JP5818491B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、画像処理装置および画像処理方法に関する。
従来、循環器内科領域における心機能検査では、Ｘ線診断装置や、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、核医学診断装置、超音波診断装置などの医用画像診断装置により撮影された医用画像を用いた画像診断が行なわれている。
心機能検査における画像診断を支援する方法としては、医用画像診断装置により所定の時間間隔で収集された画像データに含まれる心臓に複数の点を設定し、設定した複数の点を追跡することで、心臓の運動機能が描出された画像を表示する方法が知られている。また、かかる方法としては、心筋の輝度値が心臓内腔の輝度値より高くなる撮影法により撮影されたＭＲＩ画像と、心臓内腔の輝度値が心筋の輝度値より高くなる造影剤を用いた撮影法により撮影されたＭＲＩ画像とから心筋の内膜および外膜を抽出して心臓の運動機能を解析する方法も知られている。
一方、Ｘ線診断装置により撮影されたＸ線透過画像を用いた心機能検査では、一般的に、左心室造影（ＬＶＧ：Left Ventriculography）が行なわれている。左心室造影は、心臓の左心室に挿入された左心室造影用のカテーテル（Pig Tail Catheter）から造影剤を注入することで、左心室が染影されたＸ線透過画像を撮影する方法である。左心室造影によりＸ線透過画像を連続撮影することで、医師は、心室の動く様相が描出された画像を参照して、心臓の運動機能低下などの診断を行なうことができる。また、左心室造影により撮影されたＸ線透過画像を用いて左心室の駆出率（ＥＦ：Ejection Fraction）を算出することで、医師は、心臓の運動機能を定量的に解析することができる。
なお、通常、Ｘ線診断装置を用いた心機能検査では、最初に冠状動脈造影（Coronary Angiography）によりＸ線透過画像を撮影することで血管狭窄などの診断が行なわれた後に、左心室造影による診断が行なわれる。
ところで、上記した左心室造影では、左心室内をまんべんなく造影する必要があるため、１回の左心室造影撮影において、例えば、３０ｍｌの造影剤が注入される。これに対して、冠状動脈造影で必要とされる造影剤の量は、６ｍｌ〜１５ｍｌである。このように、左心室造影を行うためには、多量の造影剤を注入する必要がある。また、１回の検査で被検体に注入される造影剤の量には、腎機能に負担がかかることを回避するために上限値が設けられており、多量の造影剤を注入する必要がある左心室造影は、繰り返して複数回数行なうことが困難である。
また、冠状動脈造影の撮影時間は、約５秒間程度であるのに対し、左心室造影の撮影時間は、約１０〜２０秒間と長く、左心室造影では、Ｘ線被曝量が増大する。また、左心室造影は、上述したように専用のカテーテルを用いる必要がある。このため、冠状動脈造影後に左心室造影を行なう場合、冠状動脈造影用のカテーテルを抜いた後に、左心室造影用のカテーテルを被検体に挿入する必要があり、検査に要する時間は増大する。
このように、左心室造影により撮影されたＸ線透過画像を用いて心臓の運動機能を解析するためには、被検体に負担がかかっていた。
本発明が解決しようとする課題は、被検体にかかる負担を低減したうえで、心臓の運動機能解析を行なうことができるＸ線透過画像を生成することが可能となる画像処理装置および画像処理方法を提供することである。
実施形態の画像処理装置は、差分画像生成部と、表示制御部とを備える。差分画像生成部は、冠状動脈に注入された造影剤により被検体の心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像から、前記被検体の心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を差分することで差分画像を生成する。表示制御部は、前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を所定の表示部に表示するように制御する。前記第１のＸ線透過画像は、左冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、左冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像と、右冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、右冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像とである。前記差分画像生成部は、前記左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像および前記右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像それぞれから前記第２のＸ線透過画像を差分することで、左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を生成し、当該生成した２つの差分画像を合成することで、前記差分画像を生成する。
以下に添付図面を参照して、この発明に係る画像処理装置および画像処理方法の実施例を詳細に説明する。以下では、本発明に係る画像処理方法を実行する画像処理装置がＸ線診断装置に組み込まれている場合を実施例として説明する。なお、以下に示す実施例によって本発明が限定されるものではない。
まず、実施例１に係るＸ線診断装置の構成について説明する。図１は、実施例１に係るＸ線診断装置の構成を説明するための図である。
図１に示すように、実施例１に係るにＸ線診断装置は、高電圧発生器１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線絞り装置１３と、天板１４と、Ｃアーム１５と、Ｘ線検出器１６と、Ｃアーム回転・移動機構１７と、天板移動機構１８と、Ｃアーム・天板機構制御部１９と、絞り制御部２０と、システム制御部２１と、入力部２２と、表示部２３と、画像生成部２４と、画像記憶部２５と、画像処理部２６とを有する。さらに、図１に示すように、実施例１に係るにＸ線診断装置では、被検体Ｐに装着された心電計３０が画像処理部２６と接続される。
心電計３０は、被検体Ｐの心電波形を取得し、取得した心電波形を、時間情報とともに、後述する画像処理部２６に送信する。
高電圧発生器１１は、高電圧を発生する装置であり、発生した高電圧をＸ線管１２に供給する。Ｘ線管１２は、高電圧発生器１１から供給された高電圧によりＸ線を発生する。
Ｘ線絞り装置１３は、Ｘ線管１２が発生したＸ線を被検体Ｐの関心領域に対して選択的に照射されるように絞り込むための装置である。例えば、Ｘ線絞り装置１３は、スライド可能な４枚の絞り羽根を有し、これら絞り羽根をスライドさせる。これにより、Ｘ線管１２が発生したＸ線は、例えば、被検体Ｐの心臓を含む関心領域に選択的に照射される。
天板１４は、被検体Ｐを載せるベッドであり、図示しない寝台の上に配置される。
Ｘ線検出器１６は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出するための複数のＸ線検出素子が配列された装置であり、各Ｘ線検出素子は、被検体Ｐを透過したＸ線を電気信号に変換して蓄積し、蓄積した電気信号を後述する画像生成部２４に送信する。
Ｃアーム１５は、Ｘ線管１２、Ｘ線絞り装置１３およびＸ線検出器１６を保持するアームである。Ｃアーム１５により、「Ｘ線管１２およびＸ線絞り装置１３」とＸ線検出器１６とは、被検体Ｐを挟んで対向するように配置される。
Ｃアーム回転・移動機構１７は、Ｃアーム１５を回転および移動させるための装置であり、天板移動機構１８は、天板１４を移動させるための装置である。
Ｃアーム・天板機構制御部１９は、Ｃアーム回転・移動機構１７および天板移動機構１８を制御することで、Ｃアーム１５の回転調整および移動調整と、天板１４の移動調整とを行なう。
絞り制御部２０は、Ｘ線絞り装置１３が有する絞り羽根の開度を調整することで、Ｘ線の照射範囲を制御する。
画像生成部２４は、Ｘ線検出器１６により被検体Ｐを透過したＸ線から変換された電気信号を用いてＸ線透過画像を生成し、生成したＸ線透過画像を画像記憶部２５に格納する。
画像記憶部２５は、画像生成部２４により生成されたＸ線透過画像を記憶する。具体的には、画像記憶部２５は、画像生成部２４により生成されたＸ線透過画像を撮影時間に対応付けて記憶する。
画像処理部２６は、画像記憶部２５が記憶するＸ線透過画像に対して各種画像処理を実行する処理部である。なお、画像処理部２６が実行する画像処理については、後に詳述する。
入力部２２は、Ｘ線診断装置を操作する医師や技師などの操作者が各種コマンドを入力するために用いるマウス、キーボード、ボタン、トラックボール、ジョイスティックなどを有する。そして、入力部２２は、操作者から受け付けたコマンドを、後述するシステム制御部２１に転送する。
表示部２３は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイなどのモニタを有する。表示部２３は、入力部２２を介して操作者からコマンドを受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、画像記憶部２５が記憶するＸ線透過画像や画像処理部２６により画像処理されたＸ線透過画像などを表示したりする。
