JP6611427B2 - X線診断装置及び画像処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、X線診断装置及び画像処理装置に関する。
血管内インターベンション治療は、カテーテルと呼ばれる治療用の器具(デバイス)を血管に挿入して、心臓、脳、肝臓等に生じた患部の治療を行なう治療法である。例えば、血管内インターベンション治療では、医師は、バルーン付きカテーテルを狭窄部位まで挿入する。そして、医師は、例えば、カテーテルを通じてバルーン内に液体を注入し、バルーンを拡張する。これにより、狭窄部位は機械的に拡張され、血流が回復する。バルーン付きカテーテルは、バルーン内の液体を吸引後、医師により体外に引き出される。
また、バルーンによって拡張された狭窄部位の再狭窄を防止するために、バルーンの外側に金属のメッシュ(ステントストラット)を密着させたバルーン付きカテーテルを用いた血管内インターベンション治療も行なわれている。この治療法においては、医師は、バルーンを拡張させることで、ステントストラットを拡張させた後、バルーン内の液体を吸引させてカテーテルを体外に引き出す。これにより、拡張されたステントストラットが狭窄部位に留置され、狭窄部位の再狭窄率を低下することができる。なお、ステントストラットを有するバルーン付きカテーテルは、「ステント」と呼ばれる。
血管内インターベンション治療では、血管内に挿入したデバイスを治療対象部位まで精度よく移動させることが必要となる。通常、デバイスの位置決めは、X線診断装置によりリアルタイムで生成表示されるX線画像を参照して行なわれている。このため、デバイスには、バルーンやステントの位置を示すマーカーとして、例えば、X線不透過の金属が2箇所(1箇所の場合もある)取り付けられており、医師は、モニタに表示されたX線画像に描出されたマーカーを参照して、デバイスの位置決めを行なう。
しかし、心臓のように常に拍動を行なう臓器や、拍動により動く臓器の血管に血管内インターベンション治療を行なう場合、X線画像上でのデバイスの位置が常に動いてしまう。このため、X線画像を参照してデバイスの位置決めを行なうことは、医師にとって非常に高度な作業となる。
そこで、従来、例えば、順次生成されるX線画像に描出される2点のマーカーを追跡し、各X線画像における2点のマーカーの位置が過去画像と同じ位置になるように画像変形することで、デバイスが実質的に止まって見える動画表示を行なう技術が知られている。また、ポストプロセスとして、2点のマーカーの位置が同じ位置に補正された複数フレームの画像を、例えば、加算平均することにより、デバイスを高コントラストで強調表示する技術も知られている。
しかし、上記の従来技術では、2点のマーカーの位置を固定表示する画像処理を加えているため、必ずしも、治療用のデバイスの位置決め精度を向上させるための支援を行えない場合があった。
特開2010−131371号公報
本発明が解決しようとする課題は、治療に用いられる器具の位置決め精度を向上させることができるX線診断装置及び画像処理装置を提供することである。
実施形態のX線診断装置は、画像生成部と、検出部と、補正部とを備える。画像生成部は、X線管から照射され被検体を透過したX線に基づいてX線画像を順次生成する。検出部は、前記順次生成されるX線画像における特徴点の位置を検出する。補正部は、前記順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点とを実質的に一致させる補正処理を施すことによって、画像内の前記特徴点に基づく1点の位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する。前記補正部は、拡大処理及び縮小処理を行わずに、平行移動処理及び回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、補正対象のX線画像から前記補正画像を生成する。
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成例を示すブロック図である。 図2は、透視モードを説明するための図である。 図3は、従来技術を説明するための図(1)である。 図4は、従来技術を説明するための図(2)である。 図5は、従来技術の課題を説明するための図(1)である。 図6は、従来技術の課題を説明するための図(2)である。 図7は、従来技術の課題を説明するための図(3)である。 図8は、従来技術の課題を説明するための図(4)である。 図9は、第1の実施形態に係る補正部を説明するための図(1)である。 図10は、第1の実施形態に係る補正部を説明するための図(2)である。 図11は、第1の実施形態に係る補正部を説明するための図(3)である。 図12は、第1の実施形態に係る補正部を説明するための図(4)である。 図13は、第1の実施形態に係る動画表示形態を説明するための図である。 図14は、第1の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図15は、第1の実施形態に係る変形例を説明するための図(1)である。 図16は、第1の実施形態に係る変形例を説明するための図(2)である。 図17は、第2の実施形態を説明するための図である。 図18は、第3の実施形態を説明するための図である。 図19は、第4の実施形態を説明するための図である。 図20は、第4の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図21は、第5の実施形態を説明するための図である。 図22は、第5の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図23は、第1〜第5の実施形態に係る変形例を説明するための図である。 図24は、第6の実施形態に係る撮像方向の変更の一例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、X線診断装置の実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成例を示すブロック図である。
図1に例示するように、第1の実施形態に係る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、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。
高電圧発生器11は、高電圧を発生し、発生した高電圧をX線管12に供給する装置である。X線管12は、高電圧発生器11から供給される高電圧を用いてX線を発生する装置である。高電圧発生器11は、X線管12に供給する電圧を調整することで、被検体Pに対して照射されるX線量の調整や、被検体PへのX線照射のON/OFFの制御を行なう。
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とで、X線管12が発生したX線を絞り込んで被検体Pに照射させる。
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。例えば、X線検出器16は、マトリックス状に配列された検出素子を有する。各検出素子は、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及びX線検出器16を保持するアームである。「X線管12及びX線絞り装置13」とX線検出器16とは、Cアーム15により被検体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を回転及び移動させるための機構である。また、Cアーム回転・移動機構17は、X線管12とX線検出器16との距離であるSID(Source Image receptor Distance)を変更することも可能である。また、Cアーム回転・移動機構17は、Cアーム15に保持されているX線検出器16を、回転することも可能である。
天板移動機構18は、天板14を移動させるための機構である。Cアーム・天板機構制御部19は、後述する制御部21の制御の下、Cアーム回転・移動機構17及び天板移動機構18を制御することで、Cアーム15の回転や移動、天板14の移動を調整する。絞り制御部20は、後述する制御部21の制御の下、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、被検体Pに対して照射されるX線の照射範囲を制御する。
画像生成部24は、X線管12から照射され被検体を透過したX線に基づいて、X線画像を生成する。具体的には、画像生成部24は、X線検出器16によってX線から変換された電気信号を用いてX線画像を生成し、生成したX線画像を画像記憶部25に格納する。例えば、画像生成部24は、X線検出器16から受信した電気信号に対して、電流・電圧変換やA(Analog)/D(Digital)変換、パラレル・シリアル変換を行い、画像データを生成する。後述する透視モードでは、画像生成部24は、X線管12から照射され被検体Pを透過したX線に基づいて、X線画像を順次生成する。
画像記憶部25は、画像生成部24によって生成されたX線画像を記憶する。
画像処理部26は、画像生成部24によって生成されたX線画像に対して各種画像処理を実行する。例えば、画像処理部26は、画像生成部24から直接、X線画像を取得して、各種画像処理を行なう。或いは、例えば、画像処理部26は、画像生成部24によって生成されたX線画像を、画像記憶部25から取得して、各種画像処理を行なう。なお、画像処理部26は、画像処理後の画像データを、画像記憶部25に格納することも可能である。
ここで、図1に示すように、本実施形態に係る画像処理部26は、検出部261及び補正部262を有する。図1に示す検出部261及び補正部262が行なう画像処理については、後に詳述する。
入力部22は、操作者(医師や技師等)がX線診断装置を操作するための操作部であり、操作者から各種指示を受け付ける。例えば、入力部22は、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、フットスイッチ等を有する。入力部22は、操作者から受け付けた指示を、後述する制御部21に転送する。
