WO2013187461A1 - Ｘ線ｃｔ装置及び画像再構成方法 - Google Patents

Ｘ線ｃｔ装置及び画像再構成方法 Download PDF

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WO2013187461A1
WO2013187461A1 PCT/JP2013/066304 JP2013066304W WO2013187461A1 WO 2013187461 A1 WO2013187461 A1 WO 2013187461A1 JP 2013066304 W JP2013066304 W JP 2013066304W WO 2013187461 A1 WO2013187461 A1 WO 2013187461A1
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WO
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phase
weight
analysis range
ray
motion information
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PCT/JP2013/066304
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English (en)
French (fr)
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國分　博人
角村　卓是
冬彦 寺本
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株式会社 日立メディコ
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Publication date
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    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5288—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving retrospective matching to a physiological signal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
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    • A61B6/5264—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise due to motion
    • A61B6/527—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise due to motion using data from a motion artifact sensor

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray CT apparatus and an image reconstruction method suitable for imaging a moving part.
  • the ECG-synchronized reconstruction method include an ECG-synchronized half-reconstruction method that reconstructs one tomogram from projection data of one heartbeat, and a combination of multiple heartbeat projection data to produce a single tomogram.
  • An ECG-synchronized segment reconstruction method and the like are known. Regardless of the method, the periodic motion of the heart is analyzed, the heart phase with the least motion (hereinafter referred to as the stationary phase) is determined, and the diagnostic image is reconstructed using the projection data in the stationary phase. Therefore, it is necessary to improve the motion analysis accuracy.
  • Patent Document 1 discloses that each phase n (0%, 2%, 4%,... 98%) at an interval of 2% relative to the R wave based on projection data acquired together with electrocardiogram information. to reconstruct a tomographic image Tn 100%), for each image Tn reconstructed to generate a difference image Xn by difference between the image Tn and 2 phase previous image T n-2, the difference image Xn It is described that the absolute value sum or square sum of all pixels or regions of interest is obtained as an index value indicating the amount of motion of the heart, and, for example, the phase with the smallest amount of motion is selected from the temporal change of the obtained amount of motion. Yes. In addition, it is described that a temporal change in the amount of movement is displayed on a display device, and an operator manually designates an optimum heartbeat phase.
  • the curve indicating the amount of motion of the heart does not necessarily obtain an ideal curve over all time phases and all parts during imaging, and may actually include inconvenient parts for motion analysis. For example, if body movement of the subject occurs during imaging, an electrocardiograph malfunctions, or an arrhythmia occurs, the amount of movement is different from the original heart movement.
  • the resting heart phase should be determined by removing irregular movements.
  • a high-absorption body an object having a large CT value
  • the absolute value sum of the pixel values of the difference image is the amount of movement
  • the amount of movement is calculated to be larger than the original movement, which hinders cardiac motion analysis. Therefore, as described in Patent Document 1 described above, if the amount of motion of the heart is analyzed for the entire cardiac phase, the reliability of the optimal heartbeat phase that is finally calculated may be reduced.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to narrow down the range in an X-ray CT apparatus that performs imaging on a moving part and reconstructs an image.
  • An object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus and an image reconstruction method capable of improving the analysis accuracy of a motion state at a site and phase targeted for diagnosis by analyzing motion information.
  • the first invention is directed to a moving diagnostic part, and obtains projection data by irradiating X-rays from a plurality of directions around the subject, and the subject is based on the projection data.
  • An X-ray CT apparatus that reconstructs and displays a tomogram of a motion, and calculates a motion information calculation unit that calculates motion information of the diagnostic region and an analysis range weight for analyzing motion information within a predetermined range
  • An optimal range that is a phase suitable for reconstruction is determined based on motion information obtained by multiplying the motion information calculated by the motion information calculation unit and the motion information calculated by the motion range calculation unit.
  • An X-ray CT apparatus comprising: an optimum phase determination unit; and an image reconstruction unit that reconstructs a tomographic image at the optimum phase.
  • the second invention is directed to a moving diagnostic site, obtains projection data by irradiating X-rays from a plurality of directions around the subject, and reconstructs a tomographic image of the subject based on the projection data
  • a motion information calculating step for calculating motion information of the diagnostic region, an analysis range calculating step for calculating an analysis range weight for analyzing motion information in a predetermined range, and the motion
  • An optimal phase determination step for determining an optimal phase, which is a phase suitable for reconstruction, based on the motion information obtained by multiplying the motion information calculated by the information calculation step by the analysis range weight;
  • an image reconstruction step for reconstructing a tomographic image.
  • an X-ray CT apparatus that performs imaging on a moving part and reconstructs a tomographic image, by analyzing the motion information by narrowing down the range, the motion state at the part or phase targeted for diagnosis
  • An X-ray CT apparatus and an image reconstruction method capable of improving the analysis accuracy can be provided.
  • phase direction analysis range weight An example of a heart rate reference standard stationary phase database An example of site-based standard stationary phase database Example of adjusting the phase direction analysis range weight according to the X-ray output distribution.
  • (a) is an electrocardiogram waveform
  • (b) is an example of an X-ray output distribution synchronized with the electrocardiogram information
  • (c) is an example of a phase direction analysis range weight corresponding to the X-ray output.
  • Electrocardiogram waveform (b) Data set, (c) Motion information, (d) Body axis direction analysis range weight, (e) Total motion curve
  • (a) is an evaluation image
  • (b) is motion information
  • (c) is a body axis direction analysis range weight
  • (d) is an overall motion amount curve.
  • Flowchart for explaining the flow of image reconstruction processing when the body axis direction analysis range weight is calculated based on the evaluation image The figure explaining the multidimensional analysis range weight (weight map) including a heartbeat phase direction and a body-axis direction.
  • the X-ray CT apparatus 1 irradiates the subject 6 with X-rays and detects the X-rays transmitted through the subject 6, the bed table 3 on which the subject 6 is placed, and the rotation of the scanner gantry 2.
  • a measurement control device 202 that controls the operation and X-ray irradiation, an electrocardiograph 7 that acquires electrocardiogram information of the subject 6, and a console 4 for controlling each part of the X-ray CT apparatus 1 are provided.
  • the console 4 includes a system control device 401, an image processing device 403, a display device 405, and an input device 406.
  • an X-ray tube 201, a collimator 203, and an X-ray detector 205 are disposed to face each other through an opening of a rotating plate 207.
  • An opening which is an X-ray irradiation space of the turntable 207 is provided, and the bed table 3 on which the subject 6 is placed is carried.
  • the turntable 207 is driven to circulate around the subject 6 by the driving force transmitted from the turntable drive device 210 controlled by the measurement control device 202 through the drive transmission system.
  • the X-ray tube 201 is an X-ray source and is controlled by the measurement control device 202 to irradiate X-rays having a predetermined intensity continuously or intermittently.
  • the measurement control device 202 controls the X-ray tube voltage and the X-ray tube current applied or supplied to the X-ray tube 201 according to the X-ray tube voltage and the X-ray tube current determined by the system control device 401 of the console 4. .
  • the collimator 203 irradiates the subject 6 with X-rays radiated from the X-ray tube 201 as X-rays such as a cone beam (conical or pyramidal beam), and the aperture width of the collimator 203 is controlled by measurement. Controlled by device 202. X-rays transmitted through the subject 6 enter the X-ray detector 205.
  • the X-ray detector 205 includes, for example, about 1000 X-ray detection element groups configured by a combination of a scintillator and a photodiode in the channel direction (circumferential direction), for example, about 1 to 320 in the column direction (body axis direction). They are arranged and arranged so as to face the X-ray tube 201 with the subject 6 interposed therebetween.
  • the X-ray detector 205 detects X-rays radiated from the X-ray tube 201 and transmitted through the subject 6, and outputs the detected transmitted X-ray data to a data collection device (not shown).
  • the data collection device collects transmission X-ray data detected by the individual X-ray detection elements of the X-ray detector 205, converts it into digital data, and sequentially outputs it to the image processing device 403 of the console 4 as projection data. .
  • the measurement control device 202 controls the rotation of the X-ray source 201, the collimator 203, and the rotating plate 207 in the scanner gantry 2 in accordance with a control signal from the system control device 401 of the console 4.
  • the bed table 3 adjusts the height of the bed table 3 in accordance with the control signal sent from the system control device 401 of the console 4, and moves back and forth in the body axis direction and in the direction perpendicular to the body axis. Move in the direction parallel to the top (left and right). As a result, the subject 6 is carried into and out of the opening (X-ray irradiation space) of the scanner gantry 2.
  • the system control device 401 of the console 4 is a computer including a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), a storage unit such as a hard disk, and the like.
  • the system control device 401 controls the scanner gantry 2 (measurement control device 202), the bed table 3, and the electrocardiograph 7.
  • the storage unit of the system control apparatus 401 stores an image generated by the image processing apparatus 403, a program for realizing the function of the X-ray CT apparatus 1, and the like. Further, the storage unit stores data and various databases that are the basis of analysis range weights used when calculating a range to be analyzed for motion of a diagnostic region in an image reconstruction process described later.
  • the system control device 401 associates the projection data input from the data collection device of the scanner gantry 2 with the electrocardiogram information input from the electrocardiograph 7 based on the imaging time.
  • the image processing apparatus 403 reconstructs a tomographic image after performing preprocessing such as logarithmic conversion and sensitivity correction on the acquired projection data.
  • the image processing apparatus 403 first reconstructs a data set of tomographic images with different imaging positions at the same heartbeat phase as motion analysis images based on the acquired projection data and electrocardiographic information. . And the above-mentioned image is compared between different phases and the motion information of a diagnostic part is analyzed. Furthermore, based on the analyzed motion information, an optimal phase that determines a motion state suitable for reconstruction (for example, a state with the smallest amount of motion; a stationary phase) is determined, and ECG synchronization that reconstructs a tomographic image at the optimal phase Perform reconfiguration processing.
  • a motion state suitable for reconstruction for example, a state with the smallest amount of motion; a stationary phase
  • the image processing apparatus 403 adjusts the motion analysis range in order to accurately detect the optimum phase at the phase or region of interest (analysis range calculation unit). This is a process for preventing inconvenient movement information from being included in the analysis target due to the influence of the body movement during imaging, the structure included in the diagnostic part, or the like. Therefore, for example, the image processing apparatus 403 superimposes an appropriate weight (hereinafter referred to as an analysis range weight) in a predetermined phase range or body axis direction range on the motion information (motion information calculation unit). Thus, the optimum phase is determined based on the motion information obtained by limiting the range (optimum phase determination unit). A specific example of the analysis range weight will be described later.
  • the display device 405 includes a display device such as a liquid crystal panel and a CRT monitor, and a logic circuit for executing display processing in cooperation with the display device, and is connected to the system control device 401.
