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JP6222807B2 - 医用画像処理装置、ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラム - Google Patents

医用画像処理装置、ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムに関する。
Ｘ線診断装置における血管撮像法の１つとしてディジタルサブトラクションアンギオグラフィ(DSA: Digital Subtraction Angiography)が知られている。DSAは、被検体への造影剤注入前後におけるＸ線画像データの差分(subtraction)画像データを診断用に収集する技術である。すなわち、造影剤の注入前においてＸ線画像データが差分画像データを生成するためのマスク(mask)画像データとして収集される。一方、造影剤を投与することによってＸ線造影(contrast)画像データが収集される。そして、Ｘ線造影画像データとマスク画像データとの間における差分処理によってDSA画像データが診断用に生成される。
このようなDSA画像データを生成すれば、血管の観察に不要な陰影が除去された画像データを取得することができる。すなわち、造影剤によって染影された血管が選択的に描出された診断画像データを得ることができる。このため、血管の診断に有用な画像を表示させることができる。
米国特許第８０５０４７４号明細書
Ｘ線診断装置により収集される血管画像として代表的なDSA画像を収集しても、脳動静脈奇形(Cerebral arteriovenous malformation)や硬膜動静脈瘻(Dural arteriovenous fistula)等の診断を行う場合には、診断に有用な血管画像が収集されない場合がある。具体的には、造影剤が疾患部に流入する血管の特定や血管の区別が困難となる場合が多い。
そこで、本発明は、造影剤が疾患部に流入する血管を、より明瞭に識別することが可能な血管画像を取得できる医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、時相特定部、画素値スケール生成部及び血管画像生成部を備える。時相特定部は、時系列的に収集されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する。画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する。血管画像生成部は、前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する。更に、画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、時相特定部、画素値スケール生成部及び血管画像生成部を備える。時相特定部は、時系列的に収集されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する。画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する。血管画像生成部は、前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する。更に、画素値スケール生成部は、画素値の変化の位相を変化させた複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係るＸ線診断装置は、画像収集系、時相特定部、画素値スケール生成部及び血管画像生成部を備える。画像収集系は、被検体から時系列的にＸ線造影画像データ又はDSA画像データを収集する。時相特定部は、前記Ｘ線造影画像データ又は前記DSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する。画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する。血管画像生成部は、前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する。更に、画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、時相特定部、画素値スケール生成部及び血管画像生成部として機能させる。時相特定部は、時系列的に取得されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する。画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する。血管画像生成部は、前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する。更に、画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する。
本発明の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の構成図。 造影剤の濃度プロファイルに基づいて血管への造影剤の流入時刻又は到達時刻を同定する方法を示す図。 造影剤の濃度プロファイルの最大値に対応する時相に割り当てられるカラースケールの第１の例を示す図。 図３(C)に示すカラースケールの配色例を示す図。 造影剤の濃度プロファイルの最大値に対応する時相に割り当てられるカラースケールの第２の例を示す図。 図５(C)に示すカラースケールの配色例を示す図。 図１に示すパラメトリック画像生成部において生成されるパラメトリック画像の例を示す図。 図１に示すＸ線診断装置の動作及び医用画像処理装置における処理を示すフローチャート。
本発明の実施形態に係る医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムについて添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の構成図である。
Ｘ線診断装置１は、撮影系２、制御系３、データ処理系４及びコンソール５を備えている。撮影系２は、Ｘ線管６、Ｘ線検出器７、Ｃ型アーム８、土台９及び寝台１０を有する。また、データ処理系４は、A/D (analog to digital)変換器１１、医用画像処理装置１２、D/A (digital to analog)変換器１３及び表示装置１４を有する。尚、A/D変換器１１は、Ｘ線検出器７と一体化される場合もある。