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、画像生成部24が生成したX線画像や画像処理部26によって画像処理されたX線画像等を表示したりするためのモニタを有する。なお、表示部23は、画像生成部24や画像処理部26が出力した画像データを表示する場合であっても、画像記憶部25から取得した画像データを表示する場合であっても良い。
制御部21は、X線診断装置全体の動作を制御する。例えば、制御部21は、入力部22から転送された操作者の指示に従って高電圧発生器11を制御し、X線管12に供給する電圧を調整することで、被検体Pに対して照射されるX線量やON/OFFを制御する。また、例えば、制御部21は、操作者の指示に従ってCアーム・天板機構制御部19を制御し、Cアーム15の回転や移動、天板14の移動を調整する。また、例えば、制御部21は、操作者の指示に従って絞り制御部20を制御し、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、被検体Pに対して照射されるX線の照射範囲を制御する。
また、例えば、制御部21は、操作者の指示に従って、画像生成部24によるX線画像生成処理や、画像処理部26による画像処理等を制御する。また、例えば、制御部21は、操作者の指示を受け付けるためのGUIや、画像記憶部25が記憶する画像データ等を、表示部23に表示するように制御する。
ここで、図1に例示するX線診断装置は、脳や、心臓等の循環器系の診断・治療において利用されるX線アンギオグラフィシステムである。図1に例示するX線診断装置を構成する各部は、被検体Pに対して手技が実施される「手技室」或いは「手術室」と、X線診断装置を操作する「操作室」とに分散して設置される。例えば、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とは、「手技室」或いは手術室に設置される。また、例えば、制御部21と、画像生成部24と、画像記憶部25と、画像処理部26とは、操作室に設置される。
また、図1では、入力部22を1つのブロックとして示しているが、入力部22が有する複数の操作ユニットは、手技室(或いは手術室)と操作室とに分散して設置される。例えば、X線画像の生成表示の開始を指示するための操作ユニットは、手技室(或いは手術室)及び操作室の双方に設置される。また、例えば、X線画像の画像処理の開始を指示するための操作ユニットも、手技室(或いは手術室)及び操作室の双方に設置される。また、例えば、Cアーム15の回転及び移動の指示を行なうための操作ユニットも、手技室(或いは手術室)及び操作室の双方に設置される。
また、図1では、表示部23を1つのブロックとして示しているが、表示部23は、複数のモニタを有しており、これら複数のモニタは、手技室(或いは手術室)と操作室とに分散して設置される。例えば、手技室(或いは手術室)においては、手技を実施する術者等が、検査室に設置されたモニタに表示されたX線画像等を観察する。また、例えば、操作室においては、術者の指示に応じてX線診断装置を操作する操作者等が、操作室に設置されたモニタに表示された各種情報を観察する。
以上、第1の実施形態に係るX線診断装置の全体構成について説明した。第1の実施形態では、上記構成のX線診装置を用いて、カテーテルと呼ばれる治療用の器具(デバイス)を被検体Pの血管に挿入して、心臓、脳、肝臓等に生じた患部の治療を行なう血管内インターベンション治療が行なわれる。
例えば、医師は、被検体Pの心臓血管における狭窄部位に対して「ステントストラットを有するバルーン付きカテーテル」を用いた血管内インターベンション治療を行なう。一例として、医師は、大腿部の皮膚に開けた穴からカテーテルを血管に挿入し、右冠状動脈(RCA:Right Coronary Artery)に生じた狭窄部位まで、カテーテルを押し進める。この際、医師は、X線診断装置により生成表示されるX線画像を参照して、デバイスの位置決めを行なう。
血管内インターベンション治療が行なわれる際、第1の実施形態に係るX線診断装置は、操作者からのコマンドに基づいて、透視モードで、X線画像の生成表示を行なう。上記の透視モードでは、X線の照射とともに、X線画像が連続して生成され、連続生成されたX線画像が、リアルタイムで表示部23に表示される。図2は、透視モードを説明するための図である。
図2に示すように、X線管12は、被検体Pの関心領域(例えば、心臓)にX線を照射し、X線検出器16は、関心領域を透過したX線を順次検出する。そして、画像生成部24は、図2に示すように、X線検出器16が連続して検出したデータに基づいて、X線画像を時系列に沿って連続して生成する。そして、表示部23は、図2に示すように、X線画像が新規に生成されるごとに、この新規に生成されたX線画像を更新表示する。これにより、透視モードでは、時系列に沿って連続生成されるX線画像が、リアルタイムで動画表示される。
ここで、デバイスには、バルーンやステントの位置を示すマーカーとして、例えば、X線不透過の金属が2箇所、取り付けられており、医師は、モニタに表示されたX線画像に描出されたマーカーを参照して、デバイスの位置決めを行なっている。
しかし、心臓のように常に拍動を行なう臓器や、拍動により動く臓器の血管に血管内インターベンション治療を行なう場合、X線画像上でのデバイスの位置が常に動いてしまう。このため、X線画像を参照してデバイスの位置決めを行なうことは、医師にとって非常に高度な作業となる。
そこで、従来、例えば、順次生成されるX線画像に描出される2点のマーカーを追跡し、各X線画像における2点のマーカーの位置が過去画像と同じ位置になるように画像変形することで、デバイスが実質的に止まって見える動画表示を行なう技術が知られている。この従来技術の一例について、図3及び図4を用いて簡単に説明する。なお、以下では、図1に示す画像処理部26が有する検出部261及び補正部262が、従来技術を実行可能であるとして説明する。図3及び図4は、従来技術を説明するための図である。
検出部261は、画像生成部24が順次生成するX線画像において、被検体Pに挿入された器具の特徴パターンを検出する。検出部261は、画像生成部24が新規にX線画像を生成するごとに、新規に生成されたX線画像(以下、新規画像)において、特徴パターンを検出する。具体的には、検出部261は、新規画像における2つのマーカーを検出し、新規画像における2つのマーカーの位置(座標)を検出する。ここで、上述したマーカーは、バルーンやステントの位置を示すマーカーであり、バルーンマーカー或いはステントマーカーと呼ばれる(以下では、ステントマーカーと記す)。
例えば、制御部21は、図3の(A)に示すように、画像処理要求を受け付けた後に、最初に生成されたX線画像(第1フレーム)を基準画像とし、基準画像を表示部23のモニタに表示するように制御する。第1フレームを参照した医師は、図3の(A)に示すように、入力部22を介して、第1フレームにおける2つのステントマーカーを指定する。これにより、検出部261は、第1フレームにおける2つのステントマーカーそれぞれの座標を検出する。
そして、検出部261は、図3の(A)に示すように、第1フレームにおいて指定された2つのステントマーカーそれぞれの座標を中心とした矩形をROI(Region Of Interest)として設定し、設定したROI内のパターンと類似したパターンを、例えば、相互相関法により、順次生成される新規画像ごとに抽出する。例えば、検出部261は、新規画像において、ROIと相互相関値が最も高くなった領域の中心座標を、ステントマーカーの座標として検出する。
なお、上記の処理は、あくまでも一例である。例えば、上記の処理は、医師によりステントマーカーが1箇所指定される場合であってもよい。この場合、検出部261は、第1フレームにおいても、指定されたステントマーカーの座標から設定したROIを用いた相互相関法を実行して、もう1つのステントマーカーの座標を検出する。
或いは、2つのマーカー位置の追跡処理は、以下のように行なわれても良い。例えば、検出部261は、実際に治療に用いられているステントに取り付けられているステントマーカーがX線画像において有する形状や輝度の特徴を示す教師画像を用いてステントマーカーの座標を検出する。
例えば、図3の(B)に示すように、画像記憶部25は、ステントマーカーのX線画像を教師画像として記憶する。そして、検出部261は、教師画像に類似したパターンを、画像生成部24が順次生成するX線画像において抽出し、抽出したステントマーカーの候補領域から、最も類似度が高い領域を検索する。これにより、検出部261は、2つのマーカー位置の追跡処理を行なう。
そして、従来技術を実行する場合、補正部262は、画像生成部24が順次生成するX線画像から、器具の画像内での大きさ、位置及び傾きが維持された補正画像を順次生成する。例えば、補正部262は、第1フレームにおいて検出部261が検出した2つのステントマーカーの座標を基準座標とする。そして、例えば、補正部262は、第2フレーム以降の新規画像において検出部261が検出した2つのステントマーカーの座標それぞれが、基準座標と一致するように画像変形処理を行なって、補正画像を生成する。従来技術において行なわれる画像変形処理は、「平行移動、回転移動及び拡大縮小処理」を含む画像処理となる。
例えば、補正部262は、図4に示すように、第nフレームのX線画像の2つのマーカーの位置が、第1フレームのX線画像の2つのマーカーの位置と一致するように、画像変形を行なう。これにより、補正部262は、図4に示すように、第nフレームのX線画像から、第nフレームの補正画像(補正画像n)を生成する。
これにより、従来技術では、2点のマーカー位置が基準画像と一致する補正画像が順次生成され、表示部23に動画表示される。しかし、上記の従来技術では、2点のマーカーの位置を固定表示するための画像処理を加えているため、必ずしも、治療用の器具の位置決め精度を向上させるための支援を行えない場合があった。
具体的には、上記の従来技術では、以下に説明する2つの課題が発生する。図5〜図8は、従来技術の課題を説明するための図である。