システム制御部２１は、Ｘ線診断装置全体の動作を制御する。すなわち、システム制御部２１は、入力部２２から転送された操作者からのコマンドに基づいて、高電圧発生器１１、Ｃアーム・天板機構制御部１９、絞り制御部２０を制御することで、Ｘ線量の調整およびＸ線照射のＯＮ／ＯＦＦ制御、Ｃアーム１５の回転・移動の調整、天板１４の移動調整などを行なう。
また、システム制御部２１は、操作者からのコマンドに基づいて、画像生成部２４および画像処理部２６の制御を行なう。さらに、システム制御部２１は、操作者からコマンドを受け付けるためのＧＵＩや、画像記憶部２５が記憶するＸ線透過画像および画像処理部２６により画像処理された画像を表示部２３のモニタに表示するように制御する。
以上、実施例１に係るＸ線診断装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、実施例１に係るＸ線診断装置は、被検体Ｐの心臓を撮影したＸ線透過画像を生成する。具体的には、実施例１に係るＸ線診断装置は、冠状動脈に造影剤が注入された被検体Ｐの心臓に対してＸ線を照射してＸ線透過画像を生成する。そして、実施例１に係るＸ線診断装置は、以下に説明する画像処理部２６の画像処理により、被検体Ｐにかかる負担を低減したうえで、心臓の運動機能解析を行なうことができるＸ線透過画像を生成する。具体的には、実施例１に係る画像処理部２６は、冠状動脈造影により心臓の運動機能解析を行なうことができるＸ線透過画像を生成する。図２は、実施例１に係る画像処理部の構成を説明するための図である。
図２に示すように、実施例１に係る画像処理部２６は、画像選択部２６ａおよび差分画像生成部２６ｂを有する。
画像選択部２６ａは、画像記憶部２５に格納されているＸ線透過画像から、差分画像生成部２６ｂの処理対象となるＸ線透過画像を選択する。例えば、冠状動脈造影によるＸ線透過画像の撮影が終了した後に、操作者が入力部２２を介して画像処理要求を入力すると、システム制御部２１は、画像選択部２６ａが処理を開始するように制御する。
図３は、画像選択部の選択対象となるＸ線透過画像を説明するための図である。図３に示すように、画像記憶部２５は、冠状動脈造影により造影剤が冠状動脈に注入された被検体Ｐの心臓を時系列に沿って撮影した複数のＸ線透過画像を記憶している。なお、図３には示さないが、画像記憶部２５は、冠状動脈造影前に被検体Ｐの心臓を撮影した複数のＸ線透過画像も記憶している。
画像選択部２６ａは、図３に示す冠状動脈造影後に時系列に沿って生成された複数のＸ線透過画像から、被検体Ｐの心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像を選択する。具体的には、画像選択部２６ａは、画像内の低周波成分に基づいて、第１のＸ線透過画像を選択する。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、画像選択部を説明するための図である。
冠状動脈に注入された造影剤は、心臓内の血管に流入した後、心筋組織の細胞間質に流入する。したがって、冠状動脈造影後のＸ線透過画像における血管の染影度は、図４Ａに示すように、造影剤注入前の時点（図中の「時間：Ａ」を参照）から時系列に沿って急激に上昇してピークに達し（図中の「時間：Ｂ」を参照）、その後、低下する。そして、冠状動脈造影後のＸ線透過画像における心筋組織の染影度は、図４Ａに示すように、血管の染影度に遅れて緩やかに上昇してピークに達し（図中の「時間：Ｃ」を参照）、その後、低下する。ここで、血管の染影度のピーク値は、図４Ａに示すように、心筋組織の染影度のピーク値と比較して高い。
そこで、画像選択部２６ａは、冠状動脈造影後の時系列に沿った複数のＸ線透過画像に対してＬＰＦ（Low Pass Filter）処理を行なうことで、画像内の低周波成分を抽出する。そして、画像選択部２６ａは、抽出した低周波成分が所定の閾値以上となるＸ線透過画像を選択することで、被検体の心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像を選択する。
ここで、画像選択部２６ａは、Ｘ線透過画像の撮影時間と、心電計３０から時間情報とともに取得した被検体Ｐの心電波形とに基づいて、被検体Ｐの心臓の１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像（第１のＸ線透過画像群）を選択する。すなわち、画像選択部２６ａは、図４Ａに示すように、収縮期と拡張期とを含む１心拍分の第１のＸ線透過画像群を選択する。
また、画像選択部２６ａは、図４Ａに示すように、造影剤注入直前に生成されたＸ線透過画像を、被検体Ｐの心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像として選択する。なお、画像選択部２６ａは、冠状動脈造影後のＸ線透過画像において、心筋の細胞間質から造影剤が静脈内に流出された後のＸ線透過画像を第２のＸ線透過画像として選択する場合であってもよい。
図２に戻って、差分画像生成部２６ｂは、第１のＸ線透過画像から、第２のＸ線透過画像を差分することで差分画像を生成する。すなわち、差分画像生成部２６ｂは、第２のＸ線透過画像を背景画像とし、第１のＸ線透過画像から第２のＸ線透過画像を差分することで、心筋組織の染影が強調された差分画像を生成する。図５Ａおよび図５Ｂは、差分画像生成部を説明するための図である。
具体的には、差分画像生成部２６ｂは、図５Ａに示すように、１心拍分の第１のＸ線透過画像群それぞれから第２のＸ線透過画像を差分することで、複数の差分画像を生成する。
そして、図１および図２に示すシステム制御部２１は、差分画像生成部２６ｂにより生成された差分画像を表示部２３にて表示するように制御する。具体的には、システム制御部２１は、差分画像生成部２６ｂにより生成された複数の差分画像（差分画像群）を表示部２３にて動画表示するように制御する。血管が略描出されずに心筋組織の染影が強調された差分画像群が動画表示されることで、医師は、心筋組織が動く様相を詳細に観察することができる。あるいは、システム制御部２１は、操作者の設定により、複数の差分画像を表示部２３にて並列表示するように制御する。
なお、上記では、画像選択部２６ａが画像内の低周波成分に基づいて、第１のＸ線透過画像を選択する場合について説明した。しかし、本実施例１は、画像選択部２６ａが、造影剤投与時からの経過時間に基づいて、第１のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。具体的には、画像選択部２６ａは、操作者により予め設定された経過時間を含む所定の時間内に生成された複数のＸ線透過画像を第１のＸ線透過画像群として選択する。例えば、操作者は、心筋組織の染影度がピークとなることが推定される経過時間（図４Ａに示す「時間：Ｃ」）および所定の時間「ａ」を設定する。かかる場合、画像選択部２６ａは、造影剤投与時からの経過時間「Ｃ−ａ」から経過時間「Ｃ＋ａ」の間に生成された複数のＸ線透過画像を第１のＸ線透過画像群として選択する。ここで、操作者が時間「２×ａ」を被検体Ｐの平均ＲＲ間隔に設定することで、画像選択部２６ａは、１心拍分の複数のＸ線透過画像を第１のＸ線透過画像群として選択することができる。
また、上記で説明した低周波成分に基づく画像選択は、以下に説明する方法により行なわれる場合であってもよい。すなわち、画像選択部２６ａは、冠状動脈造影の時系列に沿った複数のＸ線透過画像それぞれの血管成分が低減された画像に基づいて、第１のＸ線画像を選択する。具体的には、画像選択部２６ａは、図４Ｂに示すように、冠状動脈造影によるＸ線透過画像群それぞれから、背景差分により骨などの成分を除去する。そして、画像選択部２６ａは、図４Ｂに示すように、冠状動脈造影によるＸ線透過画像群それぞれに対して、ＨＰＦ（High Pass Filter）処理を行なうことで、血管成分が主に描出されたＨＰＦ画像を生成する。また、画像選択部２６ａは、図４Ｂに示すように、冠状動脈造影によるＸ線透過画像群それぞれに対して、ＬＰＦ処理を行なうことで、血管成分以外が主に描出されたＬＰＦ画像を生成する。すなわち、ＬＰＦ画像は、血管成分が低減された画像となる。
そして、画像選択部２６ａは、各ＨＰＦ画像全体の平均輝度値や、各ＨＰＦ画像内に設定された関心領域の平均輝度値を算出し、算出した平均輝度値を時間軸に沿ってプロットすることで、図４Ｂに示すように、血管の造影剤濃度変化に対応する時間変化曲線を生成する。同様に、画像選択部２６ａは、各ＬＰＦ画像全体の平均輝度値や、各ＬＰＦ画像内に設定された関心領域の平均輝度値を算出し、算出した平均輝度値を時間軸に沿ってプロットすることで、図４Ｂに示すように、心筋組織の造影剤濃度変化に対応する時間変化曲線を生成する。ＬＰＦ画像内に関心領域を設定する場合、例えば、画像選択部２６ａは、ＬＰＦ画像内の各画素の輝度値から重心の位置を決定する。そして、画像選択部２６ａは、例えば、決定した重心を中心とし、画像サイズの半分の長さを直径とする円を関心領域として設定する。
そして、画像選択部２６ａは、図４Ｂに示すように、心筋組織の時間変化曲線と血管の時間変化曲線とが交わる時点から１心拍後の時点までのＸ線透過画像群を、第１のＸ線透過画像群として選択する。あるいは、画像選択部２６ａは、図４Ｂに示すように、心筋組織の時間変化曲線にて輝度値がピークとなる時点を挟んで１心拍分の範囲にあるＸ線透過画像群を、第１のＸ線透過画像群として選択する。なお、心筋組織の時間変化曲線のみを用いて第１のＸ線透過画像群を選択する場合は、ＬＰＦ画像のみを生成して画像選択処理を行なってもよい。
