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JP5559145B2 - 画像診断装置及びその作動方法 - Google Patents

画像診断装置及びその作動方法 Download PDF

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Description

本発明は、画像診断装置及びその作動方法に関するものである。
従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルまたはステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために、画像診断装置が広く利用されている。
代表的な画像診断装置として、例えば血管内超音波診断装置(IVUS)が知られている。一般に血管内超音波診断装置は、血管内において、超音波振動子からなる送受信部が内蔵された超音波プローブ部をラジアル動作させ、被検者の体腔内の生体組織で反射した反射波(超音波エコー)を送受信部で受信した後、増幅、検波等の処理を施すことにより生成した超音波エコー信号の強度に基づいて、血管の断面画像を描出するものである。
また、他の画像診断装置として、例えば、光の可干渉性を利用して画像診断を行う光干渉断層画像診断装置(OCT)が知られている。
光干渉断層画像診断装置は、先端に光学レンズおよび光学ミラーを取り付けた送受信部と光ファイバとが内蔵された光プローブ部を血管内に挿入した状態で、送受信部を回転させながら血管内に測定光を出射し、生体組織からの反射光を受光することでラジアル走査を行い、これにより得られた反射光と予め測定光から分割された参照光とを干渉させることで、干渉光に基づく血管の断面画像を描出するものである。
さらに、最近では、光干渉断層画像診断装置の改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置(OFDI)も開発されている。
波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置は、基本的な構成は、光干渉断層画像診断装置と同様であるが、光干渉断層画像診断装置よりも波長の長い光源を用い、かつ波長の異なる光を連続して出射する点に特徴がある。そして、生体組織の深さ方向の各点の反射光強度を、干渉光の周波数解析により求める構成とすることで、参照光の光路長を可変させるための機構を不要としている。
なお、以下、本明細書において血管内超音波診断装置(IVUS)と、光干渉断層画像診断装置(OCT)と、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置(OFDI)とを総称して、「画像診断装置」と呼ぶこととする。
一般に、これらの画像診断装置を用いて断面画像を描出するにあたっては、X線画像処理装置が併用される。X線画像処理装置において生成された血管造影画像を見ながら治療部位等の決定を行ったり、該血管造影画像に基づいて、超音波プローブ部または光プローブ部が保有する造影マーカを確認し、超音波プローブ部または光プローブ部の位置を把握したりするのに有効だからである。このため、X線画像処理装置において生成される血管造影画像(X線画像)と、画像診断装置を用いて描出された断面画像とは、相互に対応付けて保存・表示されることが望ましい。
このような背景のもと、例えば、特許第3167367号では、X線画像処理装置において生成された血管造影画像と、血管内超音波診断装置において描出された断面画像とを相互に対応付けて保持・表示する方法が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1の場合、X線画像処理装置において生成された血管造影画像の撮影周期と、画像診断装置においてプローブが1回転するごとに描出される断面画像の描出周期(つまり、回転周期)とが一致していることが前提となっている。
このため、例えば撮影周期と回転周期とが異なる場合において、回転周期に合わせて血管造影画像と断面画像の表示を更新させたり、保存処理を実行させたりすると、断面画像が描出されたタイミングに対応する血管造影画像がないといった事態が生じえる。また、撮影周期に合わせて血管造影画像と断面画像の表示を更新させたり、保存処理を実行させたりする構成とすると、断面画像が描出されたタイミングに対応する血管造影画像がないといった事態が生じえる。
この場合、描出された断面画像が、血管内のどの位置の断面画像であるのかを特定することが困難となったり、所望の位置における断面画像を見たい場合に、対応する断面画像を検索することが困難になるなど、ユーザの利便性が著しく損なわれる結果となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、X線画像処理装置において生成されたX線画像と、画像診断装置において生成された断面画像とを相互に対応付けて保存、表示する画像診断装置において、ユーザの利便性を向上させることを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明に係る画像診断装置は以下のような構成を備える。即ち、
信号の送受信を連続的に行う送受信部を有するプローブの該送受信部を、体腔内において回転させながら軸方向に移動させることで該体腔内からの反射信号を取得し、該取得した反射信号に基づいて該体腔内の断面画像を軸方向に複数生成する画像診断装置であって、
予め定められた撮影周期で、前記体腔内の送受信部をX線撮影することにより得られた複数のX線画像を保持する保持手段と、
前記送受信部の回転周期をフレームレートとして、該回転周期ごとに生成された前記断面画像を用いて、断面動画像を生成する第1の生成手段と、
前記送受信部の回転周期ごとのタイミングそれぞれにおいて、直前のX線撮影により得られたX線画像を前記保持手段より読み出し、該読み出されたX線画像を用いて、前記送受信部の回転周期をフレームレートとするX線動画像を生成する第2の生成手段と、
前記断面動画像と前記X線動画像とを前記フレームレートで表示する表示手段とを備える。
本発明によれば、X線画像処理装置において生成されたX線画像と、画像診断装置において生成された断面画像とを相互に対応付けて保存、表示する画像診断装置において、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像診断装置を備える画像診断システムの構成を示す図である。 図2Aは、画像診断装置の外観構成を示す図である。 図2Bは、光プローブ部の先端部の構成を示す図である。 図3は、血管内超音波診断装置の機能構成を示す図である。 図4は、光干渉断層画像診断装置の機能構成を示す図である。 図5は、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置の機能構成を示す図である。 図6は、信号処理部の詳細構成ならびに関連する機能ブロックを示す図である。 図7は、断面画像が描出されるタイミングと、X線画像が撮影されるタイミングとを示すタイミングチャートの一例である。 図8は、描出された断面画像及び撮影されたX線画像の一例を示す図である。 図9は、画像処理部における対応付け処理の流れを示すフローチャートである。 図10は、データベースの一例を示す図である。 図11は、画像診断装置のLCDモニタに表示された表示例を示す図である。