  • the display device 405 displays the reconstructed image output from the image processing device 403 and various information handled by the system control device 401, and the operator views the display contents.
  • the input device 406 includes, for example, a keyboard, a pointing device such as a mouse, a numeric keypad, and various switch buttons, and outputs various instructions and information input by the operator to the system control device 401.
  • the operator interactively operates the X-ray CT apparatus 1 using the display device 405 and the input device 406.
  • the electrocardiograph 7 measures electrocardiographic information representing the time change of the action potential reflecting the heartbeat movement of the heart via an electrode attached to the subject 6, and digitally records it at a predetermined sampling pitch such as an interval of 0.1 second. Convert to signal.
  • the electrocardiogram information measured by the electrocardiograph 7 is sequentially sent to the system control device 401 and added to the projection data by the system control device 401.
  • the X-ray CT apparatus 1 of the present embodiment executes image reconstruction processing according to the procedure shown in the flowchart of FIG. That is, the CPU of the system control device 401 reads the program and data related to the image reconstruction process shown in FIG. 2 from the storage unit, and executes the process based on the program and data.
  • the X-ray CT apparatus 1 performs imaging of a moving part according to the operation of the operator. In the following description, it is assumed that imaging is performed on the heart. At this time, electrocardiogram information is also acquired using the electrocardiograph 7 (step S101).
  • the system control device 401 sends the projection data acquired from the scanner gantry 2 and the electrocardiogram information acquired from the electrocardiograph 7 to the image processing device 403.
  • the image processing apparatus 403 calculates a motion analysis range. As described above, this is a process for accurately detecting the optimum phase by preventing the inconvenient motion information generated in the target phase or part in the subsequent process (optimum phase determination process in step S105). . Specifically, the image processing device 403 determines the analysis range weight to be superimposed on the motion information obtained in step S104 (step S102).
  • the analysis range weight is a weight function having a value of “0.0” to “1.0” for each phase, as shown in FIGS. 5C and 5D, for example. Details of the analysis range weight will be described later.
  • the image processing apparatus 403 of the X-ray CT apparatus 1 reconstructs an analysis image for analyzing motion information using, for example, a well-known method such as an electrocardiogram synchronization segment reconstruction method, and the heartbeat phase
  • a plurality of data sets having different values are created (step S103).
  • the data set is a collection of images of body axis direction positions (z0, z1, ... zx) that are continuous for each heartbeat phase (P1, P2, ... Pn). It is a group of tomographic images.
  • step S102 shows an example in which a data set of 0% to 100% (entire phase range) is created in increments of 5% of the heartbeat phase, but in the present invention, it is not necessary to create a data set of the entire phase range. It is only necessary to create a data set for the analysis range adjusted by the process of step S102. For example, as shown in FIGS. 5C and 5D, it is not always necessary to create a data set for a range where the weight value is “0”.
  • projection data corresponding to at least a view angle of 180 ° + ⁇ ( ⁇ is a fan X-ray fan angle) is required.
  • the acquired projection data is divided, and the divided projection data obtained from a plurality of heartbeats at the same heartbeat phase (for example, 80% relative position of R wave) Are combined to collect projection data for 180 ° + ⁇ .
  • FIG. 3 is a diagram for explaining how to collect projection data necessary for reconstructing a tomographic image having a heartbeat phase of 80% (R wave relative position 80%).
  • the image processing apparatus 403 uses the same phase (for example, R wave relative position 80%) from projection data captured during three heartbeats of time phases R0 to R1, R1 to R2, and R2 to R3. Collects 180 ° + ⁇ split projection data with different shooting angles.
  • the divided projection data of the angle 0 ⁇ to 1 / 3 ⁇ from the projection data between the time phases R0 to R1 the divided projection data of the angle 1 / 3 ⁇ to 2 / 3 ⁇ from the projection data between the time phases R1 to R2, Divided projection data with an angle of 2 / 3 ⁇ to ⁇ is collected from projection data between time phases R2 to R3.
  • An analysis image (tomographic image) is reconstructed using the projection data of about 180 ° collected in this way.
  • This analysis image is reconstructed at each body axis direction position (z0, z1,... Zx) and each heartbeat phase (P1 to Pn, for example, in increments of 5%), and a plurality of data for each heartbeat phase. Create a set.
  • the image processing apparatus 403 calculates motion information based on the created data set (step S104).
  • the image processing apparatus 403 calculates motion information for each of the phases P1 to Pn in the relative positions 0% to 100% of the R wave interval for a plurality of tomographic images having different heartbeat phases at the same body axis position.
  • the motion information calculated at the body axis direction position z1 is expressed as t1
  • the motion information calculated at the body axis direction position z2 is expressed as t2,... (See FIG. 4 (b)).
  • motion information tx the difference between a target phase Pi image and an image with a phase Pj different by several% (for example, about 3 to 6%) is obtained, and the sum of absolute values, sum of squares, etc. of each pixel of the difference image is obtained as a motion amount.
  • a motion amount curve indicating a change in the phase direction of the motion amount is defined as motion information tx.
  • motion information T all motion information t1 to tx obtained at each body axis direction position (z1 to zx) is added in the body axis direction, and the motion amount curve T (hereinafter referred to as motion information T or whole motion information) of the entire diagnosis target organ T).
  • the image processing device 403 determines the phase (optimum phase) of the desired motion state for reconstructing the diagnostic image based on the entire motion information T (step S105), and reconstructs the tomographic image of the determined optimal phase. Configure (step S106).
  • a phase with the smallest amount of motion hereinafter referred to as a stationary phase
  • a stationary phase is selected in order to avoid the influence of motion artifacts, but is not necessarily limited thereto.
  • phase selected here is not limited to one, and a plurality of phases may be selected. For example, for each heartbeat phase range in the systole and diastole of the heart, the phase with the smallest motion (stationary phase) may be obtained, and the diagnostic image for each stationary phase may be reconstructed.
  • the image processing apparatus displays the diagnostic image reconstructed in step S106 on the display device 405 (step S107).
  • the diagnostic image is a tomographic image, a three-dimensional image or the like created under reconstruction conditions according to the diagnostic purpose.
  • the motion information calculation process in step S104 is obtained in the analysis range calculation process in step S102.
  • the range to be analyzed for motion is adjusted by superimposing the analysis range weight on the motion information. As a result, it is possible to calculate the entire motion information excluding motion information with low reliability.
  • the imaging range includes a structure that affects only a specific heartbeat phase range
  • the value of motion information in the specific heartbeat phase range may vary greatly from a standard curve.
  • phase direction analysis range weight is given such that the weight value increases in the heart rate phase range of interest and the weight value decreases in other heart rate phase ranges.
  • step S102 the image processing apparatus 403 obtains a phase direction analysis range weight having a shape centered on a specific phase and having a predetermined width in the phase direction, as shown in FIGS. calculate. Then, in the motion information calculation process of step S104, the motion information is multiplied by the phase direction analysis range weight to obtain the overall motion information T.
  • Fig. 5 (a) shows an electrocardiogram waveform
  • Fig. 5 (b) shows a graph showing a motion amount curve
  • Figs. 5 (c) and 5 (d) show examples of phase direction analysis range weights.
  • a rectangular weight function having a predetermined width around the heartbeat phase 70% is set as the phase direction analysis range weight.
  • the weight function in the example of FIG. 5 (c) has a rectangular shape having a value of “1.0” in the vicinity of the heart rate phase of 70% and “0” in the other phases, but the weight value is not limited to this.
  • a triangular weight function having a peak at a heartbeat phase of 70% may be set as the phase direction analysis range weight. In this case, it is possible to reduce the influence of the weight value switching on the motion information.
  • the width of the rectangle or triangle may be a standard phase range set in advance, or may be appropriately edited by the operator.
  • timing for multiplying the motion information by the weight function may be any of the following two types.
  • the final motion information T can be calculated limited to the phase range targeted for diagnosis. For this reason, it is possible to prevent mixing of non-standard motion that occurs at a phase not intended for diagnosis, and to accurately calculate motion information. Therefore, the reliability of the motion information can be improved, and the accuracy of determining the optimum phase is improved. In addition, since the analysis range can be limited, the amount of calculation can be reduced. In addition, by applying a rectangular or triangular weight centered on a specific phase like the weight function in the example of FIG. 5, motion analysis is performed especially when the phase to be diagnosed is known in advance. The range can be narrowed down and the reliability of motion information can be improved.
  • the motion state of the heart is affected by the pulsation cycle. Therefore, the stationary heartbeat phase varies depending on the heart rate of the subject.
  • the shape of the weight function is changed according to the heart rate of the subject in order to avoid the influence of the fluctuation of the heart rate during imaging. You may do it.
  • FIG. 6 shows an example of adjustment of the phase direction analysis range weight according to the heart rate
  • (a) is an electrocardiogram waveform of a low heart rate
  • (b) is a phase direction analysis range weight in the case of a low heart rate
  • ( c) shows an electrocardiogram waveform of a high heartbeat
  • (d) shows a phase direction analysis range weight in the case of a high heartbeat.
  • the image processing apparatus 403 adjusts the center position of the shape of the weight function between the low heart rate and the high heart rate, as shown in FIG. 6, according to the electrocardiogram information. For example, a rectangular weight function having a predetermined width centered on a heart rate phase of 30% is used for a low heart rate, and a rectangular weight function having a predetermined width centered on a heart rate phase of 40% is used for a high heart rate.
  • the heart rate reference standard stationary phase database 81 defining the combination of the heart rate and the shape of the weight function is stored in the storage unit of the system control device 401.
  • the image processing apparatus 401 may determine the shape of the weighting function corresponding to the heart rate based on the acquired electrocardiogram information with reference to the heart rate reference standard stationary phase database 81.
  • FIG. 7 is an example of a heart rate reference standard stationary phase database 81 in which combinations of heart rate and weight function shapes are defined.
  • the phase positions (%) of the weight function rectangle at the beginning and end of the systole and diastole are defined for each heart rate range.
  • the systolic period is 20 to 40 [%]
  • the diastolic period is 60 to 80 [%]
  • the heart rate is 50 to 59 [bpm].
  • diastolic is 62-82 [%] rectangular weight
  • heart rate is 60-69 [bpm]
  • systolic is 30-35 [%]
  • diastolic is 64-84 [ %] Rectangle weight.
  • heart rate reference standard stationary phase database 81 can be freely edited by the operator.
  • the stationary heartbeat phase varies depending on the organ and its position.
  • RCA Right Coronary Artery; right coronary artery
  • LAD Left Descending Coronary Artery; left anterior descending coronary artery
  • LCX Left circumflex Coronary Artery; left coronary artery
  • the resting phases of the systole and diastole are different in each part.
  • a part reference standard stationary phase database 82 that defines a combination of the part to be diagnosed and the shape of the weight function is stored in the storage unit of the system control device 401, and the image processing apparatus 403 is stored in the part to be diagnosed.
