化した冠動脈の画像部分を抽出し、上記石灰化した冠動脈の画像部分の画素毎にカルシウムスコアに応じて色を割り当て、上記石灰化冠動脈画像部分上に画素ごとに上記色を表示する手段を備える。

本発明の第二の特徴によれば、上記画像処理装置は、さらに石灰化冠動脈の画像部分の体軸方向における位置情報を上記スキャノグラム画像と上記断層像画像と上記3次元画像のうち少なくともひとつの上に表示させる。

本発明の第三の特徴によれば、上記画像処理装置において、上記体軸方向の位置情報表示を、直線または破線または矢印で示し、その直線の太さ、破線の荒さ、矢印の大きさ、または色でカルシウムスコアの重篤度を表示させる。

本発明の第四の特徴によれば、上記X線CT装置において、上記X線検出器で検出した透過X線から被検体の上記断層像画像と上記3次元画像を作成するにあたり、心臓領域を心電計で計測して上記検出と同期させて、所定の心時相に対応して検出した透過X線をもとに上記断層像画像と上記3次元画像を作成する。

本発明によれば、石灰化を起こしているスライス位置のアキシャル画像を色やグラデーションをつけて表示すると共に、スキャノグラム像、MPR画像、または心臓領域の3次元画像を表示し、体軸方向のどの位置において冠動脈がどの程度の石灰化を起こしているかの判断が行い易くなる。
たとえば、スキャノグラム像上に石灰化領域を投影し、濃度表示したり、石灰化の重篤に応じてカラー表示することができる。

また、3次元画像やMPR画像上に石灰化位置を投影したり、濃度表示したり、カラー表示することができる。必要なときは石灰化を起こしている冠動脈をマウス等でクリックして指定することで、クリックしたスライス位置に相当する断層画像を表示させて診断に使用できる。
また、スキャノグラム像、MPR画像、および3次元画像のうち複数の上に同時に同様の投影と表示をすることもできる。
以上のように、必要な視点から臨床上の石灰化位置の判定が可能なため迅速かつ正確な診断が可能となる。

以下、添付図面に従って本発明に係る画像診断装置の好ましい実施の形態について説明する。
本発明に係わるX線CT装置は、図2に示すように、スキャナ部1、画像処理部2、および画像表示部3からなり、スキャナ部1には、X線源11およびX線検出器13が含まれこれらはベッド12を挟んで対向して配置され、一緒に回転をする。

被検体14はベッド12上に載置され、ベッドは被検体14を載せたまま被検体の体軸方向、すなわちスキャナ部1の周回軸方向へ送られる。スキャナ部1の回転と同時に、X線源11からはX線が曝射され、X線検出器13では被検者を透過したX線を計測する。上記ベッド13を送りながらこのようにX線を計測することで、被検者の体軸方向の多数の位置で被検者のアキシャル像、つまり断層像を撮影することができるようになっている。

また、上記スキャナ部1を回転させずに、X線は曝射させながらベッドのみ送ることで、たとえば撮影位置を決定するための透視画像を得ることができる。このように透視して得た像をスキャノグラム像という。

画像処理部2には画像再構成機能が含まれており、上記撮影したX線検出値を画像化する。心電計などのECG装置4は、被検査者の心拍波形を測定するものであり、測定結果は上記CT装置による撮影と同期して記録され、この波形をもとに心臓位置の変動が少ない時点に対応するデータのみを使用して画像を再構成することで、カルシウムスコアを取得しやすくする。

図3に、心臓領域をCT装置で撮影し、カルシウムスコアを表示する処理をフローチャートで示す。
ステップ21で、心臓領域のCT撮影が開始される。
ステップ22で、図4に示すスキャノグラムなどの透視方法を用いて、撮影範囲の決定を行う。
スキャノグラムは撮影範囲を決定するためのもので、スキャナ部1を回転させずに被検者体軸方向に透視を行い、実際に画像撮影するべき撮影範囲を決定する。たとえば、心臓領域を撮影する場合は、図2にあるように、撮影対象とすべき心臓領域を含むようにスキャノグラム撮影開始位置とスキャノグラム撮影終了位置とを決める。