以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳細に説明する。
[第1の実施形態]
<1.画像診断システムの構成>
図1は本発明の第1の実施形態に係る画像診断装置112を備える画像診断システム100の構成図である。
画像診断システム100では、X線管101より被検体Pに向けて照射されたX線は、被検体Pを透過した後、I.I.(イメージインテンシファイア)102に入射される。I.I.102では、入射されたX線を光学像に変換する。また、X線テレビカメラ103では、変換された当該光学像を更にビデオ信号(複数のX線画像及び各撮像タイミングに関する情報が含まれる信号)に変換する。更に、変換されたビデオ信号はX線画像処理装置111に送られ、ノイズ補正、階調補正等の画像処理が施される。
図1に示すように、画像診断システム100では、X線画像処理装置111は画像診断装置112と通信可能に接続されており、画像診断装置112では、X線画像処理装置111より送信されたビデオ信号(複数のX線画像及び各撮像タイミングに関する情報が含まれる信号)を受信する。
画像診断装置112は、受信したX線画像と描出した断面画像とを相互に対応付けて保存・表示するよう構成されている。具体的には、受信したX線画像は、画像診断装置112内に配されたX線用アナログ−デジタル(A−D)変換器に入力され、デジタル化された後、描出した断面画像と対応付けてX線画像メモリに保存される。そして、X線画像メモリに保存されたX線画像は、画像診断装置112の一部を構成するLCDモニタ213(詳細は後述)上に、断面画像とともに表示される。
更に、図1に示すように、画像診断システム100では、画像診断装置112のLCDモニタ213とは別に、X線画像処理装置111にてノイズ補正、階調補正等の画像処理が施されたビデオ信号を表示するためのX線画像表示モニタ113が備えられている。
更に、X線画像処理装置111には、X線管101にてX線を照射させるための高電圧を発生する高電圧発生装置114が接続されている。
なお、画像診断システム100では、X線撮影に際して、通常、連続X線を使用するが、動体ボケの少ないX線画像を得るために、パルス状X線を用いてもよい。そして、当該パルス状X線を用いた場合、高電圧発生装置114では、X線画像処理装置111からの指示に基づいて、ビデオ信号に同期したパルス信号をX線管101に送ることとなる。
以上のような構成を備える画像診断システム100における画像診断装置112について、以下に詳細を説明する。なお、本実施形態の場合、画像診断装置112には、超音波画像診断装置、光干渉断層画像診断装置、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置等が含まれるものとする。
<2.画像診断装置の外観構成>
図2Aは本発明の第1の実施形態にかかる画像診断装置(超音波診断装置、光干渉断層画像診断装置または波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置)112の外観構成を示す図である。
図2Aに示すように、画像診断装置112は、超音波プローブ部または光プローブ部201と、スキャナ/プルバック部202と、操作制御装置203とを備え、スキャナ/プルバック部202と操作制御装置203とは、信号線204により接続されている。
超音波プローブ部または光プローブ部201は、直接血管内(体腔内)に挿入され、送受信部を用いて血管内部の状態を測定する。スキャナ/プルバック部202は、超音波プローブ部または光プローブ部201と着脱可能で、モータを内蔵し、超音波プローブ部または光プローブ部201内の送受信部のラジアル動作を規定する。
操作制御装置203は、血管内の断面画像を描出するにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断面画像として表示するための機能を備える。
操作制御装置203において、211は本体制御部であり、測定により得られたデータを処理したり、処理結果を出力したりする。211−1はプリンタ/DVDレコーダであり、本体制御部211における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。
212は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル212を介して、各種設定値の入力を行う。213は表示装置としてのLCDモニタであり、本体制御部211における処理結果を表示する。
<3.超音波プローブ部または光プローブ部の先端部の構成>
次に、光プローブ部201の先端部の構成について図2Bを用いて説明する(超音波プローブ部も光プローブ部も同様の構成を有しているため、ここでは代表して光プローブ部について説明する)。
図2Bに示すように、カテーテルシース221の管腔内部には、測定光を送受信する送受信部233が配されたハウジング231と、それを回転させるための駆動力を伝達する駆動シャフト232とを備えるイメージングコア230がほぼ全長にわたって挿通されており、光プローブ部201を形成している。
送受信部233は駆動シャフト232を挿通する光ファイバによって送られた測定光の光軸を側方に反射させる光学ミラーを内蔵する。
送受信部233では、体腔内組織に向けて測定光が送信されるとともに、体腔内組織からの反射光が受信される。
駆動シャフト232はコイル状に形成され、その内部には信号線(シングルモードファイバ)が配されている。
ハウジング231は、短い円筒状の金属パイプの一部に切り欠き部を有した形状をしており、金属塊からの削りだしやMIM(金属粉末射出成形)等により成形される。ハウジング231は、内部に送受信部233を有し、基端側は駆動シャフト232と接続されている。また、先端側には短いコイル状の弾性部材223が設けられている。
弾性部材223はステンレス鋼線材をコイル状に形成したものであり、弾性部材223が先端側に配されることで、イメージングコア230の回転時の安定性が向上する。
224は補強コイルであり、カテーテルシース221の先端部分の急激な折れ曲がりを防止する目的で設けられている。
ガイドワイヤルーメン用チューブ222は、ガイドワイヤが挿入可能なガイドワイヤ用ルーメンを有する。ガイドワイヤルーメン用チューブ222は、予め体腔内に挿入されたガイドワイヤを受け入れ、ガイドワイヤによってカテーテルシース221が患部まで導かれるのに使用される。
駆動シャフト232は、カテーテルシース221に対して回転動作及び軸方向動作することが可能であり、柔軟で、かつ回転をよく伝達できる特性をもつ、例えば、ステンレス等の金属線からなる多重多層密着コイル等により構成されている。