このように、血管を染影することを目的として行なわれる冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像群から心筋組織の染影が強調された差分画像を生成するためには、血管成分を低減したＬＰＦ画像を用いて第１のＸ線透過画像群を選択することが望ましい。
また、本実施例１は、画像選択部２６ａが、画像全体の平均輝度値に基づいて、第１のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。すなわち、画像選択部２６ａは、図４Ｃに示すように、冠状動脈造影によるＸ線透過画像群それぞれから、背景差分により骨などの成分を除去する。そして、画像選択部２６ａは、背景差分が行なわれた画像それぞれにおいて、画像全体の平均輝度値を算出する。そして、画像選択部２６ａは、図４Ｃに示すように、画像全体の平均輝度値を時間軸に沿ってプロットした時間変化曲線を生成する。ここで、心臓において、血管が占める体積と、心筋組織が占める体積とでは、心筋組織が占める体積の方が大きい。従って、画像全体の平均輝度値がピークとなる時点のＸ線透過画像では、心筋組織が主に染影されていることが推定される。そこで、画像選択部２６ａは、例えば、図４Ｃに示すように、画像全体の平均輝度値がピークとなる時点を挟んで１心拍分の範囲にあるＸ線透過画像群を選択する。そして、画像選択部２６ａは、図４Ｃに示すように、画像全体の平均輝度値から選択したＸ線透過画像群それぞれから血管成分を除去したＬＰＦ画像群を生成し、生成したＬＰＦ画像群を第１のＸ線透過画像群とする。
なお、画像選択部２６ａは、画像全体の平均輝度値がピークとなる時点を挟んで１心拍分の範囲にあるＸ線透過画像群を、第１のＸ線透過画像群として選択してもよい。
また、図５Ａに示す差分画像群は、２回の冠状動脈造影により生成される場合であってもよい。冠状動脈は、左冠状動脈と右冠状動脈とに大別され、心筋組織は、左冠状動脈により栄養される心筋組織と、右冠状動脈により栄養される心筋組織とに大別される。従って、心筋組織全体の染影が強調された差分画像を確実に生成するためには、図５Ｂに示すように、左冠状動脈造影と右冠状動脈造影とを２回にわたり行なうことが望ましい場合がある。
かかる場合、画像選択部２６ａは、図５Ｂに示すように、左冠状動脈造影により撮影された複数のＸ線透過画像から左冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像を「左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像」として選択する。具体的には、画像選択部２６ａは、１心拍分の「左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像群」を選択する。また、画像選択部２６ａは、図５Ｂに示すように、右冠状動脈造影により撮影された複数のＸ線透過画像から右冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像を「右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像」として選択する。具体的には、画像選択部２６ａは、１心拍分の「右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像群」を選択する。なお、「左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像」および「右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像」の選択方法は、上述した方法から指定された方法により実行される。
そして、差分画像生成部２６ｂは、左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像および右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像それぞれから第２のＸ線透過画像を差分することで、図５Ｂに示すように、左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を生成する。そして、差分画像生成部２６ｂは、生成した２つの差分画像を合成することで、差分画像を生成する。具体的には、同一の心位相における左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を合成することで差分画像を生成する。
また、上記では、画像選択部２６ａが１心拍分の第１のＸ線透過画像を選択する場合について説明した。しかし、本実施例１は、画像選択部２６ａが２心拍以上の第１のＸ線透過画像を選択する場合であってよい。さらに、本実施例１は、画像選択部２６ａが被検体Ｐの心位相に関わらず、被検体Ｐの心筋組織が染影された複数の第１のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。かかる場合でも、差分画像生成部２６ｂは、複数の第１のＸ線透過画像それぞれから第２のＸ線透過画像を差分した複数の差分画像を生成し、システム制御部２１は、複数の差分画像を表示部２３にて動画表示または並列表示するように制御する。
また、上記では、画像選択部２６ａが複数の第１のＸ線透過画像を選択する場合について説明した。しかし、本実施例１は、画像選択部２６ａが一つの第１のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。かかる場合、差分画像生成部２６ｂは、一つの第１のＸ線透過画像から第２のＸ線透過画像を差分した一つの差分画像を生成し、システム制御部２１は、一つの差分画像を表示部２３にて表示するように制御する。
また、上記では、画像選択部２６ａが第２のＸ線透過画像を選択する場合について説明した。しかし、本実施例１は、操作者が第２のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。また、上記では、画像選択部２６ａが第１のＸ線透過画像を選択する場合について説明した。しかし、本実施例１は、操作者が第１のＸ線透過画像を選択する場合であってもよい。
操作者が差分画像生成部２６ｂの処理に用いるＸ線透過画像を選択する場合、システム制御部２１は、操作者からの要求に応じて、画像記憶部２５に格納されている複数のＸ線透過画像を読み出して表示部２３に表示させる。そして、操作者は、入力部２２のマウスなど用いて、表示部２３に表示された複数のＸ線透過画像から、心筋組織が染影されているＸ線透過画像を第１のＸ線透過画像として選択し、心筋組織が染影されていないＸ線透過画像を第２のＸ線透過画像として選択する。そして、システム制御部２１は、操作者が第１のＸ線透過画像として選択したＸ線透過画像と、操作者が第２のＸ線透過画像として選択したＸ線透過画像とを差分画像生成部２６ｂに転送する。そして、システム制御部２１は、差分画像生成部２６ｂが生成した差分画像を表示部２３に表示させる。
次に、図６を用いて、実施例１に係るＸ線診断装置の処理について説明する。図６は、実施例１に係るＸ線診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図６では、冠状動脈造影によりＸ線透過画像の撮影が行なわれて、複数のＸ線透過画像が画像記憶部２５に格納された後の処理について説明する。
図６に示すように、実施例１に係るＸ線診断装置は、操作者から入力部２２を介して画像処理要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、画像処理要求を受け付けない場合（ステップＳ１０１否定）、Ｘ線診断装置は待機状態となる。一方、画像処理要求を受け付けた場合（ステップＳ１０１肯定）、画像選択部２６ａは、被検体Ｐの心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像群および被検体Ｐの心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を選択する（ステップＳ１０２）。具体的には、画像選択部２６ａは、画像記憶部２５に格納されているＸ線透過画像から、画像内の低周波成分に基づいて、被検体Ｐの心筋組織が染影された複数の第１のＸ線透過画像を選択する。より具体的には、画像選択部２６ａは、Ｘ線透過画像の撮影時間と、心電計３０から時間情報とともに取得した被検体Ｐの心電波形とに基づいて、被検体Ｐの心臓の１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像を選択する。
そして、差分画像生成部２６ｂは、第１のＸ線透過画像群それぞれから第２のＸ線透過画像を差分して差分画像群を生成する（ステップＳ１０３）。その後、システム制御部２１は、差分画像群を表示部２３に表示するように制御し（ステップＳ１０４）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例１では、差分画像生成部２６ｂは、冠状動脈に注入された造影剤により被検体Ｐの心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像から、被検体Ｐの心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を差分することで差分画像を生成する。そして、システム制御部２１は、差分画像生成部２６ｂにより生成された差分画像を表示部２３に表示するように制御する。
