JP2009136573A - 動態撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な単純Ｘ線撮影により心機能に関する評価値を得る。
【解決手段】動態撮影システムでは、撮影装置において被写体の心臓部を動態撮影し、複数の時間位相におけるＸ線画像を生成する（ステップＳ１）。画像処理装置では、前記複数の時間位相におけるＸ線画像を用いて、心機能に関する評価値を算出する（ステップＳ４）。診断用コンソールでは前記算出された評価値の情報を表示部上に表示させる（ステップＳ５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、動態撮影システムに関する。

従来、心機能の状態を把握するため、様々な測定が行われている。例えば、血流状態を把握するため、超音波断層像を用いて血管の断面形状から血流速や血圧値を算出する計測システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、心臓の運動状態を把握するため、超音波やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＣＴ（Computed Tomography）等によって得られた時系列の画像を用いて、心臓の動きを示す運動情報を算出するシステムについても開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開平１１−７６２３３号公報 特開２００２−３０６４８３号公報 特開２００３−２６５４８０号公報

しかしながら、ＭＲＩやＣＴの撮影装置は高価であり、コストが大きい。また、検査時には単純Ｘ線撮影が行われることが多く、このような基本的な撮影の他にも超音波やＭＲＩ等の複数の撮影を行うとすれば、患者の負担が大きくなる。

本発明の課題は、簡便な単純Ｘ線撮影により心機能に関する評価値を得ることである。

請求項１に記載の発明によれば、
被写体の心臓部を動態撮影し、複数の時間位相におけるＸ線画像を生成する撮影手段と、
前記複数の時間位相におけるＸ線画像を用いて、心機能に関する評価値を算出する画像解析手段と、
表示手段と、
前記算出された評価値の情報を前記表示手段上に表示させる制御手段と、
を備える動態撮影システムが提供される。

請求項２に記載の発明によれば、
前記評価値には、血流速の評価値が含まれ、
前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から脈動部の画像を検出し、各時間位相のＸ線画像から検出された脈動部の重心を算出して、当該重心の単位時間における移動量を血流速の評価値として算出する請求項１に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項３に記載の発明によれば、
前記評価値には、心拍出量の評価値が含まれ、
前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から脈動部の画像を検出し、当該検出された脈動部の体積を心拍出量の評価値として算出する請求項１又は２に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項４に記載の発明によれば、
前記評価値には、拍動の評価値が含まれ、
前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から大動脈部の画像を検出し、各時間位相のＸ線画像から検出された大動脈部のうちの一定領域における信号値の変化を拍動の評価値として算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項５に記載の発明によれば、
前記評価値には、心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の評価値が含まれ、
前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から心臓部の画像を検出し、時間位相が異なる心臓部の画像間における心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性を算出する請求項１〜４の何れか一項に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項６に記載の発明によれば、
前記画像解析手段は、前記心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の評価値を、心臓部のセグメント毎に算出する請求項５に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項７に記載の発明によれば、
前記制御手段は、前記評価値の情報とともに、前記複数の時間位相におけるＸ線画像のうち少なくとも１つを前記表示手段上に表示させる請求項１〜６の何れか一項に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項８に記載の発明によれば、
前記撮影手段は、心臓部の拡大撮影を行う請求項１〜７の何れか一項に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項９に記載の発明によれば、
前記撮影手段は、Ｘ線画像における心臓部の長軸が最長となる回転角位相で撮影を行う請求項１〜８の何れか一項に記載の動態撮影システムが提供される。

請求項１に記載の発明によれば、医師は簡便な単純Ｘ線撮影により心機能に関する評価値を得て診察に用いることができる。ＭＲＩ等の高価な撮影装置を用いることなく、普及率の高い単純Ｘ線撮影用の撮影手段により実施することができるので、コストを抑えることができる。また、基本的に実施されるＸ線撮影の他に、心機能の検査用に別途検査を行う必要がなく、患者の負担が少ない。

請求項２に記載の発明によれば、医師は血流速の評価を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、医師は心拍出量の評価を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、医師は拍動の評価を行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、医師は心臓局部の動きの評価を行うことができる。

請求項６に記載の発明によれば、医師は心臓部のセグメント毎に心臓局部の動きの評価を行うことができる。疾病による心機能の低下は、心臓部全体の機能が低下するのではなく、その疾病の原因となる心臓部分の機能が低下することが多いため、セグメント毎の評価値は診察上、有効な情報となる。

請求項７に記載の発明によれば、医師はＸ線画像を観察しながら、心機能の評価を行うことができる。

請求項８に記載の発明によれば、心臓部を拡大したＸ線画像を得ることができ、心臓部の診察に適したＸ線画像を提供することが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、心臓部の長軸が最大となる撮影方向で撮影を行うことができ、心臓部の観察に適したＸ線画像を提供することができる。