なお、光プローブ部201の先端部には、X線透視下においてイメージングコア230の先端部の位置を確認できるようにするため、弾性部材223、ハウジング231は金、プラチナ、タングステン等からなる造影マーカが付されていることが好ましい。
<4.血管内超音波診断装置の機能構成>
次に、本実施形態にかかる画像診断装置112のうち、血管内超音波診断装置(IVUS)の主たる機能構成について図3を用いて説明する。
図3は、図2Aに示した血管内超音波診断装置112の機能構成を示す図である。
同図に示すように、血管内超音波診断装置112は、光プローブ部201と、スキャナ/プルバック部202と、操作制御装置203とを備える。
超音波プローブ部201は、先端内部に超音波振動子からなる送受信部を含むイメージングコア301を備えており、イメージングコア301は、超音波プローブ部201の先端が血管内に挿入された状態で、超音波信号送受信器321より送信されたパルス波に基づいて、超音波を血管の断面方向(=出射方向)に送信するとともに、その反射波(超音波エコー)を受信し、コネクタ部302及びロータリジョイント311を介して超音波エコー信号として超音波信号送受信器321に送信する。
スキャナ/プルバック部202は、ロータリジョイント311、回転駆動装置312、直線駆動装置315を備える。超音波プローブ部201内のイメージングコア301は、非回転部と回転部との間を結合するロータリジョイント311により回動自在に取り付けられており、ラジアル走査モータ313により回転駆動される。イメージングコア301が血管内で超音波プローブ部201の軸を中心に回転することで、超音波信号が円周方向に走査(スキャン)され、これにより血管内の所定の位置における断面画像の描出に必要な超音波エコー信号を得ることができる。
なお、ラジアル走査モータ313の動作は信号処理部325からモータ制御回路326を介して送信された制御信号に基づいて制御される。また、ラジアル走査モータの回転角度は、エンコーダ部314により検出される。エンコーダ部314において出力される出力パルスは、信号処理部325に入力され、断面画像表示用の信号の読み出しのタイミングに利用される。
スキャナ/プルバック部202は、更に、直線駆動装置315を備え、信号処理部325からの指示に基づいて、超音波プローブ部201の軸方向(体腔内の末梢方向およびその反対方向)の移動(軸方向動作)を規定している。軸方向動作は、信号処理部325からの制御信号に基づいて、直線駆動モータ316が動作することにより実現される。また、軸方向(体腔内の末梢方向またはその反対方向)は、移動方向検出器317により検出され、検出結果は信号処理部325に入力される。なお、直線駆動モータ316の制御回路(ドライバ)は、直線駆動装置315内に設置されるが、ここでは図示を省略する。
なお、ラジアル走査モータ313と直線駆動モータ316とは着脱可能に接続されていても、一体的に構成されていてもよい。また、直線駆動モータ316による軸方向動作は、ボールネジ等により実現することができる。また、移動方向検出器317は、例えば直線駆動モータ316にエンコーダを取り付けることにより実現できる。すなわち、直線駆動モータ316の回転方向を検出することにより軸方向動作を検出することができる。
超音波信号送受信器321は、送信回路と受信回路とを備える(不図示)。送信回路は、信号処理部325から送信された制御信号に基づいて、超音波プローブ部201内のイメージングコア301にパルス波を送信させる。
また、受信回路は、光プローブ部201内のイメージングコア301が検出した超音波エコー信号を受信する。受信された超音波エコー信号はアンプ322により増幅される。
更に、A/D変換器324では、アンプ322より出力された超音波エコー信号をサンプリングして、1ラインのデジタルデータ(超音波エコーデータ)を生成する。
A/D変換器324にて生成されたライン単位の超音波エコーデータは信号処理部325に入力される。信号処理部325では、超音波エコーデータを検波して、血管内の各位置での断面画像を描出し、所定のフレームレートの断面動画像としてLCDモニタ327(図2Aの参照番号213に対応する)に出力する。なお、生成した断面動画像は、信号処理部325内に読み出し可能に格納される。
I/F部328は、X線画像処理装置111と通信可能に接続するためのI/F部であり、X線画像処理装置111より送信されたX線画像及び撮影タイミングに関する情報を受信する。I/F部328において受信されたX線画像は、撮影タイミングに関する情報と対応付けてX線画像メモリ329において一旦保持された後、信号処理部325に入力される。
本実施形態に係る信号処理部325では、断面画像に基づいて生成した断面動画像をLCDモニタ327に出力するにあたり、対応するX線動画像を生成し、出力する。また、断面画像に基づいて生成された断面動画像を格納するにあたり、X線画像をフレームごとに対応付けて格納する。なお、信号処理部325におけるこれらの処理の詳細は後述するものとする。
<5.光干渉断層画像診断装置の機能構成>
次に、本実施形態にかかる画像診断装置112のうち、光干渉断層画像診断装置の主たる機能構成について図4を用いて説明する。
409は超高輝度発光ダイオード等の低干渉性光源である。低干渉性光源409は、その波長が1310nm程度で、その可干渉距離(コヒーレント長)が数μm〜10数μm程度であるような短い距離範囲でのみ干渉性を示す低干渉性光を出力する。
このため、この光を2つに分割した後、再び混合した場合には分割した点から混合した点までの2つの光路長の差が数μm〜10数μm程度の短い距離範囲内の場合には干渉光として検出されることとなり、それよりも光路長の差が大きい場合には干渉光が検出されることはない。
低干渉性光源409の光は、第1のシングルモードファイバ428の一端に入射され、先端面側に伝送される。第1のシングルモードファイバ428は、途中の光カップラ部408で第2のシングルモードファイバ429及び第3のシングルモードファイバ432と光学的に結合されている。
光カップラ部とは、1つの光信号を2つ以上の出力に分割したり、入力された2つ以上の光信号を1つの出力に結合したりすることができる光学部品であり、低干渉性光源409の光は、当該光カップラ部408により最大で3つの光路に分割して伝送されうる。
第1のシングルモードファイバ428の光カップラ部408より先端側には、スキャナ/プルバック部202が設けられている。スキャナ/プルバック部202内には、非回転部と回転部との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント403が設けられている。
更に、光ロータリジョイント403内の第4のシングルモードファイバ430の先端側は、光プローブ部201の第5のシングルモードファイバ431と、アダプタ402を介して着脱自在に接続されている。これにより光の送受信を繰り返す送受信部を備えるイメージングコア401内に挿通され回転駆動可能な第5のシングルモードファイバ431に、低干渉性光源409からの光が伝送される。