すなわち、実施例１では、心筋組織の染影が強調された差分画像を生成して表示するので、医師は、心筋組織が描出された差分画像を参照することで、心臓の運動機能を診断することができる。また、実施例１では、左心室造影を行なうことなく、冠状動脈造影のみで差分画像を生成するので、多量の造影剤を注入することを回避することができ、さらに、Ｘ線の被曝量を低減することができる。また、実施例１では、冠状動脈造影を行なうだけなので、冠状動脈造影用のカテーテルを抜いた後に、心室造影用のカテーテルを被検体に挿入する必要がなく、検査時間を短縮することができる。また、実施例１では、冠状動脈造影のみで、血管狭窄の診断も、心臓の運動機能の解析と同時に行なうことができる。したがって、実施例１によれば、被検体Ｐにかかる負担を低減したうえで、心臓の運動機能解析を行なうことができるＸ線透過画像を生成することが可能となる。
また、実施例１では、差分画像生成部２６ｂは、複数の第１のＸ線透過画像それぞれから複数の差分画像を生成し、システム制御部２１は、差分画像生成部２６ｂにより生成された複数の差分画像を表示部２３に動画表示、または並列表示するように制御する。したがって、実施例１によれば、医師は、拍動にともなう心筋組織の運動の状態を解析することが可能となる。特に、血管が略描出されずに心筋組織の染影が強調された複数の差分画像が動画表示されることで、医師は、心筋組織が動く様相を詳細に観察することができる。
また、実施例１では、画像選択部２６ａは、冠状動脈造影により時系列に沿って撮影された複数のＸ線透過画像から、画像内の低周波成分に基づいて、第１のＸ線透過画像を選択する。そして、差分画像生成部２６ｂは、画像選択部２６ａにより選択された第１のＸ線透過画像から差分画像を生成する。したがって、実施例１では、第１のＸ線透過画像の選択処理を自動的に行なうことができ、医師にかかる負担を軽減することが可能となる。
また、実施例１では、画像選択部２６ａは、被検体Ｐの心臓の少なくとも１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像を選択する。したがって、実施例１では、１心拍分の差分画像群が動画表示、または並列表示されるので、医師は、拍動にともなう心筋組織の運動の状態を詳細に解析することが可能となる。特に、血管が略描出されずに心筋組織の染影が強調された１心拍分の差分画像群が動画表示されることで、医師は、心筋組織が動く様相を１心拍に渡ってより詳細に観察することができる。
なお、上述した差分画像は、例えば、カテーテルアブレーション (catheter ablation)による不整脈治療においても有用である。カテーテルアブレーションとは、血管を通して心臓に挿入したカテーテルを不整脈の要因となる心筋に当てた状態で、カテーテル先端から高周波電流を流して当該心筋を焼灼して不整脈を根治する治療方法である。しかし、カテーテルアブレーション実行時にリアルタイムで表示されているＸ線透過画像を参照しても、不整脈の要因となる心筋にカテーテルが当たっているか否かを判断することが困難な場合がある。そこで、カテーテルアブレーション実行時にリアルタイムで表示されているＸ線透過画像に、生成済みの差分画像を合成して表示することで、医師は、確実に不整脈の要因となる心筋にカテーテルを当てることができる。すなわち、差分画像を用いることで、不整脈治療の精度を向上させることが可能となる。
また、上述した差分画像は、再生医療においても有用である。近年の再生医療技術の進歩により、心筋に幹細胞や細胞増殖因子を直接投与することで、心筋の梗塞部位を再生することが可能となっている。幹細胞や細胞増殖因子の投与方法の一つとして、カテーテルなどの管状デバイスを用いて体外から送り込む方法が提案されている。かかる場合、管状デバイスの先端は、正確に心筋の梗塞部位に当てることが必要となる。そこで、上記したカテーテルアブレーションの場合と同様に、Ｘ線透過画像に差分画像を合成して表示することで、医師は、確実に心筋の梗塞部位に管状デバイスを当てることができる。
具体的には、差分画像を作成し、差分画像において、正常領域、壁運動低下や虚血がみられる領域、境界領域、を判断する。そしてカテーテルを心室に入れ、カテーテルの先端から細胞を注入する際に、この差分画像を参照し、境界領域および虚血領域に安全に細胞を導入する。
実施例２では、差分画像に描出されている心筋組織の形状を強調して表示する場合について、図７および８を用いて説明する。なお、図７は、実施例２に係るＸ線診断装置の構成を説明するための図であり、図８Ａおよび図８Ｂは、トレース部を説明するための図である。
まず、図７に示すように、実施例２に係る画像処理部２６は、図２を用いて説明した実施例１に係る画像処理部２６と比較して、トレース部２６ｃをさらに有する点が異なる。以下、これを中心にして説明する。なお、図７に示す画像選択部２６ａおよび差分画像生成部２６ｂの処理は、実施例１で説明した処理と同様であるので、説明を省略する。
トレース部２６ｃは、差分画像生成部２６ｂにより生成された差分画像を構成する各画素の画素値に基づいて、当該差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成する。例えば、トレース部２６ｃは、画素値が所定の値以上となる画素により囲まれる領域を高輝度領域として抽出することで、図８Ａに示すように、高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成する。ここで、複数の差分画像が生成されている場合、トレース部２６ｃは、各差分画像において高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成する。
すなわち、トレース部２６ｃは、造影剤で染影された心筋組織の形状をトレースした曲線を生成する。なお、図５Ｂで説明したように、左冠状動脈造影と右冠状動脈造影とが２回にわたり行なわれた場合、トレース部２６ｃは、以下に説明する処理により、造影剤で染影された心筋組織全体の形状をトレースした曲線を生成する。すなわち、トレース部２６ｃは、左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を合成することで生成された差分画像から、造影剤で染影された心筋組織全体の形状をトレースした曲線を生成する。あるいは、トレース部２６ｃは、左冠状動脈造影による差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線と、前記右冠状動脈造影による差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線とをそれぞれ生成し、当該生成した２つの曲線を合成することで、造影剤で染影された心筋組織全体の形状をトレースした曲線を生成する。
ここで、トレース部２６ｃによるトレース処理では、図８Ａに示すように、大動脈弁が位置する領域近傍がトレースされにくい場合がある。かかる場合、トレース部２６ｃは、血管が染影された画像を差分画像と合成したうえで、曲線を生成する。すなわち、トレース部２６ｃは、図８Ｂに示すように、心筋組織が強調された差分画像と、通常の冠状動脈造影により撮影されるＸ線透視画像（血管が見えやすい画像）とを合成することで、合成画像を生成する。そして、トレース部２６ｃは、図８Ｂに示すように、合成画像を用いてトレースを行なう。これにより、トレース部２６ｃは、図８Ｂに示すように、左心室の終端に位置する大動脈弁の位置が容易に把握できる曲線を生成することができる。すなわち、トレース部２６ｃは、血管が染影された画像を用いることで、心筋組織の全体の形状をトレースした曲線を確実に生成することができる。
そして、システム制御部２１は、差分画像とともに、トレース部２６ｃにより生成された曲線をさらに表示部２３に表示するように制御する。すなわち、システム制御部２１は、高輝度領域の輪郭をトレースした曲線が描出された差分画像を表示させる。具体的には、システム制御部２１は、高輝度領域の輪郭をトレースした曲線が描出された複数の差分画像を動画表示させる。あるいは、システム制御部２１は、高輝度領域の輪郭をトレースした曲線が描出された複数の差分画像を並列表示させる。
なお、上記では、トレース部２６ｃによりトレース処理を自動的に行なう場合について説明した。しかし、本実施例２は、画像処理部２６が有する描画機能を用いて、操作者が差分画像にて高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を設定する場合であってもよい。
次に、図９を用いて、実施例２に係るＸ線診断装置の処理について説明する。図９は、実施例２に係るＸ線診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図９では、冠状動脈造影によりＸ線透過画像の撮影が行なわれて、複数のＸ線透過画像が画像記憶部２５に格納された後の処理について説明する。