Ｘ線管６及びＸ線検出器７は、寝台１０を挟んで対向配置するようにＣ型アーム８の両端に固定される。Ｃ型アーム８は、土台９によって保持される。土台９は、モータ９Ａ及び回転機構９Ｂを備え、モータ９Ａ及び回転機構９Ｂの駆動により、Ｃ型アーム８とともにＸ線管６及びＸ線検出器７を所望の位置にプロペラのように高速に回転させることができる。
Ｘ線検出器７としては、平面検出器(FPD: flat panel detector)やイメージインテンシファイアテレビ(I.I.-TV: image intensifier TV)を用いることができる。また、Ｘ線検出器７の出力側は、データ処理系４のA/D変換器１１と接続される。
制御系３は、撮影系２を構成する各構成要素に制御信号を出力することによって撮影系２を駆動制御する装置である。制御系３は入力装置としてのコンソール５と接続され、制御系３への撮像条件等の指示情報は、コンソール５から入力することができる。
そして、撮影系２は、制御系３による制御下において回転可能なＸ線管６から寝台１０にセットされた被検体Ｏに向けて互いに異なる角度でＸ線を順次曝射し、複数の方向から被検体Ｏを透過したＸ線をＸ線検出器７によりＸ線投影データとして順次収集できるように構成される。Ｘ線検出器７により収集されたＸ線投影データは、Ｘ線画像データとしてA/D変換器１１に出力される。
また、寝台１０にセットされた被検体Ｏの近傍には、被検体Ｏに造影剤を注入するための造影剤注入装置１５が設けられる。そして、造影剤注入装置１５から被検体Ｏに造影剤を注入することによって、被検体ＯのＸ線造影撮影を行うことができる。造影剤注入装置１５についても、制御系３により制御することができる。
次に医用画像処理装置１２の構成及び機能について説明する。
医用画像処理装置１２の入力側には、A/D変換器１１の出力側に接続される。また、医用画像処理装置１２の出力側には、D/A変換器１３を介して表示装置１４が接続される。また、医用画像処理装置１２は、コンソール５と接続される。そして、医用画像処理装置１２には、コンソール５の操作によってデータ処理に必要な指示情報を入力することができる。
尚、図１に例示されるようなＸ線診断装置１に内蔵された医用画像処理装置１２とは別に、独立したシステムとして同様な医用画像処理装置をネットワークを介してＸ線診断装置１と接続してもよい。
医用画像処理装置１２は、画像メモリ１６、サブトラクション部１７、フィルタリング部１８、アフィン変換部１９、階調変換部２０及びパラメトリック画像生成部２１を有する。パラメトリック画像生成部２１は、更に、時相特定部２２、カラーコーディング部２３及びカラースケール調整部２４を有する。
このような機能を有する医用画像処理装置１２は、コンピュータに医用画像処理プログラムを読込ませることによって構築することができる。但し、医用画像処理装置１２を構成するために回路を用いてもよい。
画像メモリ１６は、撮影系２によって収集されたＸ線画像データを保存するための記憶装置である。従って、非造影でＸ線撮影を行えば、非造影のＸ線画像データが画像メモリ１６に保存され、造影剤を被検体Ｏに注入してＸ線撮影を行えば、Ｘ線造影画像データが画像メモリ１６に保存される。
サブトラクション部１７は、画像メモリ１６から読み込んだ非造影のＸ線画像データと、時系列のＸ線造影画像データとの差分（サブトラクション）処理によって造影血管が描出された時系列のDSA画像データを生成する機能を有する。
フィルタリング部１８は、高周波強調フィルタ、ローパスフィルタ及び平滑化フィルタ等の所望のフィルタ処理を任意のデータに対して実行する機能を有する。
アフィン変換部１９は、コンソール５から入力される指示情報に従ってＸ線画像データの拡大、縮小、回転移動及び平行移動等のアフィン変換処理を実行する機能を有する。
階調変換部２０は、LUT（Look Up Table）を参照して、Ｘ線画像データの階調変換を行う機能を有する。
パラメトリック画像生成部２１は、時系列のDSA画像データ又はＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得する機能と、造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有するパラメトリック画像データを血管画像データとして生成する機能を有する。
そのために、、時相特定部２２は、造影剤の濃度の時間変化を表すプロファイルに基づいて、造影剤の濃度が特定の条件となる時相を特定する機能を有している。また、カラーコーディング部２３は、時相特定部２２により特定された時相に対応するカラーを割り当てる機能を有している。カラースケール調整部２４は、カラーコーディング部２３におけるカラーコーディングに用いられるカラースケールを決定する機能を有する。
カラーを割り当てるための特定の条件は、着目する血管に造影剤が流入又は到達した時点に対応する造影剤の濃度や逆に着目する血管から造影剤が流出した時点に対応する造影剤の濃度など、診断目的に応じて決定することができる。例えば、特定の条件となる時間は、造影剤の濃度が最大値、最大値の所定の割合又は閾値となる時間とすることができる。
図２は、造影剤の濃度プロファイルに基づいて血管への造影剤の流入時刻又は到達時刻を同定する方法を示す図である。
図２において横軸は、時相方向を示し、縦軸は、造影剤の濃度を表すDSA画像データ又は造影画像データの画像信号の強度を示す。図２に示すように時系列のDSA画像データ又は造影画像データの血管領域に対応するピクセル（画素）に着目すると、時間的に信号強度が変化するカーブとして造影剤の濃度変化プロファイルを取得することができる。
典型的な濃度変化プロファイルは、造影剤の流入に伴って値が次第に増加し、造影剤の流出に伴って値が次第に減少するカーブとなる。従って、濃度変化プロファイルの値に対してカーブの立ち上がりを検出するための閾値THを設定すれば、造影剤の濃度が閾値THに達した時相Tthとして、着目する血管への造影剤の流入開始時相を同定することが可能となる。