  • the shape of the corresponding weight function may be determined with reference to the part reference standard stationary phase database 82.
  • FIG. 8 is an example of a part reference standard stationary phase database 82 in which combinations of diagnostic parts and weight function shapes are defined.
  • the top and bottom values (%) of the weight function rectangle are defined for each systole and diastole.
  • the diagnostic site “RCA: proximal” has a rectangular weight of 20-40 [%] for systole and 60-80 [%] for diastolic, and the systolic is 25 at the diagnostic site “RCA: distal”. -45 [%], the diastolic period is 62-82 [%] rectangular weight, and at the diagnosis site "LAD: proximal", the systolic period is 30-35 [%] and the diastolic period is 64-84 [%] Use rectangular weights.
  • phase direction analysis range weight may be adjusted according to the distribution of the X-ray output.
  • FIG. 9 shows an example of analysis range weights according to the X-ray output distribution.
  • 9A shows an electrocardiogram waveform
  • FIG. 9B shows an example of an X-ray output distribution synchronized with the electrocardiogram information
  • FIG. 9C shows an example of a phase direction analysis range weight corresponding to the X-ray output.
  • the phase direction analysis range weight is also As shown in FIG. 9 (c), the weight shape is linked to the X-ray output.
  • the electrocardiogram information may become irregular depending on the health condition of the subject, and correct electrocardiogram information may not be obtained due to a malfunction of the electrocardiograph. Since the motion information at the time when such a failure occurs includes incorrect information, there is a possibility that the finally calculated overall motion information is adversely affected.
  • the image processing apparatus 403 calculates a weight function that reduces the weight at the imaging position where the incorrect electrocardiogram information is acquired.
  • the image processing apparatus 403 of the X-ray CT apparatus 1 sets a weighting function having a shape that reduces the weight value at the imaging position (position in the body axis direction) corresponding to the imaging time at which the arrhythmia occurred.
  • the overall motion information is calculated by multiplying the motion information of each body axis direction position by the weight function.
  • the weight function shown in FIG. 10 (c) is the weight value at the body axis direction position corresponding to the imaging time when the arrhythmia occurred is about ⁇ 0.2 '', and the weight at the body axis direction position where a normal electrocardiogram waveform was obtained.
  • a trapezoidal shape with a value of 1.0 is assumed.
  • the shape of the motion function is not limited to a trapezoid, and may be a rectangle or a triangle.
  • an analysis range weight is set such that the weight value becomes small for the low reliability range.
  • the analysis range weight in the body axis direction is calculated by referring to the electrocardiogram information.
  • the analysis range weight is set so that the weight of the body axis position in the important part for diagnosis is increased. You may make it calculate.
  • bifurcations of coronary arteries (91 and 92 in FIG. 11 (a)) in the heart region have a high probability of developing a disease, and are highly important in diagnosis.
  • an image of the position in the body axis direction including a rod-shaped tumor (plaque) (93 in FIG. 11 (a)), which is a disease of the coronary artery, is highly important in diagnosis.
  • the part that is important in the diagnosis may be automatically detected by the image processing apparatus 403, or may be specified by the operator by evaluating the image.
  • step S202 for reconstructing the evaluation image 90 is included before the processing for calculating the analysis range (step S203 in FIG. 12).
  • the system control device 401 acquires projection data and electrocardiogram information as in step S101 in the flowchart of FIG. 2 (step S201), and sends it to the image processing device 403. Then, the image processing device 403 reconstructs the evaluation image (step S202).
  • the image processing apparatus 403 reconstructs the most appropriate image as an evaluation image in order to determine the importance of diagnosis. For example, when the heart is a diagnosis target, an image with few motion artifacts may be reconstructed.
  • a general electrocardiogram synchronization reconstruction process is performed based on the acquired projection data and electrocardiogram information, and a tomographic image of the heartbeat phase in the middle diastole is created.
  • step S202 when the evaluation image 90 is created, the image processing apparatus 403 calculates the analysis range weight in the body axis direction according to the diagnostic importance based on the created evaluation image 90 (step S203).
  • the image processing apparatus 403 analyzes the created evaluation image 90 and identifies the position of a coronary artery branch, a stenosis, a saddle tumor, or the like. To identify these parts, a known image diagnosis support method called CAD (ComputerCompAided Diagnosis) may be applied. Alternatively, the evaluation image 90 may be displayed on the display device 405 so that the operator can visually specify the corresponding part.
  • CAD ComputerCompAided Diagnosis
  • the image processing apparatus 403 calculates the analysis range weight so that the weight of the position in the body axis direction at the specified part is increased.
  • the image processing apparatus 403 displays the specified parts 91, 92, 93.
  • a weight function (FIG. 11 (c)) having a shape that increases the weight value at the position in the body axis direction is calculated.
  • step S204 an image for motion analysis is reconstructed by the same method as in step S103 of FIG. 2 (step S204), and motion information t1, t2,... At each body axis direction position (z1, z2,... Z8). T8 is calculated, and the overall motion information is calculated by multiplying and adding these motion information by the body axis direction analysis range weight calculated in step S203 (step S205).
  • an optimum phase that achieves a desired motion state is determined based on the calculated overall motion information T (step S206), and a diagnostic image in the optimum phase is reconstructed. (Step S207) and display on the display device 405 (Step S208).
  • the analysis range weight is calculated by the same processing procedure (steps S201, S202, S203) as in FIG. That is, the image processing apparatus 403 analyzes the evaluation image 90, and determines the positions of factors (stents, calcification, etc.) that adversely affect the motion analysis, as described above, for example, a known image diagnosis support called CAD A method is applied, an evaluation image is displayed on the display device 405, and an operator inputs the corresponding part by visual observation, and is specified. Then, the image processing apparatus 403 calculates the analysis range weight so that the weight of the position in the body axis direction at the specified part becomes small.
  • CAD A method CAD A method
  • FIG. 13 (b) shows a weight map with the horizontal axis representing the heartbeat phase and the vertical axis representing the body axis direction.
  • shading corresponds to the magnitude of the weight, and the white color indicates that the weight value is large.
  • the final motion information is calculated by multiplying a plurality of weight information groups by such weight maps.
  • FIG. 13 shows an example of a two-dimensional weight map, but if the body part is expanded to three-dimensional information including not only the body axis direction (z direction) but also the depth direction (direction perpendicular to the body axis), 3 It is also possible to create a dimensional weight map.
  • the operator directly inputs the weight range and shape parameters using the display device 405 and the input device 406 of the X-ray CT apparatus 1. You may make it do.
  • the image processing device 403 first displays the analysis range setting screen 100 as shown in FIG. 14 on the display device 405 in the calculation process of the phase direction analysis range weight.
  • electrocardiogram information 101 corresponding to one heartbeat and a rectangular object 102 indicating the analysis range are displayed in an overlapping manner.
  • a center phase input field 104, an analysis range input field 105, and the like for parameter input are provided.
  • the rectangular object 102 has a center position corresponding to the center position of the weight shape and a horizontal width corresponding to the analysis range. It is assumed that the center position and width of the rectangular object 102 can be changed in accordance with an input instruction from the input device 406 such as a mouse. Further, when a numerical value is input to the center phase input field 104 or the analysis range input field 105 using the input device 406 (mouse pointer 103) such as a keyboard, the center position of the rectangular object 102 according to the input numerical value. It is also possible to change the width.
  • the image processing apparatus 403 calculates, for example, a rectangular weight function (see FIG. 5C) based on the center phase and analysis range set by the rectangular object 102 on the analysis range setting screen 100.
  • the operator directly uses the display device 405 and the input device 406 of the X-ray CT apparatus 1 to determine the weight range (analysis range). ) Or shape may be specified.
  • the image processing device 403 first displays the analysis range setting screen 110 as shown in FIG. 15 on the display device 405 in the calculation process of the body axis direction analysis range weight.
  • the analysis range setting screen 110 in FIG. 15 displays the evaluation image 90 (for example, a three-dimensional image) created in step S202 in FIG. 12, and sets the shape of the body axis direction analysis range weight in the vicinity thereof.
  • the linear objects 112 are displayed side by side.
  • the body axis direction position of the evaluation image 90 matches the body axis direction position of the linear object 112.
  • the linear object 112 is displayed with the horizontal axis as the weight value (“0.0” to “1.0”) and the vertical axis as the body axis direction, and a plurality of line segments are connected via the point object 113.
  • the shape of the weight function can be edited.
  • the system control device 401 acquires projection data and electrocardiogram information by imaging processing (step S301), and sends them to the image processing device 403. Then, the image processing device 403 reconstructs an image for motion analysis, creates and displays a plurality of data sets (step S302).
  • FIG. 17 is an example of an analysis range setting screen 120 displaying a plurality of data sets.
  • the analysis range setting screen 120 in FIG. 17 includes an analysis image display area 121, an electrocardiogram information display area 122, and an analysis range weight setting object 123.
  • the horizontal axes of the analysis image display area 121, the electrocardiogram information display area 122, and the analysis range weight setting object 123 are the same, and all indicate the imaging time (that is, the position in the body axis direction).
  • analysis image display area 121 a plurality of data sets of the analysis image created in step S302 are displayed side by side.
  • analysis images with a phase of 60% to 80% are arranged in the vertical direction in increments of 5% of the heartbeat phase, and in the horizontal direction, 0.0s to 3.5s (0.0mm) in 0.5 second increments (10mm increments). ⁇ 70.0mm) analysis images are displayed side by side.
  • electrocardiogram information display area 122 electrocardiogram information obtained during imaging is displayed.
  • the electrocardiogram information is displayed side by side at a scale corresponding to the body axis direction of the analysis image display area 121.
  • the analysis range weight setting object 123 is obtained by connecting a plurality of line segments via point objects 125.
  • the shape of the weight function can be edited.
  • the horizontal axis of the analysis range weight setting object 123 is also displayed side by side at a scale corresponding to the body axis direction of the analysis image display area 121.
  • step S303 the operator edits the shape of the analysis range weight setting object 123 while referring to the analysis image and electrocardiogram information on the analysis range setting screen 120 shown in FIG.
  • an analysis range setting screen 130 shown in FIG. 18 may be presented.
  • the horizontal axes of the analysis image display area 131 and the electrocardiogram information display area 133 are the same, and both indicate the imaging time (that is, the position in the body axis direction).
  • the motion information is calculated with the weight of the selected analysis range set to “0.0” and the other set to “1.0”.
  • the selected tomographic image is included in the analysis range of the motion information. .
  • the analysis image of the body axis direction range corresponding to the imaging time is “exclusion range” Select in "Specify” mode (selection frame 137). Then, a weight shape of “0.0” at the photographing time “2.0 s to 2.5 s” and a weight shape of “1.0” at the other photographing times can be set.