図９に示すように、実施例２に係るＸ線診断装置は、操作者から入力部２２を介して画像処理要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、画像処理要求を受け付けない場合（ステップＳ２０１否定）、Ｘ線診断装置は待機状態となる。一方、画像処理要求を受け付けた場合（ステップＳ２０１肯定）、画像選択部２６ａは、被検体Ｐの心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像群および被検体Ｐの心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を選択する（ステップＳ２０２）。
そして、差分画像生成部２６ｂは、第１のＸ線透過画像群それぞれから第２のＸ線透過画像を差分して差分画像群を生成する（ステップＳ２０３）。その後、トレース部２６ｃは、差分画像群それぞれにおいて高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成する（ステップＳ２０４）。
そして、システム制御部２１は、トレース結果が描出された差分画像群を表示部２３に表示するように制御し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例２では、トレース部２６ｃは、差分画像生成部２６ｂにより生成された差分画像を構成する各画素の画素値に基づいて、当該差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成する。そして、システム制御部２１は、差分画像とともに、トレース部２６ｃにより生成された曲線をさらに表示部２３に表示するように制御する。
すなわち、実施例２によれば、差分画像内の高輝度領域をトレースした結果をさらに表示するので、医師は、造影剤で染影された心筋組織の形状を明確に観察することが可能となる。また、実施例２によれば、トレース処理を自動的に行なうことができるので、医師にかかる負担を軽減することが可能となる。
実施例３では、差分画像を用いて心臓の運動機能を定量的に解析できる指標値を算出する場合について、図１０〜１２を用いて説明する。なお、図１０は、実施例３に係るＸ線診断装置の構成を説明するための図であり、図１１および１２は、面積比算出部を説明するための図である。
まず、図１０に示すように、実施例３に係る画像処理部２６は、図７を用いて説明した実施例２に係る画像処理部２６と比較して、面積比算出部２６ｄをさらに有する点が異なる。以下、これを中心にして説明する。なお、図１０に示す画像選択部２６ａおよび差分画像生成部２６ｂの処理は、実施例１で説明した処理と同様であり、図１０に示すトレース部２６ｃの処理は、実施例２で説明した処理と同様であるので、説明を省略する。
面積比算出部２６ｄは、差分画像に対するトレース部２６ｃの処理結果から駆出率（ＥＦ：Ejection Fraction）に対応する指標値（面積比）を算出する。具体的には、面積比算出部２６ｄは、１心拍分の第１のＸ線透過画像群から生成された１心拍分の差分画像群のうち、収縮期の差分画像および拡張期の差分画像それぞれに対してトレース部２６ｃが生成した曲線を用いて面積比の算出処理を行なう。なお、面積比の算出処理は、収縮末期の差分画像および拡張末期の差分画像を用いて行なわれることが望ましい。
より具体的には、面積比算出部２６ｄは、収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積（面積１）を算出する。さらに、面積比算出部２６ｄは、拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の内側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積（面積２）を算出する。そして、面積比算出部２６ｄは、面積１と面積２との面積比「１００×（面積２−面積１）／面積２」を算出する。ここで、収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側をトレースした曲線は、収縮期の心壁内側に略対応する曲線となり、拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側をトレースした曲線は、拡張期の心壁内側に略対応する曲線となる。したがって、面積１と面積２との面積比は、従来、左心室造影により撮影されたＸ線透過画像から算出されていた駆出率に対応する指標値となる。
また、面積比算出部２６ｄは、収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の外側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積（面積３）を算出する。さらに、面積比算出部２６ｄは、拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の外側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積（面積４）を算出する。そして、面積比算出部２６ｄは、面積３と面積４との面積比「１００×（面積４−面積３）／面積４」を算出する。ここで、収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の外側をトレースした曲線は、収縮期の心壁外側に略対応する曲線となり、拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の外側をトレースした曲線は、拡張期の心壁外側に略対応する曲線となる。したがって、面積３と面積４との面積比は、心壁外側の拍動にともなう運動の状態を示す新規の指標値となる。このように、面積比算出部２６ｄは、心臓の拍動にともなう運動の状態を解析するための指標値として、心壁内側の駆出率および心壁外側の駆出率に対応する２つの面積比を算出する。
例えば、面積比算出部２６ｄは、図１１に示すように、収縮期の差分画像のトレース結果から面積１を算出し、拡張期の差分画像のトレース結果から面積２を算出する。そして、面積比算出部２６ｄは、図１１に示すように、「１００×（面積２−面積１）／面積２＝７４．７％」を算出する。
また、面積比算出部２６ｄは、図１２に示すように、収縮期の差分画像のトレース結果から面積３を算出し、拡張期の差分画像のトレース結果から面積４を算出する。そして、面積比算出部２６ｄは、図１２に示すように、「１００×（面積４−面積３）／面積４＝８．４％」を算出する。
そして、システム制御部２１は、面積比算出部２６ｄが算出した２つの面積比を表示部２３に表示するように制御する。これにより、医師は、例えば、面積１と面積２との面積比が「７４．７％」であり、心壁の内側が拍動にともない正常に収縮していることから、心臓が正常な運動状態であることを確認できる。また、医師は、面積３と面積４との面積比が「８．４％」であり、心壁の外側が拍動によりわずかしか動いていないことから、心臓が正常な運動状態であることを確認できる。
なお、面積比算出部２６ｄは、面積比を算出するために算出した面積から、新たな指標値を算出する場合であってもよい。具体的には、面積比算出部２６ｄは、差分画像に描出される高輝度領域の輪郭により囲まれる領域の面積を新たな指標値として算出する。より具体的には、面積比算出部２６ｄは、面積２から面積１を差分した面積を心壁の内側の収縮状態を示す指標値として算出する。また、面積比算出部２６ｄは、面積４から面積３を差分した面積を心壁の外側の収縮状態を示す指標値として算出する。あるいは、面積比算出部２６ｄは、面積４から面積２を差分した面積を拡張期における心筋組織の大きさを示す指標値として算出する。また、面積比算出部２６ｄは、面積３から面積１を差分した面積を収縮期における心筋組織の大きさを示す指標値として算出する。なお、心壁の収縮を示す面積や心筋組織の大きさを示す面積は、例えば、１心拍分の複数の差分画像から複数算出される場合であってもよい。また、面積比算出部２６ｄは、算出した面積を体積に変換することで、心壁の収縮や心筋組織の大きさを示す指標値を算出する場合であってもよい。
次に、図１３を用いて、実施例３に係るＸ線診断装置の処理について説明する。図１３は、実施例３に係るＸ線診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１３では、トレース部２６ｃが１心拍分の差分画像群それぞれに対して高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成した後の処理について説明する。
図１３に示すように、実施例３に係るＸ線診断装置は、収縮期および拡張期のそれぞれの差分画像に対するトレース結果が出力されたか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ここで、トレース結果が出力されていない場合（ステップＳ３０１否定）、Ｘ線診断装置は待機状態となる。一方、トレース結果が出力された場合（ステップＳ３０１肯定）、面積比算出部２６ｄは、トレース結果から２つの面積比を算出する（ステップＳ３０２）。すなわち、面積比算出部２６ｄは、「１００×（面積２−面積１）／面積２」および「１００×（面積４−面積３）／面積４」を算出する。