まず、構成を説明する。
図１に、本実施形態における動態撮影システム１を示す。
図１に示すように、動態撮影システム１は、撮影装置１０、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０と、画像処理装置４０と、サーバ５０とを備えて構成されている。各構成装置１０〜５０はネットワークＮを介して接続されている。

撮影装置１０、撮影用コンソール２０、診断用コンソール３０は、被写体のＸ線画像を撮影する際に用いられるものである。撮影装置１０は被写体に対しＸ線を照射し、検出器からＸ線画像を読み取る。撮影装置１０では動態撮影が可能である。動態撮影とは撮影を連続的に行い、複数の時間位相におけるＸ線画像を得る撮影方法である。撮影用コンソール２０は技師の操作用として用いられ、撮影装置１０のＸ線の照射動作やＸ線画像の読取動作を制御するとともに、読み取られたＸ線画像を技師の確認用に表示する。

図２を参照して、撮影装置１０及び撮影用コンソール２０についてさらに説明する。
図２に示すように、撮影装置１０はＸ線源１１、検出器１２、保持部１３、移動用レール１４、サイクル検出部１５、読取部１６、駆動部１７を備えて構成されている。一方、撮影用コンソール２０は、制御部２１、記憶部２２、操作部２３、表示部２４、通信部２５を備えて構成されている。撮影装置１０のＸ線源１１、サイクル検出部１５、読取部１６、駆動部１７は撮影用コンソール２０に接続されている。

まず、撮影装置１０について説明する。
Ｘ線源１１は、撮影用コンソール２０の制御部２１の制御に従って、Ｘ線を照射する。制御されるＸ線照射条件としては、例えば動態撮影における連続撮影時のパルスレート、パルス幅、パルス間隔、照射開始／終了タイミング、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、フィルタ値等が挙げられる。パルスレートとは単位時間あたりの撮影回数をいい、パルス幅は撮影１回あたりのＸ線照射時間である。パルス間隔は、連続撮影においてある撮影におけるＸ線照射開始から次の撮影におけるＸ線照射を開始するまでの時間である。

検出器１２は、被写体Ｗを挟んでＸ線源１１と対向する位置に配置される。検出器１２はＸ線の検出センサがマトリクス状に配置されたＦＰＤ（Flat Panel Detector）等である。すなわち、Ｘ線をその強度に応じた電気信号に変換して画素（検出センサ）毎に蓄積するので、検出器１２にＸ線画像が記録されることとなる。

読取部１６は、検出器１２からＸ線画像を読み取る処理を行い、読み取られたＸ線画像を撮影用コンソール２０に送信する。なお、読取動作は制御部２１により制御される。制御される画像読取条件としては、フレームレート、フレーム間隔、画素サイズ、画像サイズ等がある。フレームレート、フレーム間隔は上記パルスレート、パルス間隔と同意義である。

保持部１３は、撮影の対象となる被写体Ｗを保持し、その撮影位置を固定するためのものである。図２では、保持部１３としてイス型の例を示したが、ベット等の他の形態であってもよい。
保持部１３は、被写体Ｗを保持した状態で回転可能に構成されている。駆動部１７は撮影用コンソール２０の制御部２１の制御に従って、保持部１３の回転を駆動するものである。

また、保持部１３は移動用レール１４によりＸ線源１１と検出器１２間を移動可能に構成されている。すなわち、移動用レール１４をＸ線源１１と検出器１２間を結ぶ直線上に敷設し、この移動用レール１４上を保持部１３が滑走可能に保持部１３を取り付けることにより、Ｘ線源１１と検出器１２間を自在に移動させることが可能となっている。なお、移動は制御部２１の制御により駆動部１７によって行う構成としてもよいし、技師が移動させることとしてもよい。

サイクル検出部１５は、被写体Ｗの撮影部位について生体反応のサイクルを検出する。例えば、撮影部位が心臓部である場合、サイクル検出部１５としては心拍計や心電計等を用いて心拍サイクル等を検出する。また、撮影部位が肺野を含む胸部である場合には呼吸モニタベルト、ＣＣＤカメラ、光学カメラ、スパイロメータ等を適用して呼吸サイクルを検出する。
検出したサイクルの情報は、撮影用コンソール２０の制御部２１に出力される。

次に、撮影用コンソール２０について説明する。
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成されている。制御部２１は記憶部２２に記憶されている各種プログラムをＣＰＵにより読み出していてＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムとの協働により各種演算を行ったり、各部の動作を集中制御したりして処理を実行する。

記憶部２２は、ハードディスク等のメモリであり、制御部２１により用いられる各種プログラムやプログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶している。例えば、撮影部位毎に最適化された撮影条件（Ｘ線照射条件やＸ線画像の読取条件等）を記憶している。

操作部２３は、キーボードやマウス等を備えて構成され、これらの操作に応じて操作信号を生成して制御部２１に出力する。
表示部２４はディスプレイを備え、制御部２１の表示制御に従って各種操作画面や撮影により得られたＸ線画像等を表示する。
通信部２５は、通信用のインターフェイスを備え、ネットワークＮに接続された外部装置と通信を行う。