  • the image processing apparatus 403 when the analysis range weights in the body axis direction are set using the analysis range setting screens 120 and 130 as shown in FIG. 17 or FIG. 18, the image processing apparatus 403 then performs step S104 in FIG. ⁇ Step S107, similar to Steps S205 to S208 in FIG. 12, the overall motion information is calculated by multiplying the motion information by the analysis range weight calculated in Step S303, and the phase of the desired motion state is selected for diagnosis. The image is reconstructed and displayed (steps S304 to S307).
  • the operator can edit the analysis range weight while viewing the analysis image and the electrocardiogram waveform. For this reason, the analysis range weight can be calculated more intuitively.
  • a plurality of tomographic images are selected for selection, but a three-dimensional image or an MPR image may be displayed side by side and used to select an analysis range. Good.
  • the X-ray CT apparatus 1 acquires projection data for a diagnostic part with motion, acquires electrocardiogram information, and performs motion analysis based on the acquired projection data and electrocardiogram information. A plurality of data sets are created and motion information is calculated. Then, based on the calculated motion information, an optimum phase in a desired motion state is determined, and a tomographic image at the optimum phase is reconstructed. At this time, the X-ray CT apparatus 1 calculates analysis range weights for analyzing motion information in a predetermined range, and adjusts the motion analysis range by multiplying the motion information.
  • the motion information can be calculated by removing the phase in which the extra motion amount is mixed, so that the reliability of the motion information can be improved.
  • a weight suitable for the heart rate of the patient being imaged can be set.
  • the range of the weight in the phase direction may be changed depending on the region.
  • the analysis range weight may be a shape linked to the X-ray intensity at the time of imaging.
  • the motion information can be analyzed by excluding the range that is taken with the X-ray intensity suppressed and regarded as having low diagnostic usefulness from the analysis target.
  • a weight function in the body axis direction based on an arbitrary imaging region is set as the analysis range weight described above, for example, an imaging time that adversely affects motion information as in the case where a failure occurs in the electrocardiograph
  • the motion can be analyzed by excluding the data (ie, the position in the body axis direction). Thereby, highly reliable motion information can be calculated.
  • an analysis range weight having a shape in which the weight value is large is set in an imaging region where the variation of the electrocardiogram information is small, when an arrhythmia occurs, the range can be excluded from the analysis target.
  • the analysis range weight may be a shape in which the value of the weight becomes large in an imaging part with high diagnostic importance. In this case, since it becomes difficult to be affected by body movements or the like that occur at a site that is less important for diagnosis, motion information can be accurately calculated for an imaging site that is highly important for diagnosis.
  • the analysis range weight may be a shape in which the weight value of the imaging region including the structure that hinders the calculation of the stationary phase is small.
  • a stent placed in the coronary artery or a superabsorbent such as calcification an object with a high CT value
  • the amount of movement is calculated to be larger than the actual value, and the evaluation cannot be performed correctly. can be solved.
  • the analysis range weight may be multidimensional weight information including the heartbeat phase direction and the body axis direction. In this case, it is possible to calculate motion information optimized for both the body part of interest and the heartbeat phase.
  • the operator may input parameters for determining the analysis range weight.
  • the analysis range with high flexibility can be adjusted according to the operator's request.
  • the analysis range weight is described as being multiplied in the heartbeat phase direction or the body axis direction.
  • the heartbeat phase direction analysis range weight and the body axis direction analysis range weight are both calculated and used in combination. Is also possible.
  • the application target of the present invention is not limited to the heart, and can be applied to imaging of all moving parts.
  • the present invention can be applied regardless of whether the movement is periodic or aperiodic.

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Abstract

　動きのある部位を対象として撮影を行い、診断目的に応じた断層像を再構成するX線CT装置において、範囲を絞り込んで動き情報を解析することにより、診断目的とする部位や位相での運動状態の解析精度を向上する為に、X線CT装置は、投影データとともに被検体の心電情報を取得し、投影データ及び心電情報に基づいて診断部位の動き情報を解析し、動き情報に基づいて再構成に適した運動状態(例えば、最も動き量の小さい状態)となる最適位相を決定し、最適位相にて断層像を再構成する。この際、着目する位相または部位において正確に最適位相を検出するため、動きの解析範囲を調整する。これにより、不都合な動き情報が解析対象に含まれないようにする。例えば、動き情報に対して所定の位相範囲や体軸方向範囲で適切な重みを重畳することにより解析範囲を絞り込む。

Description

Ｘ線ＣＴ装置及び画像再構成方法
　本発明は、動きのある部位の撮影に好適なX線CT装置及び画像再構成方法に関する。
　X線CT(Computed Tomography)装置によって身体の動きのある部位を撮影する場合、得られる断層像には動きに起因するアーチファクトが発生する。このアーチファクトを低減するためには、一般的には心電計や呼吸センサ等の生体センサを用いて生理的運動の計測を合わせて行い、得られた計測信号を用いて撮影を制御したり、画像を処理したりする。例えば、心臓を対象とする撮影では、心電計によって心電情報を計測しながら投影データを収集し、後から適切な心拍位相を選択して断層像を再構成する心電同期再構成法が行われる。心電同期再構成法の具体例としては、1心拍の投影データから1枚の断層像を再構成する心電同期ハーフ再構成法や、複数心拍の投影データを組み合わせて1枚の断層像を再構成する心電同期セグメント再構成法等が知られている。いずれの手法であっても、心臓の周期的な運動を解析し、最も動きの少ない心位相(以下、静止位相という)を求め、静止位相での投影データを用いて診断用の画像を再構成するため、動きの解析精度を向上する必要がある。