第1の課題は、上記の従来技術では、医師が、血管内治療中にデバイスの「Foreshortening」を意識できないという課題である。例えば、心臓血管を対象とする手技中では、医師は、X線診断装置のCアーム15等を操作して、複数の方向からデバイスを観察する。
しかし、X線の照射方向によっては、デバイスの方向とX線照射方向(X線撮像方向)とが「直角の関係(図5の左図を参照)」となる場合や、「斜めの関係(図5の右図を参照)」となる場合がある。「斜めの関係」である場合、通常の撮像で得られる2次元画像上では、図5の右図に示すように、デバイスの長さが短く見える現象(Foreshortening)が発生する。
更に、心臓の場合は、「斜めの関係」であると、心拍運動にともなって、X線画像上では、図6に示すように、デバイスが伸縮するように見えてしまう場合がある。この点について、詳細に説明する。ここで、「斜めの関係」であっても、心拍運動にともなうデバイスの運動が、視線方向(X線照射方向)に対して、前後方向の移動だけであれば、画像上でのデバイスの伸縮は、観察されない。図6に例示するように、画像上でデバイスの伸縮が観察されるのは、「斜めの関係」の度合いが心拍運動によって変化する場合である。例えば、心臓拡張期には視線方向とデバイス方向とが「斜め45度」の関係にあり、心臓収縮期には視線方向とデバイス方向とが「斜め10度」の関係にあった場合、画像上でデバイスは、収縮しているように観察される。
しかし、上記の従来技術では、2点のマーカーを追跡した結果に基づいて、2点のマーカー位置を固定表示するように画像処理を加えている。すなわち、上記の従来技術により2点固定表示を行なうと、補正前のX線画像の動画で伸縮して見えていたデバイスは、図7に示すように、補正画像の動画では、同じ位置、同じ傾きで、かつ、同じ大きさとして見えてしまう。
このため、実際には、「Foreshortening」が発生している場合であっても、医師は、2点固定表示用に処理された補正画像を参照しても、デバイスの伸縮が観察できない。このため、上記の従来技術を適用すると、逆に、デバイスの位置決め精度を低下させてしまう可能性があった。換言すると、上記の従来技術を用いない場合は、Cアーム15を回転させて、「Foreshortening」が発生しない最適な方向でデバイスを観察しながら手技を行なうことが可能であった。しかし、上記の従来技術を用いた場合は、「Foreshortening」が発生している場合でも、デバイスの大きさが略同じ大きさで観察される。このため、上記の従来技術を用いた場合は、医師は、最適な方向ではない無理な方向でデバイスを観察して作業を進めることになる。
例えば、基準画像に描出されていたデバイスが、最も短縮した状態である場合、X線画像から順次生成表示される補正画像では、デバイスが短くなるように、縮小処理が行なわれることになる。かかる補正画像の動画を参照して、デバイスを移動すると、実際の移動距離と、画像上の移動距離とが異なってしまう。この現象は、医師にとって、手技が困難となる要因となる。このようなことから、従来技術では、デバイスの位置決め精度を低下させてしまっている可能性がある。
また、第2の課題は、上記の従来技術では、デバイスの周囲の物体が大きく伸び縮みしてしまうという課題である。上述したように、従来の2点固定表示では、心拍運動によって伸縮している2点のマーカー間の距離を、強引に一定の距離とする画像処理を施す。すなわち、従来の2点固定表示では、補正部262は、図8に示すように、平行移動及び回転移動とともに、拡大縮小を行なう。このため、補正画像では、図8に示すように、デバイス以外の背景(例えば、骨等)が、心拍運動によって大きく伸縮する。
しかし、治療中に、デバイスの周囲の生体組織をアナトミカルランドマークとして使っていた場合、アナトミカルランドマークが伸縮するため、デバイスの位置を判断することが困難となる。また、周囲の物体が拡大縮小することで、画像全体が変動するため、医師は、画像が見えにくくなったり、疲れやすくなったりする場合がある。
そこで、第1の実施形態に係る画像処理部26は、治療に用いられる器具の位置決め精度を向上させるための支援として、以下の処理を行なう。
第1の実施形態に係る補正部262は、画像生成部24が順次生成するX線画像から、画像内で、被検体Pに挿入された器具と所定の1点との位置関係が維持され、かつ、器具の傾きが所定の角度に維持された補正画像を順次生成する。換言すると、第1の実施形態では、補正部262は、補正前のX線画像と補正後のX線画像とで画像内に描出される器具の大きさが略一定ではあるが、順次生成する補正画像間では画像内に描出される器具の位置及び傾きが略一定となる画像変形を行なう。
すなわち、第1の実施形態に係る補正部262は、平行移動処理及び回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、補正対象のX線画像から補正画像を生成する。第1の実施形態に係る補正部262が行なう処理には、拡大縮小処理は含まれない。ここで、補正部262は、画像生成部24によって順次生成されるX線画像における各画像(フレーム)間において、上記した補正処理を施すことによって補正画像を順次生成する。これにより、本実施形態に係るX線診断装置は、補正画像をリアルタイムに生成して表示することができる。
具体的には、第1の実施形態においても、補正部262は、検出部261の追跡機能を用いる。すなわち、第1の実施形態に係る検出部261は、上記の従来技術と同様に、画像生成部24が順次生成するX線画像において、器具の特徴パターンを検出する。換言すると、検出部261は、画像生成部24によって順次生成されるX線画像における特徴点の位置を検出する。例えば、検出部261は、図3で例示した処理により、ステントマーカーを検出する。
そして、補正部262は、基準画像として設定されたX線画像(例えば、第1フレーム)で検出された特徴パターンから定まる1点及び角度を、上記の所定の1点及び所定の角度として用いる。そして、補正部262は、補正対象のX線画像である対象画像で検出された特徴パターンと、所定の1点と、所定の角度とに基づいて、該対象画像から補正画像を生成する。すなわち、補正部262は、画像生成部24によって順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された特徴点を含む線分の角度及び特徴点に基づく1点と、該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された特徴点に基づく角度及び特徴点に基づく1点とを実質的に一致させる補正処理を施すことによって、画像内の特徴点とは異なる位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する。そして、制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像を表示部23に動画表示させる。
以下では、治療用の器具であるステントが2つの特徴点(例えば、2つのステントマーカー)を有する場合について説明する。かかる場合、検出部261は、特徴パターンとして、器具が有する2つの特徴点を検出する。そして、補正部262は、基準画像で検出された2つの特徴点の位置で定まる1点を、所定の1点として用いる。また、補正部262は、基準画像で検出された2つの特徴点を結ぶ線分と該基準画像における基準線との角度を、所定の角度として用いる。図9〜図12は、第1の実施形態に係る補正部を説明するための図である。
例えば、検出部261は、基準画像として設定された第1フレームのX線画像において、2つのマーカー(M1及びM2)それぞれの位置(座標)を検出する。例えば、検出部261は、図9に示すように、M1及びM2の位置として、「(xs1,ys1)及び(xs2,ys2)」を検出する。
検出部261の検出結果から、補正部262は、画像変形に用いる「1点の位置(座標)」を決定する。例えば、補正部262は、図9に示すように、M1及びM2の中心座標「(xs,ys)」を算出する。中心座標は、M1及びM2を結ぶ線分(以下、線分M1&2)の中点である。すなわち、「xs」は、「(xs1+xs2)/2」となり、「ys」は、「(ys1+ys2)/2」となる。更に、補正部262は、例えば、図9に示すように、線分M1&2と、基準画像の水平方向となる基準線との角度「θs」を算出する。
なお、「(xs,ys)」及び「θs」は、制御部21が算出する場合であっても良い。また、基準画像として用いられるX線画像は、第1フレーム以外のフレーム(例えば、第5フレーム)のX線画像であっても良い。また、基準画像として用いられるX線画像は、例えば、相互相関値が所定の閾値より大きくなった最初のX線画像とする場合であっても良い。
これにより、第1の実施形態で行なわれる画像変形処理に用いられる「1点及び角度」が定まり、その後、検出部261は、基準画像の後に生成された補正対象のX線画像(対象画像)におけるM1及びM2の位置(座標)を検出する。そして、補正部262は、図10に示すように、対象画像における線分M1&2の中点の位置(座標)が(xs,ys)となり、かつ、線分M1&2と基準線との角度が「θs」となるように、該対象画像の画像変形を行なう。
すなわち、第1の実施形態では、補正画像に描出されるデバイスが同じ1点を通り、かつ、補正画像に描出されるデバイスの傾きが同じ角度となるように、対象画像に対して画像変形を行なう。そして、制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像を表示部23に動画表示させる。
換言すると、第1の実施形態で行なわれる動画表示は、図10に示すように、「1点固定表示」である。1点固定表示では、デバイスが略同一の位置及び略同一の傾きで表示されることから、デバイスの視認性は、従来の2点固定表示と同様に向上する。