診断用コンソール３０は、医師の操作用として用いられ、撮影用コンソール２０から送信されるＸ線画像を医師の確認用に表示したりする。診断用コンソール３０の基本的な構成は撮影用コンソール２０と同一であり、制御部、操作部、表示部、記憶部、通信部を備えて構成されている。

画像処理装置４０及びサーバ５０は、撮影により得られたＸ線画像を医師の診察に提供するために用いられる。
図３を参照して、画像処理装置４０について説明する。
画像処理装置４０は、Ｘ線画像に対し、診察しやすい画質となるように画像処理を施すものであり、図３に示すように制御部４１、操作部４２、表示部４３、記憶部４４、通信部４５、画像処理部４６、画像解析部４７を備えて構成されている。

制御部４１〜通信部４５については、上記説明した撮影用コンソール２０の制御部２１〜通信部２５と基本的な機能は同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

画像処理部４６は、Ｘ線画像に対し階調変換処理、周波数調整処理等の各種画像処理を施す。画像処理は撮影部位に応じた種類のものを、撮影部位に応じた画像処理条件により施す。

画像解析部４７は、心臓部が動態撮影されて得られた複数の時間位相におけるＸ線画像を解析し、心機能に関する評価値を算出する。心機能に関する評価値としては、血流速、心拍出量、拍動、心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の評価値がある。具体的な評価値の算出方法は後述する。

サーバ５０は、大容量メモリを備えてこのメモリに画像処理装置４０によって画像処理されたＸ線画像を保存し、管理する。サーバ５０に保存されたＸ線画像は診断用コンソール３０からの要求に応じて配信され、診察に供される。

次に、動作について説明する。
本実施形態に係る動態撮影システム１は、心臓部の動態撮影を行い、得られた複数の時間位相におけるＸ線画像を用いて、心機能に関する評価値を算出、表示する。
図４は、その際における動態撮影システム１の撮影装置１０、診断用コンソール３０、画像処理装置４０の処理の流れを示す図である。

図４に示すように、まず撮影装置１０において被写体Ｗの心臓部を第２斜位で動態撮影し、複数の時間位相におけるＸ線画像を生成する（ステップＳ１）。動態撮影は、拡大撮影法により行う。なお、撮影にあたっては、撮影技師が撮影用コンソール２０の操作部２３を介して、被写体Ｗに関する患者情報の入力、撮影部位「心臓」の指定操作等を行う。

第２斜位とは検出器１２の面に対し、被写体Ｗの胴体左側をＸ線源１１に近づけるように被写体Ｗを傾けた斜位の***をいう。心臓部の長軸方向は胴体の長軸方向に対し傾斜していることから、胸部を撮影する際の撮影方向、つまり胴体正面から撮影したのでは、心臓部の長軸が最大となるように撮影することができない。
図５を参照して説明する。図５は被写体Ｗと検出器１２の上面図と、その検出器１２により得られるＸ線画像ｇとの関係を示す図である。図５において、被写体Ｗは検出器１２側に顔を向けた状態を示している。

図５に示すように、心臓部ｈは上から見ると略楕円形を呈しており、その楕円の長軸ｌｂが最大となる場合、つまりＸ線画像ｇに現れる心臓部ｇｈの長軸ｌａが最大となる場合が、心臓部の心室等を心臓部の長軸が最大となる方向からとらえることとなり心臓の動態を最も観察しやすくなる。
よって、被写体Ｗを回転させて検出器１２と心臓部ｈの長軸ｌｂが最大となる回転角度位相、つまりＸ線画像ｇにおける心臓部ｇｈの長軸ｌａが最大となる回転角度位相で撮影を行う。このときの撮影方向が第２斜位である。

そこで、事前に第２斜位となる回転角度位相を決定するためのプレ撮影を行う。プレ撮影では、図６に示すように保持部１３に被写体Ｗを座らせた状態で保持部１３を所定角度毎に複数回回転させ、回転させる毎に撮影を行って、Ｘ線画像ｇにおける心臓部ｇｈの長軸ｌａが最長となる保持部１３の回転角度位相を求める。

技師の作業としては、まず被写体Ｗを保持部１３に座らせる。このとき、被写体Ｗを検出器１２に密接するように位置させる。また、被写体Ｗの心臓部が検出器１２の面の中心あたりに位置するように、つまりＸ線源１１からコーンビーム状に照射されるＸ線の中心線が心臓部周辺を透過するように被写体Ｗの位置を保持部１３に固定させる。そして、撮影用コンソール２０の操作部２３によりプレ撮影開始の指示操作を行う。

