JP2017131348A - 画像表示装置およびその制御方法、ｘ線不透過マーカ検出方法 - Google Patents

画像表示装置およびその制御方法、ｘ線不透過マーカ検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】断層像取得中に取得されたＸ線画像におけるＸ線不透過マーカの検出率を向上させる。【解決手段】断層像を取得するためのプローブのカテーテルの軸方向への移動中に撮影された複数のＸ線画像において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカを検出するＸ線不透過マーカ検出方法は、プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、プローブに沿った線を抽出し、抽出された線を用いて、プローブの移動中に撮影された複数のＸ線画像の各々においてプローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、生体組織の断層像を生成するためのカテーテルの位置の検出に関する。
バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療が行われている。この手術前の診断、或いは、手術後の経過確認のために、超音波断層像診断装置（ＩＶＵＳ：Intravascular ultrasound）が用いられる。また、ＩＶＵＳの代わりとして光干渉断層診断装置（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）や、ＯＣＴの改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置（ＳＳ−ＯＣＴ：Swept-source Optical coherence Tomography）が用いられている。ＩＶＵＳやＯＣＴなどの断層像を取得可能な血管内診断装置は、Ｘ線装置で確認した病変部位のより詳細な情報、例えば血管内の狭窄率や分枝におけるプラークの存在、石灰化の分布などを得るために使用される。
医師は、治療が必要であると判断した場合、上述の血管内診断装置により得られた血管断層像を観察することで、例えばステントエッジ位置をどこにするか等の治療の詳細を決定する。決定した治療部位を治療する場合、医師はＸ線装置で得られるＸ線画像（アンジオグラフィー）を見ながら、バルーンやステントの設置等の治療を実施する。そのため、血管断層像を確認して決定したバルーンやステントの設置位置等が、Ｘ線画像上のどの位置に相当するかを理解することは治療において非常に重要な要素となる。
米国特許第７９３００１４号明細書
前述した通り、血管内治療等においては、得られた血管断層像とＸ線画像上の位置関係を把握する事が重要となる。しかしながら、血管内診断装置とＸ線装置はそれぞれ別のモダリティとして構成されているため、医師は例えば分枝位置などのランドマークを頼りに、確認した血管断層像に対応するＸ線画像上の位置を推測して治療を行う必要がある。
上述したような血管断層像に対応するＸ線画像上の位置の推測精度を向上させるために、血管断層像取得時のＸ線画像を取り込み、血管断層像と同期してＸ線画像を表示する血管断層像装置が存在する。一般に、血管断層像装置に繋がるカテーテルには、そのセンサ部近傍にＸ線不透過マーカが設置されており、血管断層像とＸ線画像を同期して表示することにより、上記の推定精度を向上させている。この機能を用いることで、血管断層像とＸ線画像上のＸ線不透過マーカ位置とを一対一に対応付けて視覚化する事が可能である。
さらに、近年では、Ｘ線画像上から自動的にＸ線不透過マーカを検出し、強調表示することでさらなる視認性の向上を行う技術が開発されている（特許文献１）。しかしながら、Ｘ線画像上表示される血管は拍動や呼吸の影響により時間経過と共に位置が変動する事、さらに、人の血管の分枝の数や分枝の構成は個人差が大きい事、目的の血管周辺に分枝が多数存在することも少なくない事、などの理由のため、Ｘ線画像におけるＸ線不透過マーカの自動検出率は満足のいくものではない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、断層像取得中に取得されたＸ線画像においてＸ線不透過マーカの検出率を向上させることを目的とする。
上記の目的を達成する本発明の一態様によるＸ線マーカ検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
プローブをカテーテルの軸方向へ移動しながら取得した複数の断層像と、前記プローブの前記移動の間に撮影された複数のＸ線画像とを表示する画像表示装置であって、
前記プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、前記プローブに沿った線を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された線を用いて、前記プローブの移動中に撮影された前記複数のＸ線画像の各において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する検出手段と、
前記複数のＸ線画像と前記複数の断層像とを同期表示し、該同期表示におけるＸ線画像の表示において前記検出手段により検出された前記Ｘ線不透過マーカの位置を明示する表示制御手段と、を備える。
また、本発明の他の態様によるＸ線不透過マーカ検出方法は、
断層像を取得するためのプローブのカテーテルの軸方向への移動中に撮影された複数のＸ線画像において、前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカを検出するＸ線不透過マーカ検出方法であって、
