JP4936929B2 - Ｘ線診断装置及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮影及びＸ線透視が可能なＸ線診断装置及び画像表示方法に関わる。

Ｘ線診断装置によるＸ線画像の発生方法には大まかに分けて２つある。１つはＸ線撮影による方法、もう１つはＸ線透視による方法である。Ｘ線撮影下においてＸ線診断装置は、十分なコントラストが得られる程度の線量のＸ線を単発的に発生させ、Ｘ線画像を発生する。Ｘ線撮影によるＸ線画像を撮影画像と呼ぶことにする。撮影画像は、高コントラスト且つ高空間分解能であり高精度の画像である。一方Ｘ線透視下においてＸ線診断装置は、Ｘ線撮影の場合よりも少ないＸ線を連続的に発生させ、連続的にＸ線画像を発生し、これらＸ線画像を動画表示する。Ｘ線透視によるＸ線画像を透視画像と呼ぶことする。透視画像は、コントラストが低い分、即時性に優れており、リアルタイムに表示するのに適している。

Ｘ線透視下において、被検体体内の目標部位にカテーテルやガイドワイヤ等（以下、簡単のためワイヤ等と呼ぶ）を挿入して治療を行なう場合がある。この際、ワイヤ等のコントラストは非常に弱いためにＸ線透視のみでワイヤ等を操作するのは大変困難である。そこで、ワイヤ等の操作に関する支援として、血管画像を発生し、この血管画像とワイヤ画像とを重ねて表示するロードマップという手法がある。

以下、このロードマップ法の一般的な処理の流れを紹介する。まず、術者は、Ｘ線透視下において、被検体にワイヤ等を挿入し、被検体内部の目標部位にワイヤ等を進める。このワイヤ等が描出された透視画像を透視ライブ画像と呼ぶことにする。また、透視ライブ画像に先立って発生されるワイヤ等が描出されていない透視画像を、透視マスク画像と呼ぶことにする。Ｘ線診断装置は、Ｘ線透視下において、透視マスク画像を記憶する。Ｘ線診断装置は、連続的に発生される透視ライブ像と透視マスク像との差分画像としてのワイヤ画像を発生し、予めＸ線撮影下にて発生しておいた血管画像とを重ねてリアルタイムに表示する。この表示画像には、血管上を移動するワイヤ等がリアルタイムに表示される。術者は、この表示画像を観察しながら、ワイヤ等を目標位置に進める。

しかしながら、Ｘ線透視中に被検体の体動などが発生する場合がある。体動等が発生すると、透視ライブ画像と透視マスク画像とに位置ずれが生じ、その結果、ワイヤ画像に骨等のアーチファクトが生ずる。また、透視ライブ画像と透視マスク画像との位置ずれに伴って、血管画像とワイヤ画像とに描出されている血管像とワイヤ像との位置がずれてしまう。この結果、表示画像は、非常に観察しにくくなってしまう。また、術者は、ワイヤ等を目標部位に進めづらくなってしまう。

このような場合に、ワイヤ等を一旦撮影視野からはずし、再度被検体をＸ線透視し、透視マスク画像を発生し直すことによって、骨等のアーチファクトを改善する方法がある。しかしながら、この方法でも、血管画像とワイヤ画像との位置ずれは解消されない。この位置ずれを解消するため、更に新たな血管画像を発生し直さなければならない。そのために、余計な時間(手間)や被曝が生じてしまう。
特開２００５−８７６３３号公報

本発明の目的は、血管画像の発生をやり直さずとも、観察しやすい表示画像の提供を可能とするＸ線診断装置及び画像表示方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ある局面において、被検体に関する血管画像のデータ、ならびに互いに異なる撮影時刻に関する複数のマスク画像のデータを記憶する記憶部と、前記被検体に関する透視画像のデータを発生するために前記被検体をＸ線で撮影する撮影部と、前記複数のマスク画像のうちの最新のマスク画像と前記透視画像との差分画像のデータを発生する差分画像発生部と、前記最新のマスク画像と前記複数のマスク画像のうちで前記最新のマスク画像とは異なるマスク画像との間の解剖学上の位置ずれを計算する位置ずれ計算部と、前記位置ずれに従って前記差分画像と前記血管画像とを位置整合して重ねて表示する表示部と、を具備する。