第5のシングルモードファイバ431に伝送された光は、イメージングコア401の先端側から血管内の生体組織に対してラジアル走査しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部はイメージングコア401により取り込まれ、逆の光路を経て第1のシングルモードファイバ428側に戻り、光カップラ部408によりその一部が第2のシングルモードファイバ429側へと移り、第2のシングルモードファイバ429の一端から出射されることで、光検出器(例えばフォトダイオード410)にて受光される。
なお、光ロータリジョイント403の回転部側は回転駆動装置404のラジアル走査モータ405により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ405の回転角度は、エンコーダ部406により検出される。更に、スキャナ/プルバック部202は、直線駆動装置407を備え、信号処理部414からの指示に基づいて、光プローブ部201の軸方向(体腔内の末梢方向およびその反対方向)の移動(軸方向動作)を規定している。軸方向動作は、信号処理部414からの制御信号に基づいて、直線駆動装置407が光ロータリジョイント403を含むスキャナを動作させることにより実現される。
一方、第2のシングルモードファイバ429の光カップラ部408より先端側(参照光路)には、参照光の光路長を変える光路長の可変機構416が設けられている。
この光路長の可変機構416は生体組織の深さ方向(測定光の出射の方向)の検査範囲に相当する光路長を高速に変化させる第1の光路長変化手段と、光プローブを交換して使用した場合の個々の光プローブの長さのばらつきを吸収できるように、その長さのバラツキに相当する光路長を変化させる第2の光路長変化手段とを備えている。
第2のシングルモードファイバ429の先端に対向して、この先端とともに1軸ステージ420上に取り付けられ、矢印423に示す方向に移動自在のコリメートレンズ421を介して、グレーティング419が配置されている。また、このグレーティング419(回折格子)と対応するレンズ418を介して微小角度回動可能なガルバノメータ417が第1の光路長変化手段として取り付けられている。このガルバノメータ417はガルバノメータコントローラ424により、矢印422方向に高速に回転される。
ガルバノメータ417はガルバノメータのミラーにより光を反射させるものであり、参照ミラーとして機能するガルバノメータに交流の駆動信号を印加することによりその可動部分に取り付けたミラーを高速に回転させるように構成されている。
つまり、ガルバノメータコントローラ424より、ガルバノメータ417に対して駆動信号が印加され、該駆動信号により矢印422方向に高速に回転することで、参照光の光路長が、生体組織の深さ方向の検査範囲に相当する光路長だけ高速に変化することとなる。この光路差の変化の一周期が一ライン分の干渉光を取得する周期となる。
一方、1軸ステージ420は光プローブ部201を交換した場合に、光プローブ部201の光路長のバラツキを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する第2の光路長変化手段として機能する。さらに、1軸ステージ420はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。例えば、光プローブ部201の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、1軸ステージ420により光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能となる。
光路長の可変機構416で光路長が変えられた光は第2のシングルモードファイバ429の途中に設けた光カップラ部408で第1のシングルモードファイバ428側から得られた光と混合されて、干渉光としてフォトダイオード410にて受光される。
このようにしてフォトダイオード410にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ411により増幅された後、復調器412に入力される。
復調器412では干渉光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はA/D変換器413に入力される。
A/D変換器413では、干渉光信号を例えば200ポイント分サンプリングして1ラインのデジタルデータ(「干渉光データ」)を生成する。この場合、サンプリング周波数は、光路長の1走査の時間を200で除した値となる。
A/D変換器413で生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部414に入力される。信号処理部414では生体組織の深さ方向の干渉光データに基づいて、血管内の各位置での断面画像を形成した後、所定のフレームレートの断面動画像としてLCDモニタ415(図2Aの参照番号213に対応する)に出力する。なお、生成した断面動画像は、信号処理部414内に読み出し可能に格納される。
I/F部434は、X線画像処理装置111と通信可能に接続するためのI/F部であり、X線画像処理装置111より送信されたX線画像及び撮影タイミングに関する情報を受信する。I/F部434において受信されたX線画像は、撮影タイミングに関する情報と対応付けてX線画像メモリ433において一旦保持された後、信号処理部414に入力される。
本実施形態に係る信号処理部414では、断面画像に基づいて生成された断面動画像をLCDモニタ415に出力するにあたり、対応するX線動画像を生成し、出力する。また、断面画像に基づいて生成された断面動画像を格納するにあたり、X線画像を各フレームに対応付けて格納する。なお、信号処理部414におけるこれらの処理の詳細は後述するものとする。
更に、信号処理部414は、光路長調整手段制御装置426と接続されており、光路長調整手段制御装置426を介して1軸ステージ420の位置の制御を行う。また、信号処理部414はモータ制御回路425と接続されており、ラジアル走査モータ405の回転駆動を制御する。
また、信号処理部414は、参照ミラー(ガルバノメータミラー)の光路長の走査を制御するガルバノメータコントローラ424と接続されており、ガルバノメータコントローラ424からの駆動信号を受信する。モータ制御回路425では、信号処理部414が受信した駆動信号を用いることによりガルバノメータコントローラ424と同期をとる。
<6.波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置の機能構成>
次に、本実施形態にかかる画像診断装置112のうち、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置の主たる機能構成について図5を用いて説明する。