　静止位相の決定方法は、例えば、特許文献1に示す技術が開示されている。特許文献1には、心電情報とともに取得した投影データに基づいて、R波を基準とした相対位置で2％の間隔で各位相n(0％、2％、4％、・・・98％、100％)の断層像Tnを再構成し、再構成した各画像Tnについて、その画像Tnと2位相前の画像Tn-2とを差分して差分画像Xnを生成し、差分画像Xnの全画素または関心部位の絶対値総和や二乗和を心臓の動き量を示す指標値として求め、求めた動き量の時間変化の中から、例えば最も動き量の小さい位相を選択することが記載されている。また、動き量の時間変化を表示装置に表示して、操作者に手動で最適な心拍位相を指定させることが記載されている。
特開2007-37782号公報
　しかしながら、心臓の動き量を示す曲線は撮影中の全時相及び全部位にわたって必ずしも理想的な曲線を得られるわけではなく、実際には動きの解析に不都合な部分を含むことがある。例えば、撮影中に被検体の体動が生じたり、心電計が不具合を起こしたり、不整脈が生じたりする場合には、本来の心臓の動きとは異なる動き量が含まれるため、このような不規則な動きの部分を除外して静止心位相を決定すべきである。また、例えばステントや石灰化といった高吸収体(大きなCT値となる物体)が撮影部位に含まれている場合に、上述のように差分画像の画素値の絶対値総和等を動き量とすると、動き量が本来の動きよりも大きく計算されてしまい、心運動解析の妨げになる。そのため、上述の特許文献1のように、心位相全体を対象として心臓の動き量を解析すると、最終的に算出される最適心拍位相の信頼性が低下する恐れがあった。
　本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、動きのある部位を対象として撮影を行い、画像を再構成するX線CT装置において、範囲を絞り込んで動き情報を解析することにより、診断目的とする部位や位相での運動状態の解析精度を向上することが可能なX線CT装置及び画像再構成方法を提供することである。
　前述した目的を達成するために第1の発明は、動きのある診断部位を対象とし、被検体周囲の複数の方向からX線を照射して投影データを取得し、前記投影データに基づき被検体の断層像を再構成し、表示するX線CT装置であって、前記診断部位の動き情報を算出する動き情報算出部と、所定範囲の動き情報を解析対象とするための解析範囲重みを算出する解析範囲算出部と、前記動き情報算出部により算出された動き情報に対して前記解析範囲重みを乗じることにより得た動き情報に基づいて、再構成に適した位相である最適位相を決定する最適位相決定部と、前記最適位相における断層像を再構成する画像再構成部と、を具備することを特徴とするX線CT装置である。
　また、第2の発明は、動きのある診断部位を対象とし、被検体周囲の複数の方向からX線を照射して投影データを取得し、前記投影データに基づき被検体の断層像を再構成する画像再構成方法であって、前記診断部位の動き情報を算出する動き情報算出ステップと、所定範囲の動き情報を解析対象とするための解析範囲重みを算出する解析範囲算出ステップと、前記動き情報算出ステップにより算出した動き情報に対して前記解析範囲重みを乗じることにより得た動き情報に基づいて、再構成に適した位相である最適位相を決定する最適位相決定ステップと、前記最適位相における断層像を再構成する画像再構成ステップと、を含むことを特徴とする画像再構成方法である。
　本発明により、動きのある部位を対象として撮影を行い、断層像を再構成するX線CT装置において、範囲を絞り込んで動き情報を解析することにより、診断目的とする部位や位相での運動状態の解析精度を向上することが可能なX線CT装置及び画像再構成方法を提供できる。
X線CT装置1の全体構成図 本発明に係る画像再構成処理の流れを説明するフローチャート 心電同期セグメント再構成法について説明する図 動き情報の算出方法について説明する図。(a)はデータセット、(b)は体軸方向位置毎の動き量曲線(動き情報)、(c)は全体動き量曲線 位相方向解析範囲重みの例。(a)は心電波形、(b)は動き量曲線を示すグラフ、(c)、(d)は位相方向解析範囲重みの例 位相方向解析範囲重みを心拍数に応じて調整する例。(a)は低心拍の心電波形、(b)は低心拍の場合の位相方向解析範囲重み、(c)は高心拍の心電波形、(d)は高心拍の場合の位相方向解析範囲重み 心拍数基準標準静止位相データベースの一例 部位基準標準静止位相データベースの一例 位相方向解析範囲重みをX線出力分布に応じて調整する例。(a)は心電波形、(b)は心電情報に同期したX線出力分布の一例、(c)はX線出力に応じた位相方向解析範囲重みの一例 体軸方向解析範囲重みの例。(a)は心電波形、(b)はデータセット、(c)は動き情報、(d)は体軸方向解析範囲重み、(e)は全体動き量曲線 評価用画像に基づいて設定される体軸方向解析範囲重みの一例。(a)は評価用画像、(b)は動き情報、(c)は体軸方向解析範囲重み、(d)は全体動き量曲線 評価用画像に基づいて体軸方向解析範囲重みを算出する場合の画像再構成処理の流れを説明するフローチャート 心拍位相方向及び体軸方向を含む多次元の解析範囲重み(重みマップ)について説明する図。(a)は動き情報、(b)は重みマップ 解析範囲設定画面の一例 解析範囲設定画面の別の例 操作者に解析用画像を提示した後に、解析範囲重みを算出する場合の画像再構成処理の流れを説明するフローチャート 解析用画像データセットを表示した解析範囲設定画面の例 解析用画像データセットを表示した解析範囲設定画面の別の例
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
　まず、図1を参照して、X線CT装置1の構成について説明する。
　X線CT装置1は、被検体6に対するX線照射を行うとともに被検体6を透過したX線を検出するスキャナガントリ2と、被検体6を載置する寝台テーブル3と、スキャナガントリ2の回転動作及びX線照射を制御する測定制御装置202と、被検体6の心電情報を取得する心電計7と、X線CT装置1の各部を制御するための操作卓4とを備える。操作卓4は、システム制御装置401、画像処理装置403、表示装置405、及び入力装置406を備える。
　スキャナガントリ2には、X線管201及びコリメータ203と、X線検出器205とが、回転盤207の開口部を介して対向配置されている。回転盤207のX線照射空間である開口部が設けられ、被検体6が載置される寝台テーブル3が搬入される。回転盤207は、測定制御装置202によって制御される回転盤駆動装置210から駆動伝達系を通じて伝達される駆動力によって被検体6の周囲を周回するよう駆動される。
　X線管201はX線源であり、測定制御装置202に制御されて所定の強度のX線を連続的または断続的に照射する。測定制御装置202は、操作卓4のシステム制御装置401により決定されたX線管電圧及びX線管電流に従って、X線管201に印加または供給するX線管電圧及びX線管電流を制御する。コリメータ203は、X線管201から放射されたX線を、例えばコーンビーム(円錐形または角錐形ビーム)等のX線として被検体6に照射させるものであり、コリメータ203の開口幅は測定制御装置202により制御される。被検体6を透過したX線はX線検出器205に入射する。
　X線検出器205は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるX線検出素子群をチャネル方向(周回方向)に例えば1000個程度、列方向(体軸方向)に例えば1～320個程度配列したものであり、被検体6を介してX線管201に対向するように配置される。X線検出器205はX線管201から放射されて被検体6を透過したX線を検出し、検出した透過X線データを図示しないデータ収集装置に出力する。データ収集装置は、X線検出器205の個々のX線検出素子により検出される透過X線データを収集し、ディジタルデータに変換し、投影データとして操作卓4の画像処理装置403に順次出力する。
　測定制御装置202は、操作卓4のシステム制御装置401からの制御信号に従って、スキャナガントリ2内のX線源201、コリメータ203、回転板207の回転を制御する。
　寝台テーブル3は、操作卓4のシステム制御装置401から送出される制御信号に従って、寝台テーブル3の高さを適切なものにし、また、体軸方向への前後動、体軸と垂直方向であって天板に平行な方向(左右方向)に移動する。これにより、被検体6がスキャナガントリ2の開口部(X線照射空間)に搬入及び搬出される。
　操作卓4のシステム制御装置401は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク等の記憶部等により構成されるコンピュータである。システム制御装置401は、スキャナガントリ2(測定制御装置202)、寝台テーブル3、及び心電計7を制御する。
　システム制御装置401の記憶部には、画像処理装置403が生成する画像やX線CT装置1の機能を実現するためのプログラム等を記憶する。また、記憶部には後述する画像再構成処理において診断部位の動きの解析対象とする範囲を算出する際に使用される解析範囲重みの基となるデータや各種データベースが格納される。
　システム制御装置401はスキャナガントリ2のデータ収集装置から入力された投影データと心電計7から入力された心電情報とを、撮影時刻に基づいて対応付ける。
　画像処理装置403は、取得した投影データに対して、対数変換、感度補正等の前処理を行った後、断層像を再構成する。
　断層像の再構成処理において、画像処理装置403は取得した投影データ及び心電情報に基づいて、まず、同一心拍位相で撮影位置の異なる断層像のデータセットを動き解析用の画像として再構成する。そして、異なる位相間で上述の画像を比較し、診断部位の動き情報を解析する。更に、解析した動き情報に基づいて再構成に適した運動状態(例えば、最も動き量の小さい状態；静止位相)となる最適位相を決定し、最適位相にて断層像を再構成する心電同期再構成処理を行う。
　本発明において、画像処理装置403は、着目する位相または部位において正確に最適位相を検出するため、動きの解析範囲を調整する(解析範囲算出部)。これは、撮影中の体動や診断部位に含まれる構造物等の影響等による不都合な動き情報が解析対象に含まれないようにするための処理である。このため、画像処理装置403は、例えば、動き情報に対して所定の位相範囲や体軸方向範囲で適切な重み(以下、解析範囲重みという)を重畳する(動き情報算出部)。このように範囲を限定して求めた動き情報に基づいて最適位相を決定する(最適位相決定部)。
　解析範囲重みの具体例については、後述する。
　表示装置405は、液晶パネル、CRTモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、システム制御装置401に接続される。表示装置405は画像処理装置403から出力される再構成画像、並びにシステム制御装置401が取り扱う種々の情報を表示するものであり、操作者が表示内容を閲覧する。
　入力装置406は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー、及び各種スイッチボタン等により構成され、操作者によって入力される各種の指示や情報をシステム制御装置401に出力する。操作者は、表示装置405及び入力装置406を使用して対話的にX線CT装置1を操作する。
　心電計7は、被検体6に取り付けた電極を介して、心臓の心拍運動を反映した活動電位の時間変化を表す心電情報を計測し、例えば0.1秒間隔等の所定のサンプリングピッチでディジタル信号に変換する。心電計7により計測した心電情報は、システム制御装置401へ順次送出され、システム制御装置401により投影データに付加される。
　次に、図2を参照して、X線CT装置1の動作について説明する。
　本実施の形態のX線CT装置1は、図2のフローチャートに示す手順で画像再構成処理を実行する。すなわち、システム制御装置401のCPUは、記憶部から図2に示す画像再構成処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。
　まず、X線CT装置1は、操作者の操作に従って、動きのある部位の撮影を行う。以下の説明では、心臓を対象とする撮影を行うものとする。このとき、心電計7を用いて心電情報の取得も同時に行う(ステップS101)。システム制御装置401は、スキャナガントリ2から取得した投影データ及び心電計7から取得した心電情報を画像処理装置403へ送出する。