本発明によれば、血管画像の発生をやり直さずとも、観察しやすい表示画像の提供が可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

本実施形態に係わるＸ線診断装置は、十分なコントラストが得られる程度の線量のＸ線を単発的に発生させコントラストの良いＸ線画像を得るＸ線撮影と、Ｘ線撮影の場合より少ない線量のＸ線を連続的に発生させＸ線画像を動画表示するＸ線透視とが可能である。

図１は、本実施形態に係わるＸ線診断装置１の構成図である。図１に示すように、Ｘ線診断装置１は、撮影部１０、Ｘ線制御部２１、前処理部２３、透視・撮影画像発生部２５、差分画像発生部２７、記憶部２９、位置ずれ計算部３１、表示部３３、操作部３５、及びシステム制御部３７を有する。以下、個々の構成要素について説明する。

撮影部１０は、支持機構１１、Ｘ線管１２、Ｘ線検出器１３、高電圧発生部１４及びデータ収集部１５を有する。支持機構１１は、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを回転・移動可能に支持する。Ｘ線管１２は、高電圧発生部１４から管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。Ｘ線管１２から発生されたＸ線は、寝台に載置された被検体を透過してＸ線検出器１３により検出される。Ｘ線検出器１３としては、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形又は入射Ｘ線を蛍光体で光に変換しその光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いる。Ｘ線入射に伴って複数の半導体検出素子で発生した信号電荷はデータ収集部１５によってデジタルデータとして収集される。なお、Ｘ線検出部１３としては、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせが用いられてもよい。

Ｘ線制御部２１は、Ｘ線透視やＸ線撮影に応じた線量のＸ線をＸ線管１２が発生するように高電圧発生部１４を制御する。

前処理部２３は、データ収集部１５により伝送されたデジタルデータに対して、チャンネル間の感度不均一の補正、及び主に金属部等のＸ線強吸収体による極端な信号強度の低下又は信号脱落の補正等の前処理を行う。前処理されたデジタルデータは、投影データと呼ばれる。

透視・撮影画像発生部２５は、投影データに基づいてＸ線画像データを発生する。Ｘ線撮影下にて収集される投影データに基づくＸ線画像を撮影画像、Ｘ線透視下にて収集される投影データに基づくＸ線画像を透視画像と呼ぶことにする。撮影画像と投影画像とはコントラスト及び空間分解能が異なる。撮影画像のコントラスト及び空間分解能は、投影画像のコントラスト及び空間分解能に比して高い。

差分画像発生部２７は、２つのＸ線画像データの差分をとることにより差分画像データを発生する。具体的に述べると、差分画像発生部２７は、造影剤により造影された血管が描出された撮影画像データ（以下、血管コントラスト画像データと呼ぶ）から造影剤注入前の撮影画像データ（以下、血管マスク画像データと呼ぶ）を減算し、造影された血管が強調された差分画像データ（以下、血管画像データと呼ぶ）を発生する。また、差分画像発生部２７は、カテーテルやガイドワイヤ（以下、簡単のためワイヤ等と呼ぶ）が描出された透視画像データ（以下、透視ライブ画像と呼ぶ）からワイヤ等が描出されていない透視画像データ（以下、透視マスク像データと呼ぶ）を減算し、ワイヤ等が強調された差分画像データ（以下、ワイヤ画像データと呼ぶ）を発生する。

記憶部２９は、透視・撮影画像発生部２５や差分画像発生部２７によって発生される種々のＸ線画像データを記憶する。記憶部２９の形態としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク或いは半導体記憶装置等が考えられる。

位置ずれ計算部３１は、既知の技術であるピクセルシフト等の技術を用いて、２つのＸ線画像に描出されている被検体の体内組織等の解剖学上の位置ずれ量を計算する。解剖学上の位置ずれ量は、典型的には、２つのＸ線画像に描出されている被検体の体内組織等の間のＸＹ座標で定義される距離である。以下、Ｘ線画像に描出されている被検体の体内組織等の解剖学上の位置を、単にＸ線画像の被写体位置と呼ぶことにする。