図5は、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置112の機能構成を示す図である。以下、図4を用いて説明した光干渉断層画像診断装置との相違点を中心に説明する。
508は波長掃引光源であり、Swept Laserが用いられる。Swept Laserを用いた波長掃引光源508は、SOA515(semiconductor optical amplifier)とリング状に結合された光ファイバ516とポリゴンスキャニングフィルタ(508b)よりなる、Extended−cavity Laserの一種である。
SOA515から出力された光は、光ファイバ516を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ508bに入り、ここで波長選択された光は、SOA515で増幅され、最終的にcoupler514から出力される。
ポリゴンスキャニングフィルタ508bでは、光を分光する回折格子512とポリゴンミラー509との組み合わせで波長を選択する。具体的には、回折格子512により分光された光を2枚のレンズ(510、511)によりポリゴンミラー509の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー509と直交する波長の光のみ同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ508bから出力されるため、ミラーを回転させることで、波長の時間掃引を行うことができる。
ポリゴンミラー509は、例えば、32面体のミラーが使用され、回転数が50000rpm程度である。ポリゴンミラー509と回折格子512とを組み合わせたユニークな波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。
Coupler514から出力された波長掃引光源508の光は、第1のシングルモードファイバ530の一端に入射され、先端側に伝送される。第1のシングルモードファイバ530は、途中の光カップラ部534において第2のシングルモードファイバ537及び第3のシングルモードファイバ531と光学的に結合されている。従って、波長掃引光源508の光は、この光カップラ部534により最大で3つの光路に分割されて伝送される。
第1のシングルモードファイバ530の光カップラ部534より先端側には、非回転部と回転部との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント503が設けられている。
更に、光ロータリジョイント503内の第4のシングルモードファイバ535の先端側は、光プローブ部201の第5のシングルモードファイバ536と光アダプタ部502を介して着脱自在に接続されている。これにより光の送受信を繰り返す送受信部を備えるイメージングコア501内に挿通され回転駆動可能な第5のシングルモードファイバ536に、波長掃引光源508からの光が伝送される。
伝送された光は、イメージングコア501の先端側から体腔内の生体組織に対してラジアル走査しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部がイメージングコア501により取り込まれ、逆の光路を経て第1のシングルモードファイバ530側に戻る。さらに、光カップラ部534によりその一部が第2のシングルモードファイバ537側に移り、第2のシングルモードファイバ537の一端から出射され、光検出器(例えばフォトダイオード519)にて受光される。
なお、光ロータリジョイント503の回転部側は回転駆動装置504のラジアル走査モータ505により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ505の回転角度は、エンコーダ部506により検出される。更に、スキャナ/プルバック部202は、直線駆動装置507を備え、信号処理部523からの指示に基づいて、光プローブ部201の軸方向動作を規定している。
なお、本実施形態の画像診断システム100において、高電圧発生装置114は、X線画像処理装置111からの指示により、ビデオ信号(断面動画像)に同期してX線発生のためのパルス信号をX線管101に送り、被検体PにX線を一定時間照射する。これにより、ユーザはX線画像表示モニタ113に表示される血管を含む組織のX線画像を観察しながら、光プローブ部201の先端を血管の疾患部分まで誘導することが可能となる。
光プローブ部201の先端が疾患部分に到達すると、そこから光プローブ部201の先端を疾患部分より更にわずかに先に進めて待機する。これにより、光プローブ部201の先端側にあるイメージングコア230は、最初の正常部分に位置することになる。このとき、X線画像表示モニタ113では、被検体Pの組織像に加えてイメージングコアの像も影出される。
上記X線管101から被検体PへのX線の照射は、患者の被曝量を最小にするため、常時行うのではなく、ユーザがイメージングコア230の位置確認が必要になった場合にのみ行うようにする。
イメージングコア230が、最初の正常部分に位置した状態で、波長掃引利用の光干渉画像診断装置は血管内での断面画像の取得を開始するが、このような画像診断装置で用いられる干渉光は、波長が800nm〜1550nm程度であり、血液に対して不透過である。このため、血管の断面画像の描出に際しては、描出対象となる部位において血管内の血液を予め除去しておく必要がある。そこで、カテーテルから生理食塩水、乳酸リンゲル、造影剤などを放出し、測定部の血管内の血液を除去するフラッシュを行う。フラッシュ後、ユーザは光プローブ部201を適当な速度で引き抜くプルバックを行うことにより、疾患部分の断面画像を取得する。
また、このフラッシュがトリガとなって高電圧発生装置114からの指示により、ビデオ信号に同期してX線発生のためにパルス信号をX線管101に送り、被検体PにX線を照射するよう構成してもよい。
更に、フラッシュ、またはプルバック、または被検体PへのX線の照射がトリガとなってX線画像処理装置111内に格納されている画像メモリ記録制御器からX線用画像メモリに画像の記録命令が発せられ、X線画像が記録されるよう構成してもよい。
また、プルバックの停止が、X線照射、X線画像のいずれかの停止、もしくは双方の停止のトリガとなるよう構成してもよい。
一方、第2のシングルモードファイバ537の光カップラ部534より先端側には、参照光の光路長を微調整する光路長の可変機構525が設けられている。
この光路長の可変機構525は光プローブ部201を交換して使用した場合の個々の光プローブ部の長さのばらつきを吸収できるように、その長さのばらつきに相当する光路長を変化させる光路長変化手段を備えている。
第3のシングルモードファイバ531およびコリメートレンズ526は、その光軸方向に矢印533で示すように移動自在な1軸ステージ532上に設けられ、光路長変化手段を形成している。