　次に、画像処理装置403は、動きの解析範囲を算出する。これは、上述したように後段の処理(ステップS105の最適位相決定処理)において、着目する位相または部位において発生した不都合な動き情報の混入を防ぎ、正確に最適位相を検出するための処理である。具体的には、画像処理装置403は、ステップS104で求める動き情報に重畳する解析範囲重みを決定する(ステップS102)。解析範囲重みとは、例えば図5(c)、(d)等に示すように、位相毎に「0.0」～「1.0」の値を持つ重み関数である。
　解析範囲重みの詳細については後述する。
　次に、X線CT装置1の画像処理装置403は、例えば、周知の心電同期セグメント再構成法等の手法を用いて、動き情報を解析するための解析用画像を再構成し、心拍位相の異なる複数のデータセットを作成する(ステップS103)。データセットとは、図4(a)に示すように、心拍位相(P1、P2、・・・Pn)毎に連続した体軸方向位置(z0、z1、・・・zx)の画像をまとめた断層像群のことである。図4では、心拍位相5％刻みで0％から100％(全位相範囲)のデータセットが作成された例を示しているが、本発明では全位相範囲のデータセットを作成する必要はなく、ステップS102の処理によって調整された解析範囲についてのみデータセットを作成すればよい。例えば、図5(c)、(d)に示すように、重みの値が「0」となる範囲については必ずしもデータセットを作成する必要はない。
　ステップS103の解析用画像再構成処理において、1枚の断層像を作成するためには、少なくともビュー角度180°＋α(αは扇状X線のファン角度)分の投影データが必要である。例えば、心電同期セグメント再構成法では、取得した投影データを分割し、この分割投影データのうち複数の心拍から同じ心拍位相(例えば、R波の相対位置で80％位置)で得られたものを組み合わせて、180°＋α分の投影データを収集する。
　図3は、心拍位相80％(R波の相対位置80％)の断層像を再構成するために必要な投影データの収集の仕方を説明する図である。
　図3に示すように、画像処理装置403は、時相R0～R1、R1～R2、R2～R3の3心拍中に撮影された投影データから同じ位相(例えば、R波の相対位置80％)で撮影角度の異なる分割投影データを180°＋αだけ収集する。図3の例では、時相R0～R1間の投影データから角度0π～1／3πの分割投影データ、時相R1～R2間の投影データから角度1／3π～2／3πの分割投影データ、時相R2～R3間の投影データから角度2／3π～πの分割投影データを収集している。このようにして収集された約180°分の投影データを用いて、解析用画像(断層像)を再構成する。この解析用画像を、各体軸方向位置(z0、z1、・・・zx)、及び各心拍位相(P1～Pn、例えば、位相5％刻み)で再構成し、心拍位相毎に複数のデータセットを作成する。
　解析用画像のデータセットが生成されると、次に画像処理装置403は、作成されたデータセットに基づいて動き情報を算出する(ステップS104)。
　説明のために、まず、従来の全データ範囲を対象とする動き情報の算出方法を図4を参照して説明する。
　画像処理装置403は、同一体軸位置で心拍位相が異なる複数の断層像を対象として、R波間隔の相対位置0％から100％の各位相P1～Pnについて動き情報を算出する。
以下の説明では、体軸方向位置z1で算出された動き情報をt1、体軸方向位置z2で算出された動き情報をt2、・・・のように表記する(図4(b)参照)。
　動き情報の算出方法は、様々な方法が知られているがいずれを用いてもよい。例えば、対象とする位相Piの画像と数％(例えば、3～6％程度)異なる位相Pｊの画像とを差分し、その差分画像の各画素の絶対値総和や二乗和等を動き量として求め、動き量の位相方向の変化を示した動き量曲線を動き情報txとする。この処理を診断部位の全ての体軸方向位置(z1～zx)で行うことにより、図4(b)の動き情報t1、t2、・・・txを算出する。そして、各体軸方向位置(z1～zx)で得られた全ての動き情報t1～txを体軸方向に加算し、診断対象臓器全体の動き量曲線T(以下、動き情報Tまたは全体動き情報Tという)とする。
　そして、画像処理装置403は、全体動き情報Tに基づいて、診断用画像を再構成する所望の運動状態の位相(最適位相)を決定し(ステップS105)、決定した最適位相の断層像を再構成する(ステップS106)。最適位相としては、一般には、動きアーチファクトの影響を避けるために最も動き量の小さい位相(以下、静止位相という)を選択するが、必ずしもこれに限定されない。
　また、ここで選択する位相は1つに限定せず、複数選択するようにしてもよい。例えば、心臓の収縮期と拡張期の各心拍位相範囲について、それぞれ最も動きの小さい位相(静止位相)を求め、各静止位相の診断用画像を再構成するようにしてもよい。
　画像処理装置は、ステップS106で再構成した診断用画像を表示装置405に表示する(ステップS107)。診断用画像とは、診断目的に応じた再構成条件で作成された断層像や3次元画像等である。
　以上が全データ範囲を対象として動き情報を求めた場合の画像再構成処理の全体の流れであるが、本発明では、ステップS104の動き情報算出処理において、ステップS102の解析範囲算出処理において求めた解析範囲重みを動き情報に重畳することにより、動きの解析対象とする範囲を調整する。これにより、信頼性の低い動き情報を除いて全体の動き情報を算出することが可能となる。
　以下、解析範囲重みの例を説明する。
　動き情報の信頼性低下の要因として、撮影中に被検体の体動が生じた場合や、特定の心拍位相範囲にのみ影響が表れる構造物が撮影範囲に含まれる場合等が挙げられる。被検体に体動が生じると動き情報に非周期的な動き成分が混入する。また、特定の心拍位相範囲にのみ影響が表れる構造物が撮影範囲に含まれる場合には、その特定の心拍位相範囲における動き情報の値は標準的な曲線から大きく変動することがある。
　この問題を解決するためには、着目する心拍位相範囲において重みの値が大きくなり、それ以外の心拍位相範囲では重みの値が小さくなるような解析範囲重みを与える。以下、心拍位相方向にかける重み関数を「位相方向解析範囲重み」と呼ぶ。
　具体的には、ステップS102において画像処理装置403は、図5(c)、(d)に示すように、特定の位相を中心とし、位相方向に所定幅を有する形状の位相方向解析範囲重みを算出する。そして、ステップS104の動き情報算出処理において、動き情報に位相方向解析範囲重みを乗じ、全体動き情報Tを求める。
　図5(a)は心電波形、図5(b)は動き量曲線を示すグラフ、図5(c)、(d)は位相方向解析範囲重みの例を示す。
　例えば、着目する心拍位相範囲が70％である場合、図5(c)のように、心拍位相70％を中心として所定幅を持つ矩形の重み関数を位相方向解析範囲重みとして設定する。
図5(c)の例の重み関数は、心拍位相70％付近で「1.0」、その他の位相で「0」の値を持つ矩形形状のものであるが、重みの値はこれに限定されない。
　また、例えば、図5(d)に示すように、心拍位相70％をピークとする三角形状の重み関数を位相方向解析範囲重みとして設定するようにしてもよい。この場合、重み値の切り替わりが動き情報に与える影響を低減できる。
　矩形や三角の幅は、予め設定された標準的な位相範囲としてもよいし、操作者が適宜編集するようにしてもよい。
　なお、重み関数を動き情報に乗じるタイミングは以下の2通りのうち、いずれでもよい。
　(i)体軸方向位置(z1、z2、・・・zx)毎に求めた動き情報t1、t2、・・・txにステップS102で設定した重み関数をそれぞれ乗じ、それらを加算して体軸方向に加算して全体動き情報Tを算出する。
　(ii)体軸方向位置(z1、z2、・・・zx)毎に求められた動き情報t1、t2、・・・txを体軸方向に加算して求めた全体動き情報Tに、ステップS102で設定した重み関数を乗じる。
　(i)の場合は、体軸方向位置毎に解析範囲重みを乗じるため、精度よく動き情報を解析できるという効果がある。(ii)の場合は、全体動き情報Tに対して一度だけ解析範囲重みを乗じればよいため演算量を大幅に低減でき、処理を高速化できるという効果がある。
　(i)、(ii)のいずれの場合であっても、重みの値が「0」となる位相範囲についてデータセット(解析用画像)を作成する必要はないため、演算量を低減できる。
　動き情報に位相方向解析範囲重みをかけることにより、診断目的とする位相範囲に限定して最終的な動き情報Tを算出できる。このため、診断目的としない位相で生じた標準的でない動きの混入を防ぐことができ、正確に動き情報を算出することができる。そのため、動き情報の信頼性を向上でき、最適位相決定の精度が向上する。また、解析範囲を限定できるため、演算量を削減できる。また、図5の例の重み関数のように、特定の位相を中心とする矩形または三角形状の重みをかけることにより、特に、診断目的とする位相が予めわかっている場合等に、動きの解析範囲を絞り込むことができ、動き情報の信頼性を向上できる。
　心臓の運動状態は拍動周期の影響を受けることが知られている。そのため、静止心拍位相は被検体の心拍数によって異なる。
　そのため、図5に示したような心拍位相方向の解析範囲重みを設定する場合、撮影中の心拍数の変動の影響を避けるために、被検体の心拍数に応じて重み関数の形状を変更するようにしてもよい。
　図6は、心拍数に応じた位相方向解析範囲重みの調整の一例を示しており、(a)は低心拍の心電波形、(b)は低心拍の場合の位相方向解析範囲重み、(c)は高心拍の心電波形、(d)は高心拍の場合の位相方向解析範囲重みを示している。
　ステップS102の解析範囲算出処理において、画像処理装置403は、心電情報に応じて、図6に示すように、低心拍と高心拍とで重み関数の形状の中心位置を調整する。例えば、低心拍では心拍位相30％を中心とした所定幅を持つ矩形形状の重み関数とし、高心拍では心拍位相40％を中心とした所定幅を持つ矩形形状の重み関数とする。
　このように心拍数に応じて解析範囲重みを調整する場合、システム制御装置401の記憶部に心拍数と重み関数の形状の組み合わせを定義する心拍数基準標準静止位相データベース81を格納しておき、画像処理装置401は、取得した心電情報に基づき心拍数に対応する重み関数の形状を、心拍数基準標準静止位相データベース81を参照して決定するようにしてもよい。
　図7は、心拍数と重み関数の形状の組み合わせを定義した心拍数基準標準静止位相データベース81の一例である。
　図7の心拍数基準標準静止位相データベース81では、心拍数範囲毎に、収縮期と拡張期とでそれぞれ重み関数の矩形の先頭及び末尾の位相位置(％)を定義している。
　例えば、心拍数が40～49［bpm］では、収縮期は20～40［％］、拡張期は60～80［％］の矩形重みとし、心拍数が50～59［bpm］では、収縮期は25～45［％］、拡張期は62～82［％］の矩形重みとし、心拍数が60～69［bpm］では、収縮期は30～35［％］、拡張期は64～84［％］の矩形重みとする。
　なお、この心拍数基準標準静止位相データベース81は、操作者が自在に編集できるようにすることが望ましい。
　また、静止心拍位相は臓器やその位置によっても異なることが一般的に知られている。
例えば、心臓の検査では、診断対象とする部位として、RCA(Right Coronary Artery；右冠動脈)、LAD(Left Descending Coronary Artery；左冠動脈前下行枝)、LCX(Left circumflex Coronary Artery；左冠動脈回旋枝)等があり、各部位でそれぞれ収縮期や拡張期の静止位相が異なっている。
　そこで、システム制御装置401の記憶部に診断対象となる部位と重み関数の形状の組み合わせを定義する部位基準標準静止位相データベース82を格納しておき、画像処理装置403は、診断目的とする部位に対応する重み関数の形状を、部位基準標準静止位相データベース82を参照して決定するようにしてもよい。
　図8は、診断部位と重み関数の形状の組み合わせを定義した部位基準標準静止位相データベース82の一例である。
　図8の部位基準標準静止位相データベース82では、診断部位毎に、収縮期と拡張期とでそれぞれ重み関数の矩形の先頭及び末尾の値(％)を定義している。
　例えば、診断部位「RCA：近位」では、収縮期は20～40［％］、拡張期は60～80［％］の矩形重みとし、診断部位「RCA：遠位」では、収縮期は25～45［％］、拡張期は62～82［％］の矩形重みとし、診断部位「LAD：近位」では、収縮期は30～35［％］、拡張期は64～84［％］の矩形重みとする。
　なお、図8の部位基準標準静止位相データベース82についても、操作者が編集できるようにすることが望ましい。
　心電情報を利用した心臓撮影において、撮影中の心電情報に同期し、X線出力を調整する手法がある。この手法は患者の被ばく線量の低減を目的とするものであり、例えば、診断対象となる心拍位相のみに限定してX線を曝射する手法や、診断対象となる心拍位相以外の領域のX線出力を抑制する手法等がある。後者の手法の場合、X線出力の小さい心拍位相で撮影された画像は画質が悪く、診断への有用性は低い。