ステップ23でこのようにして決められた範囲内に対してCT撮影を行う。
この撮影には心臓の拍動に比べ十分に早いたとえば100ms程度のスキャンスピードで撮影が可能なCT装置を使用すればよい。
あるいは、上記第3世代装置を使用し、被検体に心電計4を装着し、CT撮影と同時に被検体の心電情報を得る、いわゆるECG撮影を行い、ECG再構成アルゴリズムを用いると、上記電子ビームスキャンCTのように0.1秒で撮影したものと同等の心臓断層画像を得ることが可能である。

患者の心臓領域の撮影が終了すると、ステップ24で心臓断層画像の再構成処理が実施され再構成画像を得る。

ステップ25では、再構成した心臓断層画像より石灰化を起こしている冠動脈を抽出しカルシウムスコアを算出する。こうしてカルシウムスコアを算出完了するとCT撮影を終了させる。本発明はこのカルシウムスコア処理ステップに関するものであり以下で詳細に説明する。
カルシウムスコア処理ステップが終了すれば全プロセスを終了させる。

カルシウムスコアの算出は以下の手順で行う。手順を図5のフローチャートで示す。ステップ31で開始し、ステップ32で心臓を含む断層画像から冠動脈を含む心臓の領域を抽出する。領域抽出には心臓の領域を数点マウスでクリックし、その画素のCT値を得てその値を基に周辺画素値との閾値処理により心臓領域のみを抽出する方法などを用いる。抽出精度が悪い場合はより高度な抽出処理法を用いる。この処理方法は以下のとおりである。

上記で記述した周辺画素値とのしきい値処理で心臓領域を抽出できない場合、
たとえば椎骨や胸骨を心臓領域として抽出してしまう場合には、あらかじめ心臓周辺外にはしきい値処理が及ばないように矩形領域などで領域限定することで対処する。
さらに高度な心臓抽出法としては、心臓領域を抽出する前処理として、椎骨・胸骨領域の抽出を行なう。骨領域はCT値が周辺軟部組織や肺野領域に比べて非常に高いため容易に抽出できる。
この抽出された骨領域を元画像から差し引き、差し引いた画像を用いて心臓抽出すれば、隣接する椎骨・胸骨を抽出しなくなり心臓領域のみの抽出が可能となる。

心臓領域が抽出されると次のステップ33に処理は進む。ステップ33では冠動脈を含む心臓領域の画像から石灰化を起こしている冠動脈を抽出して、そのカルシウムスコアを算出する。
石灰化を起こしている冠動脈は、正常な場合と比べてCT値が大きく異なるため、単純な閾値処理で行うことが可能である。

ステップ34では、このように閾値をもって抽出された石灰化冠動脈のカルシウムスコアを算出する。
カルシウムスコア算出に際しては標準的な算出アルゴリズムであるAgatstonスコア等を用いても良い。

カルシウムスコア算出の演算が終了すると、ステップ35において、そのカルシウムスコアや石灰化領域の面積が画像上に表示される。ステップ36で処理を完了する。
心臓領域の抽出やカルシウムスコアの算出は1枚だけの処理ではなく、異なるスライス位置の心臓断層画像に対しても同時に処理を実施することで、全スライスの断層画像の心臓領域抽出処理を行う。
そして、ステップ36で処理を完了する。

以上がカルシウムスコア算出の説明であり、これを図で示したのが図6であり、図5のフローチャートを図で示した。図6(a)は心臓断層画像から冠動脈を含む心臓領域を描出した例である。図6(b)は抽出した心臓領域から冠動脈のみを抽出した例を示し、図6(c)では算出したカルシウムスコアを画像上に表示した例を示す。図5(c)では、抽出した冠動脈の外形の画像内にカルシウムスコアを白黒で表示しているが、同様の表示を図6(b)の画像の段階で行なってもよい。