具体的には、1軸ステージ532は光プローブ部201を交換した場合に、光プローブ部201の光路長のばらつきを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化手段として機能する。さらに、1軸ステージ532はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。例えば、光プローブ部201の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、1軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能となる。
光路長の可変機構525で光路長が微調整された光は第3のシングルモードファイバ531の途中に設けた光カップラ部534で第1のシングルモードファイバ530側から得られた光と混合されて、干渉光としてフォトダイオード519にて受光される。
このようにしてフォトダイオード519にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ520により増幅された後、復調器521に入力される。この復調器521では干渉光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力は干渉光信号としてA/D変換器522に入力される。
A/D変換器522では、干渉光信号を例えば90MHzで2048ポイント分サンプリングして、1ラインのデジタルデータ(干渉光データ)を生成する。なお、サンプリング周波数を90MHzとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を40kHzにした場合に、波長掃引の周期(25.0μsec)の90%程度を2048点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。
A/D変換器522にて生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部523に入力される。信号処理部523では干渉光データをFFT(高速フーリエ変換)により周波数分解して深さ方向のデータを生成し、これを座標変換することにより、血管内の各位置での断面画像を形成した後、所定のフレームレートの断面動画像としてLCDモニタ517(図2Aの参照番号213に対応する)に出力する。なお、生成した断面動画像は、信号処理部414内に読み出し可能に格納される。
信号処理部523は、更に光路長調整手段制御装置518と接続されている。信号処理部523は光路長調整手段制御装置518を介して1軸ステージ532の位置の制御を行う。
I/F部538は、X線画像処理装置111と通信可能に接続するためのI/F部であり、X線画像処理装置111より送信されたX線画像及び撮影タイミングに関する情報を受信する。I/F部538において受信されたX線画像は、撮影タイミングに関する情報と対応付けてX線画像メモリ539において一旦保持された後、信号処理部523に入力される。
本実施形態に係る信号処理部523では、断面画像に基づいて生成された断面動画像をLCDモニタ517に出力するにあたり、対応するX線動画像を生成し、出力する。また、断面画像に基づいて生成された断面動画像を格納するにあたり、X線画像を各フレームに対応付けて格納する。なお、信号処理部523におけるこれらの処理の詳細は後述するものとする。
<7.信号処理部の詳細構成>
次に、画像診断装置112の信号処理部325、414、523において、断面動画像とX線動画像とをLCDモニタ327、415、517に出力する出力処理、ならびに断面動画像と対応するX線画像とを信号処理部325、414、523内に格納する格納処理を実現するための機能構成について説明する。
図6は、画像診断装置112の信号処理部325、414、523における出力処理と格納処理を実現するための機能構成ならびに関連する機能ブロックを示した図である。なお、以下では、説明を簡略化するために、光干渉断層画像診断装置112の信号処理部414について説明するものとする(他の画像診断装置の場合も、同様であるため、説明は省略する)。
A/D変換器413で生成された干渉光データは、画像構築部601において、モータ制御回路425から出力されるラジアル走査モータ405のエンコーダ部406の信号を用いてラジアル走査モータ1回転あたりのライン数が512本となるように処理される。更に、各種処理(ライン加算平均処理、フィルタ処理等)が施された後、Rθ変換されることで、断面画像として出力される。
なお、ここでは一例として、512ラインから断面画像を生成することとしているが、このライン数に限定されるものではない。
画像構築部601より出力された断面画像は、画像データメモリ602において一旦保持される。画像データメモリ602は、画像データ選択部603以降の処理速度が、画像構築部601より断面画像が出力される速度よりも低い場合に、バッファとしての役割を果たす。
画像データ選択部603は、画像データメモリ602に一旦保持された断面画像の中から、画像処理部604において処理されるべき断面画像612を選択し、画像処理部604に送信する。
画像処理部604は、送信された断面画像612を、モータ制御回路425から出力されるエンコーダ部406の回転周期を示す信号611に対応するフレームレートのビデオ信号(断面動画像)に変換する。
また、画像処理部604では、断面画像に基づいて生成されたビデオ信号(断面動画像)のフレームレートに基づいて、X線画像メモリ433よりX線画像613を読み出すことで、X線画像を断面動画像の各フレームに対応付け、該対応付けたX線画像に基づいてビデオ信号(X線動画像)を生成する(なお、X線動画像を生成するための対応付け処理の詳細は後述する)。
LCDモニタ415では、画像処理部604において生成された断面画像に基づくビデオ信号(断面動画像)と、X線画像に基づくビデオ信号(X線動画像)614とを並列して表示する。
データベース登録制御部606では、画像処理部604から出力された断面動画像の各フレームに対応付けられた各X線画像を識別するためのX線画像番号(識別番号)を、断面動画像の各フレームのフレーム番号と対応付けてデータベース608に登録する。
画像格納制御部605では、画像処理部604から出力された断面動画像と、X線動画像を構成する各X線画像とを、制御部607内の画像格納部609に格納する。また、画像格納部609に格納された断面動画像及びX線画像を、データベース608に基づいて読み出し、それぞれ断面動画像及びX線動画像614としてLCDモニタ415に表示する。
<8.画像処理部604における対応付け処理の詳細>
次に、画像処理部604における対応付け処理の詳細について図7を用いて説明する。図7において、701はモータ制御回路425から出力されるエンコーダ部406の回転周期を示す信号611のタイミングチャートの一例である。702は、信号611に基づいて生成された複数の断面画像612のタイミングチャートの一例である。なお、生成された断面画像の一例を図8の8Aに示す。