ただし、1点固定表示では、デバイスの方向とX線照射方向(X線撮像方向)とが「斜めの関係」であり、かつ、「斜めの関係」の度合いが変化する場合、基準画像でのマーカー間距離(図9に示す「Ls」)は、各補正画像では変動する。すなわち、1点固定表示では、2つのマーカー間の距離は、図11に示すように、中心座標(xs,ys)である白丸を中心として、伸縮する場合がある。換言すると、1点固定表示では、デバイスの視認性が確保されるとともに、「Foreshortening」の発生を確認可能となる。具体的には、1点固定表示では、「斜めの関係」の度合いが変化している状態での「Foreshortening」の発生を確認可能となる。
また、1点固定表示で行なわれる画像変形は、図12に示すように、平行移動及び回転移動の少なくとも1つの移動処理であるため、デバイスの周囲に位置する物体の大きさは、画像変形前後で変化しない。従って、治療中に、デバイスの周囲の生体組織をアナトミカルランドマークとして使っている場合であっても、1点固定表示では、医師は、デバイスの位置を容易に判断することができる。
なお、上記では、1点固定表示に用いられる1点が、基準画像の線分M1&2の中点である場合について説明した。しかし、1点固定表示に用いられる1点は、基準画像のM1やM2である場合であっても良い。具体的には、補正部262は、画像生成部24によって順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された特徴点を含む線分の角度及び特徴点の1点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された特徴点に基づく角度及び特徴点の1点とを実質的に一致させる補正処理を施すことによって、画像内の特徴点とは異なる位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する。例えば、補正部262は、対象画像で検出されたM1(或いは、M2)の位置が、基準画像のM1(或いは、M2)の位置となるように画像変形を行なう。
或いは、補正部262は、予め設定された1点を、1点固定表示に用いる1点としても良い。例えば、補正部262は、補正画像を表示する領域の中心座標を、1点固定表示に用いる1点としても良い。かかる場合、補正部262は、例えば、対象画像で検出されたM1の位置、或いは、対象画像で検出されたM2の位置、或いは、対象画像の線分M1&2の中点の位置が、補正画像表示領域の中心座標となるように画像変形を行なう。
上述した1点固定表示に用いられる1点の設定条件は、X線診断装置の操作者により、任意の条件に変更可能である。
ここで、第1の実施形態に係る制御部21は、補正画像の動画表示制御を行なうが、更に、以下の表示制御を行なっても良い。図13は、第1の実施形態に係る動画表示形態を説明するための図である。
例えば、制御部21は、補正画像を動画表示させる制御とともに、画像生成部24が順次生成するX線画像を動画表示させる制御を行なう。図13の(A)では、表示領域100において、補正前のX線画像(原画像)の動画表示が行なわれ、表示領域200において、補正画像の動画表示が行なわれることを示している。かかる場合、制御部21は、画像生成部24が順次生成するX線画像を、表示領域100に順次表示させ、補正部262が順次生成する補正画像を、表示領域200に順次表示させる。
なお、表示領域100及び表示領域200は、表示部23が有する1つのモニタ内に設定される場合であっても、表示部23が有する2つのモニタそれぞれ設定される場合であっても良い。
或いは、制御部21は、補正画像において器具を含む所定の領域を動画表示させる制御を行なう。例えば、制御部21は、補正画像において、1点固定表示用の1点を含む同一サイズの矩形領域を表示対象とする。そして、制御部21は、図13の(B)に示すように、表示領域100においては、原画像の動画表示を実行させ、表示領域200においては、補正画像から切り出された矩形領域の動画表示を実行させる。
或いは、制御部21は、上記の所定の領域を拡大した拡大画像を動画表示させる制御を行なう。例えば、制御部21は、図13の(C)に示すように、表示領域100においては、原画像を動画表示させ、表示領域200においては、矩形領域が表示領域200のサイズまで拡大された拡大画像を動画表示させる。なお、制御部21は、図13の(B)及び(C)に示すように、更に、表示領域100の原画像において、補正画像として動画表示される矩形領域に対応する位置に「枠」が付加された動画表示を実行しても良い。
上記の表示形態を行なうことで、表示部23の観察者は、補正前後の画像を比較することができる。なお、図13の(B)や図13の(C)の表示形態を行なう場合、原画像の動画表示は、実行されない場合であっても良い。
次に、図14を用いて、第1の実施形態に係るX線診断装置の処理について説明する。図14は、第1の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図14では、カテーテルが挿入された被検体PのX線画像を連続生成する透視モードが開始された後の処理の一例について説明する。
図14に例示するように、第1の実施形態に係るX線診断装置の制御部21は、1点固定表示の画像処理開始要求を受け付けたか否かを判定する(ステップS101)。ここで、画像処理開始要求を受け付けない場合(ステップS101否定)、制御部21は、画像処理開始要求を受け付けるまで待機する。
一方、画像処理開始要求を受け付けた場合(ステップS101肯定)、制御部21は、基準画像(第1フレーム)が生成されたか否かを判定する(ステップS102)。ここで、基準画像が生成されていない場合(ステップS102否定)、制御部21は、基準画像が生成されるまで待機する。
一方、基準画像が生成された場合(ステップS102肯定)、制御部21の指示により、検出部261は、基準画像の特徴パターンを検出する(ステップS103)。第1の実施形態では、検出部261は、基準画像における2つのステントマーカーの位置を検出する。
そして、制御部21の指示により、補正部262は、1点固定表示用の1点及び角度を決定する(ステップS104、図9を参照)。そして、制御部21の指示により、検出部261は、新規画像(補正対象となるX線画像、対象画像)が生成されたか否かを判定する(ステップS105)。ここで、新規画像が生成されていない場合(ステップS105否定)、検出部261は、新規画像が生成されるまで待機する。
一方、新規画像が生成された場合(ステップS105肯定)、検出部261は、新規画像の特徴パターンを検出する(ステップS106)。第1の実施形態では、検出部261は、新規画像における2つのステントマーカーの位置を検出する。
そして、補正部262は、1点固定表示用の1点及び角度と、新規画像の特徴パターンとに基づいて、補正画像を生成する(ステップS107)。そして、表示部23は、ステップS107で生成された補正画像を表示する(ステップS108)。なお、表示部23は、ステップS108において、図13に例示する動画表示を行なっても良い。
そして、制御部21は、画像処理終了要求を受け付けたか否かを判定する(ステップS109)。ここで、画像処理終了要求を受け付けない場合(ステップS109否定)、制御部21は、ステップS105に戻って、新規画像が生成されたか否かを判定する。
一方、画像処理終了要求を受け付けた場合(ステップS109肯定)、制御部21は、画像処理を終了する。
上述したように、第1の実施形態では、補正部262は、検出部261のマーカー追跡結果に基づいて、新規画像(補正対象となるX線画像)から補正画像を生成する。具体的には、第1の実施形態では、補正部262は、画像変形後の各画像に描出される器具が略同じ1点を通り、かつ、画像変形後の各画像に描出される器具の傾きが略同じ角度となる補正画像を生成する。そして、第1の実施形態では、表示部23は、補正画像を動画表示する。
かかる1点固定表示では、器具の視認性が確保されるとともに、「Foreshortening」の発生を確認可能となる。また、1点固定表示で行なわれる画像変形は、平行移動及び回転移動の少なくとも1つの移動処理であるため、器具及び器具の周囲に位置する物体の大きさは、変化しない。すなわち、1点固定表示では、医師が器具を移動した場合、実際の移動距離と、画像上の移動距離とを、感覚的に略同一とすることができる。このようなことから、第1の実施形態では、治療に用いられる器具の位置決め精度を向上させるための支援を行うことができる。
(変形例)
上記の第1の実施形態で説明した1点固定表示は、狭窄部位を拡張する手技に適用される以外にも、以下に説明する手技に適用することが可能である。かかる変形例について、図15及び図16を用いて説明する。図15及び図16は、第1の実施形態に係る変形例を説明するための図である。
図15では、大動脈(Aorta)のバルサルバ洞に端を発する動脈であり、心筋に酸素を供給する動脈である冠状動脈(coronary artery)を、左心室(LV:left ventricle)とともに示している。冠状動脈は、図15に示すように、心臓を取り囲むように、右冠状動脈(RCA)と、左冠状動脈(LC:Left Coronary Artery)とに分岐し、左冠状動脈は、更に、左旋回枝(LCX:Left Circumflex)と左前下行枝(LAD:Left Anterior Descending)とに分岐する。
そして、図15では、RCAの一部が血栓により略完全に閉塞されており、更に、RCAの支配領域に酸素を供給するため、血管新生により、LADからRCAに向かって血管が新たに形成されていることを示している。かかる場合、血栓を除去するため、医師は、図15に示すように、閉塞部位を挟み込むように、デバイスD1及びデバイスD2を挿入する。図15では、デバイスD1が、閉塞部位の上部に位置するように、大動脈からRCAに挿入されている。また、図15では、デバイスD2が、大動脈からLC,LAD及び新生血管を経由して、閉塞部位の下部に位置するように挿入されている。
ここで、デバイスD1は、カテーテルを通じて挿入されたワイヤである。医師は、デバイスD1であるワイヤを用いて、閉塞部位を形成する血栓を除去する。また、デバイスD2は、カテーテルを通じて挿入されたバルーン付きのガイドワイヤであり、図15に示すように、ガイドワイヤは、バルーンの位置を示す2つのバルーンマーカーを有している。医師は、デバイスD1とともに、デバイスD2のガイドワイヤを用いて、閉塞部位を形成する血栓を除去することも可能である。