表示部３３は、透視・撮影画像発生部２５や差分画像発生部２７によって発生される種々の画像を表示する。具体的には、表示部３３は、連続的に発生されるワイヤ画像と血管画像とを重ねて動画表示する。また、表示部３３は、位置ずれ計算部３１によって計算された位置ずれに従って血管画像をシフトさせ、シフトされた血管画像を発生し、シフトされた血管画像と連続的に発生されるワイヤ画像とを重ね合わせて動画表示する。

操作部３５は、キーボード、各種スイッチ、マウス等を備えた入力装置である。具体的には、操作部３５は、撮影モードボタン及び透視モードボタンを備えている。また操作部３５は、血管画像とワイヤ画像との位置ずれを補正する補正処理を開始するための補正ボタン等を有している。補正処理については後述する。

システム制御部３７は、Ｘ線診断装置１としての動作を実現するために各構成要素を制御する。

上記構成を有するＸ線診断装置１は、術者によるワイヤ等の操作に関する支援として、血管画像データ及びワイヤ画像データを発生し、血管画像とワイヤ画像とを重ねて表示するロードマップ法を可能とする。

以下、本実施形態に係わるＸ線診断装置１によるロードマップ法の処理の一例を説明する。本実施形態における処理は、大きく２つの処理に分けることができる。初めに行なわれる第１の処理は、従来のロードマップ法の処理と同様である。第２の処理は、第１の処理の後に行なわれ、本実施形態特有の処理である。第２の処理を補正処理と呼ぶことにする。補正処理は必要に応じて何回でも行なわれる。まずは、図２を参照しながら、本実施形態に係わる第１の処理を説明する。

図２は、本実施形態に係わる第１の処理の流れを示す図である。図２の処理の開始時点においてＸ線診断装置１は、撮影モードにある。Ｘ線撮影下において撮影部１０は、被検体にＸ線を単発的に発生する。このＸ線の発生により収集された投影データに基づいて透視・撮影画像発生部２５は、血管マスク画像データＢＭを発生する。次に、術者等により被検体に造影剤が注入される。そして、Ｘ線撮影下において撮影部１０は、被検体にＸ線を単発的に発生する。このＸ線の発生により収集された投影データに基づいて透視・撮影画像発生部２５は、血管コントラスト画像データＢＣを発生する。次に差分画像発生部２７は、血管マスク画像データＢＭと血管コントラスト画像データＢＣとの差分画像データである血管画像データＢＩを発生する。血管画像データＢＩは、記憶部２９に記憶される。

透視・撮影画像発生部２７が血管画像データＢＩを発生し終えると、術者は、操作部３５を介してＸ線診断装置１を透視モードに切り替える。Ｘ線透視下において撮影部１０は、Ｘ線を連続的に発生する。連続的なＸ線の発生により収集される投影データに基づいて透視・撮影画像発生部２５は、連続的に透視画像データを発生する。Ｘ線透視下において術者は、被検体にワイヤ等を挿入し被検体内の目標部位にワイヤ等を進める。なお、ワイヤ等が描出される前の透視画像データは、最初の透視マスク画像データＦＦＭとして記憶部２９に記憶される。Ｘ線透視下において差分画像発生部２７は、透視マスク画像ＦＭと次々に発生されるワイヤ等が描出された透視ライブ画像ＦＬとの差分画像データであるワイヤ画像データＷＩを次々に発生する。

次に表示部３３は、ワイヤ画像ＷＩと血管画像ＢＩとを重ね合わせて表示画像ＤＩを生成し、それを表示する。この際表示部３３は、ワイヤ画像データＷＩのピクセル値に係数ａを、血管画像データＢＩのピクセル値に係数（−ｂ）を掛けてから、ワイヤ画像ＷＩと血管画像ＢＩとを重ね合わせる。係数（−ｂ）を掛けられた血管画像データＢＩを血管画像データＢＩ´と呼ぶ。係数ａと係数（−ｂ）とは、予め決定されており、血管画像ＢＩとワイヤ画像ＷＩとを重ねてもそれぞれを視認できるようにするために掛けられる。