前記プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、前記プローブに沿った線を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で抽出された線を用いて、前記プローブの移動中に撮影された前記複数のＸ線画像の各々において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する検出工程と、を有する。
本発明によれば、断層像取得前のＸ線画像を用いることで、断層像取得中に取得されたＸ線画像に存在するＸ線不透過マーカの検出率を向上させることができる。
実施形態による表示システムの構成を説明する図である。 血管断層像を取得するためのカテーテルシステムを説明する図である。 実施形態の表示システムによる同期表示処理を示すフローチャートである。 血管断層像とＸ線画像の収集タイミングを説明する図である。 血管モデル生成処理を説明するフローチャートである。 実施形態による血管モデル生成処理を説明する図である。 マーカ検出処理を説明するフローチャートである。 実施形態によるマーカ検出における血管モデルの選択を説明する図である。 実施形態による同期表示の例を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態の一例を説明する。
図１は、本実施形態による、血管断層像とＸ線画像（アンジオ画像）の同期表示を実現する表示システムの構成例を示す図である。図１において、断層像取得部としての血管内診断装置１００は、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）や光干渉断層法（ＯＣＴ）などにより血管内の断層像を取得する。カテーテルシステム１１１は、たとえば、患者１０の心臓の周囲の血管内の断層像を撮影するために、足の付け根等から動脈を通して心臓の近くまで挿入される。光干渉診断装置の場合、血管内診断装置１００は、カテーテルシステム１１１のプローブを介して計測光の出射とその反射光の入射を行って断層像を得るとともに、Ｘ線画像取得部としてのＸ線撮影装置２００が撮影したＸ線画像（アンジオ画像）を、ケーブル１０３を介して取得する。他方、超音波断層像撮影装置の場合、血管内診断装置１００は、カテーテルシステム１１１のプローブを介して超音波信号の出力とその反射信号の入力を行なって断層像を得るとともに、Ｘ線撮影装置２００が撮影したＸ線画像を、ケーブル１０３を介して取得する。
図２は、カテーテルシステム１１１について説明する図である。図２に示されるように、カテーテルシステム１１１は、ガイディングカテーテル１１２、断層像撮影のためのプローブ１１５を内包したカテーテル１１３、ガイドワイヤ１１４を含む。ガイディングカテーテル１１２はガイドワイヤ１１４およびカテーテル１１３を挿通するための中空を有する。例えば、冠動脈の断層像を撮影する場合、医師は、ガイディングカテーテル１１２を冠動脈の付近まで挿入した後、ガイドワイヤ１１４をガイディングカテーテル１１２内に通して冠動脈の撮影領域まで送り込む。そして、医師は、ガイドワイヤ１１４に沿ってカテーテル１１３を送り込むことにより、カテーテル１１３のイメージングコア１１７を冠動脈の撮影領域まで送り込む。カテーテル１１３には、ガイドワイヤルーメン１１９が設けられており、これにガイドワイヤ１１４を通すことで、カテーテル１１３はガイドワイヤに沿って進むことができる。
断層像撮影のためのプローブ１１５は、金属シャフト１１６、イメージングコア１１７、Ｘ線不透過マーカ１１８を含む。ＯＣＴによる断層撮影の場合、金属シャフト１１６内を通る光ファイバの先端にイメージングコア１１７が接続される。イメージングコア１１７は、光ファイバ先端部から測定光を送受信する光学部品を含む。他方、ＩＶＵＳによる断層撮影の場合には、金属シャフト１１６内を通る信号線と、超音波信号を送受信する超音波トランスジューサを含むイメージングコア１１７とが接続される。金属シャフト１１６は回転駆動（矢印１２０の方向への回転）しながら、カテーテルの軸方向へ移動（矢印１２１の方向への移動）する（以下、プルバックという）。金属シャフト１１６とともにイメージングコア１１７も回転しながらカテーテルの軸方向へ移動する。イメージングコアの１回転により断層像が得られるので、回転するイメージングコア１１７の移動中に取得される断層像は、血管路に沿った複数の血管断層像となる。イメージングコア１１７と金属シャフト１１６の間には、Ｘ線画像上でイメージングコア１１７の位置を認識するためのＸ線不透過マーカ１１８が設けられている。なお、Ｘ線不透過マーカ１１８は、イメージングコア１１７の先端側に設けられてもよい。
図１に戻り、ＩＶＵＳまたはＯＣＴにより得られた断層像（本実施形態では血管断層像）は、血管断層像格納部１０１に格納される。なお、血管内診断装置１００による断層像のフレームレートは、１６０〜１８０Ｈｚ程度である。血管内診断装置１００とＸ線撮影装置２００とはケーブル１０３により接続されており、Ｘ線撮影装置２００により取得されたＸ線画像が血管内診断装置１００へ送信される。なお、本実施形態では血管内診断装置１００とＸ線撮影装置との間の通信がケーブルを介して行われるが、これに限られるものではなく、無線通信等が用いられてもよい。
Ｘ線撮影装置２００はＸ線源２１１を駆動してＸ線を患者１０に照射し、Ｘ線センサ２１２で透過Ｘ線を検出することでＸ線画像（たとえば、アンジオ画像）を得る。得られたＸ線画像は、ケーブル１０３を介して血管内診断装置１００へ送信され、Ｘ線画像格納部１０２に格納される。Ｘ線撮影装置２００におけるＸ線画像のフレームレートは、たとえば、７〜３０Ｈｚ程度である。なお、血管内診断装置１００は、Ｘ線画像格納部１０２に、上述したプルバックの開始（血管断層像の撮影開始）の前に撮影されたプレプルバックＸ線画像と、プルバック中（血管断層像の撮影中）に撮影されたプルバック中Ｘ線画像を区別して保存する。