プレ撮影開始の操作を受けて制御部２１はプレ撮影のための各種制御を行う。図６に示すように上から見たときに検出器１２の面と被写体Ｗの胴体部分の長軸ｌｗとが平行となる回転角度位相を０度とし、心臓部ｈの長軸ｌｂと検出器１２の面とが略平行となる平均的な回転角度位相の範囲（例えば、２０度〜４５度の範囲）内で５度〜１０度単位で駆動部１７により回転させる。また、制御部２１は回転させる毎にＸ線源１１によりＸ線を照射させ、さらに照射する毎に読取部１６により検出器１２からＸ線画像を読み取らせる。

読み取られたＸ線画像は順次制御部２１に入力される。制御部２１は複数の回転角度位相におけるＸ線画像を解析して、Ｘ線画像ｇ（図５参照）中の心臓部ｇｈの長軸ｌａが最長となる回転角度位相を特定する。
解析にあたっては、まずＸ線画像ｇから心臓部ｇｈの画像領域を検出する。Ｘ線画像ｇにおける心臓部ｇｈは図５に示すような形状で現れることが一般的である。例えば、予め心臓部ｇｈの領域のエッジを検出するフィルタを準備しておき、得られたＸ線画像ｇをフィルタ処理することで領域検出を行えばよい。なお、検出方法としては特に限定せず、他の方法を用いてもよい。

次に、制御部２１は検出した心臓部ｇｈの領域においてＸ線画像ｇの主走査方向における長さを算出し、最長となる長さをそのＸ線画像ｇの心臓部ｇｈにおける長軸ｌａとする。制御部２１は各回転角度位相のＸ線画像ｇについて長軸ｌａを求め、求めた長軸ｌａの中でも最長となる長軸ｌａのＸ線画像ｇを特定する。そして、特定したＸ線画像ｇの回転角度位相を、動態撮影を行う第２斜位の回転角度位相として決定する。

第２斜位の回転角度位相が決定されると、撮影装置１０では動態撮影を行う。制御部２１は駆動部１７を制御し、決定した回転角度位相に保持部１３を回転させ、固定する。さらに、その回転角度位相の状態のまま、制御部２１は図７に示すように駆動部１７により保持部１３をＸ線源１１側に移動させる。拡大撮影を行うためである。

拡大撮影とは、被写体Ｗと検出器１２との間に距離を設ける撮影方法をいう。この撮影方法によれば、Ｘ線源１１からコーンビーム状に照射されたＸ線は被写体Ｗを透過した後、なおコーンビーム状に検出器１２に入射するため、得られるＸ線画像はライフサイズ（被写体Ｗ自体のサイズ）に比して拡大されることとなる。この拡大されたサイズの画像を拡大画像という。

拡大画像のライフサイズに対する拡大率Ｍは、Ｘ線源１１から被写体Ｗまでの距離をｒ１、被写体Ｗから検出器１２までの距離をＲ２、Ｘ線源１１から検出器１２までの距離をＲ３（Ｒ１＋Ｒ２）（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の単位：ｍ）とすると、下記式１により求めることができる。
Ｍ＝Ｒ３／Ｒ１・・・（１）
拡大率Ｍは距離Ｒ１及びＲ２を増減することにより調整が可能である。

上記拡大撮影において、特開２００１−９１４７９号公報等に開示されているような、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＸ線源１１の焦点径の設定を所定の範囲とせしめることで、被写体Ｗ辺縁のエッジ強調効果が得られる位相コントラスト撮影を適用することとしてもよい。
例えば、焦点径Ｄを３０（μｍ）以上、Ｒ１を（Ｄ−７）／２００以上、Ｒ２を０．１５以上とする設定例が挙げられる。

位相コントラスト撮影により得られた位相コントラスト画像では、図８に示すように被写体Ｗの辺縁を通過することにより屈折したＸ線が被写体Ｗを介さずに通過したＸ線と重なり合い、重なった部分のＸ線強度が強くなる現象が生じる。一方で、屈折したＸ線の分だけ被写体Ｗの辺縁の内側の部分においてＸ線強度が弱くなる現象が生じる。そのため、被写体Ｗの辺縁を境にしてＸ線強度差が広がるエッジ強調作用（エッジ効果ともいう）が働き、辺縁部分が鮮鋭に描写された視認性の高いＸ線画像が得られることとなる。
よって、保持部１３の移動量は上記拡大率Ｍや位相コントラスト撮影のエッジ効果等を考慮して適宜設定すればよい。

保持部１３の移動が完了すると、制御部２１は動態撮影のための制御を行う。
まず、Ｘ線源１１によりＸ線の照射を行わせる。このときのＸ線照射条件は、管電流が２５ｍＡ、フレームレートが３０ｆｐｓ（３０枚／秒）以上とし、少なくとも心拍の１サイクル以上のＸ線画像を収集する。フレーム間隔は心拍サイクルに合わせて１〜２秒とする。フレームレートが多いため、Ｓ／Ｎ比を考慮して照射線量を多めとする。
また、制御部２１はＸ線画像における心臓部のコントラストを上げるため、管電圧を低圧とする。一般に、肺野を含めた胸部の撮影を行う場合、管電圧は１２０ｋＶ程度に設定されることが多いが、本実施形態では低電圧とするため６０〜８０ｋＶ程度に設定する。なお、心臓部の撮影であるため、撮影時に被写体に呼吸を停止させる必要はない。