以上が本実施形態に係わる第１の処理である。

図２に示すようなＸ線透視下において被検体位置がずれない理想的な場合、表示画像ＤＩには、アーチファクト等は生じない。しかしながら、Ｘ線透視下において、被検体位置がずれる場合がある。被写体位置がずれる原因としては、例えば、被検体が動いてしまう（被検体の体動が発生する）場合や、支持機構１７が動いてしまう場合等が考えられる。

図３は、Ｘ線透視下において被検体の体動が発生した場合の第１の処理の流れを示す図である。図３に示すように、Ｘ線透視下において被検体の体動が発生した場合、最初の透視マスク画像ＦＦＭと体動が生じた後の透視ライブ画像ＦＬ´との被写体位置に位置ずれが生じる。その結果、ワイヤ画像データＷＩ´に骨等のアーチファクトが生じてしまう。また、体動が発生した後の透視ライブ画像ＦＬ´と血管画像ＢＩとの間にも被写体位置のずれが生じてしまう。そのため、ワイヤ画像ＷＩ´と血管画像ＢＩとの重ね合わせ画像である表示画像ＤＩ´は、とても観察しにくい画像となってしまう。

以下、この観察しにくい表示画像ＤＩ´の被写体位置のずれ及びアーチファクトを補正するための補正処理を図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、補正処理のフローチャートである。図５は、図４における補正処理における画像処理の流れを示す図である。

ステップＳ１においてシステム制御部３７は、術者からの補正要求を受信するために待機している。位置ずれが生じた場合、再度透視マスク画像データを収集する必要がある。そこで術者は、操作部３５を介して一旦Ｘ線透視を中止する。そして術者は、再度透視マスク画像データを収集するために、ワイヤ等を撮影視野からはずしておく。これら補正処理のための準備が完了すると、術者は、操作部３５に設けられた補正要求ボタンを押す。これが操作部３５から通知されたことに応じて、システム制御部３７は、ステップＳ１からステップＳ２に移行する。

ステップＳ２においてシステム制御部３７は、Ｘ線透視を開始するように撮影部１０の動作を開始させる。Ｘ線透視下において術者は、再度被検体の目標部位に向かってワイヤ等を進める。Ｘ線透視下において透視・撮影画像発生部２５は、透視画像データを連続的に発生する。発生される透視画像データのうち、ワイヤ等が描出される前の透視画像データを最新の透視マスク画像データＬＦＭ、ワイヤ等が描出された透視画像データを透視ライブ画像データＦＬとする。最新の透視マスク画像データＬＦＭは、記憶部２９に記憶される。

ステップＳ３においてシステム制御部３７は、位置ずれ計算部３１に対し位置ずれ計算処理を開始させる。Ｘ線透視下のもと位置ずれ計算部３１は、最新の透視マスク画像データＬＦＭと最新の透視マスク画像データＬＦＭより１回前に発生された透視マスク画像データ（１回目の補正処理の場合、第１の処理にて発生された最初の透視マスク画像データＦＦＭ）との被写体位置の位置ずれ量をピクセルシフト法等を用いて計算する。

以下、ピクセルシフト法の一例を簡単に説明する。まず、位置ずれ計算部３１は、２つの透視マスク画像データを取り込み、これら２つの画像データに対して所望のしきい値によるしきい値処理をそれぞれ行い、２つの画像データをそれぞれ２値化する。位置ずれ計算部３１は、それぞれ２値化された２つの画像データの一方を基準画像データ、他方を比較画像データと定める。位置ずれ計算部３１は、例えば、最新の透視マスク画像データＬＦＭより１回前に発生された透視マスク画像データを２値化した画像データを、基準画像データとする。位置ずれ計算部３１は、基準画像データに対して関心領域を設定する。位置ずれ計算部３１は、基準画像データにおける関心領域内に含まれる画素のそれぞれについて、その画素のピクセル値と、比較画像データにおいて同じ位置にある画素のピクセル値との積を計算する。さらに位置ずれ計算部３１は、このように関心領域内の各画像についてそれぞれ算出した積の総和を算出し、これにより求まる値を評価関数とする。この評価関数は、基準画像と比較画像との相関が大きいほど、すなわち基準画像と比較画像との被写体位置が互いに合っているほど大きくなる。そこで、位置ずれ計算部３１は、比較画像を少しずつシフトさせつつ、同様の方法で評価関数をそれぞれ計算し、評価関数が最大値をとるときの比較画像のシフト量を位置ずれ量とする。