かかる手技を行なう際、医師は、デバイスD1を位置決めするためのランドマークとして、デバイスD2を用いる。具体的には、医師は、図15に示すように、バルーンを拡張して、デバイスD2の視認性を上げて、X線画像に描出された2つのバルーンマーカーを観察する。
しかし、図15に例示する手技の場合、従来の2点固定表示では、デバイスD2の2つのバルーンマーカーの位置が、各補正画像で同じ位置となる画像変形が行なわれる。かかる場合、デバイスD2とは離れた位置にあるデバイスD1の補正画像内での位置及び大きさは、心拍運動にともない、大きく変動する。従って、従来の2点固定表示では、デバイスD1の位置決め精度が低下する。
一方、図15に例示する手技を行なう場合、上記の1点固定表示を適用すると、デバイスD1とデバイスD2との位置関係は、画像変形前後で同一であり、かつ、デバイスD1の大きさは、画像変形前後で同一となる。従って、上記の1点固定表示では、デバイスD1の位置決め精度を向上させることができる。
なお、閉塞部位の除去は、デバイスD1のみを用いて行なわれる場合がある。かかる場合、図16に示すように、ワイヤに2つのマーカーを取り付けたデバイスD1を用いることで、上記の1点固定表示を適用することが可能となる。かかる場合でも、デバイスD1の位置決め精度を向上させるための支援を行うことができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、治療に用いる器具が1つのマーカーを有する場合に、1点固定表示を行なう処理について、図17を用いて説明する。図17は、第2の実施形態を説明するための図である。
第2の実施形態に係るX線診断装置は、図1に例示する第1の実施形態に係るX線診断装置と同様に構成される。ただし、第2の実施形態に係る検出部261は、特徴パターンとして、器具が有する1つの特徴点と、器具が有する線状の特徴線とを検出する。そして、第2の実施形態に係る補正部262は、基準画像で検出された1つの特徴点の位置で定まる1点を、1点固定表示用の1点として用いる。また、第2の実施形態に係る補正部262は、基準画像で検出された特徴線と該基準画像における基準線との角度を、1点固定表示用の角度として用いる。
図17の左図は、カテーテルを通じて挿入されたバルーン付きのガイドワイヤを示している。そして、図17の左図は、ガイドワイヤが、バルーンの位置を示す1つのバルーンマーカーを有していることを示している。
かかる場合、検出部261は、図17の右図に示すように、基準画像における1点のバルーンマーカーMの座標「(xs,ys)」を検出する。補正部262は、座標「(xs,ys)」の位置を、1点固定表示用の1点の位置として決定する。
また、検出部261は、基準画像において、バルーンマーカーMを通る線を検出する。ここで、検出部261が基準画像においてバルーンマーカーMを通る直線を検出した場合、補正部262は、図17の右図に示すように、この直線と基準線(水平方向の線)との角度「θs」を、1点固定表示用の角度として算出する。なお、検出部261は、基準画像においてバルーンマーカーMを通る曲線を検出した場合、座標「(xs,ys)」における曲線の接線を、更に、検出する。そして、補正部262は、この接線と基準線との角度を、1点固定表示用の角度として算出する。
そして、検出部261は、対象画像が順次生成されるごとに、該対象画像において、バルーンマーカーMの座標、及び、バルーンマーカーMを通る特徴線を検出する。そして、補正部262は、バルーンマーカーMの座標が座標「(xs,ys)」となり、特徴線の傾きが「θs」となるように、対象画像を画像変形することで、補正画像を生成し、表示部23に出力する。
なお、第2の実施形態においても、1点固定表示用の1点の位置は、第1の実施形態と同様に、予め設定された1点の位置に設定される場合であっても良い。例えば、第2の実施形態においても、1点固定表示用の1点の位置は、表示領域200の中心位置であっても良い。かかる場合、補正部262は、バルーンマーカーMの座標が表示領域200の中心位置となるように、対象画像を画像変形する。
また、第1の実施形態で説明した内容は、1点のマーカー及び特徴線を用いて補正画像を生成する点以外、第2の実施形態でも適用可能である。
上述したように、第2の実施形態では、1つのマーカーを有するデバイスを用いた治療が行なわれる場合でも、デバイスの位置決め精度を向上可能な1点固定表示を実施することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、治療に用いる器具が3つ以上のマーカーを有する場合に、1点固定表示を行なう処理について、図18を用いて説明する。図18は、第3の実施形態を説明するための図である。
第3の実施形態に係るX線診断装置は、図1に例示する第1の実施形態に係るX線診断装置と同様に構成される。ただし、第3の実施形態に係る検出部261は、特徴パターンとして、器具、又は、複数の器具が有する少なくとも3つの特徴点を検出する。そして、第3の実施形態に係る補正部262は、基準画像で検出された上記の少なくとも3つの特徴点のうち少なくとも1つの特徴点で定まる1点を、1点固定表示用の1点として用いる。また、第3の実施形態に係る補正部262は、基準画像で検出された上記の少なくとも3つの特徴点のうち少なくとも2つの特徴点を結ぶ線分と該基準画像における基準線との角度を、1点固定表示用の角度として用いる。
図18の(A)は、2つのステントマーカーを有するデバイスが2つ、被検体Pの近接する2本血管内にそれぞれ挿入されていることを示している。また、図18の(A)では、一方のデバイスが有する2つのステントマーカーを、M1及びM2とし、他方のデバイスが有する2つのステントマーカーを、M3及びM4として示している。
かかる場合、検出部261は、基準画像において、マーカーM1の座標、マーカーM2の座標、マーカーM3の座標及びマーカーM4の座標を検出する。なお、検出部261は、医師が基準画像において指定したり、ガイドワイヤやメッシュを検出したりすることで、M1及びM2と、M3及びM4との識別を行なう。
そして、補正部262は、例えば、図18の(B)に示すように、M1とM4とを結ぶ線分M1&4と、M2とM3とを結ぶ線分M2&3との交点を求める。そして、補正部262は、例えば、図18の(B)に示すように、基準画像において、この交点の座標「(xs,ys)」を、1点固定表示用の1点の位置として決定する。或いは、補正部262は、線分M2&3の中点の座標を、1点固定表示用の1点の座標「(xs,ys)」としても良い。
また、補正部262は、例えば、図18の(C)に示すように、基準画像において、M2とM3とを結ぶ線分M2&3と、交点(xs,ys)を通る基準線(水平方向の線)との角度「θs」を、1点固定表示用の角度として算出する。
そして、検出部261は、対象画像が順次生成されるごとに、該対象画像において、バルーンマーカーM1〜M4の座標を検出する。そして、補正部262は、線分M1&4と線分M2&3との交点の座標が座標「(xs,ys)」となり、線分M2&3と基準線との角度が「θs」となるように、対象画像を画像変形することで、補正画像を生成し、表示部23に出力する。
なお、第3の実施形態において、1点固定表示に用いる1点の位置及び角度は、図18の(B)及び(C)で説明した一例に限定されるものではない。1点固定表示に用いる1点の位置は、例えば、基準画像で検出されたM1〜M4のいずれか1点の位置に設定されても良い。また、1点固定表示に用いる角度は、M1とM2とを結ぶ線分、M1とM3とを結ぶ線分、M2とM4とを結ぶ線分、又は、M3とM4とを結ぶ線分のいずれかと、基準線との角度が設定される場合であっても良い。
一例として、補正部262は、対象画像でのM1の座標が、基準画像でのM1の座標となり、対象画像での線分M1&2と基準線との角度が、基準画像での線分M1&2と基準線との角度となるように、該対象画像を画像変形しても良い。
また、第3の実施形態においても、1点固定表示用の1点の位置は、予め設定された1点の位置に設定される場合であっても良い。例えば、第3の実施形態においても、1点固定表示用の1点の位置は、表示領域200の中心位置であっても良い。かかる場合、補正部262は、例えば、M1〜M4のいずれか1点の座標、又は、線分M1&2と線分M3&4との交点の座標が、表示領域200の中心位置となるように、対象画像を画像変形する。
また、第1の実施形態で説明した内容は、3点以上のマーカーを用いて補正画像を生成する点以外、第3の実施形態でも適用可能である。
上述したように、第3の実施形態では、3つ以上マーカーを有するデバイスを用いた治療が行なわれる場合でも、デバイスの位置決め精度を向上可能な1点固定表示を実施することができる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、1点固定表示を行なっている状態で、「Foreshortening」の発生の有無を自動検出し、検出結果を操作者に通知する場合について、図19等を用いて説明する。図19は、第4の実施形態を説明するための図である。
すなわち、第1の実施形態〜第3の実施形態で説明した1点固定表示では、補正画像における器具の大きさの変動から、操作者は、「Foreshortening」の発生を確認可能である。具体的には、1点固定表示では、操作者は、「斜めの関係」の度合いが変化している状態での「Foreshortening」の発生を確認可能である。ここで、補正画像における器具の大きさの変動量は、検出部261の検出結果から取得可能である。なお、1点固定表示では、補正画像における器具の大きさの変動量は、原画像における器具の大きさの変動量と同一である。
そこで、第4の実施形態に係る制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲内であるか該範囲外であるかを判定する。そして、第4の実施形態に係る制御部21は、判定結果を操作者に通知する。