図6(c)は白黒表示のため、濃度により石灰化を起こしている部分をグレースケール、つまり墨の濃度で表示しているが、石灰化を起こしている画素の色をスコアに応じてカラーで色分けを行い表示することで、その重篤度を術者に知らせることができる。
なお、添付の図中では黒が高いカルシウムスコアを有する石灰化領域を、淡くなるほどカルシウムスコアが低い領域を示すものとする。
カラー表示は、たとえば、カルシウムスコアが高い部分を赤、低い部分は青を割り当てて、その間は青から赤に渉る任意の色相カラーマップから相当する色を適用すればよい。
また、カルシウムスコアが高いものを赤、低いものを青としたのは一例であり、べつの色相を使用してもよい。

図6(c)のように画像上に石灰化を起こしている部分をカルシウムスコアに応じた色変換を行い、かつそのスコア値を画像上に示しているが、心臓領域の断層画像は複数枚あるため図７に示すように例えば4枚の画像を同時に表示することができる画像ビューワーで石灰化を起こしている断層画像を一度に複数枚表示すれば、術者や観察者にとっては3次元的にどの部分の冠動脈が石灰化を起こしているかを理解し易くなる。

また、本発明ではどの位置の冠動脈が石灰化を起こしているかい否かの3次元的理解をし易くするため図8のように表示する事で実現した。図8に示す4つの画像を同時に示す4画面ビューワーに3枚断層画像と、1枚の心臓画像のスキャノグラム像もしくは3次元再構成された三次元画像を表示する。例えば、図8(d)の位置には図3のステップ24で得られた心臓領域のスキャノ画像もしくは3次元画像表示を行う。
なお、スキャノ画像もしくは3次元画像表示を(d)の位置に限定するものではなく他の位置でも可能であり、またビューワの画面の数も４画面に限定するものではない。

図8(d)に示す画像がスキャノグラム画像である場合、例えば石灰化を起こしている冠動脈を有しているスライス位置に直線や破線などでその体軸方向の石灰化位置情報を術者に伝える。さらには、直線や破線の色をカルシウムスコアの重篤度にあわせてカラー表示を行うことで、術者には体軸方向でどの位置の冠動脈や重篤に石灰化を起こしているかの判断がし易くなる。またカラー以外には破線のドットピッチの荒さ等で石灰化の重篤度を示すこともできる。これを図示したのが、図9である。

また術者が図9(d)のスキャノグラム画像上で表示される直線や破線を、例えばマウスでクリックする等指定などして指定することで、その直線や破線のスライス位置に相当する断層画像を図9(a)の位置に即座に表示を行う。直線や破線を複数選択することも可能で、例えば３箇所のスライス位置を選択した場合は、図9(a)(b)(c)の位置の画像を即座に更新表示する。

図11や12で示すように、線の太さや矢印の大きさで、カルシウムスコアの重篤度を示す事も可能である。
たとえば、カルシウムスコアが高い場合には線の太さを太くして、矢印であれば矢印の大きさを大きくする。
さらには破線の場合では破線を太くし破線間隔を密にしスコア値が高いことを警告する。
そのその反対にカルシウムスコアが低い場合には破線の太さを細くして破線間隔を疎にすることでカルシウムスコアの重篤度が低いことを術者に知らせることができる。

以上、本発明による画像処理装置によって、術者は心臓断層画像を観察しカルシウムスコアを得ることができると同時に、スキャノグラム画像上で冠動脈の体軸方向での石灰化位置を把握できることが可能となり虚血性心疾患の早期発見に有効に作用する。
上記の例はスキャノグラム画像を表示して、冠動脈石灰化の体軸方向の位置を把握する方法を示したが、これを3次元画像やMPR画像で実施することももちろん可能である。またはスキャノグラム画像と3次元画像の両方を同時に表示しても良い。
また、スキャノグラム像へ抽出した石灰化領域を投影し、さらにカラー表示しても良い。