但し、ノイズが大きい場合には、造影剤の流入開始時相が誤って同定される恐れがある。そこで、ノイズの影響が抑制されるように、造影剤の濃度プロファイルの最大値の５パーセントから１０パーセントの範囲の所定の割合を閾値としてもよい。或いは、造影剤が血管に到達した時相として、図２に示すように造影剤の濃度が最大値MAXとなった時相Tmaxや最大値MAXの５０パーセントに達した時相Tmax/2を濃度プロファイルから検出するようにしてもよい。以降では、主として造影剤の到達時相を同定する場合を例に説明する。
図２に示すような造影剤の濃度プロファイルに基づく時相の特定を全ての画素に対して実行し、特定された時相に応じたカラーを割り当てると、造影剤の到達時刻等に応じたカラーで各血管が描出されたパラメトリック画像データを生成することができる。
但し、移動平均化処理によって複数の画素を代表する画素について造影剤の濃度の時間変化を求めるようにしてもよい。つまり、平滑化処理を伴って、造影剤の濃度変化を求める対象となる画像データのマトリクスサイズを縮小することができる。また、ローパスフィルタ処理によってノイズを除去した画像データに基づいて造影剤の濃度変化を求めるようにしてもよい。これは、空間方向における造影剤の濃度プロファイルに対する移動平均化処理及びローパスフィルタ処理ということもできる。
移動平均化処理及びローパスフィルタ処理は、空間方向に限らず、時間方向に実行することもできる。移動平均化処理及びローパスフィルタ処理を時間方向に実行する場合には、時間方向における造影剤の濃度プロファイルに対して処理が実行されることとなる。
従って、時間方向及び空間方向の少なくとも一方における移動平均処理後の造影剤の濃度の時間変化に基づいて、パラメトリック画像データを生成することができる。また、時間方向及び空間方向の少なくとも一方におけるローパスフィルタ処理後の造影剤の濃度の時間変化に基づいて、パラメトリック画像データを生成することができる。これにより、ノイズが除去された平滑なパラメトリック画像データを生成することが可能となる。
また、Ｘ線造影画像データの撮影間隔に相当する造影剤の濃度のサンプリング間隔よりも短いデータ間隔を有する造影剤の濃度の時間変化に基づいて、パラメトリック画像データを生成することもできる。造影剤の濃度のサンプリング間隔よりも短いデータ間隔を有する造影剤の濃度の時間変化は、補間処理、特定の関数を用いたカーブフィッティング処理又は重心算出処理等の任意の処理によって取得することができる。これにより、より高精度に各画素における造影剤の到達時刻等を同定することが可能となる。特に、移動平均化処理及びローパスフィルタ処理の少なくとも一方を行う場合は一層効果的である。
図３は、造影剤の濃度プロファイルの最大値に対応する時相に割り当てられるカラースケールの第１の例を示す図である。
図３(A)は２次元の各位置(xi, yj)(i=1, 2, 3, ..., m;j=1, 2, 3, ..., n)における造影剤の濃度プロファイル及び濃度プロファイルの最大値MAXに基づいて特定された造影剤の到達時相Tmax(xi,yj)を示している。造影剤の注入位置に近い位置では相対的に早く造影剤が到達する。従って、特定される時相も相対的に早い時相となる。一方、、造影剤の注入位置から離れた位置では、造影剤の到達時刻が相対的に遅くなる。従って、特定される時相も相対的に遅い時相となる。
図３(B)は、図３(A)に示すように特定された時相に割り当てられるカラースケールの例を示す。図３(B)に示すように、濃度プロファイルとして取得された造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間Tallに、R値、B値及びG値で構成されるカラーの画素値の変化を割り当てることによって、カラースケールを作成することができる。すなわち、色相の連続的な変化を、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間Tallに割り当てることによって、カラースケールを作成することができる。
そして、図３(B)に示すようなカラースケールに従って、造影剤の到達時相を表す２次元の時相マップをカラーコーディングすることができる。そうすると、造影剤の到達時相に応じて異なる色で血管が描出されたパラメトリック画像データを生成することができる。
但し、図３(A)に示すように、画素位置(xi, yj)間において造影剤の到達時相Tmax(xi,yj)の相違がカラースケールの範囲に対して相対的に小さい場合には、画素位置(xi, yj)間における色の変化も僅かとなる。このため、色の相違によって血管を区別することが困難となる場合がある。
特に、硬膜動静脈瘻や脳動静脈奇形の診断を目的としてＸ線撮影を行う場合には、動脈と静脈との間における血液の流れを観察することが重要となる。従って、造影剤の到達時刻の差が小さい複数の血管を区別することが必要となる場合が多い。
そこで、複数の血管において造影剤の到達時刻の差が小さい場合であっても、色の相違として血管を区別できるように、カラースケール調整部２４においてカラースケールを変更することができる。図３(C)は、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間Tallに、画素値の変化として色相の連続的な変化を複数回割り当てることによってカラースケールを作成した例を示す。つまり、色相の連続的な変化が周期的に繰返されるカラースケールを作成することができる。
図３(C)に示すようなカラースケールは、コンソール５の操作によって濃度プロファイルの初期時相に対応する画素値、画素値の変化の周期Tscale及び周期Tscale内における初期の画素値を指定することによって作成することができる。これにより、指定された初期の画素値及び指定された周期Tscaleで画素値の変化が繰返されるカラースケールを作成することができる。そして、同じ周期Tscale内において図３(B)に示すような配色を行うことができる。具体的には、１周期Tscale内において最大値を呈する色相が赤、緑及び青の間で変化するカラースケールを作成することができる。
図４は、図３(C)に示すカラースケールの配色例を示す図である。
図４において直交する３軸は、それぞれR値、G値及びB値を示す。図４に示すようなR値の最大値、G値の最大値及びB値の最大値を頂点とする色三角形の辺に沿って、周期Tscale内の各時相に対応するR値、G値及びB値を決定することができる。すなわち、相対時刻がゼロ及びTscaleの時には、G値及びB値がいずれもゼロでR値が最大値、相対時刻がTscale/3の時には、R値及びB値がいずれもゼロでG値が最大値、相対時刻が2Tscale/3の時には、R値及びG値がいずれもゼロでB値が最大値となるように配色を行うことができる。