更に、703はX線画像処理装置111より送信されたX線画像613のタイミングチャートの一例である。なお、送信されたX線画像の一例を図8の8Bに示す。
704は、断面画像612に基づいて生成された断面動画像とX線画像613に基づいて生成されたX線動画像とを含むビデオ信号614のタイミングチャートの一例である。
図7の例では、X線画像613の撮影周期より、モータ制御回路425からの出力される回転周期の方が短い。このため、当該回転周期に基づくフレームレートで断面動画像を生成した場合、断面動画像の所定のフレームに対応するX線画像が存在しない場合が生じえる。
そこで、画像処理部604では、断面動画像の所定のフレームに対応するX線画像が存在しない場合には、直前の撮影タイミングにおけるX線撮影により得られたX線画像を用いて補間することで、回転周期に基づくフレームレートのX線動画像を生成する。
この結果、図7の例では、断面動画像の各フレームとX線動画像の各フレームの対応関係は以下のようになる。
<断面動画像> <X線動画像>
iフレーム jフレーム
i+1フレーム j+1フレーム
i+2フレーム j+1フレーム
i+3フレーム j+2フレーム
i+4フレーム j+2フレーム
<9.画像処理部における対応付け処理の流れ>
次に、画像処理部604における上記対応付け処理を実現するための処理フローを図9のフローチャートを用いて説明する。
ステップS901では、モータ制御回路425から出力される回転周期を示す信号611を識別するパラメータiに、1を代入する。
ステップS902では、i番目の回転周期を示す信号611に最も近い断面画像をiフレームとして保持する。
ステップS903では、現在、パラメータiに1が代入されている状態であるか否かを判定する。ステップS903において、i=1であると判定された場合には、ステップS906に進み、X線動画像のフレームを識別するパラメータjに、1を代入した後、ステップS907に進む。
一方、ステップS903において、i=1でないと判定された場合には、ステップS904に進み、X線画像メモリ433内のX線画像が更新されたか否かを判定する。ステップS904においてX線画像が更新されたと判定された場合には、ステップS905に進み、パラメータjをインクリメントした後、ステップS907に進む。
ステップS907では、X線画像メモリ433内において直前に更新されたX線画像をj番目のX線画像として読み出し、対応付ける。なお、X線画像メモリ433内において直前に更新されたX線画像は、対応づけられた撮影タイミングに関する情報に基づいて判断する。
ステップS908では、iフレーム目の断面画像に対応するX線画像番号として、jをデータベース登録制御部606に出力する。
ステップS909では、断面動画像を最終フレームまで生成したか否かを判定する。最終フレームまで生成していないと判定された場合には、ステップS910に進み、パラメータiを1インクリメントする。
一方、ステップS909において、最終フレームまで生成したと判定された場合には、対応付け処理を終了する。
<10.データベース608の詳細>
次に、データベース登録制御部606において生成、更新されるデータベース608の詳細について図10を用いて説明する。
図10は、データベース608の一例を示す図である。図10に示すように、データベース608は、患者情報1001と診断情報1002と画像情報1003とから構成される。
患者情報1001には、例えば、患者を識別するための患者ID、患者氏名、患者の性別、生年月日等、患者に関する情報が含まれる。
診断情報1002には、例えば、患者ID、患者氏名、患者の性別、生年月日のほか、診断に用いる断面動画像を特定するための断面動画像識別番号、および診断に用いるX線動画像を特定するためのX線動画像識別番号が含まれる。
患者情報1001及び診断情報1002に含まれる各種情報は、断面画像の描出を行う際に、制御部607を介して登録されるものとする。
画像情報1003には、X線画像番号が、それぞれ、断面動画像の何フレーム目に対応するかを示す対応関係が登録されている。画像情報1003は、画像処理部604により断面動画像が生成される際に、データベース登録制御部606により登録されるものとする。
このような構成を備えることにより、画像格納制御部605では、所定の患者IDに対応する患者情報1001および診断情報1002を読み出し、LCDモニタ415に表示することができる。また、当該患者IDに対応する断面動画像識別番号の断面動画像を、画像格納部609から読み出し、LCDモニタ415に表示することができる。
このとき、データベース608の画像情報1003として登録された、対応するX線画像番号のX線画像を画像格納部609から読み出し、各X線動画像としてLCDモニタ415に表示させることで、断面動画像に同期したX線動画像を表示させることができる。
<11.表示例>
図11は、LCDモニタ415に表示された断面動画像とX線動画像の一例を示す図である。
図11に示すように、LCDモニタ415上に、同期した断面動画像とX線動画像とが並列して表示されることで、断面画像が血管のどの位置の断面画像であるのかを簡単に特定することが可能となる。また、所望の位置における断面画像を容易に検索することができる。
この結果、本実施形態によれば画像診断装置におけるユーザの利便性を向上させることが可能となった。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、回転周期に基づいて生成された断面動画像のフレームレートに合うように、X線動画像を生成する構成としたが、本発明はこれに限定されず、X線画像の撮影周期に基づいて生成されたX線動画像のフレームレートに合うように、断面動画像を生成するように構成してもよい。
その場合、X線画像の撮影周期ごとのタイミングで、直前のタイミングで生成された断面画像を用いて、撮影周期をフレームレートとする断面動画像を生成することにより実現される。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、2009年3月12日提出の日本国特許出願特願2009−060095を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (14)

  1. 信号の送受信を連続的に行う送受信部を有するプローブの該送受信部を、体腔内において回転させながら軸方向に移動させることで該体腔内からの反射信号を取得し、該取得した反射信号に基づいて該体腔内の断面画像を軸方向に複数生成する画像診断装置であって、
    予め定められた撮影周期で、前記体腔内の送受信部をX線撮影することにより得られた複数のX線画像を保持する保持手段と、
    前記送受信部の回転周期をフレームレートとして、該回転周期ごとに生成された前記断面画像を用いて、断面動画像を生成する第1の生成手段と、
    前記送受信部の回転周期ごとのタイミングそれぞれにおいて、直前のX線撮影により得られたX線画像を前記保持手段より読み出し、該読み出されたX線画像を用いて、前記送受信部の回転周期をフレームレートとするX線動画像を生成する第2の生成手段と、