このように、図10(d)の位置に心臓領域の3次元画像を配置した場合、冠動脈も心臓壁に沿って3次元画像上に表示される。
石灰化を起こしている冠動脈の箇所には、前述したように石灰化の重篤に応じてカラー表示等を行い、術者にスキャノグラム像を用いた場合と同様、体軸方向での石灰化位置を明瞭に術者に示すことができる。
また、図10(d)のような３次元画像の場合、その画像特性から多方面から心臓を観察が可能、つまり3次元画像を回転させることにより石灰化の起こしている冠動脈を観察することができる。3次元画像の場合でも、図10(c)のように石灰化を起こしている冠動脈をたとえばマウス等でクリックして指定することで、そのスライス位置に相当する断層画像をMPR(MultiPlanar Reconstruction)像として即座に表示することができる。

冠状動脈を示した心臓領域の概略図。本発明の一実施例に係わるCT装置の構成図。本発明の一実施例に係わる心臓領域撮影フロー図。本発明の一実施例に係わるスキャノグラム説明図。本発明の一実施例に係わるスキャノグラム撮影のフロー図。 (a)被検者断層画像、(b)は(a)中の心臓領域から冠動脈を抽出した図、(c)は算出したカルシウムスコアを冠動脈部分上に表示した図。 (a)(b)(c)(d)は、本発明によるそれぞれ4つの異なる位置における心臓領域の断層画像。 (a)(b)(c)は、本発明によるそれぞれ3つの異なる位置における断層像上のカルシウムスコア表示例、(d)カルシウムスコアを表示したスキャノグラム画像。 (a)(b)(c)は、本発明によるそれぞれ3つの異なる位置における断層像上のカルシウムスコア表示例、(d)はカルシウムスコアを表示したスキャノグラム画像。 (a)(b)は、本発明による断層像上のカルシウムスコア表示例、(c)は(a)と(b)のMPR像、（d）は(a)と(b)の3次元画像。本発明に係わるカルシウムスコアの重篤度と位置を示す表示例。本発明に係わるカルシウムスコアの重篤度と位置を示す表示例。

符号の説明

1…X線CT装置のスキャナ部、2…画像処理部、3…画像表示部、4…心電計、6…心臓領域、7…右冠状動脈、8…右冠状動脈、9…肺、10…脊椎、11…X線源、12…ベッド、13…X線検出器

Claims

Ｘ線を曝射するＸ線源と、該Ｘ線源に対して被検体を挟んで対向配置され該Ｘ線源とともにその周囲を回転しながら上記被検体を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、上記Ｘ線検出器で得た透過Ｘ線から被検体のスキャノグラム画像と断層像画像と３次元画像のうち少なくとも一つを作成する画像処理部と、上記画像処理部で作成した画像のうち少なくとも一つを表示する画像表示部と、を有するＸ線ＣＴ装置であって、
上記画像処理部は、被検体の心臓領域の画像から石灰化した冠動脈の画像部分を抽出し、上記画像部分の体軸方向における位置情報を上記スキャノグラム画像と上記断層画像と上記３次元画像の少なくともひとつの上に直線または破線または矢印で示し、上記画像部分の画素毎に画素値に基づいて算出されたカルシウムスコアに応じて上記位置情報の表示形態を変化させることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載のＸ線ＣＴ装置において、
上記画像処理部は、上記直線もしくは上記破線の太さ、または上記破線の粗さ、または上記矢印の大きさ、または上記直線もしくは上記破線もしくは上記矢印の色でカルシウムスコアの重篤度を表示させることを特徴としたＸ線ＣＴ装置。
請求項２記載のＸ線ＣＴ装置において、
上記画像処理部は断層画像中の石灰化された画像部分の画素毎に上記カルシウムスコアに応じて色を割り当て、割り当てられた色で上記画像部分を表示させることを特徴としたＸ線ＣＴ装置。
上記Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線から被検体の上記断層像画像と上記３次元画像を作成するにあたり、心臓領域を心電計で計測して上記検出と同期させて、所定の心時相に対応して検出した透過Ｘ線をもとに上記断層像画像と上記３次元画像を作成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。