このような配色を行うと、時相が遅くなるにつれて、色が赤から緑を経由して青に変化し、再び赤に戻るパラメトリック画像データを生成することができる。尚、赤、緑及び青の間の色については、例えば、R値、G値及びB値が線形に変化するように時相に割り当てることができる。或いは、色三角形の中心と辺上の点を結ぶ線分の角度が線形に変化するようにR値、G値及びB値を時相に割り当てることもできる。
このような配色によって作成されたカラースケールに従ってパラメトリック画像データを生成すると、造影剤の到達時刻の差が僅かであっても、色の相違として血管を区別することが可能となる。すなわち、造影剤の到達時刻を詳細に把握することができる。
尚、人間が注意を引く色は赤である。従って、図４に例示されるように、造影剤の到達時刻が最も早い初期時相の色を赤に設定することが視認性の向上に繋がる。すなわち、カラースケールの初期時相に対応するカラー値をR値の最大値とすることが効果的である。また、別の例として、注目する時相が赤になるように初期時相を調整することも有用である。
図５は、造影剤の濃度プロファイルの最大値に対応する時相に割り当てられるカラースケールの第２の例を示す図である。
図５(A)は図３(A)と同様に、２次元の各位置(xi, yj)(i=1, 2, 3, ..., m;j=1, 2, 3, ..., n)における造影剤の濃度プロファイル及び濃度プロファイルの最大値MAXに基づいて特定された造影剤の到達時相Tmax(xi,yj)を示している。
そして、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間Tallにカラーの画素値の変化を割り当てた図５(B)に示すようなカラースケールを図５(C)に示すカラースケールに変更することができる。図５(C)に示すカラースケールは、指定された期間に画素値の変化として色相の連続的な変化を割り当てることによって作成されたものである。画素値の変化を割り当てる期間は、開始時相T1及び終了時相T2を指定することによって決定することができる。開始時相T1及び終了時相T2の指定は、時系列のＸ線造影画像又はDSA画像から選択することによって行うことができる。
図６は、図５(C)に示すカラースケールの配色例を示す図である。
図６において直交する３軸は、それぞれR値、G値及びB値を示す。図４と同様に色三角形の辺に沿って指定された期間内の各時相に対応するR値、G値及びB値を決定することができる。すなわち、図４に例示されるように、開始時相T1ではG値及びB値がいずれもゼロでR値が最大値、開始時相T1と終了時相T2との間における中間時相ではR値及びB値がいずれもゼロでG値が最大値、終了時相T2ではR値及びG値がいずれもゼロでB値が最大値となるように配色を行うことができる。
図６に示すような配色を行うと、開始時相T1と終了時相T2との間において最大値を呈する色相が赤、緑及び青の間で変化するカラースケールを作成することができる。つまり、指定された期間内において色から赤から緑を経て青に変化するカラースケールを作成することができる。
指定された期間以外の期間には、指定された期間における画素値の変化と異なる画素値を割り当てることができる。例えば、指定された期間の内外において色相が変わるようにすることができる。より具体的な例としては、開始時相T1以前の時相では、白から赤へと変化し、終了時相T2以降の時相では、青から白へと変化するようにカラースケールを作成することができる。
また、指定された期間以外の期間には、指定された期間における透過度と異なる透過度を割り当てることもできる。具体例として、開始時相T1以前の時相では、透過度が最大値からゼロに変化し、終了時相T2以降の時相では、透過度がゼロから最大値に変化するようにカラースケールを作成することができる。つまり、指定された期間外の時相において透過度を所定の範囲で変化させることができる。この場合、R値及びB値等のカラー値については、指定された期間外において変化させなくてもよい。
このように、指定された期間外の時相範囲については、R値、G値及びB値を含む画素値及び透過度の少なくとも一方を、指定された期間内と変えることができる。
図３(C)及び図５(C)に示すような変更後のカラースケールは、動的に変化させることもできる。具体的には、図３(C)又は図５(C)に示すようなカラースケールの画素値の変化の位相及び周期の少なくとも一方を変化させることによって複数のカラースケールを作成することができる。画素値の変化の位相を変化させることは、カラースケールを時相方向にシフトさせることに相当する。一方、画素値に変化の周期を変化させることは、カラースケールを時相方向に伸縮させることに相当する。
このように配色が異なる複数のカラースケールを用いてパラメトリック画像データのカラーコーディングを行うと、複数のカラースケールに対応する複数のパラメトリック画像データが生成される。そして、生成された複数のパラメトリック画像データをカラースケール方向に動画として表示させることが可能となる。つまり、画素値の変化の位相及び周期の少なくとも一方を変化させることによって作成された複数のカラースケールに従って動画として血管画像データを生成することができる。これにより、造影剤及び血流の流れを一層容易に把握することが可能となる。特に、人間の目は赤に対する視認性が高いので、注目する開始時相T1から終了時相T2まで赤が移動するような動画像を作成すると注目領域の血流動態が理解し易い。
具体例として、図５(C)に示すように指定された期間において色を変化させる場合であれば、各時相に対応する色を時間的に変化させることができる。この場合、同一の時相であっても、色が赤、緑及び青の間で変化することとなる。尚、指定された期間外については、開始時相T1及び終了時相T2の各色からそれぞれ徐々に白に変化させたり、透過度を変化させることができる。
一方、周期的にカラー値を変化させたカラースケールの場合には、周期内における初期のカラー値を徐々に変化させることによって、複数のカラースケールを作成することができる。