　そこで、位相方向解析範囲重みをX線出力の分布に応じて調整するようにしても良い。
　図9にX線出力分布に応じた解析範囲重みの一例を示す。図9(a)は心電波形、(b)は心電情報に同期したX線出力分布の一例、(c)はX線出力に応じた位相方向解析範囲重みの一例である。
　図9(b)に示すように、X線出力が、診断目的とする拡張位相で100％、それ以外の位相で20％となるように抑制されている場合、位相方向解析範囲重みについても、図9(c)に示すように、X線出力に連動した重み形状となるようにする。
　これにより、診断への有用性の高い部位についての動き情報に限定して動きを解析することができるため、信頼性の高い動き情報を算出することができる。
　(実施例1)～(実施例3)は、位相方向に乗じる解析範囲重みについて説明したが、解析範囲重みは、体軸方向に適用するようにしてもよい。
　心電同期再構成法では、心電計から取得した心電情報を基に画像再構成を行う。このため、被検体の健康状態によっては心電情報が不規則になり、心電計の不具合によって正しい心電情報が得られない場合がある。このような不具合が発生した時の動き情報は不正な情報を含むものとなるため、最終的に算出される全体動き情報に悪影響を及ぼす可能性がある。
　この問題に対応するため、ステップS102の解析範囲算出処理において、画像処理装置403は、不正な心電情報を取得した撮影位置における重みが小さくなるような重み関数を算出する。
　図10(a)に示すように、撮影中に不整脈が発生した場合、その心電波形を参照して作成される再構成画像は期待した心拍位相の画像とならない。そのため、X線CT装置1の画像処理装置403は、不整脈が生じた撮影時刻に対応する撮影位置(体軸方向位置)において、重みの値が小さくなるような形状の重み関数を設定し、この重み関数を各体軸方向位置の動き情報に対して乗じて全体の動き情報を算出する。
　図10(c)に示す重み関数は、不整脈が生じた撮影時刻に対応する体軸方向位置での重みの値を「0.2」程度、正常な心電波形を得た体軸方向位置での重みの値を「1.0」とする台形の形状とする。なお、動き関数の形状は、台形に限定されず、矩形や三角形状としてもよい。
　このように、心電情報の一部に明らかに信頼性の低い部分が含まれる場合は、信頼性の低い範囲について重みの値が小さくなるような解析範囲重みを設定する。これによって、不正または不規則な心電波形となった撮影部位の動き情報を除いて、全体動き情報を算出することができるため、信頼性の高い動き情報を算出することができる。
　図10の例では、心電情報を参照して体軸方向の解析範囲重みを算出するものとしたが、診断上、重要な部位における体軸位置の重みが大きくなるように、解析範囲重みを算出するようにしてもよい。
　例えば、心臓領域の冠状動脈の分岐部(図11(a)の91、92)は疾患が発生する確率が高いことが一般に知られており、診断における重要性が高い。また冠状動脈の疾患である粥状腫瘍(プラーク)(図11(a)の93)を含む体軸方向位置の画像は診断における重要性が高い。
　診断においてどの部位が重要であるかは、画像処理装置403が自動検出するものとしてもよいし、操作者が画像を評価して指定するものとしてもよい。
　以下、図12のフローチャートを参照して、診断上の重要性に応じて解析範囲重みを算出する処理を含む画像再構成処理の流れを説明する。
　図12の処理フローでは、図2と比較して、解析範囲を算出する処理(図12のステップS203)の前に、評価用画像90を再構成するステップ(S202)が含まれる点が異なる。
　すなわち、システム制御装置401は、図2のフローチャートのステップS101と同様に投影データ及び心電情報を取得し(ステップS201)、画像処理装置403へ送出する。そして、画像処理装置403は、評価用画像を再構成する(ステップS202)。
この評価用画像再構成処理では、画像処理装置403は、診断の重要性を判断するために最も適切な画像を評価用画像として再構成する。例えば、心臓を診断対象とする場合には、モーションアーチファクトの少ない画像を再構成すればよい。具体的には例えば、取得した投影データ及び心電情報に基づいて一般的な心電同期再構成処理を行い、拡張中期における心拍位相の断層像を作成する。
　ステップS202において、評価用画像90を作成すると、画像処理装置403は、作成した評価用画像90に基づいて診断上の重要性に応じた体軸方向の解析範囲重みを算出する(ステップS203)。
　すなわち、画像処理装置403は、作成した評価用画像90を解析し、冠状動脈の分岐部や、狭窄、粥状腫瘍等の位置を特定する。これらの部位の特定は、CAD(Computer Aided Diagnosis)と呼ばれる公知の画像診断支援方法等を適用すればよい。また、評価用画像90を表示装置405に表示し、操作者が目視により該当する部位を指定するようにしてもよい。
　そして画像処理装置403は、特定された部位における体軸方向位置の重みが大きくなるように解析範囲重みを算出する。
　例えば、図11(a)に示すような評価用画像90が再構成された場合、診断に重要な部位91、92、93を特定すると、画像処理装置403は特定した部位91、92、93を含む体軸方向位置で重みの値が大きくなるような形状の重み関数(図11(c))を算出する。
　その後、図2のステップS103と同様の手法で動き解析用の画像を再構成し(ステップS204)、各体軸方向位置(z1、z2、・・・z8)で動き情報t1、t2、・・・t8を算出し、これらの動き情報に対してステップS203で算出した体軸方向解析範囲重みを乗じ、加算することによって、全体動き情報を算出する(ステップS205)。
　そして、図2のステップS105～ステップS107と同様に、算出した全体動き情報Tに基づいて所望の動き状態となる最適位相を決定し(ステップS206)、最適位相における診断用画像を再構成して(ステップS207)、表示装置405に表示する(ステップS208)。
　なお、図11及び図12の説明では、診断上の重要性の高い部位について重みを大きくする例について説明したが、同様の手法で解析に悪影響を及ぼす要因を含む体軸方向位置の重みを小さくすることで動き情報の信頼性を向上させるようにしてもよい。解析に悪影響を及ぼす要因としては、例えば、冠動脈内に留置されたステントや石灰化等の高吸収体(CT値が高い物体)の存在がある。隣接する位相の画像間の差分をとって動き情報を算出する場合、高吸収体を含む領域の動き量は他の領域と比較して大きく評価される。この場合、高吸収体の動き情報の影響が大きくなり、診断対象となる部位の動きの評価が正しく行えない場合がある。
　この場合も図12と同様の処理手順(ステップS201、S202、S203)で解析範囲重みを算出する。すなわち、画像処理装置403は、評価用画像90を解析し、動きの解析に悪影響を及ぼす要因(ステントや、石灰化等)の位置を、上述したように、例えばCADと呼ばれる公知の画像診断支援方法を適用したり、評価用画像を表示装置405に表示し、操作者が目視により該当する部位を入力したりして、特定する。そして、画像処理装置403は、特定された部位における体軸方向位置の重みが小さくなるように解析範囲重みを算出する。
　(実施例1)～(実施例5)では、心拍位相方向の解析範囲重みと、体軸方向の解析範囲重みとを個別に設定する例について説明したが、双方を組み合わせた多次元的な解析範囲重みを作成することも可能である。
　図13(b)は、横軸を心拍位相、縦軸を体軸方向とした重みマップを示す。図13において、濃淡は重みの大きさに対応しており、白色ほど重みの値が大きいことを示している。
　このような重みマップを複数の重み情報群に乗じることで最終的な動き情報を算出する。
　図13のように多次元的な重みを作成することで、着目する身体部位と心拍位相の双方に最適化した動き情報を算出することが可能となる。
　図13は2次元の重みマップを示した例であるが、身体部位を体軸方向(z方向)のみならず奥行き方向(体軸と垂直な方向)を含む3次元情報に拡張すれば、3次元の重みマップを作成することも可能である。
　次に、解析範囲算出(解析範囲重みの算出)に関するユーザインターフェースについて説明する。
　図2のステップS102で実施する位相方向解析範囲重みの算出処理において、X線CT装置1の表示装置405及び入力装置406を利用して、操作者が直接、重みの範囲や形状のパラメータを入力するようにしてもよい。
　この場合、画像処理装置403は、位相方向解析範囲重みの算出処理において、まず、表示装置405に図14に示すような解析範囲設定画面100を表示することが望ましい。
　図14の解析範囲設定画面100には、1心拍に相当する心電情報101と、解析範囲を示す矩形オブジェクト102とが重ねて表示される。また、パラメータ入力のための中心位相入力欄104、解析範囲入力欄105等が設けられている。
　矩形オブジェクト102は、その中心位置が重み形状の中心位置に該当し、また横幅が解析範囲に該当する。矩形オブジェクト102の中心位置や横幅は、マウス等の入力装置406からの入力指示に従って変化させることができるものとする。また、キーボード等の入力装置406(マウスポインタ103)を利用して、中心位相入力欄104や解析範囲入力欄105に数値が入力されると、入力された数値に応じて矩形オブジェクト102の中心位置や横幅を変更することも可能である。
　画像処理装置403は、解析範囲設定画面100の矩形オブジェクト102によって設定された中心位相及び解析範囲に基づいて、例えば矩形の重み関数(図5(c)参照)を算出する。
　また、例えば、図12のステップS203で実施する体軸方向解析範囲算出処理において、X線CT装置1の表示装置405及び入力装置406を利用して、操作者が直接、重みの範囲(解析範囲)や形状を指定するようにしてもよい。
　この場合、画像処理装置403は、体軸方向解析範囲重みの算出処理において、まず、表示装置405に図15に示すような解析範囲設定画面110を表示することが望ましい。
　図15の解析範囲設定画面110には、図12のステップS202で作成した評価用画像90(例えば、3次元画像)が表示され、その近傍に、体軸方向解析範囲重みの形状を設定するための線状オブジェクト112が並べて表示される。評価用画像90の体軸方向位置と、線状オブジェクト112の体軸方向位置は一致している。
　線状オブジェクト112は、横軸を重みの値(「0.0」～「1.0」)、縦軸を体軸方向として表示され、複数の線分が点オブジェクト113を介して接続されている。操作者が点オブジェクト113の位置をマウスポインタ114で移動することで、重み関数の形状を編集することができる。
　図2、図12のフローチャートでは、予め動きの解析範囲を算出してから動き解析用の複数のデータセットを作成し、動き情報の算出を行った。しかし、処理手順はこれに限定されるものではなく、図16に示すフローチャートのように、まず、動き解析用の複数のデータセットを作成し、これらのデータセットの情報を操作者に提示(図17、図18参照)した後に、解析範囲重みを設定してもよい。
　図16のフローチャートについて説明する。
　まず、システム制御装置401は、撮影処理によって投影データ及び心電情報を取得し(ステップS301)、画像処理装置403へ送出する。そして、画像処理装置403は、動き解析用の画像を再構成し、複数のデータセットを作成し、表示する(ステップS302)。
　図17は、複数のデータセットを表示した解析範囲設定画面120の一例である。
　図17の解析範囲設定画面120には、解析用画像表示エリア121と、心電情報表示エリア122と、解析範囲重み設定用オブジェクト123とが設けられている。
　解析用画像表示エリア121、心電情報表示エリア122、及び解析範囲重み設定用オブジェクト123の横軸は一致しており、いずれも撮影時刻(すなわち、体軸方向位置)を示す。
　解析用画像表示エリア121には、ステップS302で作成した解析用画像の複数のデータセットが並べて表示される。図17の例では、縦方向に心拍位相5％刻みに、位相60％～80％の解析用画像が並べられ、横方向には0.5秒刻み(10mm刻み)に0.0s～3.5s(0.0mm～70.0mm)の解析用画像が並べて表示される。
　心電情報表示エリア122には、撮影中に得た心電情報が表示される。心電情報は、解析用画像表示エリア121の体軸方向に相当する縮尺で並べて表示される。
　解析範囲重み設定用オブジェクト123は、複数の線分が点オブジェクト125を介して接続されたものである。操作者が点オブジェクト125の位置をマウスポインタ124で移動することで、重み関数の形状を編集することができる。解析範囲重み設定用オブジェクト123の横軸も、解析用画像表示エリア121の体軸方向に相当する縮尺で並べて表示される。
　ステップS303の解析範囲算出処理において、操作者は、図17に示す解析範囲設定画面120の解析用画像や、心電情報を参照しながら、解析範囲重み設定用オブジェクト123の形状を編集する。