画像表示装置３００は、Ｘ線画像と血管断層像を同期表示するとともに、Ｘ線不透過マーカ１１８の位置をＸ線画像上において強調表示する。画像表示装置３００において、血管モデル生成部３０１は、プレプルバックＸ線画像読込部３０２によりＸ線画像格納部１０２から読み出された複数のプレプルバックＸ線画像に基づいて、複数の血管モデルを生成する。生成された血管モデル群は血管モデル格納部３０３に記憶される。血管モデルの生成についての詳細は後述する。
マーカ検出部３０４は、プルバック中Ｘ線画像読込部３０５がＸ線画像格納部１０２から読み出したプルバック中Ｘ線画像からＸ線不透過マーカ１１８の位置を検出する。本実施形態のマーカ検出部３０４は、プルバック中Ｘ線画像に血管モデル生成部３０１で生成された血管モデルを当てはめることによりＸ線不透過マーカ１１８の画像上の位置を推定し、Ｘ線不透過マーカ１１８の探索範囲を推定された位置の近傍に設定することで、Ｘ線不透過マーカ１１８の検出精度を向上する。
血管断層像読込部３０６は、血管断層像格納部１０１に格納されている血管断層像を読み込み、同期表示部３０７に提供する。同期表示部３０７は、プルバック中Ｘ線画像読込部３０５により読み込まれたプルバック中Ｘ線画像と、血管断層像読込部３０６により読み込まれた血管断層像とをディスプレイ３０８に同期表示するよう表示制御する。同期表示では、互いに撮影タイミングが対応しているプルバック中Ｘ線画像と血管断層像を表示する。また、同期表示部３０７は、この同期表示において、マーカ検出部３０４により検出された、プルバック中Ｘ線画像上におけるＸ線不透過マーカ１１８の位置を強調した表示を行う。
以上のような構成を備えた本実施形態の画像表示装置３００の動作について説明する。図３は、本実施形態による血管断層像とＸ線画像（アンジオ画像）との同期表示を行うための処理を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１において、血管内診断装置１００は、血管断層像とＸ線画像の収集を行う。ステップＳ３０１における画像の収集について図４を参照して説明する。
図４は、本実施形態によるＸ線画像および血管断層像の収集のタイミングを説明する図である。血管内診断装置１００の不図示の操作パネルにおいて、ユーザがスキャン開始を指示すると、血管内診断装置１００はカテーテル１１３内の金属シャフト１１６（およびイメージングコア１１７）の低速回転を開始する。その後、血管内診断装置１００の操作パネルにおいてユーザがプルバックレディ開始を指示すると、血管内診断装置１００は金属シャフト１１６（およびイメージングコア１１７）の高速回転を開始する。イメージングコア１１７を高速回転させると、プルバックをしながらの断層像の撮影が開始できる状態となる。
プルバックレディ開始の後、ユーザはＸ線撮影装置２００の不図示の操作パネルからＸ線撮影開始を指示する。Ｘ線撮影開始が指示されると、Ｘ線撮影装置２００はＸ線源２１１からＸ線を照射させてＸ線センサ２１２によりＸ線画像を撮影する。得られたＸ線画像は、血管内診断装置１００にケーブル１０３を介して送信される。血管内診断装置１００は、プルバック開始が指示されるまでに受信したＸ線画像を、プレプルバックＸ線画像としてＸ線画像格納部１０２に格納する。こうして、プレプルバックＸ線画像群４０１がＸ線画像格納部１０２に格納される。なお、Ｘ線撮影開始から１心拍分のみを保存するようにしてもよい。
ユーザは、Ｘ線撮影開始を指示した後、フラッシュを開始する。フラッシュでは、血管内に造影剤が投入される。したがって、Ｘ線撮影開始からフラッシュが開始されるまでの期間４２１の間にＸ線撮影装置２００により撮影されたＸ線画像群には、造影剤が入っていない状態で、プルバックを実施する直前のカテーテル全体が写っている。本実施形態では、プレプルバックＸ線画像群４０１のうちの期間４２１の間に撮影された画像群を用いて後述する血管モデルが作成される。
ユーザによりプルバック開始が指示されると、血管内診断装置１００はイメージングコア１１７のプルバックを開始するとともに、血管断層像の生成を開始する。プルバック動作中の血管断層像群４１１は血管断層像格納部１０１に格納される。また、このプルバック動作中にＸ線撮影装置２００により取得されたＸ線画像群は、プルバック中Ｘ線画像群４０２としてＸ線画像格納部１０２に格納される。プルバック中Ｘ線画像では、プルバックを行っている血管の注目領域が造影剤のある状態で映っており、イメージングコア１１７のプルバックとともに移動するＸ線不透過マーカ１１８が映っている。
以上のようにして血管断層像（血管断層像群４１１）とＸ線画像（プレプルバックＸ線画像群４０１とプルバック中Ｘ線画像群４０２）の収集を終えると、処理はステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２〜Ｓ３０３では、本実施形態の画像表示装置３００によるＸ線不透過マーカ検出処理が実行される。まず、ステップＳ３０２において、画像表示装置３００の血管モデル生成部３０１は、Ｘ線画像格納部１０２に格納されているプレプルバックＸ線画像群４０１の画像を用いて血管モデルを生成する。以下、血管モデル生成部３０１による血管モデルの生成処理について図５のフローチャートを参照してより詳細に説明する。
まず、ステップＳ５０１において、プレプルバックＸ線画像読込部３０２は、Ｘ線画像格納部１０２に格納されているプレプルバックＸ線画像群４０１のうち、期間４２１内の所定期間に対応したプレプルバックＸ線画像を読み込む。本実施形態では、少なくとも一心拍分の血管モデルをそろえておくために、上記の所定期間を、Ｘ線撮影の開始からフラッシュの開始までの期間４２１のうちの、少なくとも心臓の一拍分の期間を含むように設定された期間（たとえば１秒間）とする。
所定期間は、カテーテルが留置された状態で、且つ、プルバックおよびフラッシュの開始前の期間であればよく、所定期間の設定はたとえば以下のようになされる。