R値、G値及びB値を含むカラー値は、最大値以外の値に変更することもできる。すなわち、上述したカラースケールによってパラメトリック画像データを生成すると、ローパスフィルタ処理等によって造影剤の濃度プロファイルの値がゼロとならなかった画素の輝度値は最大となる。つまり、造影剤の濃度に依らす、造影剤が到達した画素については、輝度値が最大となる。
そこで、造影剤の濃度が把握できるように、パラメトリック画像データの輝度値を変更することができる。換言すれば、造影剤の濃度が最大値等の特定の条件となるときの造影剤の濃度に応じた輝度値を有するパラメトリック画像データを血管画像データとして生成することができる。
具体的には、輝度値の変更前における最大のR値、G値及びB値をそれぞれR0, G0, B0とすると、式(1)に示すように係数kを乗じることによって輝度値の変更後におけるR値、G値及びB値を決定することができる。
(R, G, B)＝(kR0, kG0, kB0) (1)
式(1)において係数kは、造影剤の濃度に対応するゼロ以上１以下の値に設定される。係数kは、例えば、式(2)により決定することができる。
k=P(x,y)/P0 (2)
但し、式(2)においてP(x, y)は、Ｘ線造影画像データ又はDSA画像データの画像信号値として取得される位置(x, y)における造影剤の濃度プロファイルの最大値等の特定の条件に対応する値であり、P0は、定数である。
式(2)により係数kを設定すると、係数kは、造影剤の濃度プロファイルの値P(x, y)に比例する値となる。従って、パラメトリック画像データの輝度値(R, G, B)についても、造影剤の濃度プロファイルの値P(x, y)に比例する輝度値にすることができる。また、造影剤の濃度がノイズレベルである画素や、実際にノイズが生じている画素における輝度値を十分に小さくすることができる。
尚、定数P0は、造影剤の濃度プロファイルの値P(x, y)の空間方向における最大値或いは経験的に決定した任意の値とすることができる。但し、定数P0を、造影剤の濃度プロファイルの値P(x, y)の最大値よりも小さい値に設定すると、式(2)の計算によって係数kが１よりも大きい値となる場合がある。そのような場合には、係数kを１に設定すればよい。
そして、式(1)によって値が調整された画素値を各画素位置(x, y)に割り当てると、造影剤の到達時相及び濃度に応じたカラー及び輝度で血管が描出されたパラメトリック画像データを生成することができる。尚、式(1)に示す輝度値の調整は、カラーコーディング部２３におけるカラーコーディングの際に実行することができる。
このように、パラメトリック画像生成部２１において生成されたパラメトリック画像データは、Ｘ線造影画像データやDSA画像データと同様に、表示装置１４に表示させることができる。また、必要に応じて、画像メモリ１６にパラメトリック画像データを保存することができる。
図７は、図１に示すパラメトリック画像生成部２１において生成されるパラメトリック画像の例を示す図である。
図７に示すように、パラメトリック画像は、造影剤が注入された血管がカラーで表示され、造影剤が存在しない領域では輝度値がゼロの画像となる。また、血管は、造影剤の到達時刻に応じて色が変化する領域として描出される。このため、色によって造影剤とともに血液が流れる様子を観察することができる。
以上のような機能及び構成を有するＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１２では、撮影系２と制御系３が協働することによって、被検体Ｏから少なくともＸ線造影画像データを収集する画像収集系としての機能が備えられる。また、パラメトリック画像生成部２１の時相特定部２２及びカラーコーディング部２３が協働して、少なくともＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得し、カラースケールに従って造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部として機能している。更に、パラメトリック画像生成部２１のカラースケール調整部２４が造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによってカラースケールを作成する画素値スケール生成部として機能している。
但し、同様な画像収集系、血管画像生成部及び画素値スケール生成部としての機能がＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１２に備えられれば、他の構成要素によってＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１２を構成することができる。例えば、コンピュータを血管画像生成部及び画素値スケール生成部として機能させる医用画像処理プログラムをコンピュータに読み込ませることによって医用画像処理装置１２を構成することができる。その場合、医用画像処理プログラムは、汎用コンピュータを医用画像処理装置１２として利用できるように情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることができる。
次にＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１２の動作および作用について説明する。
図８は、図１に示すＸ線診断装置１の動作及び医用画像処理装置１２における処理を示すフローチャートである。
まずステップＳ１において、非造影でＸ線画像データが収集される。具体的には、制御系３による制御下において撮影系２が所定の位置に移動し、寝台１０にセットされた被検体Ｏに向けてＸ線管６からＸ線が曝射される。そして、被検体Ｏを透過したＸ線がＸ線検出器７によりＸ線投影データとして収集される。Ｘ線検出器７により収集されたＸ線投影データは、Ｘ線画像データとしてA/D変換器１１を通じて医用画像処理装置１２に出力される。
Ｘ線画像データは、１フレーム分収集してもよいし、複数フレーム分収集してもよい。複数フレームのＸ線画像データを収集し、フィルタリング部１８において複数フレームのＸ線画像データを加算平均すれば、ノイズが低減された１フレームの非造影Ｘ線画像データを生成することができる。そして、このように取得された非造影Ｘ線画像データは、画像メモリ１６に保存される。