　また、図17の解析範囲設定画面120に代えて、図18に示す解析範囲設定画面130を提示してもよい。
　図18の解析範囲設定画面130には、図17と同様の解析用画像表示エリア131、及び心電情報表示エリア133が設けられている。解析用画像表示エリア131、及び心電情報表示エリア133の横軸は一致しており、いずれも撮影時刻(すなわち、体軸方向位置)を示す。
　また、画面下部には、「選択範囲指定」モードまたは「除外範囲指定」モードのいずれかを選択するモード選択欄134、画像の選択状態を解除する際に操作される選択解除ボタン135、動きの解析を開始する際に操作される解析開始ボタン136等が設けられている。
　図18の解析範囲設定画面130では、例えば「除外範囲指定」モードの場合、操作者が解析用画像や心電情報を目視しながら、マウスポインタ132により動き情報の解析から除外する心拍位相範囲と体軸方向範囲の断層像を選択する。「除外範囲指定」モードでは、選択した解析範囲の重みを「0.0」、それ以外を「1.0」として動き情報を算出する。逆に、「選択範囲指定」モードでは、選択した解析範囲の重みを「1.0」、それ以外を「0.0」として動き情報を算出するため、選択された断層像が動き情報の解析範囲に含まれる。
　図18の例では、撮影時刻「2.0s～2.5s」付近の心電情報に不整脈とみられる部分が含まれているため、その撮影時刻に相当する体軸方向範囲の解析用画像を「除外範囲指定」モードにて選択する(選択枠137)。すると撮影時刻「2.0s～2.5s」で重み「0.0」、その他の撮影時刻で重み「1.0」の重み形状を設定することができる。
　上述したように、図17または図18に示すような解析範囲設定画面120、130を利用して、体軸方向の解析範囲重みを設定すると、その後、画像処理装置403は、図2のステップS104～ステップS107、図12のステップS205～ステップS208と同様に、ステップS303で算出された解析範囲重みを動き情報に乗じた全体動き情報を算出し、所望の運動状態の位相を選択して診断用画像を再構成し、表示する(ステップS304～ステップS307)。
　図17や図18に示す解析範囲設定画面120、130を利用することにより、操作者は解析用画像や心電波形を目視しながら、解析用範囲重みを編集することができる。このため、より直観的に解析範囲重みを算出できる。
　なお、図17や図18に示す解析範囲設定画面120、130では、複数の断層像を並べて選択対象としているが、3次元画像やMPR画像を並べて表示し、解析範囲の選択に利用してもよい。
　以上説明したように、本発明に係るX線CT装置1は、動きのある診断部位について投影データを取得するとともに心電情報を取得し、取得した投影データ及び心電情報に基づいて動き解析用のデータセットを複数作成し、動き情報を算出する。そして、算出した動き情報に基づいて所望の運動状態における最適位相を決定し、最適位相における断層像を再構成する。この際、X線CT装置1は、所定範囲の動き情報を解析対象とするための解析範囲重みを算出し、動き情報に対して乗じることにより動きの解析範囲を調整する。
　これにより、例えば、体動が生じた場合や、不整脈が生じた場合等、動きの解析に不都合な動き量が混入することを防ぎ、診断目的とする位相や部位における動き情報を正確に求めることが可能となる。これにより、断層像を再構成する最適位相を正確に決定することができる。
　また、上述の解析範囲重みとして、任意の位相を基準とする位相方向に所定幅を持つ重み関数を設定することにより、例えば、撮影中に被検体の体動が生じた場合や、特定の心拍位相範囲にのみ影響が表れる構造物が撮影範囲に含まれる場合等に、余分の動き量が混入した位相を除いて動き情報を算出することができるため、動き情報の信頼性を向上できる。
　また、心拍数によって位相方向の重みの範囲を動的に変更するようにすれば、撮影中の患者の心拍数に適した重みを設定できる。
　また、静止心拍位相は臓器や撮影部位によって異なるため、部位によって位相方向の重みの範囲を変更するようにしてもよい。
　また、解析範囲重みは、撮影時におけるX線強度に連動した形状とするようにしてもよい。この場合、X線強度を抑制して撮影された、診断上の有用性の低いとみなされる範囲を、解析対象から除いて動き情報を解析できる。
　また、上述の解析範囲重みとして、任意の撮影部位を基準とする体軸方向の重み関数を設定すれば、例えば、心電計に不具合が生じた場合のように動き情報に悪影響を及ぼす撮影時刻(すなわち体軸方向位置)のデータを除いて動きを解析することができる。これにより、信頼性の高い動き情報を算出することができる。
　特に、心電情報の変動が小さい撮影部位において重みの値が大きくなる形状の解析範囲重みを設定すれば、不整脈が生じた場合にその範囲を解析対象から除くことができる。
　また、解析範囲重みは、診断の重要性が高い撮影部位において重みの値が大きくなる形状としてもよい。この場合は、診断の重要性の低い部位で生じた体動等の影響を受けにくくなるため、診断の重要性が高い撮影部位について動き情報を正確に算出することができる。
　また、解析範囲重みは、静止位相算出の妨げになる構造物を含む撮影部位の重みの値が小さくなる形状としてもよい。この場合は、冠動脈内に留置されたステントや石灰化等の高吸収体(CT値が高い物体)が存在する場合に、動き量が実際より大きく算出されてしまい評価が正しく行えないという問題を解決できる。
　また、解析範囲重みは、心拍位相方向及び体軸方向を含む多次元の重み情報としてもよい。この場合は、着目する身体部位と心拍位相の双方に最適化した動き情報を算出することが可能となる。
　また、解析範囲重みを決定するためのパラメータを操作者が入力するようにしてもよい。この場合は、操作者の要望に応じて柔軟性の高い解析範囲の調整を行うことができる。
　なお、上述の説明では、解析範囲重みは、心拍位相方向または体軸方向に乗じる例を説明したが、心拍位相方向解析範囲重み及び体軸方向解析範囲重みをともに算出し、組み合わせて使用することも可能である。
　また、上述の各実施例で、投影データから解析用画像を再構成し、解析用画像を対象として動き情報を算出する例を説明したが、投影データを対象として動き情報を算出するようにしてもよい。
　また、動き情報の解析及び心電同期再構成の説明において、心拍位相の表現を隣接するR波間の相対位置(％)を基準として説明したが、単独R波からの絶対時間を基準とする方法について適用してもよい。
　また、対象を心臓として説明したが、本発明の適用対象は心臓に限定されるものではなく動きのある全ての部位の撮影に適用可能である。動きは周期的であっても非周期的であっても、本発明を適用できる。
　その他、当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　1　X線CT装置、2　スキャナガントリ、3　寝台テーブル、201　X線源、202　測定制御装置、205　X線検出器、210　回転盤駆動装置、3　再構成演算器、4　操作卓、401　システム制御装置、403　画像処理装置、405　表示装置、406　入力装置、6　被検体、7　心電計

Claims (17)

  1. 　動きのある診断部位を対象とし、被検体周囲の複数の方向からX線を照射して投影データを取得し、前記投影データに基づき被検体の断層像を再構成し、表示するX線CT装置であって、
    　前記診断部位の動き情報を算出する動き情報算出部と、
    　所定範囲の動き情報を解析対象とするための解析範囲重みを算出する解析範囲算出部と、
    　前記動き情報算出部により算出された動き情報に対して前記解析範囲重みを乗じることにより得た動き情報に基づいて、再構成に適した位相である最適位相を決定する最適位相決定部と、
    　前記最適位相における断層像を再構成する画像再構成部と、
    　を具備することを特徴とするX線CT装置。
  2. 　前記解析範囲重みは、任意の位相を基準とする位相方向の重み関数であることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  3. 　被検体の心電情報を取得する心電情報取得部と、
    　心拍数毎の標準的な静止位相を格納する心拍数基準標準静止位相データベースと、を更に備え、
    　前記解析範囲算出部は、前記心電情報取得部により取得した心拍数に対応する前記静止位相を前記心拍数基準標準静止位相データベースから取得し、取得した静止位相を基準とする位相方向の重み関数を前記解析範囲重みとして算出することを特徴とする請求項2に記載のX線CT装置。
  4. 　撮影対象臓器について、標準的な静止位相を診断対象部位毎に格納する部位基準標準静止位相データベースを更に備え、
    　前記解析範囲算出部は、診断対象とする部位に対応する前記静止位相を前記部位基準標準静止位相データベースから取得し、取得した静止位相を基準とする位相方向の重み関数を前記解析範囲重みとして算出することを特徴とする請求項2に記載のX線CT装置。
  5. 　前記解析範囲重みは、前記投影データ計測時におけるX線強度に応じた形状とすることを特徴とする請求項2に記載のX線CT装置。
  6. 　前記最適位相は、最も動き量の小さい位相であることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  7. 　前記解析範囲重みは、任意の撮影部位を基準とする体軸方向の重み関数であることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  8. 　被検体の心電情報を取得する心電情報取得部を更に備え、
    　前記解析範囲重みは、前記心電情報取得部により取得した心電情報の変動が小さい撮影部位において重みの値が大きくなる形状とすることを特徴とする請求項7に記載のX線CT装置。
  9. 　前記解析範囲重みは、診断の重要性が高い撮影部位において重みの値が大きくなる形状とすることを特徴とする請求項7に記載のX線CT装置。
  10. 　前記解析範囲重みは、静止位相算出の妨げになる構造物を含む撮影部位の重みの値が小さくなる形状とすることを特徴とする請求項7に記載のX線CT装置。
  11. 　前記解析範囲重みは、心拍位相方向及び体軸方向を含む多次元の重み情報であることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  12. 　前記解析範囲重みを決定するためのパラメータを入力する入力部を更に備え、
    　前記解析範囲算出部は、前記入力部により入力されたパラメータに基づいて前記解析範囲重みを決定することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
  13. 　前記動きのある診断部位は心臓であって、
    　前記入力部は、心臓の1心拍に相当する心電情報と、前記心電情報に重畳され、前記解析範囲重みに対応するオブジェクトとを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
  14. 　前記入力部は、前記動きのある診断部位の評価用画像と、前記評価用画像の体軸方向位置に対応する前記解析範囲重みを設定するために用いられるオブジェクトとを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
  15. 　前記入力部は、前記動きのある診断部位の体軸方向位置を示す軸と位相を示す軸とを有するエリアであって、各軸に対応する複数の画像が並べられたエリアと、前記体軸方向位置に対応する前記解析範囲重みを設定するために用いられるオブジェクトとを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
  16. 　前記入力部は、前記動きのある診断部位の体軸方向位置を示す軸と位相を示す軸とを有するエリアであって、各軸に対応する複数の画像が並べられたエリアを表示する表示部を備え、前記エリア中の画像を選択することにより前記解析範囲重みを設定することを特徴とする請求項12に記載のX線CT装置。
  17. 　動きのある診断部位を対象とし、被検体周囲の複数の方向からX線を照射して投影データを取得し、前記投影データに基づき被検体の断層像を再構成する画像再構成方法であって、
    　前記診断部位の動き情報を算出する動き情報算出ステップと、
    　所定範囲の動き情報を解析対象とするための解析範囲重みを算出する解析範囲算出ステップと、
    　前記動き情報算出ステップにより算出した動き情報に対して前記解析範囲重みを乗じることにより得た動き情報に基づいて、再構成に適した位相である最適位相を決定する最適位相決定ステップと、
    　前記最適位相における断層像を再構成する画像再構成ステップと、
    　を含むことを特徴とする画像再構成方法。
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