そして、システム制御部２１は、面積比算出部２６ｄの算出結果を表示部２３に表示するように制御し（ステップＳ３０３）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例３では、面積比算出部２６ｄは、１心拍分の第１のＸ線透過画像群から生成された１心拍分の差分画像群のうち、収縮期の差分画像および拡張期の差分画像それぞれに対してトレース部２６ｃが生成した曲線を用いて面積比の算出処理を行なう。すなわち、面積比算出部２６ｄは、収縮期の差分画像および拡張期の差分画像それぞれのトレース結果から、心臓の拍動にともなう運動の状態を解析するための指標値として、心壁内側の駆出率および心壁外側の駆出率に対応する２つの面積比を算出する。したがって、実施例３では、心臓の運動機能を客観的に評価できる値を、冠状動脈造影のみで医師に提示することが可能となる。
なお、面積比算出部２６ｄは、高輝度領域の輪郭の内側をトレースした曲線を用いた面積比算出処理のみを行なう場合であってもよい。また、面積比算出部２６ｄは、上述したように、トレース部２６ｃのトレース結果を用いて面積比の算出処理を行なう場合であってもよいし、操作者が差分画像にて高輝度領域の輪郭をトレースした結果を用いて面積比の算出処理を行なう場合であってもよい。
また、心壁内側の駆出率に対応する面積比は、拡張末期の差分画像における面積２と、１心拍分の差分画像群それぞれにおける輪郭の内側の曲線により囲まれる面積とを用いることで、各心位相において複数算出される場合であってもよい。同様に、心壁外側の駆出率に対応する面積比は、拡張末期の差分画像における面積４と、１心拍分の差分画像群それぞれにおける輪郭の外側の曲線により囲まれる面積とを用いることで、各心位相において複数算出される場合であってもよい。
また、上記では、面積比の算出処理が高輝度領域をトレースした結果を用いて実行される場合について説明した。しかし、本実施例３は、以下に説明するように、複数の点を追跡する方法により面積比の算出処理を行なう場合であってもよい。かかる方法では、例えば、一つの差分画像における高輝度領域の輪郭の内側および外側を囲むように、手動または自動で複数の点が設定される。そして、面積比算出部２６ｄは、例えば、画像間の局所的類似度に基づいて、設定された複数の点に対応する各点を他の差分画像において抽出する。そして、面積比算出部２６ｄは、各差分画像にて抽出した複数の点により囲まれる面積を算出することで、駆出率に対応する面積比を算出する。
実施例４では、差分画像を用いて実施例３とは異なる指標値を算出する場合について、図１４〜１６を用いて説明する。なお、図１４は、実施例４に係るＸ線診断装置の構成を説明するための図であり、図１５と図１６Ａ、ＢおよびＣとは、距離算出部を説明するための図である。
まず、図１４に示すように、実施例４に係る画像処理部２６は、図７を用いて説明した実施例２に係る画像処理部２６と比較して、距離算出部２６ｅをさらに有する点が異なる。以下、これを中心にして説明する。なお、図１４に示す画像選択部２６ａおよび差分画像生成部２６ｂの処理は、実施例１で説明した処理と同様であり、図１４に示すトレース部２６ｃの処理は、実施例２で説明した処理と同様であるので、説明を省略する。なお、実施例４に係る画像処理部２６は、実施例３で説明した面積比算出部２６ｄを有する場合であってもよい。
距離算出部２６ｅは、差分画像に対するトレース部２６ｃの処理結果から心筋組織の厚みに対応する指標値（距離）を算出する。具体的には、距離算出部２６ｅは、差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側の曲線と、当該高輝度領域の輪郭の外側の曲線との距離を、心筋組織の厚みに対応する指標値として算出する。
具体的には、距離算出部２６ｅは、図１５に示すように、トレース部２６ｃのトレース処理後の１心拍分の差分画像群それぞれにおいて、高輝度領域の内側の曲線と外側の曲線との距離を算出する。そして、距離算出部２６ｅは、図１６Ａに示すように、１心拍分の差分画像群それぞれから算出した距離を、被検体Ｐの平均ＲＲ間隔を１００％とした場合の心位相に対応付けてプロットしたグラフを生成する。
そして、システム制御部２１は、距離算出部２６ｅの算出結果として、例えば、図１６Ａに示すグラフを表示部２３に表示するように制御する。
なお、距離算出部２６ｅは、高輝度領域の複数箇所で距離算出処理を行なう場合であってもよい。例えば、距離算出部２６ｅは、図１６Ｂに示すように、心臓前壁に相当する箇所「Ａ」、心臓後壁に相当する箇所「Ｂ」および心尖部に相当する箇所「Ｃ」において、距離を算出する。そして、距離算出部２６ｅは、図１６Ｃに示すように、１心拍分の差分画像群それぞれから算出した「Ａ，ＢおよびＣ」の三箇所の距離それぞれを、被検体Ｐの平均ＲＲ間隔を１００％とした場合の心位相に対応付けてプロットしたグラフを生成する。そして、システム制御部２１は、距離算出部２６ｅの算出結果として、図１６Ｃに示すグラフを表示部２３に表示するように制御する。かかるグラフにおいて、「Ａ，ＢおよびＣ」すべてのプロットで大きな振幅があれば、医師は、心臓が正常に拍動していると確認できる。一方、図１６Ｃに示すグラフでは、「Ａ」の振幅が小さいことから、医師は、心臓前壁の運動能が低下していると診断することができる。
次に、図１７を用いて、実施例４に係るＸ線診断装置の処理について説明する。図１７は、実施例４に係るＸ線診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１７では、トレース部２６ｃが１心拍分の差分画像群それぞれに対して高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成した後の処理について説明する。
図１７に示すように、実施例４に係るＸ線診断装置は、１心拍分の差分画像群に対するトレース結果が出力されたか否かを判定する（ステップＳ４０１）。ここで、トレース結果が出力されていない場合（ステップＳ４０１否定）、Ｘ線診断装置は待機状態となる。一方、トレース結果が出力された場合（ステップＳ４０１肯定）、距離算出部２６ｅは、トレース結果から、１心拍分の差分画像群それぞれから、心筋組織の厚みに対応する距離を算出する（ステップＳ４０２）。すなわち、距離算出部２６ｅは、各差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側の曲線と、当該高輝度領域の輪郭の外側の曲線との距離を、心筋組織の厚みに対応する指標値として算出する。そして、距離算出部２６ｅは、１心拍分の差分画像群それぞれから算出した距離を、被検体Ｐの平均ＲＲ間隔を１００％とした場合の心位相に対応付けてプロットしたグラフを生成する。
そして、システム制御部２１は、距離算出部２６ｅの算出結果（例えば、図１６ＡやＣに示すグラフ）を表示部２３に表示するように制御し（ステップＳ４０３）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例４では、距離算出部２６ｅは、１心拍分の差分画像群それぞれに対してトレース部２６ｃが生成した曲線を用いて距離算出処理を行なう。すなわち、距離算出部２６ｅは、１心拍分の差分画像群それぞれのトレース結果から、心筋組織の厚みに対応する指標値として、差分画像において、高輝度領域の輪郭の内側の曲線と、当該高輝度領域の輪郭の外側の曲線との距離を算出する。したがって、実施例４では、心位相ごとの心筋組織の厚みを客観的に評価できる値を、冠状動脈造影のみで医師に提示することが可能となる。
なお、距離算出部２６ｅは、上述したように、トレース部２６ｃのトレース結果を用いて距離の算出処理を行なう場合であってもよいし、操作者が差分画像にて高輝度領域の輪郭をトレースした結果を用いて距離の算出処理を行なう場合であってもよい。
また、上記では、距離の算出処理が高輝度領域をトレースした結果を用いて実行される場合について説明した。しかし、本実施例４は、以下に説明するように、複数の点を追跡する方法により距離の算出処理を行なう場合であってもよい。かかる方法では、例えば、一つの差分画像における高輝度領域の内側および外側で対向する２つの点が、手動または自動で設定される。そして、距離算出部２６ｅは、例えば、画像間の局所的類似度に基づいて、設定された２つの点に対応する各点を他の差分画像において抽出する。そして、距離算出部２６ｅは、各差分画像にて抽出した２の点の距離を、心筋組織の厚みを示す値として算出する。
実施例５では、実施例４で説明した心筋組織の厚みを示す距離を用いてＸ線灌流画像の補正を行なう場合について、図１８〜図２０を用いて説明する。なお、図１８は、実施例５に係るＸ線診断装置の構成を説明するための図であり、図１９は、Ｘ線灌流画像生成部を説明するための図であり、図２０は、補正部を説明するための図である。
まず、図１８に示すように、実施例５に係る画像処理部２６は、図１４を用いて説明した実施例４に係る画像処理部２６と比較して、補正部２６ｆおよびＸ線灌流画像生成部２６ｇをさらに有する点が異なる。以下、これらを中心にして説明する。なお、図１８に示す画像選択部２６ａおよび差分画像生成部２６ｂの処理は、実施例１で説明した処理と同様であり、図１８に示すトレース部２６ｃの処理は、実施例２で説明した処理と同様であり、図１８に示す距離算出部２６ｅの処理は、実施例４で説明した処理と同様であるので、説明を省略する。