次に、ステップＳ２において、Ｘ線造影画像データが連続収集される。そのために、制御系３による制御下において造影剤注入装置１５が動作し、被検体Ｏに造影剤が注入される。そして、造影剤の注入開始から予め設定された時間が経過すると、Ｘ線造影画像データの撮影が開始される。そして、予め決められた期間において、継続的にＸ線造影画像データの撮影が行われる。これにより、画像メモリ１６には、時系列のＸ線造影画像データが順次保存される。尚、Ｘ線造影画像データの収集の流れは、非造影Ｘ線画像データの収集の流れと同様である。
次に、ステップＳ３において、サブトラクション部１７によりDSA画像データが生成される。すなわち、非造影Ｘ線画像データをマスク画像データとして時系列のＸ線造影画像データのサブトラクション処理を実行することによって、時系列のDSA画像データが順次生成される。生成された時系列のDSA画像データは、画像メモリ１６に順次保存される。
また、表示装置１４には、時系列のＸ線造影画像又はDSA画像をライブ像としてリアルタイム表示させることができる。更に、時系列のＸ線造影画像又はDSA画像をＸ線撮影後に事後的に表示装置１４に表示させることもできる。事後的にDSA画像を表示させる場合には、コンソール５の操作によって指定された時相期間についてのみサブトラクション処理によるDSA画像データの生成を行うようにすることができる。
次に、ステップＳ４において、時相特定部２２により、造影剤濃度の時間変化が取得される。具体的には、コンソール５の操作によって指定された時相期間における時系列のＸ線造影画像データ又はDSA画像データが時相特定部２２に取り込まれる。そして、時相特定部２２において図３(A)又は図５(A)に示すような造影剤の濃度の時間変化を示す濃度プロファイルが画素位置ごとに生成される。
尚、造影剤の濃度プロファイルの生成の前処理又は後処理として、フィルタリング部１８において空間方向及び時間方向の一方又は双方にローパスフィルタ処理及び移動平均処理の一方又は双方を実行することができる。これにより、ノイズが低減された平滑な造影剤の濃度プロファイルを生成することができる。併せて、時相特定部２２において、補間処理、重心の計算又はカーブフィッティングによってサンプリング間隔よりもデータ間隔が短い造影剤の濃度プロファイルを生成することもできる。
次に、ステップＳ５において、時相特定部２２により、造影剤の濃度プロファイルに基づいて造影剤の到達時相が画素位置ごとに同定される。具体的には、造影剤の濃度プロファイルに対するピーク検出処理や閾値処理等のデータ処理によって造影剤の到達時相を画素位置ごとに同定することができる。
尚、ピーク検出処理や閾値処理等のデータ処理によって時相が特定された後に、特定された時相近傍の期間についてのみ補間処理、重心の計算又はカーブフィッティングによる連続的な濃度プロファイルの取得を実行するようにしてもよい。その場合には、取得された連続的な濃度プロファイルに対して再度、ピーク検出処理や閾値処理等のデータ処理によって、真の造影剤の到達時相が検出される。
次に、ステップＳ６において、時相特定部２２により求められた造影剤の到達時相の２次元マップをカラーコーディングするためのカラースケールがカラースケール調整部２４において作成される。カラースケール調整部２４では、図３(B)及び図５(B)に示すような一定の変化率で色相が初期時相から最終時相まで連続的に変化する一般的なカラースケールに限らず、図３(C)及び図５(C)に示すように、通常のカラースケールの色相の変化率を増加させたカラースケールを作成することができる。
図３(C)に示すような、色相が連続的かつ周期的に変化するカラースケールを作成する場合には、コンソール５の操作によって色相が変化する周期Tscaleを特定し、１周期Tscale内における色相を変化させることによってカラースケールを作成することができる。或いは、デフォルト値として、これらの必要な条件を予め設定してもよい。また、１周期Tscale内の開始時相における色相を任意に指定することができる。更に、造影剤の濃度変化の初期時相における色相を、１周期Tscale内の開始時相の色相から開始しない場合には、初期時相に対応する色相の指定が必要である。
一方、図５(C)に示すような、指定された時相期間内において、指定された時相期間外と異なる色相の連続的な変化を有するカラースケールを作成する場合には、色相の連続的な変化が割り当てられる開始時相T1及び終了時相T2をコンソール５の操作によって指定することによって、カラースケールを作成することができる。開始時相T1及び終了時相T2の指定は、時系列のＸ線造影画像又はDSA画像を表示装置１４に表示させ、コンソール５の操作によって画像を選択することによって行うことができる。
次に、ステップＳ７において、カラースケール調整部２４により作成されたカラースケールに基づく造影剤の到達時相の２次元マップのカラーコーディングがカラーコーディング部２３において実行される。すなわち、カラースケールに従って、造影剤の到達時相に対応するR値、G値及びB値が各画素に画素値として割り当てられる。これにより、パラメトリック画像データが生成される。
このとき、造影剤の到達時相における造影剤の濃度に対応する係数をR値、G値及びB値に乗じることが望ましい。これにより、造影剤の到達時相における造影剤の濃度が相対的に高い画素については輝度値が相対的に大きく、逆に、造影剤の到達時相における造影剤の濃度が相対的に小さい画素については輝度値が相対的に小さいパラメトリック画像データを生成することができる。
そして、このようにして生成されたパラメトリック画像は表示装置１４に表示させることができる。尚、カラースケールを時相方向にシフト又は伸縮することによってパラメトリック画像を動画として表示することもできる。このため、ユーザは、パラメトリック画像を観察することによって、造影剤が流れ込む複数の血管を確認することができる。特に、カラースケールの色相の変化が短い時相期間に割り当てられているため、造影剤の到達時相が近い複数の血管を色の違いによって容易に区別することができる。
つまり以上のようなＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１２は、造影剤の到達時相等の特定の時相を、時相に応じたカラースケールでカラーコーディングすることによってカラーの血流画像データを生成し、かつカラースケールにおける色相の連続変化を時相方向に縮めることによってカラーによる時相識別能を向上させるようにしたものである。