・Ｘ線撮影開始のユーザ指示を検出したタイミングを基準として所定期間を特定する。たとえば、Ｘ線撮影開始の指示を検出してから１秒後までの１秒間、あるいは、Ｘ線撮影開始の指示を検出後の１秒後から２秒後までの１秒間を所定期間とする。
・フラッシュの開始が検出されたタイミングを基準として、それより前の期間（たとえば、フラッシュ開始の検出タイミングより３秒前から２秒前）を所定期間として用いる。なお、フラッシュ開始は、Ｘ線画像の変化を検出する（たとえば、暗部の領域の増加を検出する）ことにより検出できる。
なお、上記の例では、Ｘ線撮影開始のユーザ指示に応じてＸ線画像の保存を開始し、血管モデルを生成するために期間４２１に対応するプレプルバックＸ線画像を読み出したが、これに限られるものではない。たとえば、断層像の取得（プルバック動作）を開始する前から複数の断層像の取得後（プルバック動作完了後）までのＸ線画像を収集しておき、収集されたＸ線画像に基づいてＸ線撮影開始のタイミングを判定し、判定したタイミングから所定期間のＸ線画像を取得するようにしてもよい。Ｘ線画像に基づくＸ線撮影開始のタイミングの自動判定は、Ｘ線画像に含まれる「撮影中」といった特定の注釈の有無、撮影開始時におけるＸ線画像の暗転の検出等により行える。
次に、ステップＳ５０２において、血管モデル生成部３０１は、読み込んだプレプルバックＸ線画像よりカテーテル１１３（プローブ１１５）に沿った線（血管内に配置されたカテーテルの形状であり、Ｘ線不透過マーカ１１８が移動することになる軌跡に対応する）を検出する。血管内診断装置１００に使用されるカテーテル１１３内のプローブ１１５は、イメージングコア１１７を回転させるために金属シャフト１１６を有している。金属シャフト１１６は、他の生体組織に比較してＸ線の透過率が低く、Ｘ線画像上では図６（ａ）に示されるように黒い線状の物体６０１として表現される。また、図２により上述したように、カテーテル１１３のプローブ１１５の先端には、その位置がＸ線画像上で分かりやすいようにＸ線不透過マーカ１１８が配置されている。このＸ線不透過マーカ１１８は、Ｘ線画面上において黒い点６０２として表現される。
カテーテル先端（黒い点６０２）は、上記のような特徴を踏まえて、例えばパターンマッチング手法やグレーサーチのような一般的な画像処理技術を用いて自動的に認識可能である。また、カテーテル１１３全体は、上記カテーテル先端からの黒い線で表現されるため、適応型の二値化フィルタ等を適応したのち、一般的な経路探索手法を用いることで、自動的に認識することができる。期間４２１内の所定期間に対応したプレプルバックＸ線画像では造影剤が投入されていないために、黒い線状の物体６０１や黒い点６０２は比較的鮮明であり、それらを正確に抽出することができる。
次に、ステップＳ５０３において、血管モデル生成部３０１は、プレプルバックＸ線画像においてガイディングカテーテル１１２の先端部（以下、ＧＣ入口と称する）を検出する。上述のように、カテーテルを用いた手技では、血管内に必要なデバイスを挿入するために、中空のチューブであるガイディングカテーテル１１２が挿入されており、血管内診断装置１００による観察対象部位（プルバックによる血管断層像の取得範囲）は、ステップＳ５０２で検出されたプローブ先端からＧＣ入口までである。よって、観察対象部位を決定するために、プレプルバックＸ線画像におけるＧＣ入口の位置を求める。造影剤が入っていない状況では、ＧＣ入口部位の形状はどの種類のガイディングカテーテルを用いても円筒形状を有している。よって、ＧＣ入口も一般的なパターンマッチング手法などで自動的に、精度良く検出することが可能である。
なお、ユーザがプレプルバックＸ線画像上で直接ＧＣ入口部位を指示することでＧＣ入口部を特定するようにしても良い。または、特定のプレプルバックＸ線画像においてユーザに指示されたＧＣ入口部位周辺の情報を用いて、他の１心拍分のＸ線画像群に対して自動的にＧＣ入口部を検出しても良い。
なお、Ｘ線撮影装置２００による撮影のフレームレートが７〜３０Ｈｚ程度のため、１秒分のＸ線画像は７〜３０枚程度であるので、ユーザがカテーテル先端と全体を指示することでカテーテルを検出しても良い。また、ユーザが単一フレームでのカテーテル先端を指示し、指示された周辺の画像の特徴量を用いて、１心拍分のＸ線画像群におけるカテーテル先端位置を自動的に検出してもよい。
ステップＳ５０４において、血管モデル生成部３０１は、ステップＳ５０２およびＳ５０３で検出されたカテーテル１１３の先端からＧＣ入口までの軌跡の座標を血管モデルとして定義する。たとえば、血管モデル生成部３０１は、図６（ａ）に示されるＧＣ入口６０３の位置から黒い点６０２の位置までの黒い線状の物体６０１を、血管断層像の取得範囲におけるカテーテル１１３に沿った線として抽出する。そして、血管モデル生成部３０１は、図６（ｂ）に示されるように、カテーテル１１３の先端からＧＣ入口までの軌跡（抽出された線）をｐ−１個に等分し、先端の座標を（ｘ1,j，ｙ1,j）、ＧＣ入口の座標を（ｘp,j，ｙp,j）として各位置のｘ、ｙ座標を求め、血管モデルとする。以上のようにして生成された血管モデルは血管モデル格納部３０３に格納される。なお、ｊは血管モデルの番号であり、所定期間から取得されたプレプルバックＸ線画像の枚数がＪ枚であれば、ｊは１〜Ｊの値をとる。
ステップＳ５０５では、上述した所定期間内のプレプルバックＸ線画像のうちの最終のＸ線画像（Ｊ枚目のＸ線画像、以下、最終フレームという）が処理されたか否かが判定される。最終フレームが処理されていなければ処理はステップＳ５０１に戻り、所定期間における次のプレプルバックＸ線画像について、上述した処理を実行する。