Ｘ線灌流画像生成部２６ｇは、例えば、ヨード系造影剤が投与された被検体Ｐの心臓にＸ線を照射することで時系列に沿って撮影された複数のＸ線透過画像から、被検体Ｐの心臓における血流動態を表すＸ線灌流画像を生成する。具体的には、実施例５において、Ｘ線管１２は、ヨード系造影剤が注入された被検体Ｐの心臓に対してＸ線を照射し、Ｘ線検出器１６の各Ｘ線検出素子は、被検体Ｐを透過したＸ線から変換した電気信号を画像生成部２４に送信する。これにより、画像生成部２４は、時系列に沿った複数のＸ線透過画像を生成して、生成した複数のＸ線透過画像を画像記憶部２５に格納する。
そして、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇは、画像記憶部２５から読み出した複数のＸ線透過画像それぞれの各画素において、血流動態を示す指標値に関する時間濃度曲線を生成し、生成した時間濃度曲線を解析することで血流動態を表す指標値を算出する。そして、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇは、各画素の指標値に応じて画素値を設定することにより、Ｘ線灌流画像を生成する。
ここで、Ｘ線灌流画像を生成するために用いられる指標値としては、例えば、造影剤濃度の最大値や最小値、造影剤濃度の最大値の９０％の値などといった値がある。また、かかる指標値としては、時間濃度曲線の傾きや、所定濃度に達するまでの経過時間がある。また、かかる指標値としては、血液の平均通過時間（ＭＴＴ：Mean Transit Time）、血流量（ＢＦ：Blood Flow）、血液量（ＢＶ：Blood Volume）、所定領域に関する血液の流入状態または流出状態を表す値などがある。このように、血流動態を表す指標値は、複数の種類があり、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇは、各指標値によって全く異なる種類のＸ線灌流画像を生成する。例えば、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇは、図１９に示すように、ＢＦに基づくＸ線灌流画像を生成する。
ところで、Ｘ線診断装置によって撮影されるＸ線透過画像は、被検体Ｐを通過したフォトンをＸ線検出器１６で検出することによって得られる。そのため、心臓を撮影した場合には、心筋組織を通過したフォトンの吸収量の積算値が画像化されることになる。このことから、Ｘ線透過画像から生成されたＸ線灌流画像には、Ｘ線の照射方向における心筋組織の厚み成分が含まれることになる。
具体的には、照射方向に沿って心筋組織が厚くなっている部分におけるＸ線灌流画像の画素の値は、大きくなる。一方、照射方向に沿って心筋組織が薄くなっている部分におけるＸ線灌流画像の画素の値は、小さくなる。したがって、Ｘ線灌流画像を用いて被検体Ｐの心臓を観察する場合には、心筋組織の厚み成分を考慮する必要がある。
そこで、補正部２６ｆは、距離算出部２６ｅにより算出された心筋組織の厚みに対応する距離に基づいて、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇにより生成されたＸ線灌流画像を補正する。具体的には、実施例５に係るＸ線診断装置は、冠状動脈造影を行なう際に、Ｘ線灌流画像の生成に用いられるＸ線透過画像の撮影時におけるＸ線照射方向に直交する断面に対してＸ線管１２からＸ線検出器１６に向かってＸ線を照射する（図２０に示す点線を参照）。そして、補正部２６ｆは、第１のＸ線透過画像から生成された差分画像から距離算出部２６ｅが算出した距離を用いて補正処理を行なう。
例えば、図２０に示すように、心筋組織Ｍを通過するＸ線の経路として、Ｘ線管１２からＸ線検出器１６の検出素子Ｄに達する経路Ｘがあったとする。また、検出素子Ｄによって検出されたフォトンの積算量がＦであったとする。
ここで、補正部２６ｆは、距離算出部２６ｅにより算出された距離の情報から、心筋組織Ｍにおいて経路Ｘが通過する部分の厚みを取得する。その結果、補正部２６ｆは、例えば、図２０に示すように、経路Ｘの中で、Ｘ線管１２側で経路Ｘが通過する部分の厚みがｄ1であり、Ｘ線検出器１６側で経路Ｘが通過する部分の厚みがｄ2であることを取得する。
かかる場合、補正部２６ｆは、例えば、検出素子Ｄに対応する画素の画素値にＦ／（ｄ1＋ｄ2）を乗じることで、心筋組織の厚み成分を補正したＸ線灌流画像を生成する。
そして、システム制御部２１は、補正部２６ｆにより補正されたＸ線灌流画像を表示部２３に表示するように制御する。
なお、上記では、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇが画像処理部２６に組み込まれている場合について説明した。しかし、本実施例５は、Ｘ線灌流画像の生成が画像生成部２４にて行なわれる場合であってもよい。
次に、図２１を用いて、実施例５に係るＸ線診断装置の処理について説明する。図２１は、実施例５に係るＸ線診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図２１では、冠状動脈造影時に、Ｘ線灌流画像の生成に用いられるＸ線透過画像の撮影時のＸ線照射方向に直交する断面に対してＸ線が照射されることで生成された差分画像から距離算出部２６ｅが距離算出処理を行なった後の処理について説明する。
図２１に示すように、実施例５に係るＸ線診断装置は、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇによりＸ線灌流画像が生成されたか否かを判定する（ステップＳ５０１）。ここで、Ｘ線灌流画像が生成されていない場合（ステップＳ５０１否定）、Ｘ線診断装置は、待機状態となる。一方、Ｘ線灌流画像が生成された場合（ステップＳ５０１肯定）、補正部２６ｆは、Ｘ線灌流画像のＸ線照射方向と直交する断面に対するＸ線照射方向の差分画像から距離算出部２６ｅにより算出された距離（心筋組織の厚み）を取得する（ステップＳ５０２）。
そして、補正部２６ｆは、取得した距離に基づいて、Ｘ線灌流画像を補正し（ステップＳ５０３）、システム制御部２１は、補正部２６ｆにより補正されたＸ線灌流画像を表示部２３に表示するように制御し（ステップＳ５０４）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例５では、補正部２６ｆは、距離算出部２６ｅにより算出された心筋組織の厚みに対応する距離に基づいて、Ｘ線灌流画像生成部２６ｇにより生成されたＸ線灌流画像を補正する。したがって、実施例５では、被検体ごとに異なる心筋組織の厚みを考慮してＸ線灌流画像を補正することができるので、医師は、Ｘ線灌流画像を用いた心機能診断を精度よく行なうことが可能となる。
なお、上記の実施例１〜５では、画像処理部２６がＸ線診断装置に組み込まれている場合について説明した。しかし、上記の実施例１〜５にて説明した画像処理は、画像処理部２６と同様の機能を有する画像処理装置により実行される場合であってもよい。
上述したように、実施例１〜５によれば、被検体にかかる負担を低減したうえで、心臓の運動機能解析を行なうことができるＸ線透過画像を生成することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１１ 高電圧発生器
１２ Ｘ線管
１３ Ｘ線絞り装置
１４ 天板
１５ Ｃアーム
１６ Ｘ線検出器
１７ Ｃアーム回転・移動機構
１８ 天板移動機構
１９ Ｃアーム・天板機構制御部
２０ 絞り制御部
２１ システム制御部
２２ 入力部
２３ 表示部
２４ 画像生成部
２５ 画像記憶部
２６ 画像処理部
２６ａ 画像選択部
２６ｂ 差分画像生成部
３０ 心電計
１２ Ｘ線管
１３ Ｘ線絞り装置
１４ 天板
１５ Ｃアーム
１６ Ｘ線検出器
１７ Ｃアーム回転・移動機構
１８ 天板移動機構
１９ Ｃアーム・天板機構制御部
２０ 絞り制御部
２１ システム制御部
２２ 入力部
２３ 表示部
２４ 画像生成部
２５ 画像記憶部
２６ 画像処理部
２６ａ 画像選択部
２６ｂ 差分画像生成部
３０ 心電計
Claims (20)
- 冠状動脈に注入された造影剤により被検体の心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像から、前記被検体の心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を差分することで差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を所定の表示部に表示するように制御する表示制御部と、
を備え、
前記第１のＸ線透過画像は、左冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、左冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像と、右冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、右冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像とであり、
前記差分画像生成部は、前記左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像および前記右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像それぞれから前記第２のＸ線透過画像を差分することで、左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を生成し、当該生成した２つの差分画像を合成することで、前記差分画像を生成する、画像処理装置。 - 前記差分画像生成部は、複数の前記第１のＸ線透過画像それぞれから複数の差分画像を生成し、