具体的には、制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲外で変動している場合、被検体Pに対するX線照射方向の変更を促す通知を操作者に行なう。また、制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲内で変動している場合、被検体Pに対するX線照射方向を維持する旨を操作者に通知する。
例えば、第4の実施形態では、器具の大きさの変動を解析する解析期間が予め設定される。この解析期間は、例えば、複数心拍分の時間が設定される。一例として、画像処理開始後に生成された補正画像のフレーム数「N」が、解析期間として設定される。フレーム数「N」は、補正画像のフレームレート、すなわち、透視モードのフレームレートに応じて設定される。
かかる場合、制御部21は、1点固定表示開始後、Nフレームの補正画像それぞれに描出される器具の大きさを、検出部261の検出結果から取得する。そして、制御部21は、解析期間中の器具の長さの最大値「Lmax」及び最小値「Lmin」を取得する。そして、制御部21は、予め設定された閾値「ThL」と、「Lmax−Lmin」とを比較する。
第1の実施形態や第3の実施形態の1点固定表示を行なっている場合、制御部21は、マーカー間距離から、Lmax及びLminを取得可能である。また、第2の実施形態の1点固定表示を行なっている場合、制御部21は、バルーン内に位置する特徴線の長さから、Lmax及びLminを取得可能である。
第1の実施形態の1点固定表示を行なっている際に、上記の処理を行なう場合について図19を用いて説明する。例えば、制御部21は、図19の(A)に示すように、「Lmax−Lmin>ThL」である場合、表示部23に「撮像方向を変更して下さい」とのメッセージを表示させる。
また、例えば、制御部21は、図19の(B)に示すように、「Lmax−Lmin≦ThL」である場合、表示部23に「撮像方向を維持して下さい」とのメッセージを表示させる。これらメッセージの表示位置は、例えば、表示領域200内である。
ここで、図19の(A)に示すメッセージを参照した操作者は、Cアーム15の移動・回転を行なって、再度、画像処理(1点固定表示)の開始要求を行なう。そして、画像処理部26は、変更後のX線照射方向で、再度、補正画像の生成を行なう。そして、制御部21は、再度、上記の判定処理を行なう。これらの処理は、操作者から画像処理(1点固定表示)の終了要求を受け付けるまで繰り返し行なわれる。なお、第4の実施形態では、音声により、上記のメッセージを通知しても良い。
次に、図20を用いて、第4の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例について説明する。図20は、第4の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図20は、1点固定表示が開始された後に、制御部21が行なう処理の一例を示すフローチャートである。
図20に例示するように、第4の実施形態に係るX線診断装置の制御部21は、解析期間が経過したか否かを判定する(ステップS201)。ここで、解析期間が経過していない場合(ステップS201否定)、制御部21は、解析期間が経過するまで待機する。
一方、解析期間が経過した場合(ステップS201肯定)、制御部21は、変動量(Lmax−Lmin)を算出する(ステップS202)。そして、制御部21は、変動量が範囲内であるか否かを判定する(ステップS203)。ここで、「Lmax−Lmin≦ThL」であることから、変動量が範囲内である場合(ステップS203肯定)、制御部21の制御により、表示部23は、撮像方向の維持を促すメッセージを表示する(ステップS205)。
一方、「Lmax−Lmin>ThL」であることから、変動量が範囲外である場合(ステップS203否定)、制御部21の制御により、表示部23は、撮像方向の変更を促すメッセージを表示する(ステップS204)。
そして、ステップS204、又は、ステップS205の処理の後、制御部21は、画像処理終了要求を受け付けたか否かを判定する(ステップS206)。ここで、画像処理終了要求を受け付けない場合(ステップS206否定)、制御部21は、ステップS201に戻って、解析期間が終了したか否かを判定する。なお、ステップS204のメッセージ通知により、Cアーム15の移動・回転処理が行なわれた場合、制御部21は、画像処理の再開始要求を受け付けた後に、ステップS201の判定を行なう。
一方、画像処理終了要求を受け付けた場合(ステップS206肯定)、制御部21は、処理を終了する。
上述したように、第4の実施形態では、「Foreshortening」の発生の有無を自動検出し、検出結果を操作者に通知する。これにより、医師は、「Foreshortening」が発生しない撮像方向に変更して、再度、血管内インターベンション治療を実行することができる。或いは、医師は、「Foreshortening」が発生しない最適な撮像方向であることを確認して、手技を進めることができる。従って、第4の実施形態では、治療に用いられる器具の位置決め精度を更に向上させることができる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態では、画像処理部26が、1点固定表示とともに、従来の2点固定表示を実行可能である場合について、図21等を用いて説明する。図21は、第5の実施形態を説明するための図である。
第4の実施形態で説明した制御部21の通知処理により、例えば、「Foreshortening」が発生しない撮像方向に変更された場合、原画像に描出される器具の大きさは、略一定となる。また、第4の実施形態で説明した制御部21の通知処理により、「Foreshortening」が発生しない撮像方向であることが確認された場合、原画像に描出される器具の大きさは、略一定となる。かかる場合、例えば、2点のマーカーの位置が維持される2点固定表示を行なうことで、2点のマーカーに挟まれているメッシュの視認性を向上することができる。
そこで、第5の実施形態に係る補正部262は、1点固定表示用の補正画像を「第1補正画像」として生成する第1モード(第1補正処理モードとも呼ぶ)を実行する機能とともに、2点固定表示用の補正画像を「第2補正画像」として生成する第2モード(第2補正処理モードとも呼ぶ)を実行する機能を有する。第2モードでは、補正部262は、画像生成部24が順次生成するX線画像から、器具の画像内での大きさ、位置及び傾きが維持された補正画像を順次生成する。
そして、第5の実施形態に係る制御部21は、補正部262が第1モードで順次生成する第1補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲内で変動している場合、第2モードへの移行を促す通知を行なう。
例えば、制御部21は、第4の実施形態で説明したように、解析期間中の器具の長さの最大値「Lmax」及び最小値「Lmin」を取得し、閾値「ThL」と「Lmax−Lmin」とを比較する。
そして、制御部21は、図21の(A)に示すように、「Lmax−Lmin≦ThL」である場合、表示部23に「第2モード(2点固定表示)に移行可能です」とのメッセージを表示させる。これらメッセージの表示位置は、例えば、表示領域200内である。
そして、第5の実施形態に係る入力部22は、操作者から第1モード又は第2モードの選択を受け付けるための操作ユニット(切替部とも呼ぶ)を有する。例えば、第5の実施形態では、天板14の近傍に、図21の(B)に例示する3つのフットスイッチが設置される。図21の(B)に示すフットスイッチ22aは、透視モードのON/OFFを切り替えるスイッチである。操作者は、フットスイッチ22aを一回踏むことで、透視モードをONとし、フットスイッチ22aを再度一回踏むことで、透視モードをOFFとすることができる。
また、図21の(B)に示すフットスイッチ22bは、第1モード(1点固定表示)のON/OFFを切り替えるスイッチである。操作者は、フットスイッチ22bを一回踏むことで、第1モードをONとし、フットスイッチ22bを再度一回踏むことで、第1モードをOFFとすることができる。
また、図21の(B)に示すフットスイッチ22cは、第2モード(2点固定表示)のON/OFFを切り替えるスイッチである。操作者は、フットスイッチ22cを一回踏むことで、第2モードをONとし、フットスイッチ22cを再度一回踏むことで、第2モードをOFFとすることができる。
また、操作者は、第1モードがONの状態で、フットスイッチ22cを一回踏むことで、第1モードをOFFとし、第2モードをONとすることができる。また、操作者は、第2モードがONの状態で、フットスイッチ22bを一回踏むことで、第2モードをOFFとし、第1モードをONとすることができる。すなわち、フットスイッチ22cは、1点に基づいて補正画像を順次生成する第1補正処理モードと、1枚のX線画像において検出される2点の特徴点に基づいて2点が略静止した補正画像を順次生成する第2補正処理モードとを切り替える。かかる操作ユニットにより、操作者である医師は、透視モードの状態で、第1モードと第2モードとの切り替えを円滑に行なうことができる。
そして、例えば、表示部23に表示された「第2モード(2点固定表示)に移行可能です」とのメッセージを確認した場合、医師は、「Foreshortening」が発生しない撮像方向であると認識して、フットスイッチ22cを一回踏むことで、第1モードから第2モードに移行する。
なお、第2モードに移行した場合、例えば、表示領域200には、第2補正画像の動画表示が行なわれる。なお、第2モードに移行した場合でも、図13に例示した様々な表示形態が行なわれても良い。また、第2モードに移行した場合、制御部21の制御により、補正部262は、複数フレーム分の補正画像を用いて加算画像や、加算平均画像を生成し、表示部23に出力しても良い。
例えば、補正部262は、補正画像(k)を生成した場合、補正画像(k−4)〜補正画像(k)から加算平均画像(k)を生成し、加算平均画像(k)を第kフレームの補正画像として出力する。また、例えば、補正部262は、補正画像(k+1)を生成した場合、補正画像(k−3)〜補正画像(k+1)から加算平均画像(k+1)を生成し、加算平均画像(k+1)を第k+1フレームの補正画像として出力する。これにより、2点のマーカー間に位置するデバイス(メッシュ等)のコントラストを上げて、デバイスの視認性を向上させることができる。