以上のようにして、所定期間内のプレプルバックＸ線画像の全てから血管モデルが生成されると、処理はステップＳ５０５からステップＳ５０６へ進む。ステップＳ５０６において、血管モデル生成部３０１は、ステップＳ５０１〜Ｓ５０５により生成された血管モデル群（本実施形態ではＪ個の血管モデル）を血管モデル格納部３０３に格納する。以上のようにして１心拍分の血管モデルを含む血管モデル群が生成され、保持される。血管モデル群は、拍動に応じたカテーテル１１３の位置（血管の位置）を表している。なお、上記ステップＳ５０４では、血管モデルとして座標を保持したがこれに限られるものではない。たとえば、検出されたカテーテル先端からＧＣ入口までのカテーテル１１３の軌跡が白（または黒）で、その他が黒（または白）のような画像データ（たとえば図６（ｂ）のような画像）を血管モデル群として保持するようにしても良い。
以上のようにして血管モデル生成部３０１により血管モデルが生成されると、処理は図３のステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３おいて、マーカ検出部３０４は、ステップＳ３０２で生成された血管モデル群を用いてプルバック中Ｘ線画像群４０２の各Ｘ線画像についてＸ線不透過マーカ１１８の位置を検出する。以下、マーカ検出部３０４によるマーカ検出処理について図７のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ７０１において、プルバック中Ｘ線画像読込部３０５は、Ｘ線画像格納部１０２からプルバック中Ｘ線画像を読み込む。次に、ステップＳ７０２において、マーカ検出部３０４は、ステップＳ７０１で読み込まれたＸ線画像における被検者の呼吸状態と各血管モデルの取得時の呼吸状態とのずれ、すなわち呼吸の影響を補正する（以下、呼吸補正という）。
呼吸は横隔膜の動きに連動する振動運動である。カテーテルによる手技中は自然呼吸で管理されているため、一般的には０．３回／フレーム程度の振動運動が発生する。心臓の拍動による変化は血管の平行移動、回転、変形をもたらすが、呼吸による変化は主として血管の平行移動をもたらす。そこで、呼吸補正では、Ｘ線画像上の血管全体の上下左右方向への移動（平行移動）を補正する。本実施形態の呼吸補正では、たとえばプルバック中Ｘ線画像におけるＧＣ入口部分の位置をパターンマッチング手法により検出し、検出されたＧＣ入口部分の位置に血管モデルのＧＣ入口部位が一致するように血管モデルを平行移動する。なお、Ｘ線画像全体からＧＣ入口を検出するのは困難な場合もあるので、たとえば、最初のフレームのみユーザがＧＣ入口を指定し、以降のフレームについては前フレームのＧＣ入口位置を追跡するようにしてもよい。
別の方法としては、Ｘ線画像に存在する横隔膜の動きを検出して、呼吸による移動量を求めることが挙げられる。横隔膜はＸ線画像において通常低輝度均一な画像として確認される。Ｘ線画像全体の輝度は、（１）最も低輝度な領域である造影剤が注入されている血管像、（２）次に低輝度な領域（輝度値が中間の領域）である横隔膜領域、（３）上記の（１）、（２）以外の領域という３つの領域に分類できる。よって、例えばクラスタリング手法を用いて３つに分類した際の、上記（２）に分類される輝度の画像中心をトレースすることで、呼吸による上下左右への移動量を検出することが可能である。先頭フレームについてＧＣ入口の位置をユーザが指定すると、以降のフレームのＧＣ入口の位置は、上述した横隔膜の変位に基づいて得られた移動量により決定され得る。
さらに別の方法として、上述したＧＣ入口の動きの検出の代わりに、カテーテル１１３の先端側に設けられた不図示のＸ線不透過マーカ（以下、先端マーカ）の動きを検出するようにしてもよい。一般に先端マーカはイメージングコア１１７の近傍に配置されたＸ線不透過マーカ１１８と比較して大きいサイズを有しており、より鮮明な黒点として検出することが可能である。
なお、呼吸による変位は上下方向が主となるので、上下方向についてのみ補正を行うようにしてもよい。
血管モデルの呼吸補正についてさらに具体的に説明する。血管モデルのｊ番目のフレームの座標群を（Xj、Yj）とした場合、以下の［数１］ように表される。
Figure 2017131348
ここで、血管モデルの座標はｐ個存在し、Distal側（Ｘ線不透過マーカ側）からProximal側（ＧＣ入口側）にインデックスは増加するように格納されている。また、ｘはＸ線画像の左右方向の座標であり、ｙはＸ線画像上の上下方向の座標である。
処理対象のプルバック中Ｘ線画像におけるＧＣ入口部の座標を（xGC、yGC）、血管モデルのＧＣ入口部の座標を（xp,j,yp,j）とすると、呼吸補正後の血管モデルの座標群（X'j、Y'j）は下記の［数２］のようになる。
Figure 2017131348
ステップＳ７０２では以上のような呼吸補正を血管モデル格納部３０３に格納された全ての血管モデルに対して実施され、呼吸補正された血管モデル群が生成される。
次に、ステップＳ７０３において、マーカ検出部３０４は、呼吸補正後の血管モデルを用いて検査対象の血管に対応する血管モデルを選択する。血管モデル生成部３０１が生成した血管モデルは、各心拍におけるＧＣ入口部からカテーテル先端部までの軌跡情報である。マーカ検出部３０４は、処理中のプルバック中Ｘ線画像に適応する、呼吸補正後の血管モデル（すなわち心拍動周期が処理対象のプルバック中Ｘ線画像に対応している血管モデル）を検出する。以下、その処理について説明する。
まず、プルバック中Ｘ線画像に対して適応型の二値化フィルタを用いて二値化する。得られた二値化画像に対して呼吸補正後の血管モデルの座標に対応する輝度値を用いて、たとえば以下の［数３］によりｊ番目の血管モデルに対する相関値Ｒｊを計算する。
Figure 2017131348
ここでI(x'i,j,y'i,j)は、二値化後のプルバック中Ｘ線画像の座標(x'i,j,y'i,j)における画素値である。本実施形態では、血管に造影剤が投入されており、上述の二値化により、造影剤が存在する血管の血管像は黒に、その他の領域は白となる。よって、座標(x'i,j,y'i,j)が造影剤の存在する血管像上にあればI(x'i,j,y'i,j)の値は１に、それ以外の領域にあればI(x'i,j,y'i,j)の値は０になる。また、ｋは血管の連続性を考慮するための重みであり、血管モデルの位置（座標(x'i,j,y'i,j)）が連続して血管像上に存在する場合に重み値が増加するようにしている。なお、重み付けを用いなくてもよいことは言うまでもない。重み付けを用いない場合、常にｋi＝１である。