さらに、制御部２１はＸ線の照射タイミングに合わせて、検出器１２からＸ線画像の読取を読取部１６により行わせる。読取条件は例えば画素サイズが４００μｍ、画像サイズが５１２×３８４ピクセルである。制御部２１はＸ線の照射毎に読取を行わせ、複数の時間位相におけるＸ線画像（フレーム画像）を読取部１６から取得する。

被写体Ｗと検出器１２の間には距離があるため、拡大撮影（又は位相コントラスト撮影）となるが、被写体Ｗの位置はプレ撮影時に被写体Ｗの心臓部が検出器１２の面の中心あたりになるように固定されているため、動態撮影により得られるＸ線画像はプレ撮影の胸部全体を含むＸ線画像とは異なり、心臓部が拡大された画像となるはずである。すなわち、プレ撮影ではＸ線画像に心臓部だけでなく肺野部分も含まれるが、動態撮影ではＸ線画像に写りこむ肺野部分が少なくなり、心臓部が中心の画像となって、より心臓部の診察に適した画像となる。

制御部２１は動態撮影で得られた各時間位相のＸ線画像群を確認用として表示部２４上に表示させる。このとき、各時間位相に応じて連続的にＸ線画像を切替表示するので、心拍１サイクル分の動態を確認することが可能となる。技師は表示された各時間位相のＸ線画像を確認し、その内容でよければ撮影完了の操作を行う。制御部２１は、この操作に応じて動態撮影で得られた各時間位相のＸ線画像群を通信部２５を介して診断用コンソール３０に送信する。

診断用コンソール３０でも上記と同様に各時間位相のＸ線画像群の確認用の表示を行う（ステップＳ２）。医師により確認の操作がなされると、診断用コンソール３０では各時間位相のうち何れか１つの時間位相のＸ線画像においてＲＯＩ（医師が診察の対象とする関心領域をいう）を指定する操作画面を表示する。医師はＸ線画像のうち心臓部及び大動脈部を含む領域をＲＯＩとして指定する操作を行う。

血流速や心拍出量、拍動等の評価を行う場合、大動脈部がＲＯＩとなる。一方、心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性等の場合には心臓部がＲＯＩとなる。また、評価の際には心臓部のセグメントの特定が必要となるので、医師は心臓部においてセグメントの指定を行う。
診断用コンソール３０では、ＲＯＩ及び心臓部のセグメントの指定操作が行われると、当該ＲＯＩ及び心臓部のセグメントの指定位置の情報をＲＯＩの指定情報として生成し、このＲＯＩの指定情報とともに各時間位相のＸ線画像群を、ネットワークＮを介して画像処理装置４０に送信する（ステップＳ３）。

画像処理装置４０では、画像処理部４６により各時間位相のＸ線画像に対して画像処理を施した後、画像解析部４７により各時間位相のＸ線画像を用いて画像解析を行い、血流速、心拍出量、拍動、心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の心機能に関する評価値の算出を行う（ステップＳ４）。

以下、算出方法について説明する。
〈血流速、心拍出量の評価値〉
図９に、動態撮影により得られたＸ線画像ｇｋを示す。Ｘ線画像ｇｋは、拡大撮影（又は位相コントラスト撮影）により心臓部が拡大されたものとなっている。画像解析部４７は、ＲＯＩの指定情報に基づいて各時間位相のＸ線画像ｇｋにおいてＲＯＩとして指定された大動脈部の領域Ｒを検出する。なお、ＲＯＩはある時間位相のＸ線画像において指定されたものだが、ＲＯＩとして指定された心臓部や大動脈部の位置は時間位相が異なっても略同一であると考えられるため、ある時間位相で指定されたＲＯＩを全ての時間位相のＸ線画像に適用する。

時間位相をｔで表すと、時間位相ｔ＝０、ΔｔにおけるＸ線画像ｇｋの領域Ｒの画像部分を拡大したのが、図９に示す画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔである。
心臓のポンプ運動は、擬似的に血液の塊を大動脈へ押し出していると考えることができる。よって、この血液の塊の単位時間あたりの移動量を血流速、体積を心拍出量として求めればよい。

まず、画像解析部４７では、画像Ｒにおいて心臓部から押し出された血液の塊の部分（以下、脈動部という）を検出する。脈動部は他の血流部分より密度が高いためその画像は低信号値となるはずである。よって、画像解析部４７は、画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔの信号値のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムから全体的に低信号値となる領域を検出する。具体的にはヒストグラムにおいて脈動部と他の血流部分とを示す２つのピーク値が現れると考えられるので、より低信号側のピーク値を脈動部のものとみなし、図９に示すように画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔにおいて当該脈動部とみなしたピーク値周辺の信号値を有する領域を脈動部Ｑとして検出する。