次に、図22を用いて、第5の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例について説明する。図22は、第5の実施形態に係るX線診断装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図22は、第1モード(1点固定表示)が開始された後に、制御部21が行なう処理の一例を示すフローチャートである。
図22に例示するように、第5の実施形態に係るX線診断装置の制御部21は、解析期間が経過したか否かを判定する(ステップS301)。ここで、解析期間が経過していない場合(ステップS301否定)、制御部21は、解析期間が経過するまで待機する。
一方、解析期間が経過した場合(ステップS301肯定)、制御部21は、変動量(Lmax−Lmin)を算出する(ステップS302)。そして、制御部21は、変動量が範囲内であるか否かを判定する(ステップS303)。ここで、「Lmax−Lmin>ThL」であることから、変動量が範囲外である場合(ステップS303否定)、制御部21の制御により、表示部23は、撮像方向の変更を促すメッセージを表示する(ステップS304)。
そして、制御部21は、第1モードの終了要求を受け付けたか否かを判定する(ステップS306)。ここで、第1モードの終了要求を受け付けない場合(ステップS306否定)、制御部21は、ステップS301に戻って、解析期間が終了したか否かを判定する。なお、ステップS304のメッセージ通知により、Cアーム15の移動・回転処理が行なわれた場合、制御部21は、第1モードの再開始要求を受け付けた後に、ステップS301の判定を行なう。
また、第1モードの終了要求を受け付けた場合(ステップS306肯定)、制御部21は、処理を終了する。
一方、「Lmax−Lmin≦ThL」であることから、変動量が範囲内である場合(ステップS303肯定)、制御部21の制御により、表示部23は、第2モードへの移行を促すメッセージを表示し(ステップS305)、制御部21は、処理を終了する。
上述したように、第5の実施形態では、「Foreshortening」の発生が発生していないと判定される場合には、例えば、2点のマーカーに挟まれているメッシュの視認性を向上することができる第2モード(2点固定表示)への移行を促す。従って、第5の実施形態では、最適な撮像方向での透視が行なわれている状態で、治療に用いられる器具の位置決め精度を確実に向上させることができる。
なお、第5の実施形態は、第2モードに移行した後も、検出部261が、補正前のX線画像(原画像)に対して特徴パターンの検出処理を行ない、制御部21が、原画像における器具の大きさの変動を監視しても良い。すなわち、第5の実施形態に係る制御部21は、第2モードで、原画像における器具の大きさの変動量が範囲外となった際には、被検体Pの体動等により「Foreshortening」が再度発生したと判定し、第1モードへの移行を促す通知を行なっても良い。
(第6の実施形態)
さて、これまで第1〜第5の実施形態について説明したが、上記した第1〜第5の実施形態以外にも種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
上記の第1〜第5の実施形態では、1点固定表示用の角度が、基準画像の特徴パターンに基づいて決定される場合について説明した。しかし、補正部262は、予め設定された角度を、1点固定表示用の角度として用いる場合であっても良い。この変形例について、図23を用いて説明する。図23は、第1〜第5の実施形態に係る変形例を説明するための図である。
この変形例では、1点固定表示用の角度は、0度、45度、90度等の任意の角度が設定される。図23では、1点固定表示用の1点が、補正画像の表示領域200の中心に設定されている。そして、図23では、1点固定表示用の角度が、表示領域200の水平線に対して、「90度」であると設定されている。すなわち、図23に示す一例では、補正画像に描出される2点のマーカーを結ぶ線分の方向が、表示領域200の垂直方向に設定されている。換言すると、図23に示す一例では、補正画像に描出されるデバイスの方向が、表示領域200の垂直方向に設定されている。
上記の変形例では、1点固定表示用の角度が任意の角度で設定可能であることから、医師は、デバイスと周囲の生体組織との位置関係を自身が把握しやすい方向で、デバイスが描出された補正画像の動画像を参照して、手技を進めることができる。
なお、上述した第1〜第5の実施形態及び変形例では、血管内インターベンション治療において、1点固定表示が行なわれる場合について説明した。しかし、上述した第1〜第5の実施形態及び変形例で説明した1点固定表示は、器具を被検体Pに挿入し、X線画像を参照して実行される治療であるならば、任意の治療において適用可能である。
また、上述した第4の実施形態では、1点固定表示を行っている状態で、「Foreshortening」の発生の有無を検出して、検出結果を操作者に通知する場合について説明した。しかし、本願に係るX線診断装置は、1点固定表示を行っている状態で、「Foreshortening」の発生を検出した場合に、「Foreshortening」が発生しない撮像方向を提示することも可能である。
具体的には、制御部21は、補正部262が順次生成する補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲外で変動している場合、器具の大きさが変動している方向を軸として回転させた位置にX線管12を配置するように、X線管12を支持するCアーム15を回転させる旨の通知を操作者に行なう。例えば、制御部21は、器具の大きさが変動している方向を軸として90度回転させた位置にX線管12を配置するように、Cアーム15を回転させる旨の通知を操作者に行う。
ここで、「Foreshortening」が発生しない撮像方向について、図24を用いて説明する。図24は、第6の実施形態に係る撮像方向の変更の一例を説明するための図である。なお、図24においては、(A)に「Foreshortening」が発生する撮像方向を示し、(B)に「Foreshortening」が発生しない撮像方向を示す。例えば、図24の(A)に示すように、矢印41で示すX線の照射方向に対するステントマーカーM5及びM6を含む線分M5&M6の「斜めの関係」の度合いが変化することで、画像上のデバイスの長さが矢印51に示すように伸縮して見える「Foreshortening」が発生する。
そこで、第6の実施形態に係る制御部21は、図24の(B)に示すように、X線の照射方向を矢印42の方向に変更するようにCアーム15を回転させる旨の通知を操作者に行う。例えば、被検体内のデバイス(線分M5&M6)が図24の(A)に示すような動きをしていた場合、矢印41の方向でX線を照射すると、上述したように「Foreshortening」が発生することとなる。しかしながら、矢印42の方向でX線を照射すると、図24の(B)に示すように、X線画像間でのデバイスの動きが矢印52に示すような回転運動のみとなり、上述した補正処理を行うことで「Foreshortening」が発生していない1点固定表示を行うことが可能となる。
すなわち、制御部21は、X線の照射位置を矢印51で示す伸縮方向を軸として回転させた位置に移動させて、X線の照射方向を矢印41から矢印42に変更するようにCアーム15を回転させる旨の通知を操作者に行う。ここで、X線の照射方向は、矢印42の方向に限らず、逆方向から照射する場合であってもよい。例えば、図24の(B)の下から上の方向へX線を照射する場合でもX線画像間でのデバイスの動きが矢印52に示すような回転運動のみとなる。従って、制御部21は、X線の照射位置をデバイスの伸縮方向を軸としてどちらかの方向に回転させた位置に移動させるようにCアーム15を回転させる旨の通知を操作者に行う。換言すると、制御部21は、画像上のステントマーカーを結ぶ線分に垂直となるどちらかの方向からX線を照射させるようにCアーム15を回転させる旨の通知を行う。
例えば、制御部21は、補正画像を動画表示する表示領域200にCアームの回転に関する情報を表示することで操作者に通知する。ここで、制御部21は、Cアームの回転に関する情報として、Cアームを回転させる方向を通知する場合であってもよく、或いは、方向と角度を通知する場合であってもよい。一例を挙げると、現在のCアーム15が「LAO(Left Anterior Oblique):0deg.」、「CRA(cranial):0deg.」の位置にあり、ステントマーカーが画面上で水平になって伸縮していた場合には、制御部21は、Cアーム15を「CRA」或いは「CAU(caudal)」の方向に回転する旨の通知を表示領域200に表示する。
操作者は、表示領域200に表示された「CRA」或いは「CAU」の方向にCアーム15を回転させることで、画像上でのデバイスの伸縮を徐々に小さくすることができる。また、制御部21は、上述した方向に加えて、回転させる角度を表示させることもできる。例えば、制御部21は、Cアーム15を「CRA」或いは「CAU」の方向に「90deg.」回転する旨の通知を表示領域200に表示する。かかる場合、操作者は、入力部22を介した操作(例えば、ボタンを押下)を行うことにより、Cアーム15を「CRA」或いは「CAU」の方向に「90deg.」回転させることができる。
なお、上述した例はあくまでも一例であり、ステントマーカーが画面上で水平になっていない場合もある。かかる場合には、制御部21は、画像上のステントマーカーを結ぶ線分に垂直となるどちらかの方向からX線を照射させるように、Cアーム15を「CRA」、「CAU」、「LAO」又は「RAO(Right Anterior Oblique)」の方向へ回転させる旨の通知を表示領域に表示する。