以上のような演算によれば、たとえば図８（ａ）に示されるように血管像８１１と重なる部分の多い血管モデル８０１では算出される相関値Ｒは大きくなり、図８（ｂ）に示されるように血管像８１１からずれる血管モデル８０２では算出される相関値Ｒは小さくなる。本実施形態では、Ｊ個の血管モデルが生成されているので、ｊ＝１〜Ｊの各血管モデルについて相関値を算出し、最も大きな相関を示す（Ｒｊが最大となる）血管モデルが、処理対象のプルバック中Ｘ線画像に対する血管モデルとして採用される。
次にステップＳ７０４において、マーカ検出部３０４は、ステップＳ７０３で選択した血管モデルを用いて、Ｘ線不透過マーカ１１８のプルバック中Ｘ線画像における位置を推定する。血管内診断装置１００のカテーテル１１３は、上記処理にて選択した血管モデル（カテーテルの軌跡）上に存在するはずである。さらに、そのプローブ（イメージングコア１１７およびＸ線不透過マーカ１１８）はその血管モデル上を、カテーテルの先端位置らＧＣ入口へ向かって等速で移動しているものと仮定できる。
ステップＳ７０３で選択された血管モデルはプルバック前のプローブ先端からＧＣ入口までの軌跡であり、プルバック中Ｘ線画像が血管内診断装置１００によるプルバック動作に同期して収集されることを考慮すると、選択された血管モデルをプルバック開始から血管断層像上でＧＣが検出されるまでのフレームの数（血管断層像群４１１の枚数）で等分割した距離が、Ｘ線不透過マーカがＸ線画像上で移動する単位距離Δｌとなる。血管断層像上でＧＣは全周性の強輝度な略円形として描出され、通常の血管画像に対して非常に特徴的である。したがって、ＧＣは血管断層像から容易に検出することができる。プルバック開始からＧＣが表示されるまでの血管断層像群４１１の枚数をＮとし、選択された血管モデルの全長をＬとすると、単位距離Δｌは、
Figure 2017131348
 のように表される。
ただし、通常Ｘ線画像は、７、１５、３０Ｈｚのサンプリングレートで収集されるのに対して、血管断層像は３０Ｈｚ以上（例えば１６０、１８０Ｈｚ）で収集される。よって、実際に取得できるＸ線画像上でのＸ線不透過マーカの単移動距離は、当該フレームレートの差を考慮する必要がある。したがって、ｍ番目のプルバック中Ｘ線画像におけるＸ線不透過マーカ１１８の予測位置は、選択された血管モデル上の先端部（プルバック開始位置）から以下の［数５］で示される距離Ｌｍだけ離れた位置に存在する。
Figure 2017131348
ここで、ｆ０は血管断層像のサンプリングレート（Ｈｚ）であり、ｆａはＸ線画像のサンプリングレート（Ｈｚ）である。
選択された血管モデルのｉインデックス目の座標に対応する先端部（x1,j,y1,j）からの長さｌｉは、以下の［数６］のように表される。
Figure 2017131348
したがって、
Figure 2017131348
 となる血管モデルのｉインデックス目（または、ｉ＋１インデックス目）に該当する座標位置を、Ｘ線不透過マーカ１１８の予測位置とする。または、ｉインデックス目に該当する座標位置とｉ＋１インデックス目に該当する座標位置を用いて直線補間を行った結果を予測位置としてもよい。この場合、ｉインデックス目に該当する座標を（Ｘi，Ｙi+1）、ｉ＋１インデックス目に該当する座標を（Ｘi+1，Ｙi+1）とすると、
予測位置＝（ｋ＊Ｘi＋（１−ｋ）＊Ｘi+1，ｋ＊Ｙi＋（１−ｋ）＊Ｙi）
ｋ=（ｌi+1−Ｌｍ）／（ｌi+1−ｌi）
となる。なお、当該予測位置に前フレームでのＸ線不透過マーカ１１８の位置をフィードバックして予測位置を求めることで予測位置の精度を高めても良い。
以上のようにして、血管モデルに基づいてＸ線不透過マーカ１１８のプルバック中Ｘ線画像における位置が推定されると処理はステップＳ７０５へ進む。ステップＳ７０５において、マーカ検出部３０４は、ステップＳ７０４で推定された位置の近傍でＸ線不透過マーカ１１８を探索し、Ｘ線不透過マーカの位置を決定する。
前述した通り、Ｘ線不透過マーカ１１８は、Ｘ線画像上で黒色の点のように表示される。よって、マーカ検出部３０４は、ステップＳ７０４で推定されたＸ線不透過マーカ１１８の予測位置に基づく特定の範囲（たとえば、予測位置の近傍）に対して黒点を強調する処理を行う。このような処理としては、黒点を強調するようなフィルタ（たとえば、たたみこみフィルタ、周波数解析（Wavelet、FFT））を用いることが挙げられる。
フィルタ処理の結果、一般には複数の候補点が見つかるため、マーカ検出部３０４は、Ｘ線不透過マーカ１１８との相関を求めて、相関の高い候補点をＸ線不透過マーカ１１８として選択する。たとえば、以下のような相関値を用いることができる。
＜距離相関値＞
推定位置と検出位置との距離の二乗値
または、血管モデルと検出位置の距離の二乗値
＜形状相関値＞
前述の通り、Ｘ線不透過マーカの後ろ側にはＸ線不透過の金属シャフト１１６が存在している。また、カテーテル１１３の構造上、Ｘ線不透過マーカ１１８よりも先端側のカテーテル１１３内部は空気もしくは生食等のＸ線透過成分で満たされている。よって、形状的には、検出されたＸ線不透過マーカ１１８の位置から血管モデルの基部方向の輝度値が低く、端部方向の輝度値が高くなる。このような形状を摸擬した１次元フィルタを黒点の検出位置から血管モデル方向へ適応して相関を判定する。
次にステップＳ７０６において、マーカ検出部３０４は全てのプルバック中Ｘ線画像について上述の処理を終えたか否かを判定する。未処理のプルバック中Ｘ線画像があれば、処理はステップＳ７０１に戻り、次のプルバック中Ｘ線画像についてステップＳ７０１〜Ｓ７０５の処理を行う。こうして、全てのプルバック中Ｘ線画像についてマーカが検出されると、マーカ検出処理が終了する。