ステップＳ４においてシステム制御部３７は、表示部３３に対してシフト処理を開始させる。シフト処理において表示部３３は、ステップＳ３において計算された位置ずれ量の分だけ血管画像データＢＩをシフトすることによって、シフトされた血管画像データＢＩを発生する。シフトされた血管画像データＢＩは、記憶部２９に記憶される。ステップＳ４においてシフトされる血管画像データＢＩは、１回前の補正処理において発生されたシフトされた血管画像データである。そして第１の処理において、このシフトされた血管画像とワイヤ画像とが重ね合わせて表示される。なお、シフトさせるのは血管画像データＢＩではなく、ワイヤ画像データＷＩでも良い。

図５に示すように、補正処理において透視マスク画像データＦＭを発生し直したことにより、ワイヤ画像ＷＩには、Ｘ線透視下における被検体の体動に起因した骨等のアーチファクトは発生しない。また、ステップＳ３にて計算された位置ずれ量に従って血管画像ＢＩを補正したことによって、ワイヤ画像ＷＩと血管画像ＢＩとが位置整合される。

ステップＳ４を完了したならば、システム制御部３７は、補正処理を終了する。しかしシステム制御部３７は、次の補正処理に対応するために、再び図４の補正処理を開始する。

上記構成によれば、位置ずれ計算部３１は最初の透視マスク画像ＬＦＭと最新の透視マスク画像ＬＦＭとの被写体位置の位置ずれ量を計算し、表示部３３は計算された位置ずれ量に従って血管画像ＢＩとワイヤ画像ＷＩとを位置整合して重ねて表示する。かくしてＸ線診断装置１は、新たな血管画像を発生し直すことなく、観察しやすい表示画像を提供することが可能となる。また、その結果、新たな血管画像を発生し直す場合に比して、術者や被検体に関する被爆量が低減される。

補正処理は上記に示した方法に限定する必要はなく、例えば、以下に示すような変形例がある。

（補正処理の変形例１）
上記のように補正処理の位置ずれ計算は、最新の透視マスク画像と最新の透視マスク画像より１回前の透視マスク画像とを用いるとした。しかしながらこれに限定するする必要はなく、例えば、位置ずれ計算に最新の透視マスク画像と、血管画像と略同等の解剖学上の位置関係を有する透視マスク画像とを用いても良い。最初に発生された血管画像と略同等の解剖学上の位置関係を有する透視マスク画像としては、例えば、第１の処理で発生された最初の透視マスク画像がある。最初の透視マスク画像を用いる場合、ステップＳ３において、最新の透視マスク画像と最初の透視マスク画像とを用いて位置ずれ量が計算される。ステップＳ４において、最初に発生された血管画像をステップＳ３にて計算された位置ずれ量の分だけシフトさせる。そして第１の処理において、このシフトされた血管画像とワイヤ画像とが重ね合わせて表示される。

（補正処理の変形例２）
図６は、補正処理の変形例２を示す図である。図６に示すように、位置ずれ量の計算を最新の透視マスク画像データＬＦＭと血管マスク画像データＢＭとで行なってもよい。この際記憶部２９は、発生された血管マスク画像データＢＭを記憶する。ステップＳ３において位置ずれ計算部３１は、まず、最新の透視マスク画像データＬＦＭと血管マスク画像データＢＭとのコントラストや空間分解能を整合させる。次に、位置ずれ計算部３１は、最新の透視マスク画像データＬＦＭと血管マスク画像データＢＭとの間の被写体位置の位置ずれ量を計算する。ステップＳ４において、最初に発生された血管画像をステップＳ３にて計算された位置ずれ量の分だけシフトさせる。そして第１の処理において表示部３３は、シフトされた血管画像ＢＩ´とワイヤ画像ＷＩとを重ね合わせることによって補正された表示画像ＣＤＩ´を生成し、この表示画像ＣＤＩ´を表示する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の実施形態に係わるＸ線診断装置の構成を示す図。 本実施形態に係わる第１の処理の流れを示す図。 図２の処理中において被検体の体動が発生した場合の処理の流れを示す図。 本実施形態に係わる補正処理の１動作例を示す図。 図４の補正処理における画像処理の流れを示す図。 図４の補正処理の変形例２における画像処理の流れ示す図。