ここで、上述したCアームの回転に関する情報は、Cアームを模式的に示したものでもよく、或いは、文字と数字によって示したものでもよい。また、上述したCアーム15の回転操作を実行した場合であっても、デバイスの伸縮がなくならない場合もある。そこで、制御部21は、操作者による操作によってCアーム15が回転させられた後も「Foreshortening」の発生の有無の検出を継続して実行し、「Foreshortening」の発生を検出した場合には、Cアームの回転に関する情報を再度表示するように制御する。
また、上述した第1〜第5の実施形態では、特徴点としてステントマーカーを用いる場合について説明した。しかし、本願に係る特徴点は、ステントマーカーに限らず、ステントストラッドのパターンなど、その他のものを用いる場合であってもよい。図13の(C)を用いて一例を説明すると、例えば、図13の(C)の右側に示すように、ステントマーカーによる1点固定表示によりステントストラッドを留置した後、X線診断装置は、ステントストラッドのパターンを特徴点としてステントストラッドの固定表示を行う。すなわち、検出部261は、ステントマーカーを有するカテーテルを抜き取られた後に順次生成されるX線画像において、留置されたステントストラッドのパターンを順次検出する。補正部262は、検出部261によって検出されたステントストラッドのパターンを特徴点として、上述したように補正画像を順次生成する。制御部21は、補正部262によって順次生成される補正画像を表示部23に順次表示する。
また、上述した第1〜第5の実施形態及び変形例では、X線診断装置において1点固定表示が行なわれる場合について説明した。しかし、上述した第1〜第5の実施形態及び変形例で説明した1点固定表示は、X線診断装置とは独立に設置された画像処理装置であり、画像処理部26及び制御部21の機能を有する画像処理装置で行なわれる場合であってもよい。かかる場合、画像処理装置は、X線診断装置、又は、PACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベースから受信したX線画像の時系列データを受信して上述した画像処理方法を実行する。
以上、説明したとおり、第1〜第5の実施形態及び変形例によれば、治療に用いられる器具の位置決め精度を向上させるための支援を行うことができる。
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。
21 制御部
23 表示部
26 画像処理部
261 検出部
262 補正部

Claims (17)

  1. X線管から照射され被検体を透過したX線に基づいてX線画像を順次生成する画像生成部と、
    前記順次生成されるX線画像における特徴点の位置を検出する検出部と、
    前記順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点とを実質的に一致させる補正処理を施すことによって、画像内の前記特徴点に基づく1点の位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する補正部と、
    を備え、
    前記補正部は、拡大処理及び縮小処理を行わずに、平行移動処理及び回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、補正対象のX線画像から前記補正画像を生成する、X線診断装置。
  2. 前記検出部は、1枚の前記X線画像において前記特徴点の位置を2点検出し、
    前記補正部は、前記検出部によって検出された2点の略中点を前記特徴点に基づく1点として前記補正処理を施す、請求項1記載のX線診断装置。
  3. 前記補正部は、前記拡大処理及び前記縮小処理を行わずに、前記平行移動処理及び前記回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点を実質的に一致させる補正処理を施すことによって補正画像を順次生成する第1補正処理モードに加えて、前記順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された2点の前記特徴点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された2点の前記特徴点とを実質的に一致させるように、前記拡大処理及び前記縮小処理を含む補正処理を施すことによって、画像内の2つの前記特徴点の位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する第2補正処理モードを実行し、
    前記第1補正処理モードと前記第2補正処理モードとを切り替える切替部を更に備える、請求項1又は2記載のX線診断装置。
  4. 前記補正部は、前記順次生成されるX線画像における各フレーム間において前記補正処理を施すことによって前記補正画像を順次生成する、請求項1乃至3のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  5. 前記補正部が順次生成する補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲内であるか範囲外であるかを判定し、判定結果を操作者に通知する制御部をさらに備える、請求項1乃至4のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  6. 前記制御部は、前記補正部が順次生成する補正画像それぞれに描出される前記器具の大きさが前記所定の範囲外で変動している場合、前記被検体に対するX線照射方向の変更を促す通知を前記操作者に行なう、請求項5記載のX線診断装置。
  7. 前記制御部は、前記補正部が順次生成する補正画像それぞれに描出される前記器具の大きさが前記所定の範囲内で変動している場合、前記被検体に対するX線照射方向を維持する旨を前記操作者に通知する、請求項5記載のX線診断装置。
  8. 前記補正部は、前記拡大処理及び前記縮小処理を行わずに、前記平行移動処理及び前記回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点を実質的に一致させる補正処理を施すことによって補正画像を順次生成する第1補正処理モードに加えて、前記順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された2点の前記特徴点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された2点の前記特徴点とを実質的に一致させるように、前記拡大処理及び前記縮小処理を含む補正処理を施すことによって、画像内の2つの前記特徴点の位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する第2補正処理モードを実行し、
    前記補正部が前記第1補正処理モードで順次生成する前記補正画像それぞれに描出される器具の大きさが所定の範囲内で変動している場合、前記第2補正処理モードへの移行を促す通知を行なう制御部をさらに備える、請求項1記載のX線診断装置。
  9. 前記特徴点は、前記被検体内に挿入されるバルーンマーカーである、請求項1乃至8のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  10. 前記検出部は、器具が有する1つの特徴点と、前記器具が有する線状の特徴線とを検出し、
    前記補正部は、前記X線画像で検出された前記1つの特徴点の位置で定まる1点を、前記特徴点に基づく1点として用い、前記X線画像で検出された前記特徴線と該X線画像における基準線との角度を、前記線分の角度として用いる、請求項1乃至9のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  11. 前記検出部は、器具、又は、複数の器具が有する少なくとも3つの特徴点を検出し、
    前記補正部は、前記X線画像で検出された前記少なくとも3つの特徴点のうち少なくとも1つの特徴点で定まる1点を、前記特徴点に基づく1点として用い、前記X線画像で検出された前記少なくとも3つの特徴点のうち少なくとも2つの特徴点を結ぶ線分と該X線画像における基準線との角度を、前記線分の角度として用いる、請求項1乃至10のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  12. 前記補正部は、予め設定された1点を前記特徴点に基づく1点として用いる、請求項1記載のX線診断装置。
  13. 前記補正部は、予め設定された角度を前記線分の角度として用いる、請求項1記載のX線診断装置。
  14. 前記補正部によって前記補正画像が新規に生成されるごとに該補正画像を順次表示することによって、表示部に動画表示を行なう表示制御部をさらに備える、請求項1乃至13のいずれか1つに記載のX線診断装置。
  15. 前記表示制御部は、前記補正画像を動画表示させる制御とともに、前記画像生成部が順次生成するX線画像を動画表示させる制御を行なう、請求項14に記載のX線診断装置。
  16. 前記表示制御部は、前記補正画像において器具を含む所定の領域を動画表示させる制御、又は、該所定の領域を拡大した拡大画像を動画表示させる制御を行なう、請求項14又は15に記載のX線診断装置。
  17. X線管から照射され被検体を透過したX線に基づいて順次生成されるX線画像における特徴点の位置を検出する検出部と、
    前記順次生成されるX線画像の中でいずれか1つのX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点と、当該X線画像より後に生成される新規のX線画像において検出された前記特徴点を含む線分の角度及び前記特徴点に基づく1点とを実質的に一致させる補正処理を施すことによって、画像内の前記特徴点に基づく1点の位置が実質的に同一位置となる補正画像を順次生成する補正部と、
    を備え、
    前記補正部は、拡大処理及び縮小処理を行わずに、平行移動処理及び回転移動処理の少なくとも1つの移動処理を行なって、補正対象のX線画像から前記補正画像を生成する、画像処理装置。
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