図３に戻り、ステップＳ３０４において、同期表示部３０７はディスプレイ３０８に血管断層像とプルバック中Ｘ線画像を同期表示する。プルバック動作の間に、Ｎ枚の血管断層像とＭ枚のプルバック中Ｘ線画像が得られるとすると、同期表示部３０７は、ｎ番目の血管断層像とｍ＝ｆａ／ｆ０＊ｎ番目のプルバック中Ｘ線画像とが同時に表示されるように制御する。なお、ｆ０は血管断層像のサンプリングレート（Ｈｚ）であり、ｆａはＸ線画像のサンプリングレート（Ｈｚ）でる。マーカ検出処理によりＭ枚のプルバック中Ｘ線画像のそれぞれについてＸ線不透過マーカ１１８の位置が検出されているので、同期表示部３０７は、表示中のプルバック中Ｘ線画像にＸ線不透過マーカ１１８の位置を強調する強調表示を施す。Ｘ線不透過マーカ１１８の位置を強調する方法としては、たとえば、マーカ検出部３０４により検出された位置に所定の輝度（または色）の図形を表示する、その図形を点滅表示する、検出された位置を示す矢印図形を表示すること等が挙げられる。
図９は実施形態による同期表示の例を示す図である。同期表示部３０７はディスプレイ３０８の表示制御を行い、図９に示すようにＸ線画像９０１（アンジオ画像）と血管断層像９０２を同期表示する。同期表示では、表示されている血管断層像９０２の取得タイミングと同じタイミングで撮影されたＸ線画像９０１が表示される。また、図９では、Ｘ線不透過マーカ位置を明示する表示例として、Ｘ線不透過マーカ位置に強調マーク９１１を重畳した状態、矢印図形９１２によりＸ線不透過マーカ位置を示した状態が示されている。強調マーク９１１や矢印図形９１２の形状や色などは図示のものに限られるものではなく、また、点滅表示を行うようにしてもよい。また、ユーザ操作により、強調マーク９１１や矢印図形９１２の表示のオンオフを切り替えられるようにしてもよい。
以上のように、上記実施形態の画像表示装置３００によれば、高い信頼性でＸ線画像（アンジオ画像）上のＸ線不透過マーカ１１８の位置を検出することができる。また、ディスプレイ３０８には、血管断層像とＸ線画像（プルバック中Ｘ線画像）が同期表示され、Ｘ線画像上ではＸ線不透過マーカ１１８の位置が明示される。このため、ユーザは、表示中の血管断層像を撮影している時点におけるＸ線不透過マーカ１１８の位置をＸ線画像（アンジオ画像）において容易に、且つ、直ちに把握することができる。
なお、上記実施形態では、画像表示装置を、血管内診断装置１００やＸ線撮影装置２００から独立した情報処理装置（たとえば、汎用ＰＣ）により実現する例を示したが、これに限られるものではない。たとえば、血管内診断装置１００やＸ線撮影装置２００に画像表示装置３００の機能を組み込んでもよい。また、上記実施形態では血管内診断装置１００がＸ線画像格納部１０２にＸ線撮影装置２００からのＸ線画像を格納したが、Ｘ線撮影装置２００がＸ線画像を格納するようにしてもよい。この場合、Ｘ線撮影装置２００や、プルバック開始操作やプルバック終了を示す信号を血管内診断装置１００からケーブル１０３を介して受信することで、プレプルバックＸ線画像群４０１やプルバック中Ｘ線画像群４０２を区別して格納することができる。
なお、画像表示装置３００において、ステップＳ７０３における血管モデルの選択結果をユーザ操作に応じて変更できるようにしてもよい。たとえば、Ｊ枚の呼吸補正後の血管モデルの画像をディスプレイ３０８に提示、ユーザが所望の血管モデルを選択できるようにする。画像表示装置３００は、ユーザ選択された血管モデルをプルバック中Ｘ線画像に重畳して表示させ、ユーザはこの重畳表示を見て血管モデルの適否を判断する。そして、ユーザからの所定の決定操作に応じて、現在ユーザ選択されている血管モデルが当該プルバック中Ｘ線画像に対応する血管モデルとして決定される。
また、ステップＳ７０５で検出されたＸ線不透過マーカの位置を、ユーザ操作に応じて修正できるようにしてもよい。たとえば、同期表示中に表示されているプルバック中Ｘ線画像上の強調表示をマウス操作などのユーザ操作に応じて移動可能とし、強調表示を移動するユーザ操作があった場合には、強調表示の移動後の位置へＸ線不透過マーカの位置を修正する。
なお、同期表示において、Ｘ線不透過マーカの位置を明示する処理を実行するか否かをユーザが設定可能としてもよい。また、画像表示装置３００について示した各機能部は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現されてもよいし、それらの一部もしくは全てがハードウエアにより実現されてもよい。
１００：血管内診断装置、１０１：血管断層像格納部、１０２：Ｘ線画像格納部、１０３：ケーブル、２００：Ｘ線撮影装置、２１１：Ｘ線源、２１２：Ｘ線センサ、３００：画像表示装置、３０１：血管モデル生成部、３０２：プルバックＸ線画像読込部、３０３：血管モデル格納部、３０４：マーカ検出部、３０５：プルバック中Ｘ線画像読込部、３０６：血管断層像読込部、３０７：同期表示部、３０８：ディスプレイ

Claims (16)

  1. プローブをカテーテルの軸方向へ移動しながら取得した複数の断層像と、前記プローブの前記移動の間に撮影された複数のＸ線画像とを表示する画像表示装置であって、
    前記プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、前記プローブに沿った線を抽出する抽出手段と、
    前記抽出手段により抽出された線を用いて、前記プローブの移動中に撮影された前記複数のＸ線画像の各々において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する検出手段と、
    前記複数のＸ線画像と前記複数の断層像とを同期表示し、該同期表示におけるＸ線画像の表示において前記検出手段により検出された前記Ｘ線不透過マーカの位置を明示する表示制御手段と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記検出手段は、