このため、Ｘ線診断装置１及び医用画像処理装置１２によれば、隣接する血管の間において造影剤の流入時相、到達時相又は流出時相の差が僅かであっても、色相の違いとして血管を容易に区別することが可能となる。
特に、脳動静脈奇形又は硬膜動静脈瘻の診断では、動脈と静脈との間における疾患部への血流の流れを観察することが重要である。従って、造影剤が流れ込む複数の血管を区別することが必要となる。しかしながら、DSA画像は、グレースケールで表示されるため、造影血管の区別が困難となる。
これに対して、Ｘ線診断装置１及び医用画像処理装置１２では、カラースケールにおける色相変化の周期を識別すべき時相差に合わせて短く設定することができる。その結果、着目する複数の血管に殆ど同時に造影剤が流入しても血管ごとに色が変わるため、血管の区別を容易に行うことが可能となる。
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
例えば、上述した実施形態では、カラースケールを用いてカラーのパラメトリック画像データとして血管画像データを生成する例について説明したが、グレースケールを用いて血管画像データを生成するようにしてもよい。すなわち、グレースケール又はカラースケールに従って造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成することができる。また、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによってグレースケール又はカラースケールを作成することができる。
グレースケールを用いて血流画像データを生成する場合には、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化として色相の変化の代わりに輝度値の連続的な変化が割り当てられることとなる。その場合であっても、造影剤の濃度に応じた係数kを輝度値に乗じることによって輝度値を造影剤の濃度に応じた値にすることができる。
同様に、カラースケールを用いて血流画像データを生成する場合においても、画素値の変化として上述したように色相の連続的な変化に限らず、輝度値の連続的な変化を割り当てることもできる。その場合においても、造影剤の濃度に応じた係数kを輝度値に乗じることによって輝度値を造影剤の濃度に応じた値にすることができる。
以上のように、造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に割り当てられる画素値の変化を、色相の連続的な変化、カラーの輝度値の連続的な変化又はグレーの輝度値の連続的な変化とすることができる。
１、１Ａ Ｘ線診断装置
２ 撮影系
３ 制御系
４ データ処理系
５ コンソール
６ Ｘ線管
７ Ｘ線検出器
８ Ｃ型アーム
９ 土台
９Ａ モータ
９Ｂ 回転機構
１０ 寝台
１１ A/D変換器
１２ コンピュータ
１３ D/A変換器
１４ 表示装置
１５ 造影剤注入装置
１６ 画像メモリ
１７ サブトラクション部
１８ フィルタリング部
１９ アフィン変換部
２０ 階調変換部
２１ パラメトリック画像生成部
２２ 時相特定部
２３ カラーコーディング部
２４ カラースケール調整部
Ｏ 被検体

Claims (19)

  1. 時系列的に収集されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する時相特定部と、
    前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    を備え、
    前記画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、
    前記血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する、医用画像処理装置。
  2. 時系列的に収集されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する時相特定部と、
    前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    を備え、
    前記画素値スケール生成部は、画素値の変化の位相を変化させた複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、
    前記血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する、医用画像処理装置。
  3. 前記画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間に、画素値の変化を複数回割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成するように構成される請求項１又は２記載の医用画像処理装置。
  4. 前記画素値スケール生成部は、指定された期間に画素値の変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成するように構成される請求項１又は２記載の医用画像処理装置。
  5. 前記画素値スケール生成部は、指定された初期の画素値及び指定された周期で前記画素値の変化が繰返されるグレースケール又はカラースケールを作成するように構成される請求項３記載の医用画像処理装置。
  6. 前記血管画像生成部は、前記造影剤の濃度が前記特定の条件となるときの前記造影剤の濃度に応じた輝度値を有する血管画像データを生成するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記血管画像生成部は、前記造影剤の濃度が最大値、前記最大値の所定の割合又は前記濃度に対する閾値となる時間を前記特定の条件となる時間として前記血管画像データを生成するように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
  8. 少なくともＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得し、グレースケール又はカラースケールに従って前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    を備え、