前記表示制御部は、前記差分画像生成部により生成された前記複数の差分画像を前記所定の表示部にて動画表示、または並列表示するように制御する、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記造影剤が投与された被検体の心臓にＸ線を照射することで時系列に沿って撮影された複数のＸ線透過画像それぞれに対して、ＬＰＦ（Low Pass Filter）処理を行なうことで生成した血管成分が低減された画像に基づいて、前記第１のＸ線透過画像を選択する画像選択部をさらに備え、
前記差分画像生成部は、前記画像選択部により選択された前記第１のＸ線透過画像から前記差分画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記造影剤が投与された被検体の心臓にＸ線を照射することで時系列に沿って撮影された複数のＸ線透過画像から、前記造影剤投与時からの経過時間、または、画像内の低周波成分、または、画像全体の平均輝度値、または、画像にて設定された関心領域の平均輝度値に基づいて、前記第１のＸ線透過画像を選択する画像選択部をさらに備え、
前記差分画像生成部は、前記画像選択部により選択された前記第１のＸ線透過画像から前記差分画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記左冠状動脈造影により撮影された複数のＸ線透過画像から前記左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像を選択し、前記右冠状動脈造影により撮影された複数のＸ線透過画像から前記右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像を選択する画像選択部をさらに備える、請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記画像選択部は、前記被検体の心臓の少なくとも１心拍分における複数の前記第１のＸ線透過画像を選択し、
前記差分画像生成部は、前記画像選択部により選択された前記少なくとも１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像から複数の差分画像を生成し、
前記表示制御部は、前記差分画像生成部により生成された前記複数の差分画像を前記所定の表示部にて動画表示、または並列表示するように制御する、請求項３に記載の画像処理装置。 - 前記画像選択部は、前記被検体の心臓の少なくとも１心拍分における複数の前記第１のＸ線透過画像を選択し、
前記差分画像生成部は、前記画像選択部により選択された前記少なくとも１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像から複数の差分画像を生成し、
前記表示制御部は、前記差分画像生成部により生成された前記複数の差分画像を前記所定の表示部にて動画表示、または並列表示するように制御する、請求項４に記載の画像処理装置。 - 前記画像選択部は、前記被検体の心臓の少なくとも１心拍分における複数の前記第１のＸ線透過画像を選択し、
前記差分画像生成部は、前記画像選択部により選択された前記少なくとも１心拍分における複数の第１のＸ線透過画像から複数の差分画像を生成し、
前記表示制御部は、前記差分画像生成部により生成された前記複数の差分画像を前記所定の表示部にて動画表示、または並列表示するように制御する、請求項５に記載の画像処理装置。 - 前記表示制御部は、前記差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線をさらに前記所定の表示部に表示するように制御する、請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を構成する各画素の画素値に基づいて、当該差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成するトレース部をさらに備え、
前記表示制御部は、前記トレース部により生成された前記曲線をさらに前記所定の表示部に表示するように制御する、請求項９に記載の画像処理装置。 - 前記トレース部は、血管が染影された画像を前記差分画像と合成したうえで、前記曲線を生成する、請求項１０に記載の画像処理装置。
- 前記トレース部は、前記左冠状動脈造影による差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線と、前記右冠状動脈造影による差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線とをそれぞれ生成し、当該生成した２つの曲線を合成することで前記曲線を生成する、請求項１０に記載の画像処理装置。
- 前記差分画像生成部は、収縮期における前記第１のＸ線透過画像および拡張期における前記第１のＸ線透過画像それぞれから収縮期の差分画像および拡張期の差分画像を生成し、
前記収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積と、前記拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の内側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積との面積比を算出する面積比算出部をさらに備える、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記面積比算出部は、さらに、前記収縮期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の外側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積と、前記拡張期の差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の外側をトレースした曲線により囲まれる領域の面積との面積比を算出する、請求項１３に記載の画像処理装置。
- 前記差分画像生成部により生成された前記差分画像に描出される高輝度領域の輪郭により囲まれる領域の面積を算出する面積算出部をさらに備える、請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を構成する各画素の画素値に基づいて、当該差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成するトレース部をさらに備え、
前記面積比算出部は、前記トレース部により生成された前記曲線により面積比算出処理を行なう、請求項１３に記載の画像処理装置。 - 前記差分画像生成部により生成された前記差分画像に描出される高輝度領域の輪郭の内側の曲線と、当該高輝度領域の輪郭の外側の曲線との距離を算出する距離算出部をさらに備える、請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を構成する各画素の画素値に基づいて、当該差分画像に描出される高輝度領域の輪郭をトレースした曲線を生成するトレース部をさらに備え、
前記距離算出部は、前記トレース部により生成された前記曲線により距離算出処理を行なう、請求項１７に記載の画像処理装置。 - 造影剤が投与された被検体の心臓にＸ線を照射することで時系列に沿って撮影された複数のＸ線透過画像から生成された前記被検体の心臓における血流動態を表すＸ線灌流画像を、前記距離算出部により算出された前記距離に基づいて補正する補正部を、をさらに備える請求項１７に記載の画像処理装置。
- 差分画像生成部が、冠状動脈に注入された造影剤により被検体の心筋組織が染影された第１のＸ線透過画像から、前記被検体の心筋組織が染影されていない第２のＸ線透過画像を差分することで差分画像を生成し、
表示制御部が、前記差分画像生成部により生成された前記差分画像を所定の表示部に表示するように制御する、
ことを含み、
前記第１のＸ線透過画像は、左冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、左冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像と、右冠状動脈造影により撮影されたＸ線透過画像であって、右冠状動脈により栄養される心筋組織が染影されたＸ線透過画像である右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像とであり、
前記差分画像生成部は、前記左冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像および前記右冠状動脈造影による第１のＸ線透過画像それぞれから前記第２のＸ線透過画像を差分することで、左冠状動脈造影による差分画像および右冠状動脈造影による差分画像を生成し、当該生成した２つの差分画像を合成することで、前記差分画像を生成する、画像処理方法。
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