    前記移動中に撮影されたＸ線画像における前記Ｘ線不透過マーカの位置を前記抽出手段により抽出された線に基づいて推定する推定手段と、
    前記移動中に撮影された前記Ｘ線画像において、前記推定手段により推定された位置の近傍で前記Ｘ線不透過マーカの画像を探索する探索手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記抽出手段により前記所定期間に撮影された複数のＸ線画像から抽出された複数の線のうち、前記移動中に撮影された前記Ｘ線画像における血管像と最も一致する線を選択する選択手段をさらに備え、
    前記推定手段は、前記選択手段により選択された線に基づいて前記Ｘ線不透過マーカの位置を推定することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
  4. ユーザ操作に応じて前記選択手段による線の選択結果を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
  5. 前記所定期間は、Ｘ線撮影の開始からフラッシュの開始までの間の、少なくとも心臓の一拍分の期間を含むように設定された期間であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  6. 前記抽出手段は、前記プローブの、前記Ｘ線不透過マーカの位置からガイディングカテーテルの端部までの間の部分に対応する線を抽出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  7. 前記プローブの前記移動の間に撮影されたＸ線画像における前記ガイディングカテーテルの端部の位置と、前記線の前記ガイディングカテーテルの端部に対応する位置とが一致するように、前記線を平行移動する移動手段をさらに備え、
    前記推定手段は、前記移動手段により移動された線を用いることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
  8. 前記複数の断層像の取得を開始する前から前記複数の断層像の取得後までのＸ線画像を収集する収集手段と、
    前記収集手段により収集されたＸ線画像に基づいてＸ線撮影開始のタイミングを判定し、判定したタイミングから前記所定期間のＸ線画像を取得する取得手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  9. ユーザ操作に応じて、前記検出手段により検出された前記Ｘ線不透過マーカの位置を修正する修正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  10. 前記Ｘ線不透過マーカの位置を明示する処理を実行するか否か設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  11. 前記プローブを介して計測光を出射してその反射光を入射して断層像を得る断層像取得手段と、
    Ｘ線撮影装置が撮影したＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置と、を備えることを特徴とする光干渉診断装置。
  12. 前記プローブを介して超音波信号を出力してその反射信号を入力することにより断層像を得る断層像取得手段と、
    Ｘ線撮影装置が撮影したＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置と、を備えることを特徴とする超音波断層像撮影装置。
  13. プローブをカテーテルの軸方向へ移動しながら取得した複数の断層像と、前記プローブの前記移動の間に撮影された複数のＸ線画像とを表示する画像表示装置の制御方法であって、
    前記プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、前記プローブに沿った線を抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程で抽出された線を用いて、前記プローブの移動中に撮影された前記複数のＸ線画像の各々において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する検出工程と、
    前記複数のＸ線画像と前記複数の断層像とを同期表示し、該同期表示におけるＸ線画像の表示において前記検出工程で検出された前記Ｘ線不透過マーカの位置を明示する表示制御工程と、を有することを特徴とする画像表示装置の制御方法。
  14. 請求項１３に記載の画像表示装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  15. 断層像を取得するためのプローブのカテーテルの軸方向への移動中に撮影された複数のＸ線画像において、前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカを検出するＸ線不透過マーカ検出方法であって、
    前記プローブの移動を開始する前の所定期間に撮影されたＸ線画像から、前記プローブに沿った線を抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程で抽出された線を用いて、前記プローブの移動中に撮影された前記複数のＸ線画像の各において前記プローブに設けられたＸ線不透過マーカの位置を検出する検出工程と、を有することを特徴とするＸ線不透過マーカ検出方法。
  16. 請求項１５に記載のＸ線不透過マーカ検出方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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