次いで、画像解析部４７は、時間位相の異なる画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔにおいてこの脈動部Ｑの重心ｑ_t=0、ｑ_t=Δｔの位置をそれぞれ求める。位置は画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔの主走査方向の画素数をｘ、副走査方向の画素数をｙで表したときのｘ、ｙの座標値で求める。

重心位置を求めると、画像解析部４７は画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔ間における重心ｑ_t=0、ｑ_t=Δｔの移動量ｈを求め、画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔ間の時間Δｔから単位時間あたりの移動量ｈ、つまり血流速の評価値Ｅ１を算出する。血流速の評価値Ｅ１は下記式２により表される。
Ｅ１＝ｈ／Δｔ・・・（２）

また、脈動部Ｑを楕円体と考えると、心拍出量は楕円体の体積とみなすことができる。大動脈の血管断面は円形であると仮定すると、脈動部Ｑの体積は血管の半径ｒ_Ａ、脈動部Ｑの長軸部分の半径ｒ_Ｂから求めることができる。よって、画像解析部４７は何れかの画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δｔにおいて半径ｒ_Ａ、ｒ_Ｂを求め、これらから下記式３により心拍出量の評価値Ｅ２を算出する。
Ｅ２＝４πｒ_Ｂ×ｒ_Ａ ^２／３・・・（３）

なお、大動脈の血管は当該血管のエッジを検出するためのSobelフィルタ等を用いてフィルタ処理することにより検出し、血管のエッジ間の距離の半分を血管の半径ｒ_Ａとして求める。また、半径ｒ_Ｂは副走査方向ｙにおける脈動部Ｑの長さを求めこれを２分することにより求めることができる。

〈拍動の評価値〉
拍動の評価値は、大動脈部の血管のある一定領域における画像の信号値の変化を指し示す指標である。例えば、図１０に示すように複数の時間位相のＸ線画像から検出した大動脈部の画像Ｒ_ｔがある場合に、各画像Ｒ_ｔのうちの同一位置に大動脈の血管を横断するように評価領域（図１０中、斜線で示す領域）を設定し、当該評価領域内の信号値の平均値を拍動の評価値Ｅ３として求める。なお、大動脈部の検出方法は上述した通りである。

図１０に示すように、時間位相ｔの変化につれて脈動部Ｑの位置が移動する。脈動部Ｑは他の血流部分に比べて信号値が低いため、脈動部Ｑの移動に伴って、評価領域における信号値が変化する。そのため、評価値Ｅ３は脈動部Ｑが評価領域に進入する過程では徐々に小さな値となり、評価領域から遠ざかるにつれて徐々に大きな値となる。この評価値Ｅ３の変化は、心臓から血液が送り出されるたびに、つまり心拍サイクルに合わせて繰り返されるため、評価値Ｅ３を参照することにより拍動を把握することが可能となる。

〈心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性〉
心臓局部の動きに関する評価値は、オプティカルフローにより算出する。
画像解析部４７はＲＯＩの指定情報に基づいて各時間位相のＸ線画像から心臓部の画像を検出し、当該検出された各心臓部の画像についてオプティカルフローを算出する。オプティカルフローとは、画像上の対象物の時間の経過に伴う動きを局所的に解析し、速度ベクトルによってその動きを表すものである。オプティカルフローは時間位相が連続するＸ線画像間で算出することとしてもよいし、何れかの時間位相のＸ線画像を基準として、この基準となったＸ線画像と他のＸ線画像との間で算出してもよい。また、その算出方法も勾配法やブロックマッチング法等、何れの方法であってもよい。

図１１に、オプティカルフローの算出例を示す。
図１１は、時間位相ｔ＝０、ｔ＝ΔｔにおけるＸ線画像から検出された心臓部の画像Ｒ_t=0、Ｒ_t=Δt間で算出したオプティカルフローの算出結果を示す図である。画像Ｒ_t=0の心臓部に係るある対象点ａ（ａは画素）を追った例であり、この対象点ａに対応する画像Ｒ_t=Δtにおける点がａ′であると推定して、画像Ｒ_t=0におけるａからａ′への動きを示す速度ベクトルを算出している。この速度ベクトルの矢印の大きさが対象点ａの動き量を示し、速度ベクトルの矢印の向きが方向性を示している。また、オプティカルフローを算出した時間位相毎の速度ベクトルが対象点ａの動き量、方向性の周期性を示す評価値となる。

さらに、画像解析部４７は、ＲＯＩの指定情報に基づいて心臓部におけるセグメントを認識し、このセグメント毎にオプティカルフローの時系列における平均値、その平均値の周期性を算出し、それぞれセグメント単位の動き量、方向性の評価値、周期性の評価値とする。このように心臓部のセグメント単位で求めた評価値は、診察上有効な情報となる。心機能は狭心症や心筋梗塞等によって心臓全体の機能が低下するのではなく、狭窄又は閉塞した冠動脈の支配する心臓部分の機能が低下するため、部分的に評価することが重要だからである。