符号の説明

１…Ｘ線診断装置、１０…撮影部、１１…支持機構、１２…Ｘ線管、１３…Ｘ線検出器、１４…高電圧発生部、１５…データ収集部、２１…Ｘ線制御部、２３…前処理部、２５…透視・撮影画像発生部、２７…差分画像発生部、２９…記憶部、３１…位置ずれ計算部、３３…表示部、３５…操作部、３７…システム制御部。

Claims (6)

1. 被検体に関する血管画像のデータ、ならびに互いに異なる撮影時刻に関する複数のマスク画像のデータを記憶する記憶部と、
   前記被検体に関する透視画像のデータを発生するために前記被検体をＸ線で撮影する撮影部と、
   前記複数のマスク画像のうちの最新のマスク画像と前記透視画像との差分画像のデータを発生する差分画像発生部と、
   前記最新のマスク画像と前記複数のマスク画像のうちで前記最新のマスク画像とは異なるマスク画像との間の解剖学上の位置ずれを計算する位置ずれ計算部と、
   前記位置ずれに従って前記差分画像と前記血管画像とを位置整合して重ねて表示する表示部と、
   を具備するＸ線診断装置。
2. 前記位置ずれ計算部は、前記最新のマスク画像よりも１つ前に撮影されたマスク画像と前記最新のマスク画像との間の位置ずれとして前記解剖学上の位置ずれを計算し、
   前記表示部は、過去に補正血管画像が発生されていないならば前記位置ずれに従って前記血管画像をシフトさせて前記補正血管画像を発生し、前記補正血管画像と前記差分画像とを重ねて表示し、
   過去に前記補正血管画像が発生されているならば前記位置ずれに従って前記補正血管画像をシフトさせて新たな補正血管画像を発生し、前記新たな補正血管画像と前記差分画像とを重ねて表示することを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
3. 前記位置ずれ計算部は、前記最新のマスク画像と、前記血管画像と略同等な解剖学上の位置関係を有するマスク画像との間の位置ずれとして前記解剖学上の位置ずれを計算し、
   前記表示部は、前記血管画像を前記位置ずれに従ってシフトさせて補正血管画像を発生し、前記補正血管画像と前記差分画像とを重ねて表示することを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
4. 前記血管画像と略同等な解剖学上の位置関係を有するマスク画像は、前記複数のマスク画像のうち最初のマスク画像であることを特徴とする請求項３記載のＸ線診断装置。
5. 前記血管画像は、前記血管画像用のマスク画像と前記血管画像用のコントラスト画像との差分画像であり、
   前記血管画像と略同等な解剖学上の位置関係を有するマスク画像は、前記血管画像用のマスク画像であることを特徴とする請求項３記載のＸ線診断装置。
6. 被検体に関する、造影剤により造影された血管が描出されたコントラスト画像と造影剤注入前のマスク画像とに基づいて血管画像のデータを発生し、
   前記被検体に関する透視画像のデータを発生するために前記被検体をＸ線で撮影し、
   互いに異なる撮影時刻に関する複数のマスク画像のうちの最新のマスク画像と前記透視画像との差分画像のデータを発生し、
   前記最新のマスク画像と前記複数のマスク画像のうちで前記最新のマスク画像とは異なるマスク画像との間の解剖学上の位置ずれを計算し、
   前記位置ずれに従って前記差分画像と前記血管画像とを位置整合して重ねて表示することを特徴とする画像表示方法。

Images