    前記断面動画像と前記X線動画像とを前記フレームレートで表示する表示手段と
    を備えることを特徴とする画像診断装置。
  2. 前記断面動画像を格納する第1の格納手段と、
    前記X線動画像を構成する各フレームのX線画像を識別する識別番号を、前記断面動画像を構成する各フレームのフレーム番号と対応付けて登録する登録手段と、
    前記X線動画像の生成に用いられたX線画像を格納する第2の格納手段と
    を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  3. 前記表示手段は、
    前記第1の格納手段より前記断面動画像を読み出し、前記フレームレートで表示するとともに、該断面動画像を構成する各フレームのフレーム番号に対応付けて登録された識別番号を有するX線画像を前記第2の格納手段より読み出し、前記フレームレートで前記X線動画像として表示することを特徴とする請求項2に記載の画像診断装置。
  4. 前記X線撮影に際して、X線の照射開始を指示する照射開始指示手段を更に備え、
    前記照射開始指示手段は、前記体腔内にフラッシュを行うことをトリガとしてX線の照射開始を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  5. 前記X線撮影に際して、X線画像の記録開始を指示する記録開始指示手段を更に備え、
    前記記録開始指示手段は、前記体腔内にフラッシュを行うことをトリガとしてX線画像の記録開始を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  6. 前記X線撮影に際して、X線の照射開始を指示する照射開始指示手段と、
    前記X線撮影に際して、X線画像の記録開始を指示する記録開始指示手段と、を更に備え、
    前記照射開始指示手段及び記録開始指示手段は、前記送受信部の軸方向への移動開始をトリガとしてX線の照射開始またはX線画像の記録開始を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  7. 前記X線撮影に際して、X線画像の記録開始を指示する記録開始指示手段を更に備え、
    前記記録開始指示手段は、X線の照射開始をトリガとしてX線画像の記録開始を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  8. 前記X線撮影に際して、X線の照射停止を指示する照射停止指示手段を更に備え、
    前記照射停止指示手段は、前記送受信部の軸方向への移動停止をトリガとしてX線の照射停止を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  9. 前記X線撮影に際して、X線画像の記録停止を指示する記録停止指示手段を更に備え、
    前記記録停止指示手段は、前記送受信部の軸方向への移動停止をトリガとしてX線画像の記録停止を指示することを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  10. 前記X線撮影を行うX線画像処理装置より、前記複数のX線画像を受信し、前記保持手段に保持させるための通信手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  11. 前記送受信部近傍には、造影マーカが付されていることを特徴とする請求項1に記載の画像診断装置。
  12. 信号の送受信を連続的に行う送受信部を有するプローブの該送受信部を、体腔内において回転させながら軸方向に移動させることで該体腔内からの反射信号を取得し、該取得した反射信号に基づいて該体腔内の断面画像を軸方向に複数生成する画像診断装置であって、
    予め定められた撮影周期で、前記体腔内の送受信部をX線撮影することにより得られた複数のX線画像を保持する保持手段と、
    前記撮影周期をフレームレートとして、該撮影周期ごとに生成された前記X線画像を前記保持手段より読み出し、X線動画像を生成する第1の生成手段と、
    前記撮影周期ごとのタイミングそれぞれにおいて、直前に生成された断面画像を読み出し、前記撮影周期をフレームレートとする断面動画像を生成する第2の生成手段と、
    前記断面動画像と前記X線動画像とを前記フレームレートで表示する表示手段と
    を備えることを特徴とする画像診断装置。
  13. 信号の送受信を連続的に行う送受信部を有するプローブの該送受信部を、体腔内において回転させながら軸方向に移動させることで該体腔内からの反射信号を取得し、該取得した反射信号に基づいて該体腔内の断面画像を軸方向に複数生成する、保持手段、第1生成手段、第2の生成手段、及び表示手段を有する画像診断装置の作動方法であって、
    前記画像診断装置の前記保持手段が、予め定められた撮影周期で、前記体腔内の送受信部をX線撮影することにより得られた複数のX線画像を保持に保持する保持工程と、
    前記画像診断装置の前記第1の生成手段が、前記送受信部の回転周期をフレームレートとして、該回転周期ごとに生成された前記断面画像を用いて、断面動画像を生成する第1の生成工程と、
    前記画像診断装置の前記前記第2の生成手段が、前記送受信部の回転周期ごとのタイミングそれぞれにおいて、直前のX線撮影により得られたX線画像を前記保持より読み出し、該読み出されたX線画像を用いて、前記送受信部の回転周期をフレームレートとするX線動画像を生成する第2の生成工程と、
    前記画像診断装置の前記表示手段が、前記断面動画像と前記X線動画像とを前記フレームレートで表示する表示工程と
    を備えることを特徴とする画像診断装置の作動方法。
  14. 信号の送受信を連続的に行う送受信部を有するプローブの該送受信部を、体腔内において回転させながら軸方向に移動させることで該体腔内からの反射信号を取得し、該取得した反射信号に基づいて該体腔内の断面画像を軸方向に複数生成する、保持手段、第1の生成手段、第2の生成手段、及び、表示手段を有する画像診断装置における作動方法であって、
    前記画像診断装置の前記保持手段が、予め定められた撮影周期で、前記体腔内の送受信部をX線撮影することにより得られた複数のX線画像を保持に保持する保持工程と、
    前記画像診断装置の前記第1の生成手段が、前記撮影周期をフレームレートとして、該撮影周期ごとに生成された前記X線画像を前記保持より読み出し、X線動画像を生成する第1の生成工程と、
    前記画像診断装置の前記第2の生成手段が、前記撮影周期ごとのタイミングそれぞれにおいて、直前に生成された断面画像を読み出し、前記撮影周期をフレームレートとする断面動画像を生成する第2の生成工程と、
    前記画像診断装置の前記表示手段が、前記断面動画像と前記X線動画像とを前記フレームレートで表示する表示工程と
    を備えることを特徴とする画像診断装置の作動方法。
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