セグメントは、左心室、左心房、右心室、右心房等の大きな単位から、左心室の中でも心室中隔、心尖部、前壁、後壁、下壁等の小さな単位としてもよい。前述のように、診断用コンソール３０において医師がＲＯＩとして心臓部及びセグメントを指定するので、画像解析部４７はそのＲＯＩの指定情報に基づいて心臓部及びセグメントを認識する。

以上のような解析を終了すると、制御部４１の制御により、各時間位相におけるＸ線画像群に画像解析結果である心機能に関する各評価値の情報を付帯してサーバ５０に送信する。サーバ５０ではＸ線画像群とともに評価値の情報が保存される。その後、診断用コンソール３０からＸ線画像が要求されると、サーバ５０から診断用コンソール３０へ各時間位相のＸ線画像群とともに心機能に関する評価値の情報が送信される。

診断用コンソール３０では制御部の制御により各時間位相のＸ線画像群の表示を行うとともに、画像解析結果として心機能に関する評価値の情報を表示部上に表示する。Ｘ線画像の表示は、各時間位相のＸ線画像をその時間位相に応じて連続的に切替表示することにより、動画像として表示する。

図１２に、評価値の表示例として血流速、心拍出量、拍動の評価値を表示した表示画面ｄ１を示す。
図１２に示すように、表示画面ｄ１上には血流速の評価値Ｅ１と、心拍出量の評価値Ｅ２とを表示している。
また、その下部には評価値を算出したＸ線画像群を表示する領域ｄ１１と、各Ｘ線画像から算出された拍動の評価値Ｅ３とを表示している。

領域ｄ１１ではＸ線画像を時間位相に応じて連続的に切替表示する。脈動部は他の血流部分と輝度が異なるので、切替表示により医師は脈動部の動的変化を把握することができる。なお、Ｘ線画像は評価値の参照用に表示するので、全ての時間位相のＸ線画像ではなく、何れか１つが表示されていればよい。
また、各Ｘ線画像において評価領域となった画像部分を識別できるように表示する。評価値Ｅ３がどの領域の評価であるのかを医師に示すためである。図１２では、斜線で示した画像部分ｄ１２が評価領域である。

領域ｄ１１の表示に連動して領域ｄ１１に表示中のＸ線画像において算出された評価値Ｅ３のプロット点を白、その他のＸ線画像に対応するプロット点を黒で表示する。これにより、各評価値Ｅ３のうち、現在領域ｄ１１に表示中のＸ線画像に対応するのはどれかを医師が容易に判別することが可能となる。

図１３は、心臓局部の動きの動き量、方向性、周期性の評価値の表示例を示す図である。
図１３に示す表示画面ｄ２では、心臓部を抽出した画像ｄ２１を表示し、この画像ｄ２１において心臓部上の対象点における動き量、方向性を示すベクトル（図１３において矢印で示す）を評価値として表示する。ベクトルはオプティカルフローを算出した時間位相毎に連続的に切り替えて表示し、その周期性を表す。なお、表示画面ｄ２においても各時間位相のＸ線画像を表示することとしてもよい。

また、ベクトルは医師の指定したセグメント単位で表示する。例えば、画像ｄ２１において医師が指定したセグメントの画像部分ｄ２２のみを表示する。また、医師により表示指示の操作があれば、セグメント単位で算出した動き量、方向性の平均値を示すベクトルを表示し、さらに時間位相毎に連続的に切り替えて表示することによりその平均値の周期性を表す。

以上のように、本実施形態によれば、撮影装置１０において動態撮影により複数の時間位相のＸ線画像を生成し、画像処理装置４０においてこれらＸ線画像を用いて心機能に関する評価値を算出する。よって、医師は簡便なＸ線撮影により心機能に関する評価値を得て診察に用いることができる。ＭＲＩ等の高価な撮影装置を用いることなく、普及率の高い単純Ｘ線撮影用の撮影装置１０で実施することができるので、コストを抑えることができる。また、基本的に実施されることが多い単純Ｘ線撮影により、心機能の評価値として血流速、心拍出量、拍動の血流に関する評価値と、心臓局部の動きに関する評価値を算出するので、血流と心臓部とで分けて検査する必要がなく、患者の負担が少ない。

心機能の評価値としては、Ｘ線画像から脈動部の画像を検出し、この画像の重心位置の移動量から血流速を算出するので、医師は血流速の評価を行うことが可能となる。また、脈動部の体積から心拍出量を算出するので、医師は心拍出量の評価を行うことができる。

また、複数の時間位相におけるＸ戦画像から大動脈部の画像を検出し、その大動脈部の一定領域における信号値の変化を、拍動の評価値として算出するので、医師は拍動の評価を行うことができる。

また、心臓部の画像を検出し、当該画像についてオプティカルフローを算出することにより心臓局部の動きの動き量、方向性、周期性の評価値を算出する。よって、医師は心臓局部の動きの動き量、方向性、周期性を評価することが可能となる。