    前記血管画像生成部は、前記造影剤の濃度のサンプリング間隔よりも短いデータ間隔を有する造影剤の濃度の時間変化に基づいて、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する前記画素値を有する前記血管画像データを生成するように構成される医用画像処理装置。
  9. 前記血管画像生成部は、前記造影剤の濃度のサンプリング間隔よりも短いデータ間隔を有する前記造影剤の濃度の時間変化を、補間処理、カーブフィッティング処理又は重心算出処理によって取得するように構成される請求項８記載の医用画像処理装置。
  10. 少なくともＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得し、グレースケール又はカラースケールに従って前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    を備え、
    前記血管画像生成部は、時間方向及び空間方向の少なくとも一方における移動平均処理後の前記造影剤の濃度の時間変化に基づいて、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する前記画素値を有する前記血管画像データを生成するように構成される医用画像処理装置。
  11. 少なくともＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得し、グレースケール又はカラースケールに従って前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    を備え、
    前記血管画像生成部は、時間方向及び空間方向の少なくとも一方におけるローパスフィルタ処理後の前記造影剤の濃度の時間変化に基づいて、前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する前記画素値を有する前記血管画像データを生成するように構成される医用画像処理装置。
  12. 前記画素値スケール生成部は、前記指定された期間以外の期間に前記画素値の変化と異なる画素値を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成するように構成される請求項４記載の医用画像処理装置。
  13. 少なくともＸ線造影画像データに基づいて造影剤の濃度の時間変化を取得し、グレースケール又はカラースケールに従って前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対応する画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    を備え、
    前記画素値スケール生成部は、指定された期間における透過度と異なる透過度を前記指定された期間以外の期間に割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成するように構成される医用画像処理装置。
  14. 前記画素値スケール生成部は、画素値の変化として、色相の連続的な変化、カラーの輝度値の連続的な変化又はグレーの輝度値の連続的な変化を割り当てることによって前記グレースケール又は前記カラースケールを作成するように構成される請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
  15. 被検体から時系列的にＸ線造影画像データ又はDSA画像データを収集する画像収集系と、
    前記Ｘ線造影画像データ又は前記DSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する時相特定部と、
    前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する画素値スケール生成部と、
    前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部と、
    を備え、
    前記画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、
    前記血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する、Ｘ線診断装置。
  16. コンピュータを、
    時系列的に取得されたＸ線造影画像データ又はDSA画像データにおける血管領域の各画素において造影剤の濃度が特定の条件となる時間を特定する時相特定部、
    前記造影剤の濃度が特定の条件となる時間に対して画素値を割り当てるグレースケール又はカラースケールを作成する画素値スケール生成部、及び
    前記グレースケール又は前記カラースケールに基づく画素値を有する血管画像データを生成する血管画像生成部、
    として機能させる医用画像処理プログラムであって、
    前記画素値スケール生成部は、時間方向に画素値がシフトした複数のグレースケール又は複数のカラースケールを作成し、
    前記血管画像生成部は、前記複数のグレースケール又は前記複数のカラースケールに基づいて、前記各画素の画素値が周期的に変化する動画として前記血管画像データを生成する、医用画像処理プログラム。
  17. 前記画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てるように、前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する、請求項１又は２に記載の医用画像処理装置。
  18. 前記画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てるように、前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する、請求項１５に記載のＸ線診断装置。
  19. 前記画素値スケール生成部は、前記造影剤の濃度の時間変化の初期時刻から終了時刻までの期間よりも短い期間に画素値の変化を割り当てるように、前記グレースケール又は前記カラースケールを作成する、請求項１６に記載の医用画像処理プログラム。
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