算出された評価値は診断用コンソール３０において表示するとともに、各時間位相におけるＸ線画像をその時間位相に応じて連続的に切り替えて表示するので、医師は心臓部の動態変化を観察しながら、心機能の評価を行うことが可能となる。

動態撮影は拡大撮影法により行うので、心臓部を中心に拡大したＸ線画像を得ることができ、心臓部の診察に適したＸ線画像を医師に提供することが可能となる。
さらに、Ｘ線画像における心臓部の長軸が最長となる回転角度位相をプレ撮影により特定した後、動態撮影を行うので、心臓部の観察や心機能の評価に適した撮影方向で撮影を行うことができる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、ＲＯＩは医師が指定する構成としたが、画像処理装置４０において予めＲＯＩ検出用のテンプレートを用意してテンプレートマッチングを行う等、自動検出する構成としてもよい。

また、診断用コンソール３０において評価値等を表示する構成を説明したが、撮影用コンソール２０や他の装置（診断用に用いられるＰＣ等）において表示することとしてもよい。また、画像解析を行う画像処理装置４０を設けてこの画像処理装置４０によって算出された評価値を得ることとしていたが、診断用コンソール３０や他の装置において画像解析用のプログラムをインスートールし、評価値を算出することとしてもよい。

また、上記説明した処理に係るプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としては、ＲＯＭ等のメモリの他、ＤＶＤ等の可搬型のものも適用可能である。またプログラムのデータをネットワークを介して提供する媒体として、キャリアウェーブ（搬送波）も適用可能である。

本実施形態における動態撮影システムを示す図である。 図１の撮影装置及び撮影用コンソールの機能的構成を示す図である。 図１の画像処理装置の機能的構成を示す図である。 動態撮影システムにおける処理の流れを示す図である。 心臓部とＸ線画像における心臓部の画像との関係を示す図である。 プレ撮影時のＸ線源、被写体、検出器の関係を示す図である。 動態撮影時のＸ線源、被写体、検出器の関係を示す図である。 位相コントラスト撮影によるエッジ効果を説明する図である。 血流速、心拍出量の算出方法を説明する図である。 拍動の評価値の算出方法を説明する図である。 心臓局部の動きの評価値の算出方法を説明する図である。 血流速、心拍出量、拍動の評価値の表示例を示す図である。 心臓局部の動きの評価値の表示例を示す図である。

符号の説明

１ 動態撮影システム
１０ 撮影装置
１１ Ｘ線源
１２ 検出器
１３ 保持部
１５ サイクル検出部
１６ 読取部
１７ 駆動部
２０ 撮影用コンソール
２１ 制御部
３０ 診断用コンソール
４０ 画像処理装置
４７ 画像解析部
５０ サーバ

Claims (9)

1. 被写体の心臓部を動態撮影し、複数の時間位相におけるＸ線画像を生成する撮影手段と、
   前記複数の時間位相におけるＸ線画像を用いて、心機能に関する評価値を算出する画像解析手段と、
   表示手段と、
   前記算出された評価値の情報を前記表示手段上に表示させる制御手段と、
   を備える動態撮影システム。
2. 前記評価値には、血流速の評価値が含まれ、
   前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から脈動部の画像を検出し、各時間位相のＸ線画像から検出された脈動部の重心を算出して、当該重心の単位時間における移動量を血流速の評価値として算出する請求項１に記載の動態撮影システム。
3. 前記評価値には、心拍出量の評価値が含まれ、
   前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から脈動部の画像を検出し、当該検出された脈動部の体積を心拍出量の評価値として算出する請求項１又は２に記載の動態撮影システム。
4. 前記評価値には、拍動の評価値が含まれ、
   前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から大動脈部の画像を検出し、各時間位相のＸ線画像から検出された大動脈部のうちの一定領域における信号値の変化を拍動の評価値として算出する請求項１〜３の何れか一項に記載の動態撮影システム。
5. 前記評価値には、心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の評価値が含まれ、
   前記画像解析手段は、前記複数の時間位相におけるＸ線画像から心臓部の画像を検出し、時間位相が異なる心臓部の画像間における心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性を算出する請求項１〜４の何れか一項に記載の動態撮影システム。
6. 前記画像解析手段は、前記心臓局部の動きの動き量、方向性又は周期性の評価値を、心臓部のセグメント毎に算出する請求項５に記載の動態撮影システム。
7. 前記制御手段は、前記評価値の情報とともに、前記複数の時間位相におけるＸ線画像のうち少なくとも１つを前記表示手段上に表示させる請求項１〜６の何れか一項に記載の動態撮影システム。
8. 前記撮影手段は、心臓部の拡大撮影を行う請求項１〜７の何れか一項に記載の動態撮影システム。
9. 前記撮影手段は、Ｘ線画像における心臓部の長軸が最長となる回転角位相で撮影を行う請求項１〜８の何れか一項に記載の動態撮影システム。

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